Overhaul of the rewrite rules
[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, bindIrreds,
26
27         misMatchMsg
28     ) where
29
30 #include "HsVersions.h"
31
32 import {-# SOURCE #-} TcUnify( unifyType )
33 import HsSyn
34
35 import TcRnMonad
36 import Inst
37 import TcEnv
38 import InstEnv
39 import TcGadt
40 import TcType
41 import TcMType
42 import TcIface
43 import TcTyFuns
44 import TypeRep
45 import Var
46 import Name
47 import NameSet
48 import Class
49 import FunDeps
50 import PrelInfo
51 import PrelNames
52 import Type
53 import TysWiredIn
54 import ErrUtils
55 import BasicTypes
56 import VarSet
57 import VarEnv
58 import Module
59 import FiniteMap
60 import Bag
61 import Outputable
62 import Maybes
63 import ListSetOps
64 import Util
65 import UniqSet
66 import SrcLoc
67 import DynFlags
68
69 import Data.List
70 \end{code}
71
72
73 %************************************************************************
74 %*                                                                      *
75 \subsection{NOTES}
76 %*                                                                      *
77 %************************************************************************
78
79         --------------------------------------
80         Notes on functional dependencies (a bug)
81         --------------------------------------
82
83 Consider this:
84
85         class C a b | a -> b
86         class D a b | a -> b
87
88         instance D a b => C a b -- Undecidable 
89                                 -- (Not sure if it's crucial to this eg)
90         f :: C a b => a -> Bool
91         f _ = True
92         
93         g :: C a b => a -> Bool
94         g = f
95
96 Here f typechecks, but g does not!!  Reason: before doing improvement,
97 we reduce the (C a b1) constraint from the call of f to (D a b1).
98
99 Here is a more complicated example:
100
101 | > class Foo a b | a->b
102 | >
103 | > class Bar a b | a->b
104 | >
105 | > data Obj = Obj
106 | >
107 | > instance Bar Obj Obj
108 | >
109 | > instance (Bar a b) => Foo a b
110 | >
111 | > foo:: (Foo a b) => a -> String
112 | > foo _ = "works"
113 | >
114 | > runFoo:: (forall a b. (Foo a b) => a -> w) -> w
115 | > runFoo f = f Obj
116
117 | *Test> runFoo foo
118
119 | <interactive>:1:
120 |     Could not deduce (Bar a b) from the context (Foo a b)
121 |       arising from use of `foo' at <interactive>:1
122 |     Probable fix:
123 |         Add (Bar a b) to the expected type of an expression
124 |     In the first argument of `runFoo', namely `foo'
125 |     In the definition of `it': it = runFoo foo
126
127 | Why all of the sudden does GHC need the constraint Bar a b? The
128 | function foo didn't ask for that... 
129
130 The trouble is that to type (runFoo foo), GHC has to solve the problem:
131
132         Given constraint        Foo a b
133         Solve constraint        Foo a b'
134
135 Notice that b and b' aren't the same.  To solve this, just do
136 improvement and then they are the same.  But GHC currently does
137         simplify constraints
138         apply improvement
139         and loop
140
141 That is usually fine, but it isn't here, because it sees that Foo a b is
142 not the same as Foo a b', and so instead applies the instance decl for
143 instance Bar a b => Foo a b.  And that's where the Bar constraint comes
144 from.
145
146 The Right Thing is to improve whenever the constraint set changes at
147 all.  Not hard in principle, but it'll take a bit of fiddling to do.  
148
149 Note [Choosing which variables to quantify]
150 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
151 Suppose we are about to do a generalisation step.  We have in our hand
152
153         G       the environment
154         T       the type of the RHS
155         C       the constraints from that RHS
156
157 The game is to figure out
158
159         Q       the set of type variables over which to quantify
160         Ct      the constraints we will *not* quantify over
161         Cq      the constraints we will quantify over
162
163 So we're going to infer the type
164
165         forall Q. Cq => T
166
167 and float the constraints Ct further outwards.
168
169 Here are the things that *must* be true:
170
171  (A)    Q intersect fv(G) = EMPTY                       limits how big Q can be
172  (B)    Q superset fv(Cq union T) \ oclose(fv(G),C)     limits how small Q can be
173
174  (A) says we can't quantify over a variable that's free in the environment. 
175  (B) says we must quantify over all the truly free variables in T, else 
176      we won't get a sufficiently general type.  
177
178 We do not *need* to quantify over any variable that is fixed by the
179 free vars of the environment G.
180
181         BETWEEN THESE TWO BOUNDS, ANY Q WILL DO!
182
183 Example:        class H x y | x->y where ...
184
185         fv(G) = {a}     C = {H a b, H c d}
186                         T = c -> b
187
188         (A)  Q intersect {a} is empty
189         (B)  Q superset {a,b,c,d} \ oclose({a}, C) = {a,b,c,d} \ {a,b} = {c,d}
190
191         So Q can be {c,d}, {b,c,d}
192
193 In particular, it's perfectly OK to quantify over more type variables
194 than strictly necessary; there is no need to quantify over 'b', since
195 it is determined by 'a' which is free in the envt, but it's perfectly
196 OK to do so.  However we must not quantify over 'a' itself.
197
198 Other things being equal, however, we'd like to quantify over as few
199 variables as possible: smaller types, fewer type applications, more
200 constraints can get into Ct instead of Cq.  Here's a good way to
201 choose Q:
202
203         Q = grow( fv(T), C ) \ oclose( fv(G), C )
204
205 That is, quantify over all variable that that MIGHT be fixed by the
206 call site (which influences T), but which aren't DEFINITELY fixed by
207 G.  This choice definitely quantifies over enough type variables,
208 albeit perhaps too many.
209
210 Why grow( fv(T), C ) rather than fv(T)?  Consider
211
212         class H x y | x->y where ...
213
214         T = c->c
215         C = (H c d)
216
217   If we used fv(T) = {c} we'd get the type
218
219         forall c. H c d => c -> b
220
221   And then if the fn was called at several different c's, each of
222   which fixed d differently, we'd get a unification error, because
223   d isn't quantified.  Solution: quantify d.  So we must quantify
224   everything that might be influenced by c.
225
226 Why not oclose( fv(T), C )?  Because we might not be able to see
227 all the functional dependencies yet:
228
229         class H x y | x->y where ...
230         instance H x y => Eq (T x y) where ...
231
232         T = c->c
233         C = (Eq (T c d))
234
235 Now oclose(fv(T),C) = {c}, because the functional dependency isn't
236 apparent yet, and that's wrong.  We must really quantify over d too.
237
238 There really isn't any point in quantifying over any more than
239 grow( fv(T), C ), because the call sites can't possibly influence
240 any other type variables.
241
242
243
244 -------------------------------------
245         Note [Ambiguity]
246 -------------------------------------
247
248 It's very hard to be certain when a type is ambiguous.  Consider
249
250         class K x
251         class H x y | x -> y
252         instance H x y => K (x,y)
253
254 Is this type ambiguous?
255         forall a b. (K (a,b), Eq b) => a -> a
256
257 Looks like it!  But if we simplify (K (a,b)) we get (H a b) and
258 now we see that a fixes b.  So we can't tell about ambiguity for sure
259 without doing a full simplification.  And even that isn't possible if
260 the context has some free vars that may get unified.  Urgle!
261
262 Here's another example: is this ambiguous?
263         forall a b. Eq (T b) => a -> a
264 Not if there's an insance decl (with no context)
265         instance Eq (T b) where ...
266
267 You may say of this example that we should use the instance decl right
268 away, but you can't always do that:
269
270         class J a b where ...
271         instance J Int b where ...
272
273         f :: forall a b. J a b => a -> a
274
275 (Notice: no functional dependency in J's class decl.)
276 Here f's type is perfectly fine, provided f is only called at Int.
277 It's premature to complain when meeting f's signature, or even
278 when inferring a type for f.
279
280
281
282 However, we don't *need* to report ambiguity right away.  It'll always
283 show up at the call site.... and eventually at main, which needs special
284 treatment.  Nevertheless, reporting ambiguity promptly is an excellent thing.
285
286 So here's the plan.  We WARN about probable ambiguity if
287
288         fv(Cq) is not a subset of  oclose(fv(T) union fv(G), C)
289
290 (all tested before quantification).
291 That is, all the type variables in Cq must be fixed by the the variables
292 in the environment, or by the variables in the type.
293
294 Notice that we union before calling oclose.  Here's an example:
295
296         class J a b c | a b -> c
297         fv(G) = {a}
298
299 Is this ambiguous?
300         forall b c. (J a b c) => b -> b
301
302 Only if we union {a} from G with {b} from T before using oclose,
303 do we see that c is fixed.
304
305 It's a bit vague exactly which C we should use for this oclose call.  If we
306 don't fix enough variables we might complain when we shouldn't (see
307 the above nasty example).  Nothing will be perfect.  That's why we can
308 only issue a warning.
309
310
311 Can we ever be *certain* about ambiguity?  Yes: if there's a constraint
312
313         c in C such that fv(c) intersect (fv(G) union fv(T)) = EMPTY
314
315 then c is a "bubble"; there's no way it can ever improve, and it's
316 certainly ambiguous.  UNLESS it is a constant (sigh).  And what about
317 the nasty example?
318
319         class K x
320         class H x y | x -> y
321         instance H x y => K (x,y)
322
323 Is this type ambiguous?
324         forall a b. (K (a,b), Eq b) => a -> a
325
326 Urk.  The (Eq b) looks "definitely ambiguous" but it isn't.  What we are after
327 is a "bubble" that's a set of constraints
328
329         Cq = Ca union Cq'  st  fv(Ca) intersect (fv(Cq') union fv(T) union fv(G)) = EMPTY
330
331 Hence another idea.  To decide Q start with fv(T) and grow it
332 by transitive closure in Cq (no functional dependencies involved).
333 Now partition Cq using Q, leaving the definitely-ambiguous and probably-ok.
334 The definitely-ambiguous can then float out, and get smashed at top level
335 (which squashes out the constants, like Eq (T a) above)
336
337
338         --------------------------------------
339                 Notes on principal types
340         --------------------------------------
341
342     class C a where
343       op :: a -> a
344
345     f x = let g y = op (y::Int) in True
346
347 Here the principal type of f is (forall a. a->a)
348 but we'll produce the non-principal type
349     f :: forall a. C Int => a -> a
350
351
352         --------------------------------------
353         The need for forall's in constraints
354         --------------------------------------
355
356 [Exchange on Haskell Cafe 5/6 Dec 2000]
357
358   class C t where op :: t -> Bool
359   instance C [t] where op x = True
360
361   p y = (let f :: c -> Bool; f x = op (y >> return x) in f, y ++ [])
362   q y = (y ++ [], let f :: c -> Bool; f x = op (y >> return x) in f)
363
364 The definitions of p and q differ only in the order of the components in
365 the pair on their right-hand sides.  And yet:
366
367   ghc and "Typing Haskell in Haskell" reject p, but accept q;
368   Hugs rejects q, but accepts p;
369   hbc rejects both p and q;
370   nhc98 ... (Malcolm, can you fill in the blank for us!).
371
372 The type signature for f forces context reduction to take place, and
373 the results of this depend on whether or not the type of y is known,
374 which in turn depends on which component of the pair the type checker
375 analyzes first.  
376
377 Solution: if y::m a, float out the constraints
378         Monad m, forall c. C (m c)
379 When m is later unified with [], we can solve both constraints.
380
381
382         --------------------------------------
383                 Notes on implicit parameters
384         --------------------------------------
385
386 Note [Inheriting implicit parameters]
387 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
388 Consider this:
389
390         f x = (x::Int) + ?y
391
392 where f is *not* a top-level binding.
393 From the RHS of f we'll get the constraint (?y::Int).
394 There are two types we might infer for f:
395
396         f :: Int -> Int
397
398 (so we get ?y from the context of f's definition), or
399
400         f :: (?y::Int) => Int -> Int
401
402 At first you might think the first was better, becuase then
403 ?y behaves like a free variable of the definition, rather than
404 having to be passed at each call site.  But of course, the WHOLE
405 IDEA is that ?y should be passed at each call site (that's what
406 dynamic binding means) so we'd better infer the second.
407
408 BOTTOM LINE: when *inferring types* you *must* quantify 
409 over implicit parameters. See the predicate isFreeWhenInferring.
410
411
412 Note [Implicit parameters and ambiguity] 
413 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
414 Only a *class* predicate can give rise to ambiguity
415 An *implicit parameter* cannot.  For example:
416         foo :: (?x :: [a]) => Int
417         foo = length ?x
418 is fine.  The call site will suppply a particular 'x'
419
420 Furthermore, the type variables fixed by an implicit parameter
421 propagate to the others.  E.g.
422         foo :: (Show a, ?x::[a]) => Int
423         foo = show (?x++?x)
424 The type of foo looks ambiguous.  But it isn't, because at a call site
425 we might have
426         let ?x = 5::Int in foo
427 and all is well.  In effect, implicit parameters are, well, parameters,
428 so we can take their type variables into account as part of the
429 "tau-tvs" stuff.  This is done in the function 'FunDeps.grow'.
430
431
432 Question 2: type signatures
433 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
434 BUT WATCH OUT: When you supply a type signature, we can't force you
435 to quantify over implicit parameters.  For example:
436
437         (?x + 1) :: Int
438
439 This is perfectly reasonable.  We do not want to insist on
440
441         (?x + 1) :: (?x::Int => Int)
442
443 That would be silly.  Here, the definition site *is* the occurrence site,
444 so the above strictures don't apply.  Hence the difference between
445 tcSimplifyCheck (which *does* allow implicit paramters to be inherited)
446 and tcSimplifyCheckBind (which does not).
447
448 What about when you supply a type signature for a binding?
449 Is it legal to give the following explicit, user type 
450 signature to f, thus:
451
452         f :: Int -> Int
453         f x = (x::Int) + ?y
454
455 At first sight this seems reasonable, but it has the nasty property
456 that adding a type signature changes the dynamic semantics.
457 Consider this:
458
459         (let f x = (x::Int) + ?y
460          in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
461
462                 returns (3+6, 3+5)
463 vs
464         (let f :: Int -> Int
465              f x = x + ?y
466          in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
467
468                 returns (3+6, 3+6)
469
470 Indeed, simply inlining f (at the Haskell source level) would change the
471 dynamic semantics.
472
473 Nevertheless, as Launchbury says (email Oct 01) we can't really give the
474 semantics for a Haskell program without knowing its typing, so if you 
475 change the typing you may change the semantics.
476
477 To make things consistent in all cases where we are *checking* against
478 a supplied signature (as opposed to inferring a type), we adopt the
479 rule: 
480
481         a signature does not need to quantify over implicit params.
482
483 [This represents a (rather marginal) change of policy since GHC 5.02,
484 which *required* an explicit signature to quantify over all implicit
485 params for the reasons mentioned above.]
486
487 But that raises a new question.  Consider 
488
489         Given (signature)       ?x::Int
490         Wanted (inferred)       ?x::Int, ?y::Bool
491
492 Clearly we want to discharge the ?x and float the ?y out.  But
493 what is the criterion that distinguishes them?  Clearly it isn't
494 what free type variables they have.  The Right Thing seems to be
495 to float a constraint that
496         neither mentions any of the quantified type variables
497         nor any of the quantified implicit parameters
498
499 See the predicate isFreeWhenChecking.
500
501
502 Question 3: monomorphism
503 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
504 There's a nasty corner case when the monomorphism restriction bites:
505
506         z = (x::Int) + ?y
507
508 The argument above suggests that we *must* generalise
509 over the ?y parameter, to get
510         z :: (?y::Int) => Int,
511 but the monomorphism restriction says that we *must not*, giving
512         z :: Int.
513 Why does the momomorphism restriction say this?  Because if you have
514
515         let z = x + ?y in z+z
516
517 you might not expect the addition to be done twice --- but it will if
518 we follow the argument of Question 2 and generalise over ?y.
519
520
521 Question 4: top level
522 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
523 At the top level, monomorhism makes no sense at all.
524
525     module Main where
526         main = let ?x = 5 in print foo
527
528         foo = woggle 3
529
530         woggle :: (?x :: Int) => Int -> Int
531         woggle y = ?x + y
532
533 We definitely don't want (foo :: Int) with a top-level implicit parameter
534 (?x::Int) becuase there is no way to bind it.  
535
536
537 Possible choices
538 ~~~~~~~~~~~~~~~~
539 (A) Always generalise over implicit parameters
540     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
541         be generalised
542
543     Consequences:
544         * Inlining remains valid
545         * No unexpected loss of sharing
546         * But simple bindings like
547                 z = ?y + 1
548           will be rejected, unless you add an explicit type signature
549           (to avoid the monomorphism restriction)
550                 z :: (?y::Int) => Int
551                 z = ?y + 1
552           This seems unacceptable
553
554 (B) Monomorphism restriction "wins"
555     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
556         be generalised
557     Always generalise over implicit parameters *except* for bindings
558         that fall under the monomorphism restriction
559
560     Consequences
561         * Inlining isn't valid in general
562         * No unexpected loss of sharing
563         * Simple bindings like
564                 z = ?y + 1
565           accepted (get value of ?y from binding site)
566
567 (C) Always generalise over implicit parameters
568     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
569         be generalised, EXCEPT for implicit parameters
570     Consequences
571         * Inlining remains valid
572         * Unexpected loss of sharing (from the extra generalisation)
573         * Simple bindings like
574                 z = ?y + 1
575           accepted (get value of ?y from occurrence sites)
576
577
578 Discussion
579 ~~~~~~~~~~
580 None of these choices seems very satisfactory.  But at least we should
581 decide which we want to do.
582
583 It's really not clear what is the Right Thing To Do.  If you see
584
585         z = (x::Int) + ?y
586
587 would you expect the value of ?y to be got from the *occurrence sites*
588 of 'z', or from the valuue of ?y at the *definition* of 'z'?  In the
589 case of function definitions, the answer is clearly the former, but
590 less so in the case of non-fucntion definitions.   On the other hand,
591 if we say that we get the value of ?y from the definition site of 'z',
592 then inlining 'z' might change the semantics of the program.
593
594 Choice (C) really says "the monomorphism restriction doesn't apply
595 to implicit parameters".  Which is fine, but remember that every
596 innocent binding 'x = ...' that mentions an implicit parameter in
597 the RHS becomes a *function* of that parameter, called at each
598 use of 'x'.  Now, the chances are that there are no intervening 'with'
599 clauses that bind ?y, so a decent compiler should common up all
600 those function calls.  So I think I strongly favour (C).  Indeed,
601 one could make a similar argument for abolishing the monomorphism
602 restriction altogether.
603
604 BOTTOM LINE: we choose (B) at present.  See tcSimplifyRestricted
605
606
607
608 %************************************************************************
609 %*                                                                      *
610 \subsection{tcSimplifyInfer}
611 %*                                                                      *
612 %************************************************************************
613
614 tcSimplify is called when we *inferring* a type.  Here's the overall game plan:
615
616     1. Compute Q = grow( fvs(T), C )
617
618     2. Partition C based on Q into Ct and Cq.  Notice that ambiguous
619        predicates will end up in Ct; we deal with them at the top level
620
621     3. Try improvement, using functional dependencies
622
623     4. If Step 3 did any unification, repeat from step 1
624        (Unification can change the result of 'grow'.)
625
626 Note: we don't reduce dictionaries in step 2.  For example, if we have
627 Eq (a,b), we don't simplify to (Eq a, Eq b).  So Q won't be different
628 after step 2.  However note that we may therefore quantify over more
629 type variables than we absolutely have to.
630
631 For the guts, we need a loop, that alternates context reduction and
632 improvement with unification.  E.g. Suppose we have
633
634         class C x y | x->y where ...
635
636 and tcSimplify is called with:
637         (C Int a, C Int b)
638 Then improvement unifies a with b, giving
639         (C Int a, C Int a)
640
641 If we need to unify anything, we rattle round the whole thing all over
642 again.
643
644
645 \begin{code}
646 tcSimplifyInfer
647         :: SDoc
648         -> TcTyVarSet           -- fv(T); type vars
649         -> [Inst]               -- Wanted
650         -> TcM ([TcTyVar],      -- Tyvars to quantify (zonked and quantified)
651                 [Inst],         -- Dict Ids that must be bound here (zonked)
652                 TcDictBinds)    -- Bindings
653         -- Any free (escaping) Insts are tossed into the environment
654 \end{code}
655
656
657 \begin{code}
658 tcSimplifyInfer doc tau_tvs wanted
659   = do  { tau_tvs1 <- zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs)
660         ; wanted'  <- mappM 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 <- mappM 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_dictsin approximateImplications.
785
786 The common cases are more clear-cut, when we have things like
787         forall a. C a => C b
788 Here, abstracting over (C b) is not an approximation at all -- but see
789 Note [Freeness and implications].
790  
791 See Trac #1430 and test tc228.
792
793
794 \begin{code}
795 -----------------------------------------------------------
796 -- tcSimplifyInferCheck is used when we know the constraints we are to simplify
797 -- against, but we don't know the type variables over which we are going to quantify.
798 -- This happens when we have a type signature for a mutually recursive group
799 tcSimplifyInferCheck
800          :: InstLoc
801          -> TcTyVarSet          -- fv(T)
802          -> [Inst]              -- Given
803          -> [Inst]              -- Wanted
804          -> TcM ([TyVar],       -- Fully zonked, and quantified
805                  TcDictBinds)   -- Bindings
806
807 tcSimplifyInferCheck loc tau_tvs givens wanteds
808   = do  { traceTc (text "tcSimplifyInferCheck <-" <+> ppr wanteds)
809         ; (irreds, binds) <- gentleCheckLoop loc givens wanteds
810
811         -- Figure out which type variables to quantify over
812         -- You might think it should just be the signature tyvars,
813         -- but in bizarre cases you can get extra ones
814         --      f :: forall a. Num a => a -> a
815         --      f x = fst (g (x, head [])) + 1
816         --      g a b = (b,a)
817         -- Here we infer g :: forall a b. a -> b -> (b,a)
818         -- We don't want g to be monomorphic in b just because
819         -- f isn't quantified over b.
820         ; let all_tvs = varSetElems (tau_tvs `unionVarSet` tyVarsOfInsts givens)
821         ; all_tvs <- zonkTcTyVarsAndFV all_tvs
822         ; gbl_tvs <- tcGetGlobalTyVars
823         ; let qtvs = varSetElems (all_tvs `minusVarSet` gbl_tvs)
824                 -- We could close gbl_tvs, but its not necessary for
825                 -- soundness, and it'll only affect which tyvars, not which
826                 -- dictionaries, we quantify over
827
828         ; qtvs' <- zonkQuantifiedTyVars qtvs
829
830                 -- Now we are back to normal (c.f. tcSimplCheck)
831         ; implic_bind <- bindIrreds loc qtvs' givens irreds
832
833         ; traceTc (text "tcSimplifyInferCheck ->" <+> ppr (implic_bind))
834         ; return (qtvs', binds `unionBags` implic_bind) }
835 \end{code}
836
837 Note [Squashing methods]
838 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
839 Be careful if you want to float methods more:
840         truncate :: forall a. RealFrac a => forall b. Integral b => a -> b
841 From an application (truncate f i) we get
842         t1 = truncate at f
843         t2 = t1 at i
844 If we have also have a second occurrence of truncate, we get
845         t3 = truncate at f
846         t4 = t3 at i
847 When simplifying with i,f free, we might still notice that
848 t1=t3; but alas, the binding for t2 (which mentions t1)
849 may continue to float out!
850
851
852 Note [NO TYVARS]
853 ~~~~~~~~~~~~~~~~~
854         class Y a b | a -> b where
855             y :: a -> X b
856         
857         instance Y [[a]] a where
858             y ((x:_):_) = X x
859         
860         k :: X a -> X a -> X a
861
862         g :: Num a => [X a] -> [X a]
863         g xs = h xs
864             where
865             h ys = ys ++ map (k (y [[0]])) xs
866
867 The excitement comes when simplifying the bindings for h.  Initially
868 try to simplify {y @ [[t1]] t2, 0 @ t1}, with initial qtvs = {t2}.
869 From this we get t1:=:t2, but also various bindings.  We can't forget
870 the bindings (because of [LOOP]), but in fact t1 is what g is
871 polymorphic in.  
872
873 The net effect of [NO TYVARS] 
874
875 \begin{code}
876 isFreeWhenInferring :: TyVarSet -> Inst -> Bool
877 isFreeWhenInferring qtvs inst
878   =  isFreeWrtTyVars qtvs inst  -- Constrains no quantified vars
879   && isInheritableInst inst     -- and no implicit parameter involved
880                                 --   see Note [Inheriting implicit parameters]
881
882 {-      No longer used (with implication constraints)
883 isFreeWhenChecking :: TyVarSet  -- Quantified tyvars
884                    -> NameSet   -- Quantified implicit parameters
885                    -> Inst -> Bool
886 isFreeWhenChecking qtvs ips inst
887   =  isFreeWrtTyVars qtvs inst
888   && isFreeWrtIPs    ips inst
889 -}
890
891 isFreeWrtTyVars qtvs inst = tyVarsOfInst inst `disjointVarSet` qtvs
892 isFreeWrtIPs     ips inst = not (any (`elemNameSet` ips) (ipNamesOfInst inst))
893 \end{code}
894
895
896 %************************************************************************
897 %*                                                                      *
898 \subsection{tcSimplifyCheck}
899 %*                                                                      *
900 %************************************************************************
901
902 @tcSimplifyCheck@ is used when we know exactly the set of variables
903 we are going to quantify over.  For example, a class or instance declaration.
904
905 \begin{code}
906 -----------------------------------------------------------
907 -- tcSimplifyCheck is used when checking expression type signatures,
908 -- class decls, instance decls etc.
909 tcSimplifyCheck :: InstLoc
910                 -> [TcTyVar]            -- Quantify over these
911                 -> [Inst]               -- Given
912                 -> [Inst]               -- Wanted
913                 -> TcM TcDictBinds      -- Bindings
914 tcSimplifyCheck loc qtvs givens wanteds 
915   = ASSERT( all isTcTyVar qtvs && all isSkolemTyVar qtvs )
916     do  { traceTc (text "tcSimplifyCheck")
917         ; (irreds, binds) <- gentleCheckLoop loc givens wanteds
918         ; implic_bind <- bindIrreds loc qtvs givens irreds
919         ; return (binds `unionBags` implic_bind) }
920
921 -----------------------------------------------------------
922 -- tcSimplifyCheckPat is used for existential pattern match
923 tcSimplifyCheckPat :: InstLoc
924                    -> [CoVar] -> Refinement
925                    -> [TcTyVar]         -- Quantify over these
926                    -> [Inst]            -- Given
927                    -> [Inst]            -- Wanted
928                    -> TcM TcDictBinds   -- Bindings
929 tcSimplifyCheckPat loc co_vars reft qtvs givens wanteds
930   = ASSERT( all isTcTyVar qtvs && all isSkolemTyVar qtvs )
931     do  { traceTc (text "tcSimplifyCheckPat")
932         ; (irreds, binds) <- gentleCheckLoop loc givens wanteds
933         ; implic_bind <- bindIrredsR loc qtvs co_vars reft 
934                                     givens irreds
935         ; return (binds `unionBags` implic_bind) }
936
937 -----------------------------------------------------------
938 bindIrreds :: InstLoc -> [TcTyVar]
939            -> [Inst] -> [Inst]
940            -> TcM TcDictBinds
941 bindIrreds loc qtvs givens irreds 
942   = bindIrredsR loc qtvs [] emptyRefinement givens irreds
943
944 bindIrredsR :: InstLoc -> [TcTyVar] -> [CoVar]
945             -> Refinement -> [Inst] -> [Inst]
946             -> TcM TcDictBinds  
947 -- Make a binding that binds 'irreds', by generating an implication
948 -- constraint for them, *and* throwing the constraint into the LIE
949 bindIrredsR loc qtvs co_vars reft givens irreds
950   | null irreds
951   = return emptyBag
952   | otherwise
953   = do  { let givens' = filter isDict givens
954                 -- The givens can include methods
955                 -- See Note [Pruning the givens in an implication constraint]
956
957            -- If there are no 'givens' *and* the refinement is empty
958            -- (the refinement is like more givens), then it's safe to 
959            -- partition the 'wanteds' by their qtvs, thereby trimming irreds
960            -- See Note [Freeness and implications]
961         ; irreds' <- if null givens' && isEmptyRefinement reft
962                      then do
963                         { let qtv_set = mkVarSet qtvs
964                               (frees, real_irreds) = partition (isFreeWrtTyVars qtv_set) irreds
965                         ; extendLIEs frees
966                         ; return real_irreds }
967                      else return irreds
968         
969         ; let all_tvs = qtvs ++ co_vars -- Abstract over all these
970         ; (implics, bind) <- makeImplicationBind loc all_tvs reft givens' irreds'
971                         -- This call does the real work
972                         -- If irreds' is empty, it does something sensible
973         ; extendLIEs implics
974         ; return bind } 
975
976
977 makeImplicationBind :: InstLoc -> [TcTyVar] -> Refinement
978                     -> [Inst] -> [Inst]
979                     -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
980 -- Make a binding that binds 'irreds', by generating an implication
981 -- constraint for them, *and* throwing the constraint into the LIE
982 -- The binding looks like
983 --      (ir1, .., irn) = f qtvs givens
984 -- where f is (evidence for) the new implication constraint
985 --      f :: forall qtvs. {reft} givens => (ir1, .., irn)
986 -- qtvs includes coercion variables
987 --
988 -- This binding must line up the 'rhs' in reduceImplication
989 makeImplicationBind loc all_tvs reft
990                     givens      -- Guaranteed all Dicts (TOMDO: true?)
991                     irreds
992  | null irreds                  -- If there are no irreds, we are done
993  = return ([], emptyBag)
994  | otherwise                    -- Otherwise we must generate a binding
995  = do   { uniq <- newUnique 
996         ; span <- getSrcSpanM
997         ; let (eq_givens, dict_givens) = partition isEqInst givens
998               eq_tyvar_cos =  map TyVarTy $ uniqSetToList $ tyVarsOfTypes $ map eqInstType eq_givens
999         ; let name = mkInternalName uniq (mkVarOcc "ic") span
1000               implic_inst = ImplicInst { tci_name = name, tci_reft = reft,
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) <.> mkWpTyApps eq_tyvar_cos <.> mkWpTyApps (mkTyVarTys all_tvs)
1012               bind | [dict_irred_id] <- dict_irred_ids  = VarBind dict_irred_id rhs
1013                    | otherwise        = PatBind { pat_lhs = L span pat, 
1014                                                   pat_rhs = unguardedGRHSs rhs, 
1015                                                   pat_rhs_ty = tup_ty,
1016                                                   bind_fvs = placeHolderNames }
1017         ; -- pprTrace "Make implic inst" (ppr (implic_inst,irreds,dict_irreds,tup_ty)) $
1018           return ([implic_inst], unitBag (L span bind)) }
1019
1020 -----------------------------------------------------------
1021 tryHardCheckLoop :: SDoc
1022              -> [Inst]                  -- Wanted
1023              -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
1024
1025 tryHardCheckLoop doc wanteds
1026   = do { (irreds,binds,_) <- checkLoop (mkRedEnv doc try_me []) wanteds
1027        ; return (irreds,binds)
1028        }
1029   where
1030     try_me inst = ReduceMe AddSCs
1031         -- Here's the try-hard bit
1032
1033 -----------------------------------------------------------
1034 gentleCheckLoop :: InstLoc
1035                -> [Inst]                -- Given
1036                -> [Inst]                -- Wanted
1037                -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
1038
1039 gentleCheckLoop inst_loc givens wanteds
1040   = do { (irreds,binds,_) <- checkLoop env wanteds
1041        ; return (irreds,binds)
1042        }
1043   where
1044     env = mkRedEnv (pprInstLoc inst_loc) try_me givens
1045
1046     try_me inst | isMethodOrLit inst = ReduceMe AddSCs
1047                 | otherwise          = Stop
1048         -- When checking against a given signature 
1049         -- we MUST be very gentle: Note [Check gently]
1050 \end{code}
1051
1052 Note [Check gently]
1053 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1054 We have to very careful about not simplifying too vigorously
1055 Example:  
1056   data T a where
1057     MkT :: a -> T [a]
1058
1059   f :: Show b => T b -> b
1060   f (MkT x) = show [x]
1061
1062 Inside the pattern match, which binds (a:*, x:a), we know that
1063         b ~ [a]
1064 Hence we have a dictionary for Show [a] available; and indeed we 
1065 need it.  We are going to build an implication contraint
1066         forall a. (b~[a]) => Show [a]
1067 Later, we will solve this constraint using the knowledg e(Show b)
1068         
1069 But we MUST NOT reduce (Show [a]) to (Show a), else the whole
1070 thing becomes insoluble.  So we simplify gently (get rid of literals
1071 and methods only, plus common up equal things), deferring the real
1072 work until top level, when we solve the implication constraint
1073 with tryHardCheckLooop.
1074
1075
1076 \begin{code}
1077 -----------------------------------------------------------
1078 checkLoop :: RedEnv
1079           -> [Inst]                     -- Wanted
1080           -> TcM ([Inst], TcDictBinds,
1081                   [Inst])               -- needed givens
1082 -- Precondition: givens are completely rigid
1083 -- Postcondition: returned Insts are zonked
1084
1085 checkLoop env wanteds
1086   = go env wanteds []
1087   where go env wanteds needed_givens
1088           = do { -- Givens are skolems, so no need to zonk them
1089                  wanteds' <- zonkInsts wanteds
1090         
1091                 ; (improved, binds, irreds, more_needed_givens) <- reduceContext env wanteds'
1092
1093                 ; let all_needed_givens = needed_givens ++ more_needed_givens
1094         
1095                 ; if not improved then
1096                      return (irreds, binds, all_needed_givens)
1097                   else do
1098         
1099                 -- If improvement did some unification, we go round again.
1100                 -- We start again with irreds, not wanteds
1101                 -- Using an instance decl might have introduced a fresh type variable
1102                 -- which might have been unified, so we'd get an infinite loop
1103                 -- if we started again with wanteds!  See Note [LOOP]
1104                 { (irreds1, binds1, all_needed_givens1) <- go env irreds all_needed_givens
1105                 ; return (irreds1, binds `unionBags` binds1, all_needed_givens1) } }
1106 \end{code}
1107
1108 Note [LOOP]
1109 ~~~~~~~~~~~
1110         class If b t e r | b t e -> r
1111         instance If T t e t
1112         instance If F t e e
1113         class Lte a b c | a b -> c where lte :: a -> b -> c
1114         instance Lte Z b T
1115         instance (Lte a b l,If l b a c) => Max a b c
1116
1117 Wanted: Max Z (S x) y
1118
1119 Then we'll reduce using the Max instance to:
1120         (Lte Z (S x) l, If l (S x) Z y)
1121 and improve by binding l->T, after which we can do some reduction
1122 on both the Lte and If constraints.  What we *can't* do is start again
1123 with (Max Z (S x) y)!
1124
1125
1126
1127 %************************************************************************
1128 %*                                                                      *
1129                 tcSimplifySuperClasses
1130 %*                                                                      *
1131 %************************************************************************
1132
1133 Note [SUPERCLASS-LOOP 1]
1134 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1135 We have to be very, very careful when generating superclasses, lest we
1136 accidentally build a loop. Here's an example:
1137
1138   class S a
1139
1140   class S a => C a where { opc :: a -> a }
1141   class S b => D b where { opd :: b -> b }
1142   
1143   instance C Int where
1144      opc = opd
1145   
1146   instance D Int where
1147      opd = opc
1148
1149 From (instance C Int) we get the constraint set {ds1:S Int, dd:D Int}
1150 Simplifying, we may well get:
1151         $dfCInt = :C ds1 (opd dd)
1152         dd  = $dfDInt
1153         ds1 = $p1 dd
1154 Notice that we spot that we can extract ds1 from dd.  
1155
1156 Alas!  Alack! We can do the same for (instance D Int):
1157
1158         $dfDInt = :D ds2 (opc dc)
1159         dc  = $dfCInt
1160         ds2 = $p1 dc
1161
1162 And now we've defined the superclass in terms of itself.
1163
1164 Solution: never generate a superclass selectors at all when
1165 satisfying the superclass context of an instance declaration.
1166
1167 Two more nasty cases are in
1168         tcrun021
1169         tcrun033
1170
1171 \begin{code}
1172 tcSimplifySuperClasses 
1173         :: InstLoc 
1174         -> [Inst]       -- Given 
1175         -> [Inst]       -- Wanted
1176         -> TcM TcDictBinds
1177 tcSimplifySuperClasses loc givens sc_wanteds
1178   = do  { traceTc (text "tcSimplifySuperClasses")
1179         ; (irreds,binds1,_) <- checkLoop env sc_wanteds
1180         ; let (tidy_env, tidy_irreds) = tidyInsts irreds
1181         ; reportNoInstances tidy_env (Just (loc, givens)) tidy_irreds
1182         ; return binds1 }
1183   where
1184     env = mkRedEnv (pprInstLoc loc) try_me givens
1185     try_me inst = ReduceMe NoSCs
1186         -- Like tryHardCheckLoop, but with NoSCs
1187 \end{code}
1188
1189
1190 %************************************************************************
1191 %*                                                                      *
1192 \subsection{tcSimplifyRestricted}
1193 %*                                                                      *
1194 %************************************************************************
1195
1196 tcSimplifyRestricted infers which type variables to quantify for a 
1197 group of restricted bindings.  This isn't trivial.
1198
1199 Eg1:    id = \x -> x
1200         We want to quantify over a to get id :: forall a. a->a
1201         
1202 Eg2:    eq = (==)
1203         We do not want to quantify over a, because there's an Eq a 
1204         constraint, so we get eq :: a->a->Bool  (notice no forall)
1205
1206 So, assume:
1207         RHS has type 'tau', whose free tyvars are tau_tvs
1208         RHS has constraints 'wanteds'
1209
1210 Plan A (simple)
1211   Quantify over (tau_tvs \ ftvs(wanteds))
1212   This is bad. The constraints may contain (Monad (ST s))
1213   where we have         instance Monad (ST s) where...
1214   so there's no need to be monomorphic in s!
1215
1216   Also the constraint might be a method constraint,
1217   whose type mentions a perfectly innocent tyvar:
1218           op :: Num a => a -> b -> a
1219   Here, b is unconstrained.  A good example would be
1220         foo = op (3::Int)
1221   We want to infer the polymorphic type
1222         foo :: forall b. b -> b
1223
1224
1225 Plan B (cunning, used for a long time up to and including GHC 6.2)
1226   Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
1227   with Plan A's problem).  Then set
1228         qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
1229
1230   Step 2: Now simplify again, treating the constraint as 'free' if 
1231   it does not mention qtvs, and trying to reduce it otherwise.
1232   The reasons for this is to maximise sharing.
1233
1234   This fails for a very subtle reason.  Suppose that in the Step 2
1235   a constraint (Foo (Succ Zero) (Succ Zero) b) gets thrown upstairs as 'free'.
1236   In the Step 1 this constraint might have been simplified, perhaps to
1237   (Foo Zero Zero b), AND THEN THAT MIGHT BE IMPROVED, to bind 'b' to 'T'.
1238   This won't happen in Step 2... but that in turn might prevent some other
1239   constraint (Baz [a] b) being simplified (e.g. via instance Baz [a] T where {..}) 
1240   and that in turn breaks the invariant that no constraints are quantified over.
1241
1242   Test typecheck/should_compile/tc177 (which failed in GHC 6.2) demonstrates
1243   the problem.
1244
1245
1246 Plan C (brutal)
1247   Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
1248   with Plan A's problem).  Then set
1249         qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
1250   Return the bindings from Step 1.
1251   
1252
1253 A note about Plan C (arising from "bug" reported by George Russel March 2004)
1254 Consider this:
1255
1256       instance (HasBinary ty IO) => HasCodedValue ty
1257
1258       foo :: HasCodedValue a => String -> IO a
1259
1260       doDecodeIO :: HasCodedValue a => () -> () -> IO a
1261       doDecodeIO codedValue view  
1262         = let { act = foo "foo" } in  act
1263
1264 You might think this should work becuase the call to foo gives rise to a constraint
1265 (HasCodedValue t), which can be satisfied by the type sig for doDecodeIO.  But the
1266 restricted binding act = ... calls tcSimplifyRestricted, and PlanC simplifies the
1267 constraint using the (rather bogus) instance declaration, and now we are stuffed.
1268
1269 I claim this is not really a bug -- but it bit Sergey as well as George.  So here's
1270 plan D
1271
1272
1273 Plan D (a variant of plan B)
1274   Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
1275   with Plan A's problem), BUT DO NO IMPROVEMENT.  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
1281   The point here is that it's generally OK to have too few qtvs; that is,
1282   to make the thing more monomorphic than it could be.  We don't want to
1283   do that in the common cases, but in wierd cases it's ok: the programmer
1284   can always add a signature.  
1285
1286   Too few qtvs => too many wanteds, which is what happens if you do less
1287   improvement.
1288
1289
1290 \begin{code}
1291 tcSimplifyRestricted    -- Used for restricted binding groups
1292                         -- i.e. ones subject to the monomorphism restriction
1293         :: SDoc
1294         -> TopLevelFlag
1295         -> [Name]               -- Things bound in this group
1296         -> TcTyVarSet           -- Free in the type of the RHSs
1297         -> [Inst]               -- Free in the RHSs
1298         -> TcM ([TyVar],        -- Tyvars to quantify (zonked and quantified)
1299                 TcDictBinds)    -- Bindings
1300         -- tcSimpifyRestricted returns no constraints to
1301         -- quantify over; by definition there are none.
1302         -- They are all thrown back in the LIE
1303
1304 tcSimplifyRestricted doc top_lvl bndrs tau_tvs wanteds
1305         -- Zonk everything in sight
1306   = do  { traceTc (text "tcSimplifyRestricted")
1307         ; wanteds' <- zonkInsts wanteds
1308
1309         -- 'ReduceMe': Reduce as far as we can.  Don't stop at
1310         -- dicts; the idea is to get rid of as many type
1311         -- variables as possible, and we don't want to stop
1312         -- at (say) Monad (ST s), because that reduces
1313         -- immediately, with no constraint on s.
1314         --
1315         -- BUT do no improvement!  See Plan D above
1316         -- HOWEVER, some unification may take place, if we instantiate
1317         --          a method Inst with an equality constraint
1318         ; let env = mkNoImproveRedEnv doc (\i -> ReduceMe AddSCs)
1319         ; (_imp, _binds, constrained_dicts, _) <- reduceContext env wanteds'
1320
1321         -- Next, figure out the tyvars we will quantify over
1322         ; tau_tvs' <- zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs)
1323         ; gbl_tvs' <- tcGetGlobalTyVars
1324         ; constrained_dicts' <- zonkInsts constrained_dicts
1325
1326         ; let qtvs1 = tau_tvs' `minusVarSet` oclose (fdPredsOfInsts constrained_dicts) gbl_tvs'
1327                                 -- As in tcSimplifyInfer
1328
1329                 -- Do not quantify over constrained type variables:
1330                 -- this is the monomorphism restriction
1331               constrained_tvs' = tyVarsOfInsts constrained_dicts'
1332               qtvs = qtvs1 `minusVarSet` constrained_tvs'
1333               pp_bndrs = pprWithCommas (quotes . ppr) bndrs
1334
1335         -- Warn in the mono
1336         ; warn_mono <- doptM Opt_WarnMonomorphism
1337         ; warnTc (warn_mono && (constrained_tvs' `intersectsVarSet` qtvs1))
1338                  (vcat[ ptext SLIT("the Monomorphism Restriction applies to the binding")
1339                                 <> plural bndrs <+> ptext SLIT("for") <+> pp_bndrs,
1340                         ptext SLIT("Consider giving a type signature for") <+> pp_bndrs])
1341
1342         ; traceTc (text "tcSimplifyRestricted" <+> vcat [
1343                 pprInsts wanteds, pprInsts constrained_dicts',
1344                 ppr _binds,
1345                 ppr constrained_tvs', ppr tau_tvs', ppr qtvs ])
1346
1347         -- The first step may have squashed more methods than
1348         -- necessary, so try again, this time more gently, knowing the exact
1349         -- set of type variables to quantify over.
1350         --
1351         -- We quantify only over constraints that are captured by qtvs;
1352         -- these will just be a subset of non-dicts.  This in contrast
1353         -- to normal inference (using isFreeWhenInferring) in which we quantify over
1354         -- all *non-inheritable* constraints too.  This implements choice
1355         -- (B) under "implicit parameter and monomorphism" above.
1356         --
1357         -- Remember that we may need to do *some* simplification, to
1358         -- (for example) squash {Monad (ST s)} into {}.  It's not enough
1359         -- just to float all constraints
1360         --
1361         -- At top level, we *do* squash methods becuase we want to 
1362         -- expose implicit parameters to the test that follows
1363         ; let is_nested_group = isNotTopLevel top_lvl
1364               try_me inst | isFreeWrtTyVars qtvs inst,
1365                            (is_nested_group || isDict inst) = Stop
1366                           | otherwise            = ReduceMe AddSCs
1367               env = mkNoImproveRedEnv doc try_me
1368         ; (_imp, binds, irreds, _) <- reduceContext env wanteds'
1369
1370         -- See "Notes on implicit parameters, Question 4: top level"
1371         ; ASSERT( all (isFreeWrtTyVars qtvs) irreds )   -- None should be captured
1372           if is_nested_group then
1373                 extendLIEs irreds
1374           else do { let (bad_ips, non_ips) = partition isIPDict irreds
1375                   ; addTopIPErrs bndrs bad_ips
1376                   ; extendLIEs non_ips }
1377
1378         ; qtvs' <- zonkQuantifiedTyVars (varSetElems qtvs)
1379         ; return (qtvs', binds) }
1380 \end{code}
1381
1382
1383 %************************************************************************
1384 %*                                                                      *
1385                 tcSimplifyRuleLhs
1386 %*                                                                      *
1387 %************************************************************************
1388
1389 On the LHS of transformation rules we only simplify methods and constants,
1390 getting dictionaries.  We want to keep all of them unsimplified, to serve
1391 as the available stuff for the RHS of the rule.
1392
1393 Example.  Consider the following left-hand side of a rule
1394         
1395         f (x == y) (y > z) = ...
1396
1397 If we typecheck this expression we get constraints
1398
1399         d1 :: Ord a, d2 :: Eq a
1400
1401 We do NOT want to "simplify" to the LHS
1402
1403         forall x::a, y::a, z::a, d1::Ord a.
1404           f ((==) (eqFromOrd d1) x y) ((>) d1 y z) = ...
1405
1406 Instead we want 
1407
1408         forall x::a, y::a, z::a, d1::Ord a, d2::Eq a.
1409           f ((==) d2 x y) ((>) d1 y z) = ...
1410
1411 Here is another example:
1412
1413         fromIntegral :: (Integral a, Num b) => a -> b
1414         {-# RULES "foo"  fromIntegral = id :: Int -> Int #-}
1415
1416 In the rule, a=b=Int, and Num Int is a superclass of Integral Int. But
1417 we *dont* want to get
1418
1419         forall dIntegralInt.
1420            fromIntegral Int Int dIntegralInt (scsel dIntegralInt) = id Int
1421
1422 because the scsel will mess up RULE matching.  Instead we want
1423
1424         forall dIntegralInt, dNumInt.
1425           fromIntegral Int Int dIntegralInt dNumInt = id Int
1426
1427 Even if we have 
1428
1429         g (x == y) (y == z) = ..
1430
1431 where the two dictionaries are *identical*, we do NOT WANT
1432
1433         forall x::a, y::a, z::a, d1::Eq a
1434           f ((==) d1 x y) ((>) d1 y z) = ...
1435
1436 because that will only match if the dict args are (visibly) equal.
1437 Instead we want to quantify over the dictionaries separately.
1438
1439 In short, tcSimplifyRuleLhs must *only* squash LitInst and MethInts, leaving
1440 all dicts unchanged, with absolutely no sharing.  It's simpler to do this
1441 from scratch, rather than further parameterise simpleReduceLoop etc
1442
1443 \begin{code}
1444 tcSimplifyRuleLhs :: [Inst] -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
1445 tcSimplifyRuleLhs wanteds
1446   = go [] emptyBag wanteds
1447   where
1448     go dicts binds []
1449         = return (dicts, binds)
1450     go dicts binds (w:ws)
1451         | isDict w
1452         = go (w:dicts) binds ws
1453         | otherwise
1454         = do { w' <- zonkInst w  -- So that (3::Int) does not generate a call
1455                                  -- to fromInteger; this looks fragile to me
1456              ; lookup_result <- lookupSimpleInst w'
1457              ; case lookup_result of
1458                  GenInst ws' rhs -> 
1459                    go dicts (addInstToDictBind binds w rhs) (ws' ++ ws)
1460                  NoInstance      -> pprPanic "tcSimplifyRuleLhs" (ppr w)
1461           }
1462 \end{code}
1463
1464 tcSimplifyBracket is used when simplifying the constraints arising from
1465 a Template Haskell bracket [| ... |].  We want to check that there aren't
1466 any constraints that can't be satisfied (e.g. Show Foo, where Foo has no
1467 Show instance), but we aren't otherwise interested in the results.
1468 Nor do we care about ambiguous dictionaries etc.  We will type check
1469 this bracket again at its usage site.
1470
1471 \begin{code}
1472 tcSimplifyBracket :: [Inst] -> TcM ()
1473 tcSimplifyBracket wanteds
1474   = do  { tryHardCheckLoop doc wanteds
1475         ; return () }
1476   where
1477     doc = text "tcSimplifyBracket"
1478 \end{code}
1479
1480
1481 %************************************************************************
1482 %*                                                                      *
1483 \subsection{Filtering at a dynamic binding}
1484 %*                                                                      *
1485 %************************************************************************
1486
1487 When we have
1488         let ?x = R in B
1489
1490 we must discharge all the ?x constraints from B.  We also do an improvement
1491 step; if we have ?x::t1 and ?x::t2 we must unify t1, t2.
1492
1493 Actually, the constraints from B might improve the types in ?x. For example
1494
1495         f :: (?x::Int) => Char -> Char
1496         let ?x = 3 in f 'c'
1497
1498 then the constraint (?x::Int) arising from the call to f will
1499 force the binding for ?x to be of type Int.
1500
1501 \begin{code}
1502 tcSimplifyIPs :: [Inst]         -- The implicit parameters bound here
1503               -> [Inst]         -- Wanted
1504               -> TcM TcDictBinds
1505         -- We need a loop so that we do improvement, and then
1506         -- (next time round) generate a binding to connect the two
1507         --      let ?x = e in ?x
1508         -- Here the two ?x's have different types, and improvement 
1509         -- makes them the same.
1510
1511 tcSimplifyIPs given_ips wanteds
1512   = do  { wanteds'   <- zonkInsts wanteds
1513         ; given_ips' <- zonkInsts given_ips
1514                 -- Unusually for checking, we *must* zonk the given_ips
1515
1516         ; let env = mkRedEnv doc try_me given_ips'
1517         ; (improved, binds, irreds, _) <- reduceContext env wanteds'
1518
1519         ; if not improved then 
1520                 ASSERT( all is_free irreds )
1521                 do { extendLIEs irreds
1522                    ; return binds }
1523           else
1524                 tcSimplifyIPs given_ips wanteds }
1525   where
1526     doc    = text "tcSimplifyIPs" <+> ppr given_ips
1527     ip_set = mkNameSet (ipNamesOfInsts given_ips)
1528     is_free inst = isFreeWrtIPs ip_set inst
1529
1530         -- Simplify any methods that mention the implicit parameter
1531     try_me inst | is_free inst = Stop
1532                 | otherwise    = ReduceMe NoSCs
1533 \end{code}
1534
1535
1536 %************************************************************************
1537 %*                                                                      *
1538 \subsection[binds-for-local-funs]{@bindInstsOfLocalFuns@}
1539 %*                                                                      *
1540 %************************************************************************
1541
1542 When doing a binding group, we may have @Insts@ of local functions.
1543 For example, we might have...
1544 \begin{verbatim}
1545 let f x = x + 1     -- orig local function (overloaded)
1546     f.1 = f Int     -- two instances of f
1547     f.2 = f Float
1548  in
1549     (f.1 5, f.2 6.7)
1550 \end{verbatim}
1551 The point is: we must drop the bindings for @f.1@ and @f.2@ here,
1552 where @f@ is in scope; those @Insts@ must certainly not be passed
1553 upwards towards the top-level.  If the @Insts@ were binding-ified up
1554 there, they would have unresolvable references to @f@.
1555
1556 We pass in an @init_lie@ of @Insts@ and a list of locally-bound @Ids@.
1557 For each method @Inst@ in the @init_lie@ that mentions one of the
1558 @Ids@, we create a binding.  We return the remaining @Insts@ (in an
1559 @LIE@), as well as the @HsBinds@ generated.
1560
1561 \begin{code}
1562 bindInstsOfLocalFuns :: [Inst] -> [TcId] -> TcM TcDictBinds
1563 -- Simlifies only MethodInsts, and generate only bindings of form 
1564 --      fm = f tys dicts
1565 -- We're careful not to even generate bindings of the form
1566 --      d1 = d2
1567 -- You'd think that'd be fine, but it interacts with what is
1568 -- arguably a bug in Match.tidyEqnInfo (see notes there)
1569
1570 bindInstsOfLocalFuns wanteds local_ids
1571   | null overloaded_ids
1572         -- Common case
1573   = extendLIEs wanteds          `thenM_`
1574     returnM emptyLHsBinds
1575
1576   | otherwise
1577   = do  { (irreds, binds,_) <- checkLoop env for_me
1578         ; extendLIEs not_for_me 
1579         ; extendLIEs irreds
1580         ; return binds }
1581   where
1582     env = mkRedEnv doc try_me []
1583     doc              = text "bindInsts" <+> ppr local_ids
1584     overloaded_ids   = filter is_overloaded local_ids
1585     is_overloaded id = isOverloadedTy (idType id)
1586     (for_me, not_for_me) = partition (isMethodFor overloaded_set) wanteds
1587
1588     overloaded_set = mkVarSet overloaded_ids    -- There can occasionally be a lot of them
1589                                                 -- so it's worth building a set, so that
1590                                                 -- lookup (in isMethodFor) is faster
1591     try_me inst | isMethod inst = ReduceMe NoSCs
1592                 | otherwise     = Stop
1593 \end{code}
1594
1595
1596 %************************************************************************
1597 %*                                                                      *
1598 \subsection{Data types for the reduction mechanism}
1599 %*                                                                      *
1600 %************************************************************************
1601
1602 The main control over context reduction is here
1603
1604 \begin{code}
1605 data RedEnv 
1606   = RedEnv { red_doc    :: SDoc                 -- The context
1607            , red_try_me :: Inst -> WhatToDo
1608            , red_improve :: Bool                -- True <=> do improvement
1609            , red_givens :: [Inst]               -- All guaranteed rigid
1610                                                 -- Always dicts
1611                                                 -- but see Note [Rigidity]
1612            , red_stack  :: (Int, [Inst])        -- Recursion stack (for err msg)
1613                                                 -- See Note [RedStack]
1614   }
1615
1616 -- Note [Rigidity]
1617 -- The red_givens are rigid so far as cmpInst is concerned.
1618 -- There is one case where they are not totally rigid, namely in tcSimplifyIPs
1619 --      let ?x = e in ...
1620 -- Here, the given is (?x::a), where 'a' is not necy a rigid type
1621 -- But that doesn't affect the comparison, which is based only on mame.
1622
1623 -- Note [RedStack]
1624 -- The red_stack pair (n,insts) pair is just used for error reporting.
1625 -- 'n' is always the depth of the stack.
1626 -- The 'insts' is the stack of Insts being reduced: to produce X
1627 -- I had to produce Y, to produce Y I had to produce Z, and so on.
1628
1629
1630 mkRedEnv :: SDoc -> (Inst -> WhatToDo) -> [Inst] -> RedEnv
1631 mkRedEnv doc try_me givens
1632   = RedEnv { red_doc = doc, red_try_me = try_me,
1633              red_givens = givens, red_stack = (0,[]),
1634              red_improve = True }       
1635
1636 mkNoImproveRedEnv :: SDoc -> (Inst -> WhatToDo) -> RedEnv
1637 -- Do not do improvement; no givens
1638 mkNoImproveRedEnv doc try_me
1639   = RedEnv { red_doc = doc, red_try_me = try_me,
1640              red_givens = [], red_stack = (0,[]),
1641              red_improve = True }       
1642
1643 data WhatToDo
1644  = ReduceMe WantSCs     -- Try to reduce this
1645                         -- If there's no instance, add the inst to the 
1646                         -- irreductible ones, but don't produce an error 
1647                         -- message of any kind.
1648                         -- It might be quite legitimate such as (Eq a)!
1649
1650  | Stop         -- Return as irreducible unless it can
1651                         -- be reduced to a constant in one step
1652                         -- Do not add superclasses; see 
1653
1654 data WantSCs = NoSCs | AddSCs   -- Tells whether we should add the superclasses
1655                                 -- of a predicate when adding it to the avails
1656         -- The reason for this flag is entirely the super-class loop problem
1657         -- Note [SUPER-CLASS LOOP 1]
1658 \end{code}
1659
1660
1661 %************************************************************************
1662 %*                                                                      *
1663 \subsection[reduce]{@reduce@}
1664 %*                                                                      *
1665 %************************************************************************
1666
1667 Note [Ancestor Equalities]
1668 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1669 During context reduction, we add to the wanted equalities also those
1670 equalities that (transitively) occur in superclass contexts of wanted
1671 class constraints.  Consider the following code
1672
1673   class a ~ Int => C a
1674   instance C Int
1675
1676 If (C a) is wanted, we want to add (a ~ Int), which will be discharged by
1677 substituting Int for a.  Hence, we ultimately want (C Int), which we
1678 discharge with the explicit instance.
1679
1680 \begin{code}
1681 reduceContext :: RedEnv
1682               -> [Inst]                 -- Wanted
1683               -> TcM (ImprovementDone,
1684                       TcDictBinds,      -- Dictionary bindings
1685                       [Inst],           -- Irreducible
1686                       [Inst])           -- Needed givens
1687
1688 reduceContext env wanteds
1689   = do  { traceTc (text "reduceContext" <+> (vcat [
1690              text "----------------------",
1691              red_doc env,
1692              text "given" <+> ppr (red_givens env),
1693              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1694              text "----------------------"
1695              ]))
1696
1697         ; let givens                      = red_givens env
1698               (given_eqs0, given_dicts0)  = partition isEqInst givens
1699               (wanted_eqs0, wanted_dicts) = partition isEqInst wanteds
1700
1701           -- We want to add as wanted equalities those that (transitively) 
1702           -- occur in superclass contexts of wanted class constraints.
1703           -- See Note [Ancestor Equalities]
1704         ; ancestor_eqs <- ancestorEqualities wanted_dicts
1705         ; let wanted_eqs = wanted_eqs0 ++ ancestor_eqs
1706         ; traceTc $ text "reduceContext: ancestor eqs" <+> ppr ancestor_eqs
1707
1708           -- 1. Normalise the *given* *equality* constraints
1709         ; (given_eqs, eliminate_skolems) <- normaliseGivenEqs given_eqs0
1710
1711           -- 2. Normalise the *given* *dictionary* constraints
1712           --    wrt. the toplevel and given equations
1713         ; (given_dicts, given_binds) <- normaliseGivenDicts given_eqs 
1714                                                             given_dicts0
1715
1716           -- 3. Solve the *wanted* *equation* constraints
1717         ; eq_irreds0 <- solveWantedEqs given_eqs wanted_eqs 
1718
1719           -- 4. Normalise the *wanted* equality constraints with respect to
1720           --    each other 
1721         ; eq_irreds <- normaliseWantedEqs eq_irreds0
1722
1723           -- 5. Build the Avail mapping from "given_dicts"
1724         ; init_state <- foldlM addGiven emptyAvails given_dicts
1725
1726           -- 6. Solve the *wanted* *dictionary* constraints
1727           --    This may expose some further equational constraints...
1728         ; wanted_dicts' <- zonkInsts wanted_dicts
1729         ; avails <- reduceList env wanted_dicts' init_state
1730         ; (binds, irreds0, needed_givens) <- extractResults avails wanted_dicts'
1731         ; traceTc $ text "reduceContext extractresults" <+> vcat
1732                       [ppr avails,ppr wanted_dicts',ppr binds,ppr needed_givens]
1733
1734           -- 7. Normalise the *wanted* *dictionary* constraints
1735           --    wrt. the toplevel and given equations
1736         ; (irreds1,normalise_binds1) <- normaliseWantedDicts given_eqs irreds0
1737
1738           -- 8. Substitute the wanted *equations* in the wanted *dictionaries*
1739         ; (irreds,normalise_binds2) <- substEqInDictInsts eq_irreds irreds1
1740                 
1741           -- 9. eliminate the artificial skolem constants introduced in 1.
1742         ; eliminate_skolems     
1743
1744           -- If there was some FD improvement,
1745           -- or new wanted equations have been exposed,
1746           -- we should have another go at solving.
1747         ; let improved = availsImproved avails 
1748                          || (not $ isEmptyBag normalise_binds1)
1749                          || (not $ isEmptyBag normalise_binds2)
1750                          || (any isEqInst irreds)
1751
1752         ; traceTc (text "reduceContext end" <+> (vcat [
1753              text "----------------------",
1754              red_doc env,
1755              text "given" <+> ppr (red_givens env),
1756              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1757              text "----",
1758              text "avails" <+> pprAvails avails,
1759              text "improved =" <+> ppr improved,
1760              text "irreds = " <+> ppr irreds,
1761              text "binds = " <+> ppr binds,
1762              text "needed givens = " <+> ppr needed_givens,
1763              text "----------------------"
1764              ]))
1765
1766         ; return (improved, 
1767                   given_binds `unionBags` normalise_binds1 
1768                               `unionBags` normalise_binds2 
1769                               `unionBags` binds, 
1770                   irreds ++ eq_irreds, 
1771                   needed_givens) 
1772         }
1773
1774 tcImproveOne :: Avails -> Inst -> TcM ImprovementDone
1775 tcImproveOne avails inst
1776   | not (isDict inst) = return False
1777   | otherwise
1778   = do  { inst_envs <- tcGetInstEnvs
1779         ; let eqns = improveOne (classInstances inst_envs)
1780                                 (dictPred inst, pprInstArising inst)
1781                                 [ (dictPred p, pprInstArising p)
1782                                 | p <- availsInsts avails, isDict p ]
1783                 -- Avails has all the superclasses etc (good)
1784                 -- It also has all the intermediates of the deduction (good)
1785                 -- It does not have duplicates (good)
1786                 -- NB that (?x::t1) and (?x::t2) will be held separately in avails
1787                 --    so that improve will see them separate
1788         ; traceTc (text "improveOne" <+> ppr inst)
1789         ; unifyEqns eqns }
1790
1791 unifyEqns :: [(Equation,(PredType,SDoc),(PredType,SDoc))] 
1792           -> TcM ImprovementDone
1793 unifyEqns [] = return False
1794 unifyEqns eqns
1795   = do  { traceTc (ptext SLIT("Improve:") <+> vcat (map pprEquationDoc eqns))
1796         ; mappM_ unify eqns
1797         ; return True }
1798   where
1799     unify ((qtvs, pairs), what1, what2)
1800          = addErrCtxtM (mkEqnMsg what1 what2)   $
1801            tcInstTyVars (varSetElems qtvs)      `thenM` \ (_, _, tenv) ->
1802            mapM_ (unif_pr tenv) pairs
1803     unif_pr tenv (ty1,ty2) =  unifyType (substTy tenv ty1) (substTy tenv ty2)
1804
1805 pprEquationDoc (eqn, (p1,w1), (p2,w2)) = vcat [pprEquation eqn, nest 2 (ppr p1), nest 2 (ppr p2)]
1806
1807 mkEqnMsg (pred1,from1) (pred2,from2) tidy_env
1808   = do  { pred1' <- zonkTcPredType pred1; pred2' <- zonkTcPredType pred2
1809         ; let { pred1'' = tidyPred tidy_env pred1'; pred2'' = tidyPred tidy_env pred2' }
1810         ; let msg = vcat [ptext SLIT("When using functional dependencies to combine"),
1811                           nest 2 (sep [ppr pred1'' <> comma, nest 2 from1]), 
1812                           nest 2 (sep [ppr pred2'' <> comma, nest 2 from2])]
1813         ; return (tidy_env, msg) }
1814 \end{code}
1815
1816 The main context-reduction function is @reduce@.  Here's its game plan.
1817
1818 \begin{code}
1819 reduceList :: RedEnv -> [Inst] -> Avails -> TcM Avails
1820 reduceList env@(RedEnv {red_stack = (n,stk)}) wanteds state
1821   = do  { dopts <- getDOpts
1822 #ifdef DEBUG
1823         ; if n > 8 then
1824                 dumpTcRn (hang (ptext SLIT("Interesting! Context reduction stack depth") <+> int n) 
1825                              2 (ifPprDebug (nest 2 (pprStack stk))))
1826           else return ()
1827 #endif
1828         ; if n >= ctxtStkDepth dopts then
1829             failWithTc (reduceDepthErr n stk)
1830           else
1831             go wanteds state }
1832   where
1833     go []     state = return state
1834     go (w:ws) state = do { traceTc (text "reduceList " <+> ppr (w:ws) <+> ppr state)
1835                          ; state' <- reduce (env {red_stack = (n+1, w:stk)}) w state
1836                          ; go ws state' }
1837
1838     -- Base case: we're done!
1839 reduce env wanted avails
1840     -- It's the same as an existing inst, or a superclass thereof
1841   | Just avail <- findAvail avails wanted
1842   = do { traceTc (text "reduce: found " <+> ppr wanted)
1843        ; returnM avails 
1844        }
1845
1846   | otherwise
1847   = do  { traceTc (text "reduce" <+> ppr avails <+> ppr wanted)
1848         ; case red_try_me env wanted of {
1849             Stop -> try_simple (addIrred NoSCs);
1850                         -- See Note [No superclasses for Stop]
1851
1852             ReduceMe want_scs -> do     -- It should be reduced
1853                 { (avails, lookup_result) <- reduceInst env avails wanted
1854                 ; case lookup_result of
1855                     NoInstance -> addIrred want_scs avails wanted
1856                              -- Add it and its superclasses
1857                              
1858                     GenInst [] rhs -> addWanted want_scs avails wanted rhs []
1859
1860                     GenInst wanteds' rhs 
1861                           -> do { avails1 <- addIrred NoSCs avails wanted
1862                                 ; avails2 <- reduceList env wanteds' avails1
1863                                 ; addWanted want_scs avails2 wanted rhs wanteds' } }
1864                 -- Temporarily do addIrred *before* the reduceList, 
1865                 -- which has the effect of adding the thing we are trying
1866                 -- to prove to the database before trying to prove the things it
1867                 -- needs.  See note [RECURSIVE DICTIONARIES]
1868                 -- NB: we must not do an addWanted before, because that adds the
1869                 --     superclasses too, and that can lead to a spurious loop; see
1870                 --     the examples in [SUPERCLASS-LOOP]
1871                 -- So we do an addIrred before, and then overwrite it afterwards with addWanted
1872     } }
1873   where
1874         -- First, see if the inst can be reduced to a constant in one step
1875         -- Works well for literals (1::Int) and constant dictionaries (d::Num Int)
1876         -- Don't bother for implication constraints, which take real work
1877     try_simple do_this_otherwise
1878       = do { res <- lookupSimpleInst wanted
1879            ; case res of
1880                 GenInst [] rhs -> addWanted AddSCs avails wanted rhs []
1881                 other          -> do_this_otherwise avails wanted }
1882 \end{code}
1883
1884
1885 Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
1886 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1887 But the above isn't enough.  Suppose we are *given* d1:Ord a,
1888 and want to deduce (d2:C [a]) where
1889
1890         class Ord a => C a where
1891         instance Ord [a] => C [a] where ...
1892
1893 Then we'll use the instance decl to deduce C [a] from Ord [a], and then add the
1894 superclasses of C [a] to avails.  But we must not overwrite the binding
1895 for Ord [a] (which is obtained from Ord a) with a superclass selection or we'll just
1896 build a loop! 
1897
1898 Here's another variant, immortalised in tcrun020
1899         class Monad m => C1 m
1900         class C1 m => C2 m x
1901         instance C2 Maybe Bool
1902 For the instance decl we need to build (C1 Maybe), and it's no good if
1903 we run around and add (C2 Maybe Bool) and its superclasses to the avails 
1904 before we search for C1 Maybe.
1905
1906 Here's another example 
1907         class Eq b => Foo a b
1908         instance Eq a => Foo [a] a
1909 If we are reducing
1910         (Foo [t] t)
1911
1912 we'll first deduce that it holds (via the instance decl).  We must not
1913 then overwrite the Eq t constraint with a superclass selection!
1914
1915 At first I had a gross hack, whereby I simply did not add superclass constraints
1916 in addWanted, though I did for addGiven and addIrred.  This was sub-optimal,
1917 becuase it lost legitimate superclass sharing, and it still didn't do the job:
1918 I found a very obscure program (now tcrun021) in which improvement meant the
1919 simplifier got two bites a the cherry... so something seemed to be an Stop
1920 first time, but reducible next time.
1921
1922 Now we implement the Right Solution, which is to check for loops directly 
1923 when adding superclasses.  It's a bit like the occurs check in unification.
1924
1925
1926 Note [RECURSIVE DICTIONARIES]
1927 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1928 Consider 
1929     data D r = ZeroD | SuccD (r (D r));
1930     
1931     instance (Eq (r (D r))) => Eq (D r) where
1932         ZeroD     == ZeroD     = True
1933         (SuccD a) == (SuccD b) = a == b
1934         _         == _         = False;
1935     
1936     equalDC :: D [] -> D [] -> Bool;
1937     equalDC = (==);
1938
1939 We need to prove (Eq (D [])).  Here's how we go:
1940
1941         d1 : Eq (D [])
1942
1943 by instance decl, holds if
1944         d2 : Eq [D []]
1945         where   d1 = dfEqD d2
1946
1947 by instance decl of Eq, holds if
1948         d3 : D []
1949         where   d2 = dfEqList d3
1950                 d1 = dfEqD d2
1951
1952 But now we can "tie the knot" to give
1953
1954         d3 = d1
1955         d2 = dfEqList d3
1956         d1 = dfEqD d2
1957
1958 and it'll even run!  The trick is to put the thing we are trying to prove
1959 (in this case Eq (D []) into the database before trying to prove its
1960 contributing clauses.
1961         
1962
1963 %************************************************************************
1964 %*                                                                      *
1965                 Reducing a single constraint
1966 %*                                                                      *
1967 %************************************************************************
1968
1969 \begin{code}
1970 ---------------------------------------------
1971 reduceInst :: RedEnv -> Avails -> Inst -> TcM (Avails, LookupInstResult)
1972 reduceInst env avails (ImplicInst { tci_tyvars = tvs, tci_reft = reft, tci_loc = loc,
1973                                     tci_given = extra_givens, tci_wanted = wanteds })
1974   = reduceImplication env avails reft tvs extra_givens wanteds loc
1975
1976 reduceInst env avails other_inst
1977   = do  { result <- lookupSimpleInst other_inst
1978         ; return (avails, result) }
1979 \end{code}
1980
1981 Note [Equational Constraints in Implication Constraints]
1982 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1983
1984 An equational constraint is of the form 
1985         Given => Wanted 
1986 where Given and Wanted may contain both equational and dictionary
1987 constraints. The delay and reduction of these two kinds of constraints
1988 is distinct:
1989
1990 -) In the generated code, wanted Dictionary constraints are wrapped up in an
1991    implication constraint that is created at the code site where the wanted
1992    dictionaries can be reduced via a let-binding. This let-bound implication
1993    constraint is deconstructed at the use-site of the wanted dictionaries.
1994
1995 -) While the reduction of equational constraints is also delayed, the delay
1996    is not manifest in the generated code. The required evidence is generated
1997    in the code directly at the use-site. There is no let-binding and deconstruction
1998    necessary. The main disadvantage is that we cannot exploit sharing as the
1999    same evidence may be generated at multiple use-sites. However, this disadvantage
2000    is limited because it only concerns coercions which are erased.
2001
2002 The different treatment is motivated by the different in representation. Dictionary
2003 constraints require manifest runtime dictionaries, while equations require coercions
2004 which are types.
2005
2006 \begin{code}
2007 ---------------------------------------------
2008 reduceImplication :: RedEnv
2009                  -> Avails
2010                  -> Refinement  -- May refine the givens; often empty
2011                  -> [TcTyVar]   -- Quantified type variables; all skolems
2012                  -> [Inst]      -- Extra givens; all rigid
2013                  -> [Inst]      -- Wanted
2014                  -> InstLoc
2015                  -> TcM (Avails, LookupInstResult)
2016 \end{code}
2017
2018 Suppose we are simplifying the constraint
2019         forall bs. extras => wanted
2020 in the context of an overall simplification problem with givens 'givens',
2021 and refinment 'reft'.
2022
2023 Note that
2024   * The refinement is often empty
2025
2026   * The 'extra givens' need not mention any of the quantified type variables
2027         e.g.    forall {}. Eq a => Eq [a]
2028                 forall {}. C Int => D (Tree Int)
2029
2030     This happens when you have something like
2031         data T a where
2032           T1 :: Eq a => a -> T a
2033
2034         f :: T a -> Int
2035         f x = ...(case x of { T1 v -> v==v })...
2036
2037 \begin{code}
2038         -- ToDo: should we instantiate tvs?  I think it's not necessary
2039         --
2040         -- Note on coercion variables:
2041         --
2042         --      The extra given coercion variables are bound at two different sites:
2043         --      -) in the creation context of the implication constraint        
2044         --              the solved equational constraints use these binders
2045         --
2046         --      -) at the solving site of the implication constraint
2047         --              the solved dictionaries use these binders               
2048         --              these binders are generated by reduceImplication
2049         --
2050 reduceImplication env orig_avails reft tvs extra_givens wanteds inst_loc
2051   = do  {       -- Add refined givens, and the extra givens
2052                 -- Todo fix this 
2053           (refined_red_givens,refined_avails)
2054                 <- if isEmptyRefinement reft then return (red_givens env,orig_avails)
2055                    else foldlM (addRefinedGiven reft) ([],orig_avails) (red_givens env)
2056
2057                 -- Solve the sub-problem
2058         ; let try_me inst = ReduceMe AddSCs     -- Note [Freeness and implications]
2059               env' = env { red_givens = refined_red_givens ++ extra_givens ++ availsInsts orig_avails
2060                          , red_try_me = try_me }
2061
2062         ; traceTc (text "reduceImplication" <+> vcat
2063                         [ ppr orig_avails,
2064                           ppr (red_givens env), ppr extra_givens, 
2065                           ppr reft, ppr wanteds])
2066         ; (irreds,binds,needed_givens0) <- checkLoop env' wanteds
2067         ; let needed_givens1 = [ng | ng <- needed_givens0, notElem ng extra_givens]
2068
2069                 -- Note [Reducing implication constraints]
2070                 -- Tom -- update note, put somewhere!
2071
2072         ; traceTc (text "reduceImplication result" <+> vcat
2073                         [ppr irreds, ppr binds, ppr needed_givens1])
2074 --      ; avails <- reduceList env' wanteds avails
2075 -- 
2076 --              -- Extract the binding
2077 --      ; (binds, irreds) <- extractResults avails wanteds
2078         ; (refinement_binds,needed_givens) <- extractLocalResults refined_avails needed_givens1
2079         ; traceTc (text "reduceImplication local results" <+> vcat
2080                         [ppr refinement_binds, ppr needed_givens])
2081
2082         ; -- extract superclass binds
2083           --  (sc_binds,_) <- extractResults avails []
2084 --      ; traceTc (text "reduceImplication sc_binds" <+> vcat
2085 --                      [ppr sc_binds, ppr avails])
2086 --  
2087
2088                 -- We always discard the extra avails we've generated;
2089                 -- but we remember if we have done any (global) improvement
2090 --      ; let ret_avails = avails
2091         ; let ret_avails = orig_avails
2092 --      ; let ret_avails = updateImprovement orig_avails avails
2093
2094         ; traceTc (text "reduceImplication condition" <+> ppr ((isEmptyLHsBinds binds) || (null irreds)))
2095
2096 --      Porgress is no longer measered by the number of bindings
2097 --      ; if isEmptyLHsBinds binds then         -- No progress
2098         ; if (isEmptyLHsBinds binds) && (not $ null irreds) then 
2099                 return (ret_avails, NoInstance)
2100           else do
2101         { 
2102         ; (implic_insts, bind) <- makeImplicationBind inst_loc tvs reft extra_givens irreds
2103                         -- This binding is useless if the recursive simplification
2104                         -- made no progress; but currently we don't try to optimise that
2105                         -- case.  After all, we only try hard to reduce at top level, or
2106                         -- when inferring types.
2107
2108         ; let   dict_wanteds = filter (not . isEqInst) wanteds
2109                 (extra_eq_givens, extra_dict_givens) = partition isEqInst extra_givens
2110                 dict_ids = map instToId extra_dict_givens 
2111                 -- TOMDO: given equational constraints bug!
2112                 --  we need a different evidence for given
2113                 --  equations depending on whether we solve
2114                 --  dictionary constraints or equational constraints
2115                 eq_tyvars = uniqSetToList $ tyVarsOfTypes $ map eqInstType extra_eq_givens
2116                 -- dict_ids = map instToId extra_givens
2117                 co  = mkWpTyLams tvs <.> mkWpTyLams eq_tyvars <.> mkWpLams dict_ids <.> WpLet (binds `unionBags` refinement_binds `unionBags` bind)
2118                 rhs = mkHsWrap co payload
2119                 loc = instLocSpan inst_loc
2120                 payload | [dict_wanted] <- dict_wanteds = HsVar (instToId dict_wanted)
2121                         | otherwise = ExplicitTuple (map (L loc . HsVar . instToId) dict_wanteds) Boxed
2122
2123         
2124         ; traceTc (text "reduceImplication ->"  <+> vcat
2125                         [ ppr ret_avails,
2126                           ppr implic_insts])
2127                 -- If there are any irreds, we back off and return NoInstance
2128         ; return (ret_avails, GenInst (implic_insts ++ needed_givens) (L loc rhs))
2129         } 
2130     }
2131 \end{code}
2132
2133 Note [Reducing implication constraints]
2134 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2135 Suppose we are trying to simplify
2136         (Ord a, forall b. C a b => (W [a] b, D c b))
2137 where
2138         instance (C a b, Ord a) => W [a] b
2139 When solving the implication constraint, we'll start with
2140         Ord a -> Irred
2141 in the Avails.  Then we add (C a b -> Given) and solve. Extracting
2142 the results gives us a binding for the (W [a] b), with an Irred of 
2143 (Ord a, D c b).  Now, the (Ord a) comes from "outside" the implication,
2144 but the (D d b) is from "inside".  So we want to generate a Rhs binding
2145 like this
2146
2147         ic = /\b \dc:C a b). (df a b dc do, ic' b dc)
2148            depending on
2149                 do :: Ord a
2150                 ic' :: forall b. C a b => D c b
2151
2152 The 'depending on' part of the Rhs is important, because it drives
2153 the extractResults code.
2154
2155 The "inside" and "outside" distinction is what's going on with 'inner' and
2156 'outer' in reduceImplication
2157
2158
2159 Note [Freeness and implications]
2160 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2161 It's hard to say when an implication constraint can be floated out.  Consider
2162         forall {} Eq a => Foo [a]
2163 The (Foo [a]) doesn't mention any of the quantified variables, but it
2164 still might be partially satisfied by the (Eq a). 
2165
2166 There is a useful special case when it *is* easy to partition the 
2167 constraints, namely when there are no 'givens'.  Consider
2168         forall {a}. () => Bar b
2169 There are no 'givens', and so there is no reason to capture (Bar b).
2170 We can let it float out.  But if there is even one constraint we
2171 must be much more careful:
2172         forall {a}. C a b => Bar (m b)
2173 because (C a b) might have a superclass (D b), from which we might 
2174 deduce (Bar [b]) when m later gets instantiated to [].  Ha!
2175
2176 Here is an even more exotic example
2177         class C a => D a b
2178 Now consider the constraint
2179         forall b. D Int b => C Int
2180 We can satisfy the (C Int) from the superclass of D, so we don't want
2181 to float the (C Int) out, even though it mentions no type variable in
2182 the constraints!
2183
2184 Note [Pruning the givens in an implication constraint]
2185 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2186 Suppose we are about to form the implication constraint
2187         forall tvs.  Eq a => Ord b
2188 The (Eq a) cannot contribute to the (Ord b), because it has no access to
2189 the type variable 'b'.  So we could filter out the (Eq a) from the givens.
2190
2191 Doing so would be a bit tidier, but all the implication constraints get
2192 simplified away by the optimiser, so it's no great win.   So I don't take
2193 advantage of that at the moment.
2194
2195 If you do, BE CAREFUL of wobbly type variables.
2196
2197
2198 %************************************************************************
2199 %*                                                                      *
2200                 Avails and AvailHow: the pool of evidence
2201 %*                                                                      *
2202 %************************************************************************
2203
2204
2205 \begin{code}
2206 data Avails = Avails !ImprovementDone !AvailEnv
2207
2208 type ImprovementDone = Bool     -- True <=> some unification has happened
2209                                 -- so some Irreds might now be reducible
2210                                 -- keys that are now 
2211
2212 type AvailEnv = FiniteMap Inst AvailHow
2213 data AvailHow
2214   = IsIrred             -- Used for irreducible dictionaries,
2215                         -- which are going to be lambda bound
2216
2217   | Given TcId          -- Used for dictionaries for which we have a binding
2218                         -- e.g. those "given" in a signature
2219
2220   | Rhs                 -- Used when there is a RHS
2221         (LHsExpr TcId)  -- The RHS
2222         [Inst]          -- Insts free in the RHS; we need these too
2223
2224 instance Outputable Avails where
2225   ppr = pprAvails
2226
2227 pprAvails (Avails imp avails)
2228   = vcat [ ptext SLIT("Avails") <> (if imp then ptext SLIT("[improved]") else empty)
2229          , nest 2 (vcat [sep [ppr inst, nest 2 (equals <+> ppr avail)]
2230                         | (inst,avail) <- fmToList avails ])]
2231
2232 instance Outputable AvailHow where
2233     ppr = pprAvail
2234
2235 -------------------------
2236 pprAvail :: AvailHow -> SDoc
2237 pprAvail IsIrred        = text "Irred"
2238 pprAvail (Given x)      = text "Given" <+> ppr x
2239 pprAvail (Rhs rhs bs)   = text "Rhs" <+> sep [ppr rhs, braces (ppr bs)]
2240
2241 -------------------------
2242 extendAvailEnv :: AvailEnv -> Inst -> AvailHow -> AvailEnv
2243 extendAvailEnv env inst avail = addToFM env inst avail
2244
2245 findAvailEnv :: AvailEnv -> Inst -> Maybe AvailHow
2246 findAvailEnv env wanted = lookupFM env wanted
2247         -- NB 1: the Ord instance of Inst compares by the class/type info
2248         --  *not* by unique.  So
2249         --      d1::C Int ==  d2::C Int
2250
2251 emptyAvails :: Avails
2252 emptyAvails = Avails False emptyFM
2253
2254 findAvail :: Avails -> Inst -> Maybe AvailHow
2255 findAvail (Avails _ avails) wanted = findAvailEnv avails wanted
2256
2257 elemAvails :: Inst -> Avails -> Bool
2258 elemAvails wanted (Avails _ avails) = wanted `elemFM` avails
2259
2260 extendAvails :: Avails -> Inst -> AvailHow -> TcM Avails
2261 -- Does improvement
2262 extendAvails avails@(Avails imp env) inst avail 
2263   = do  { imp1 <- tcImproveOne avails inst      -- Do any improvement
2264         ; return (Avails (imp || imp1) (extendAvailEnv env inst avail)) }
2265
2266 availsInsts :: Avails -> [Inst]
2267 availsInsts (Avails _ avails) = keysFM avails
2268
2269 availsImproved (Avails imp _) = imp
2270
2271 updateImprovement :: Avails -> Avails -> Avails
2272 -- (updateImprovement a1 a2) sets a1's improvement flag from a2
2273 updateImprovement (Avails _ avails1) (Avails imp2 _) = Avails imp2 avails1
2274 \end{code}
2275
2276 Extracting the bindings from a bunch of Avails.
2277 The bindings do *not* come back sorted in dependency order.
2278 We assume that they'll be wrapped in a big Rec, so that the
2279 dependency analyser can sort them out later
2280
2281 \begin{code}
2282 extractResults :: Avails
2283                -> [Inst]                -- Wanted
2284                -> TcM ( TcDictBinds,    -- Bindings
2285                         [Inst],         -- Irreducible ones
2286                         [Inst])         -- Needed givens, i.e. ones used in the bindings
2287
2288 extractResults (Avails _ avails) wanteds
2289   = go avails emptyBag [] [] wanteds
2290   where
2291     go :: AvailEnv -> TcDictBinds -> [Inst] -> [Inst] -> [Inst]
2292         -> TcM (TcDictBinds, [Inst], [Inst])
2293     go avails binds irreds givens [] 
2294       = returnM (binds, irreds, givens)
2295
2296     go avails binds irreds givens (w:ws)
2297       = case findAvailEnv avails w of
2298           Nothing -> pprTrace "Urk: extractResults" (ppr w) $
2299                      go avails binds irreds givens ws
2300
2301           Just (Given id) 
2302                 | id == w_id -> go avails binds irreds (w:givens) ws 
2303                 | otherwise  -> 
2304                   go avails (addInstToDictBind binds w (nlHsVar id)) irreds 
2305                      (update_id w  id:givens) ws
2306                 -- The sought Id can be one of the givens, via a superclass chain
2307                 -- and then we definitely don't want to generate an x=x binding!
2308
2309           Just IsIrred -> go (add_given avails w) binds (w:irreds) givens ws
2310                 -- The add_given handles the case where we want (Ord a, Eq a), and we
2311                 -- don't want to emit *two* Irreds for Ord a, one via the superclass chain
2312                 -- This showed up in a dupliated Ord constraint in the error message for 
2313                 --      test tcfail043
2314
2315           Just (Rhs rhs ws') -> go (add_given avails w) new_binds irreds givens (ws' ++ ws)
2316                              where      
2317                                 new_binds = addInstToDictBind binds w rhs
2318       where
2319         w_id = instToId w       
2320         update_id m@(Method{}) id = m {tci_id = id}
2321         update_id w            id = w {tci_name = idName id} 
2322
2323     add_given avails w = extendAvailEnv avails w (Given (instToId w))
2324
2325 extractLocalResults :: Avails
2326                -> [Inst]                -- Wanted
2327                -> TcM ( TcDictBinds,    -- Bindings
2328                         [Inst])         -- Needed givens, i.e. ones used in the bindings
2329
2330 extractLocalResults (Avails _ avails) wanteds
2331   = go avails emptyBag [] wanteds
2332   where
2333     go :: AvailEnv -> TcDictBinds -> [Inst] -> [Inst]
2334         -> TcM (TcDictBinds, [Inst])
2335     go avails binds givens [] 
2336       = returnM (binds, givens)
2337
2338     go avails binds givens (w:ws)
2339       = case findAvailEnv avails w of
2340           Nothing -> -- pprTrace "Urk: extractLocalResults" (ppr w) $
2341                      go avails binds givens ws
2342
2343           Just IsIrred ->
2344                      go avails binds givens ws
2345
2346           Just (Given id) 
2347                 | id == w_id -> go avails binds (w:givens) ws 
2348                 | otherwise  -> go avails binds (w{tci_name=idName id}:givens) ws
2349                 -- The sought Id can be one of the givens, via a superclass chain
2350                 -- and then we definitely don't want to generate an x=x binding!
2351
2352           Just (Rhs rhs ws') -> go (add_given avails w) new_binds givens (ws' ++ ws)
2353                              where      
2354                                 new_binds = addInstToDictBind binds w rhs
2355       where
2356         w_id = instToId w       
2357
2358     add_given avails w = extendAvailEnv avails w (Given (instToId w))
2359 \end{code}
2360
2361
2362 Note [No superclasses for Stop]
2363 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2364 When we decide not to reduce an Inst -- the 'WhatToDo' --- we still
2365 add it to avails, so that any other equal Insts will be commoned up
2366 right here.  However, we do *not* add superclasses.  If we have
2367         df::Floating a
2368         dn::Num a
2369 but a is not bound here, then we *don't* want to derive dn from df
2370 here lest we lose sharing.
2371
2372 \begin{code}
2373 addWanted :: WantSCs -> Avails -> Inst -> LHsExpr TcId -> [Inst] -> TcM Avails
2374 addWanted want_scs avails wanted rhs_expr wanteds
2375   = addAvailAndSCs want_scs avails wanted avail
2376   where
2377     avail = Rhs rhs_expr wanteds
2378
2379 addGiven :: Avails -> Inst -> TcM Avails
2380 addGiven avails given = addAvailAndSCs AddSCs avails given (Given (instToId given))
2381         -- Always add superclasses for 'givens'
2382         --
2383         -- No ASSERT( not (given `elemAvails` avails) ) because in an instance
2384         -- decl for Ord t we can add both Ord t and Eq t as 'givens', 
2385         -- so the assert isn't true
2386
2387 addRefinedGiven :: Refinement -> ([Inst], Avails) -> Inst -> TcM ([Inst], Avails)
2388 addRefinedGiven reft (refined_givens, avails) given
2389   | isDict given        -- We sometimes have 'given' methods, but they
2390                         -- are always optional, so we can drop them
2391   , let pred = dictPred given
2392   , isRefineablePred pred       -- See Note [ImplicInst rigidity]
2393   , Just (co, pred) <- refinePred reft pred
2394   = do  { new_given <- newDictBndr (instLoc given) pred
2395         ; let rhs = L (instSpan given) $
2396                     HsWrap (WpCo co) (HsVar (instToId given))
2397         ; avails <- addAvailAndSCs AddSCs avails new_given (Rhs rhs [given])
2398         ; return (new_given:refined_givens, avails) }
2399             -- ToDo: the superclasses of the original given all exist in Avails 
2400             -- so we could really just cast them, but it's more awkward to do,
2401             -- and hopefully the optimiser will spot the duplicated work
2402   | otherwise
2403   = return (refined_givens, avails)
2404 \end{code}
2405
2406 Note [ImplicInst rigidity]
2407 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2408 Consider
2409         C :: forall ab. (Eq a, Ord b) => b -> T a
2410         
2411         ...(case x of C v -> <body>)...
2412
2413 From the case (where x::T ty) we'll get an implication constraint
2414         forall b. (Eq ty, Ord b) => <body-constraints>
2415 Now suppose <body-constraints> itself has an implication constraint 
2416 of form
2417         forall c. <reft> => <payload>
2418 Then, we can certainly apply the refinement <reft> to the Ord b, becuase it is
2419 existential, but we probably should not apply it to the (Eq ty) because it may
2420 be wobbly. Hence the isRigidInst
2421
2422 @Insts@ are ordered by their class/type info, rather than by their
2423 unique.  This allows the context-reduction mechanism to use standard finite
2424 maps to do their stuff.  It's horrible that this code is here, rather
2425 than with the Avails handling stuff in TcSimplify
2426
2427 \begin{code}
2428 addIrred :: WantSCs -> Avails -> Inst -> TcM Avails
2429 addIrred want_scs avails irred = ASSERT2( not (irred `elemAvails` avails), ppr irred $$ ppr avails )
2430                                  addAvailAndSCs want_scs avails irred IsIrred
2431
2432 addAvailAndSCs :: WantSCs -> Avails -> Inst -> AvailHow -> TcM Avails
2433 addAvailAndSCs want_scs avails inst avail
2434   | not (isClassDict inst) = extendAvails avails inst avail
2435   | NoSCs <- want_scs      = extendAvails avails inst avail
2436   | otherwise              = do { traceTc (text "addAvailAndSCs" <+> vcat [ppr inst, ppr deps])
2437                                 ; avails' <- extendAvails avails inst avail
2438                                 ; addSCs is_loop avails' inst }
2439   where
2440     is_loop pred = any (`tcEqType` mkPredTy pred) dep_tys
2441                         -- Note: this compares by *type*, not by Unique
2442     deps         = findAllDeps (unitVarSet (instToVar inst)) avail
2443     dep_tys      = map idType (varSetElems deps)
2444
2445     findAllDeps :: IdSet -> AvailHow -> IdSet
2446     -- Find all the Insts that this one depends on
2447     -- See Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
2448     -- Watch out, though.  Since the avails may contain loops 
2449     -- (see Note [RECURSIVE DICTIONARIES]), so we need to track the ones we've seen so far
2450     findAllDeps so_far (Rhs _ kids) = foldl find_all so_far kids
2451     findAllDeps so_far other        = so_far
2452
2453     find_all :: IdSet -> Inst -> IdSet
2454     find_all so_far kid
2455       | isEqInst kid                       = so_far
2456       | kid_id `elemVarSet` so_far         = so_far
2457       | Just avail <- findAvail avails kid = findAllDeps so_far' avail
2458       | otherwise                          = so_far'
2459       where
2460         so_far' = extendVarSet so_far kid_id    -- Add the new kid to so_far
2461         kid_id = instToId kid
2462
2463 addSCs :: (TcPredType -> Bool) -> Avails -> Inst -> TcM Avails
2464         -- Add all the superclasses of the Inst to Avails
2465         -- The first param says "dont do this because the original thing
2466         --      depends on this one, so you'd build a loop"
2467         -- Invariant: the Inst is already in Avails.
2468
2469 addSCs is_loop avails dict
2470   = ASSERT( isDict dict )
2471     do  { sc_dicts <- newDictBndrs (instLoc dict) sc_theta'
2472         ; foldlM add_sc avails (zipEqual "add_scs" sc_dicts sc_sels) }
2473   where
2474     (clas, tys) = getDictClassTys dict
2475     (tyvars, sc_theta, sc_sels, _) = classBigSig clas
2476     sc_theta' = filter (not . isEqPred) $
2477                   substTheta (zipTopTvSubst tyvars tys) sc_theta
2478
2479     add_sc avails (sc_dict, sc_sel)
2480       | is_loop (dictPred sc_dict) = return avails      -- See Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
2481       | is_given sc_dict           = return avails
2482       | otherwise                  = do { avails' <- extendAvails avails sc_dict (Rhs sc_sel_rhs [dict])
2483                                         ; addSCs is_loop avails' sc_dict }
2484       where
2485         sc_sel_rhs = L (instSpan dict) (HsWrap co_fn (HsVar sc_sel))
2486         co_fn      = WpApp (instToVar dict) <.> mkWpTyApps tys
2487
2488     is_given :: Inst -> Bool
2489     is_given sc_dict = case findAvail avails sc_dict of
2490                           Just (Given _) -> True        -- Given is cheaper than superclass selection
2491                           other          -> False       
2492
2493 -- From the a set of insts obtain all equalities that (transitively) occur in
2494 -- superclass contexts of class constraints (aka the ancestor equalities). 
2495 --
2496 ancestorEqualities :: [Inst] -> TcM [Inst]
2497 ancestorEqualities
2498   =   mapM mkWantedEqInst               -- turn only equality predicates..
2499     . filter isEqPred                   -- ..into wanted equality insts
2500     . bagToList 
2501     . addAEsToBag emptyBag              -- collect the superclass constraints..
2502     . map dictPred                      -- ..of all predicates in a bag
2503     . filter isClassDict
2504   where
2505     addAEsToBag :: Bag PredType -> [PredType] -> Bag PredType
2506     addAEsToBag bag []           = bag
2507     addAEsToBag bag (pred:preds)
2508       | pred `elemBag` bag = addAEsToBag bag         preds
2509       | isEqPred pred      = addAEsToBag bagWithPred preds
2510       | isClassPred pred   = addAEsToBag bagWithPred predsWithSCs
2511       | otherwise          = addAEsToBag bag         preds
2512       where
2513         bagWithPred  = bag `snocBag` pred
2514         predsWithSCs = preds ++ substTheta (zipTopTvSubst tyvars tys) sc_theta
2515         --
2516         (tyvars, sc_theta, _, _) = classBigSig clas
2517         (clas, tys)              = getClassPredTys pred 
2518 \end{code}
2519
2520
2521 %************************************************************************
2522 %*                                                                      *
2523 \section{tcSimplifyTop: defaulting}
2524 %*                                                                      *
2525 %************************************************************************
2526
2527
2528 @tcSimplifyTop@ is called once per module to simplify all the constant
2529 and ambiguous Insts.
2530
2531 We need to be careful of one case.  Suppose we have
2532
2533         instance Num a => Num (Foo a b) where ...
2534
2535 and @tcSimplifyTop@ is given a constraint (Num (Foo x y)).  Then it'll simplify
2536 to (Num x), and default x to Int.  But what about y??
2537
2538 It's OK: the final zonking stage should zap y to (), which is fine.
2539
2540
2541 \begin{code}
2542 tcSimplifyTop, tcSimplifyInteractive :: [Inst] -> TcM TcDictBinds
2543 tcSimplifyTop wanteds
2544   = tc_simplify_top doc False wanteds
2545   where 
2546     doc = text "tcSimplifyTop"
2547
2548 tcSimplifyInteractive wanteds
2549   = tc_simplify_top doc True wanteds
2550   where 
2551     doc = text "tcSimplifyInteractive"
2552
2553 -- The TcLclEnv should be valid here, solely to improve
2554 -- error message generation for the monomorphism restriction
2555 tc_simplify_top doc interactive wanteds
2556   = do  { dflags <- getDOpts
2557         ; wanteds <- zonkInsts wanteds
2558         ; mapM_ zonkTopTyVar (varSetElems (tyVarsOfInsts wanteds))
2559
2560         ; traceTc (text "tc_simplify_top 0: " <+> ppr wanteds)
2561         ; (irreds1, binds1) <- tryHardCheckLoop doc1 wanteds
2562         ; traceTc (text "tc_simplify_top 1: " <+> ppr irreds1)
2563         ; (irreds2, binds2) <- approximateImplications doc2 (\d -> True) irreds1
2564         ; traceTc (text "tc_simplify_top 2: " <+> ppr irreds2)
2565
2566                 -- Use the defaulting rules to do extra unification
2567                 -- NB: irreds2 are already zonked
2568         ; (irreds3, binds3) <- disambiguate doc3 interactive dflags irreds2
2569
2570                 -- Deal with implicit parameters
2571         ; let (bad_ips, non_ips) = partition isIPDict irreds3
2572               (ambigs, others)   = partition isTyVarDict non_ips
2573
2574         ; topIPErrs bad_ips     -- Can arise from   f :: Int -> Int
2575                                 --                  f x = x + ?y
2576         ; addNoInstanceErrs others
2577         ; addTopAmbigErrs ambigs        
2578
2579         ; return (binds1 `unionBags` binds2 `unionBags` binds3) }
2580   where
2581     doc1 = doc <+> ptext SLIT("(first round)")
2582     doc2 = doc <+> ptext SLIT("(approximate)")
2583     doc3 = doc <+> ptext SLIT("(disambiguate)")
2584 \end{code}
2585
2586 If a dictionary constrains a type variable which is
2587         * not mentioned in the environment
2588         * and not mentioned in the type of the expression
2589 then it is ambiguous. No further information will arise to instantiate
2590 the type variable; nor will it be generalised and turned into an extra
2591 parameter to a function.
2592
2593 It is an error for this to occur, except that Haskell provided for
2594 certain rules to be applied in the special case of numeric types.
2595 Specifically, if
2596         * at least one of its classes is a numeric class, and
2597         * all of its classes are numeric or standard
2598 then the type variable can be defaulted to the first type in the
2599 default-type list which is an instance of all the offending classes.
2600
2601 So here is the function which does the work.  It takes the ambiguous
2602 dictionaries and either resolves them (producing bindings) or
2603 complains.  It works by splitting the dictionary list by type
2604 variable, and using @disambigOne@ to do the real business.
2605
2606 @disambigOne@ assumes that its arguments dictionaries constrain all
2607 the same type variable.
2608
2609 ADR Comment 20/6/94: I've changed the @CReturnable@ case to default to
2610 @()@ instead of @Int@.  I reckon this is the Right Thing to do since
2611 the most common use of defaulting is code like:
2612 \begin{verbatim}
2613         _ccall_ foo     `seqPrimIO` bar
2614 \end{verbatim}
2615 Since we're not using the result of @foo@, the result if (presumably)
2616 @void@.
2617
2618 \begin{code}
2619 disambiguate :: SDoc -> Bool -> DynFlags -> [Inst] -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
2620         -- Just does unification to fix the default types
2621         -- The Insts are assumed to be pre-zonked
2622 disambiguate doc interactive dflags insts
2623   | null insts
2624   = return (insts, emptyBag)
2625
2626   | null defaultable_groups
2627   = do  { traceTc (text "disambigutate, no defaultable groups" <+> vcat [ppr unaries, ppr insts, ppr bad_tvs, ppr defaultable_groups])
2628         ; return (insts, emptyBag) }
2629
2630   | otherwise
2631   = do  {       -- Figure out what default types to use
2632           default_tys <- getDefaultTys extended_defaulting ovl_strings
2633
2634         ; traceTc (text "disambiguate1" <+> vcat [ppr insts, ppr unaries, ppr bad_tvs, ppr defaultable_groups])
2635         ; mapM_ (disambigGroup default_tys) defaultable_groups
2636
2637         -- disambigGroup does unification, hence try again
2638         ; tryHardCheckLoop doc insts }
2639
2640   where
2641    extended_defaulting = interactive || dopt Opt_ExtendedDefaultRules dflags
2642    ovl_strings = dopt Opt_OverloadedStrings dflags
2643
2644    unaries :: [(Inst, Class, TcTyVar)]  -- (C tv) constraints
2645    bad_tvs :: TcTyVarSet  -- Tyvars mentioned by *other* constraints
2646    (unaries, bad_tvs_s) = partitionWith find_unary insts 
2647    bad_tvs              = unionVarSets bad_tvs_s
2648
2649         -- Finds unary type-class constraints
2650    find_unary d@(Dict {tci_pred = ClassP cls [ty]})
2651         | Just tv <- tcGetTyVar_maybe ty = Left (d,cls,tv)
2652    find_unary inst                       = Right (tyVarsOfInst inst)
2653
2654                 -- Group by type variable
2655    defaultable_groups :: [[(Inst,Class,TcTyVar)]]
2656    defaultable_groups = filter defaultable_group (equivClasses cmp_tv unaries)
2657    cmp_tv (_,_,tv1) (_,_,tv2) = tv1 `compare` tv2
2658
2659    defaultable_group :: [(Inst,Class,TcTyVar)] -> Bool
2660    defaultable_group ds@((_,_,tv):_)
2661         =  isTyConableTyVar tv  -- Note [Avoiding spurious errors]
2662         && not (tv `elemVarSet` bad_tvs)
2663         && defaultable_classes [c | (_,c,_) <- ds]
2664    defaultable_group [] = panic "defaultable_group"
2665
2666    defaultable_classes clss 
2667         | extended_defaulting = any isInteractiveClass clss
2668         | otherwise           = all is_std_class clss && (any is_num_class clss)
2669
2670         -- In interactive mode, or with -fextended-default-rules,
2671         -- we default Show a to Show () to avoid graututious errors on "show []"
2672    isInteractiveClass cls 
2673         = is_num_class cls || (classKey cls `elem` [showClassKey, eqClassKey, ordClassKey])
2674
2675    is_num_class cls = isNumericClass cls || (ovl_strings && (cls `hasKey` isStringClassKey))
2676         -- is_num_class adds IsString to the standard numeric classes, 
2677         -- when -foverloaded-strings is enabled
2678
2679    is_std_class cls = isStandardClass cls || (ovl_strings && (cls `hasKey` isStringClassKey))
2680         -- Similarly is_std_class
2681
2682 -----------------------
2683 disambigGroup :: [Type]                 -- The default types
2684               -> [(Inst,Class,TcTyVar)] -- All standard classes of form (C a)
2685               -> TcM () -- Just does unification, to fix the default types
2686
2687 disambigGroup default_tys dicts
2688   = try_default default_tys
2689   where
2690     (_,_,tyvar) = ASSERT(not (null dicts)) head dicts   -- Should be non-empty
2691     classes = [c | (_,c,_) <- dicts]
2692
2693     try_default [] = return ()
2694     try_default (default_ty : default_tys)
2695       = tryTcLIE_ (try_default default_tys) $
2696         do { tcSimplifyDefault [mkClassPred clas [default_ty] | clas <- classes]
2697                 -- This may fail; then the tryTcLIE_ kicks in
2698                 -- Failure here is caused by there being no type in the
2699                 -- default list which can satisfy all the ambiguous classes.
2700                 -- For example, if Real a is reqd, but the only type in the
2701                 -- default list is Int.
2702
2703                 -- After this we can't fail
2704            ; warnDefault dicts default_ty
2705            ; unifyType default_ty (mkTyVarTy tyvar) 
2706            ; return () -- TOMDO: do something with the coercion
2707            }
2708
2709
2710 -----------------------
2711 getDefaultTys :: Bool -> Bool -> TcM [Type]
2712 getDefaultTys extended_deflts ovl_strings
2713   = do  { mb_defaults <- getDeclaredDefaultTys
2714         ; case mb_defaults of {
2715            Just tys -> return tys ;     -- User-supplied defaults
2716            Nothing  -> do
2717
2718         -- No use-supplied default
2719         -- Use [Integer, Double], plus modifications
2720         { integer_ty <- tcMetaTy integerTyConName
2721         ; checkWiredInTyCon doubleTyCon
2722         ; string_ty <- tcMetaTy stringTyConName
2723         ; return (opt_deflt extended_deflts unitTy
2724                         -- Note [Default unitTy]
2725                         ++
2726                   [integer_ty,doubleTy]
2727                         ++
2728                   opt_deflt ovl_strings string_ty) } } }
2729   where
2730     opt_deflt True  ty = [ty]
2731     opt_deflt False ty = []
2732 \end{code}
2733
2734 Note [Default unitTy]
2735 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2736 In interative mode (or with -fextended-default-rules) we add () as the first type we
2737 try when defaulting.  This has very little real impact, except in the following case.
2738 Consider: 
2739         Text.Printf.printf "hello"
2740 This has type (forall a. IO a); it prints "hello", and returns 'undefined'.  We don't
2741 want the GHCi repl loop to try to print that 'undefined'.  The neatest thing is to
2742 default the 'a' to (), rather than to Integer (which is what would otherwise happen;
2743 and then GHCi doesn't attempt to print the ().  So in interactive mode, we add
2744 () to the list of defaulting types.  See Trac #1200.
2745
2746 Note [Avoiding spurious errors]
2747 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2748 When doing the unification for defaulting, we check for skolem
2749 type variables, and simply don't default them.  For example:
2750    f = (*)      -- Monomorphic
2751    g :: Num a => a -> a
2752    g x = f x x
2753 Here, we get a complaint when checking the type signature for g,
2754 that g isn't polymorphic enough; but then we get another one when
2755 dealing with the (Num a) context arising from f's definition;
2756 we try to unify a with Int (to default it), but find that it's
2757 already been unified with the rigid variable from g's type sig
2758
2759
2760 %************************************************************************
2761 %*                                                                      *
2762 \subsection[simple]{@Simple@ versions}
2763 %*                                                                      *
2764 %************************************************************************
2765
2766 Much simpler versions when there are no bindings to make!
2767
2768 @tcSimplifyThetas@ simplifies class-type constraints formed by
2769 @deriving@ declarations and when specialising instances.  We are
2770 only interested in the simplified bunch of class/type constraints.
2771
2772 It simplifies to constraints of the form (C a b c) where
2773 a,b,c are type variables.  This is required for the context of
2774 instance declarations.
2775
2776 \begin{code}
2777 tcSimplifyDeriv :: InstOrigin
2778                 -> [TyVar]      
2779                 -> ThetaType            -- Wanted
2780                 -> TcM ThetaType        -- Needed
2781 -- Given  instance (wanted) => C inst_ty 
2782 -- Simplify 'wanted' as much as possible
2783
2784 tcSimplifyDeriv orig tyvars theta
2785   = do  { (tvs, _, tenv) <- tcInstTyVars tyvars
2786         -- The main loop may do unification, and that may crash if 
2787         -- it doesn't see a TcTyVar, so we have to instantiate. Sigh
2788         -- ToDo: what if two of them do get unified?
2789         ; wanteds <- newDictBndrsO orig (substTheta tenv theta)
2790         ; (irreds, _) <- tryHardCheckLoop doc wanteds
2791
2792         ; let (tv_dicts, others) = partition ok irreds
2793         ; addNoInstanceErrs others
2794         -- See Note [Exotic derived instance contexts] in TcMType
2795
2796         ; let rev_env = zipTopTvSubst tvs (mkTyVarTys tyvars)
2797               simpl_theta = substTheta rev_env (map dictPred tv_dicts)
2798                 -- This reverse-mapping is a pain, but the result
2799                 -- should mention the original TyVars not TcTyVars
2800
2801         ; return simpl_theta }
2802   where
2803     doc = ptext SLIT("deriving classes for a data type")
2804
2805     ok dict | isDict dict = validDerivPred (dictPred dict)
2806             | otherwise   = False
2807 \end{code}
2808
2809
2810 @tcSimplifyDefault@ just checks class-type constraints, essentially;
2811 used with \tr{default} declarations.  We are only interested in
2812 whether it worked or not.
2813
2814 \begin{code}
2815 tcSimplifyDefault :: ThetaType  -- Wanted; has no type variables in it
2816                   -> TcM ()
2817
2818 tcSimplifyDefault theta
2819   = newDictBndrsO DefaultOrigin theta   `thenM` \ wanteds ->
2820     tryHardCheckLoop doc wanteds        `thenM` \ (irreds, _) ->
2821     addNoInstanceErrs  irreds           `thenM_`
2822     if null irreds then
2823         returnM ()
2824     else
2825         failM
2826   where
2827     doc = ptext SLIT("default declaration")
2828 \end{code}
2829
2830
2831 %************************************************************************
2832 %*                                                                      *
2833 \section{Errors and contexts}
2834 %*                                                                      *
2835 %************************************************************************
2836
2837 ToDo: for these error messages, should we note the location as coming
2838 from the insts, or just whatever seems to be around in the monad just
2839 now?
2840
2841 \begin{code}
2842 groupErrs :: ([Inst] -> TcM ()) -- Deal with one group
2843           -> [Inst]             -- The offending Insts
2844           -> TcM ()
2845 -- Group together insts with the same origin
2846 -- We want to report them together in error messages
2847
2848 groupErrs report_err [] 
2849   = returnM ()
2850 groupErrs report_err (inst:insts) 
2851   = do_one (inst:friends)               `thenM_`
2852     groupErrs report_err others
2853
2854   where
2855         -- (It may seem a bit crude to compare the error messages,
2856         --  but it makes sure that we combine just what the user sees,
2857         --  and it avoids need equality on InstLocs.)
2858    (friends, others) = partition is_friend insts
2859    loc_msg           = showSDoc (pprInstLoc (instLoc inst))
2860    is_friend friend  = showSDoc (pprInstLoc (instLoc friend)) == loc_msg
2861    do_one insts = addInstCtxt (instLoc (head insts)) (report_err insts)
2862                 -- Add location and context information derived from the Insts
2863
2864 -- Add the "arising from..." part to a message about bunch of dicts
2865 addInstLoc :: [Inst] -> Message -> Message
2866 addInstLoc insts msg = msg $$ nest 2 (pprInstArising (head insts))
2867
2868 addTopIPErrs :: [Name] -> [Inst] -> TcM ()
2869 addTopIPErrs bndrs [] 
2870   = return ()
2871 addTopIPErrs bndrs ips
2872   = do  { dflags <- getDOpts
2873         ; addErrTcM (tidy_env, mk_msg dflags tidy_ips) }
2874   where
2875     (tidy_env, tidy_ips) = tidyInsts ips
2876     mk_msg dflags ips 
2877         = vcat [sep [ptext SLIT("Implicit parameters escape from"),
2878                 nest 2 (ptext SLIT("the monomorphic top-level binding") 
2879                                             <> plural bndrs <+> ptext SLIT("of")
2880                                             <+> pprBinders bndrs <> colon)],
2881                 nest 2 (vcat (map ppr_ip ips)),
2882                 monomorphism_fix dflags]
2883     ppr_ip ip = pprPred (dictPred ip) <+> pprInstArising ip
2884
2885 topIPErrs :: [Inst] -> TcM ()
2886 topIPErrs dicts
2887   = groupErrs report tidy_dicts
2888   where
2889     (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
2890     report dicts = addErrTcM (tidy_env, mk_msg dicts)
2891     mk_msg dicts = addInstLoc dicts (ptext SLIT("Unbound implicit parameter") <> 
2892                                      plural tidy_dicts <+> pprDictsTheta tidy_dicts)
2893
2894 addNoInstanceErrs :: [Inst]     -- Wanted (can include implications)
2895                   -> TcM ()     
2896 addNoInstanceErrs insts
2897   = do  { let (tidy_env, tidy_insts) = tidyInsts insts
2898         ; reportNoInstances tidy_env Nothing tidy_insts }
2899
2900 reportNoInstances 
2901         :: TidyEnv
2902         -> Maybe (InstLoc, [Inst])      -- Context
2903                         -- Nothing => top level
2904                         -- Just (d,g) => d describes the construct
2905                         --               with givens g
2906         -> [Inst]       -- What is wanted (can include implications)
2907         -> TcM ()       
2908
2909 reportNoInstances tidy_env mb_what insts 
2910   = groupErrs (report_no_instances tidy_env mb_what) insts
2911
2912 report_no_instances tidy_env mb_what insts
2913   = do { inst_envs <- tcGetInstEnvs
2914        ; let (implics, insts1)  = partition isImplicInst insts
2915              (insts2, overlaps) = partitionWith (check_overlap inst_envs) insts1
2916              (eqInsts, insts3)  = partition isEqInst insts2
2917        ; traceTc (text "reportNoInstances" <+> vcat 
2918                        [ppr implics, ppr insts1, ppr insts2])
2919        ; mapM_ complain_implic implics
2920        ; mapM_ (\doc -> addErrTcM (tidy_env, doc)) overlaps
2921        ; groupErrs complain_no_inst insts3 
2922        ; mapM_ eqInstMisMatch eqInsts
2923        }
2924   where
2925     complain_no_inst insts = addErrTcM (tidy_env, mk_no_inst_err insts)
2926
2927     complain_implic inst        -- Recurse!
2928       = reportNoInstances tidy_env 
2929                           (Just (tci_loc inst, tci_given inst)) 
2930                           (tci_wanted inst)
2931
2932     check_overlap :: (InstEnv,InstEnv) -> Inst -> Either Inst SDoc
2933         -- Right msg  => overlap message
2934         -- Left  inst => no instance
2935     check_overlap inst_envs wanted
2936         | not (isClassDict wanted) = Left wanted
2937         | otherwise
2938         = case lookupInstEnv inst_envs clas tys of
2939                 -- The case of exactly one match and no unifiers means a
2940                 -- successful lookup.  That can't happen here, because dicts
2941                 -- only end up here if they didn't match in Inst.lookupInst
2942 #ifdef DEBUG
2943                 ([m],[]) -> pprPanic "reportNoInstance" (ppr wanted)
2944 #endif
2945                 ([], _)  -> Left wanted         -- No match
2946                 res      -> Right (mk_overlap_msg wanted res)
2947           where
2948             (clas,tys) = getDictClassTys wanted
2949
2950     mk_overlap_msg dict (matches, unifiers)
2951       = ASSERT( not (null matches) )
2952         vcat [  addInstLoc [dict] ((ptext SLIT("Overlapping instances for") 
2953                                         <+> pprPred (dictPred dict))),
2954                 sep [ptext SLIT("Matching instances") <> colon,
2955                      nest 2 (vcat [pprInstances ispecs, pprInstances unifiers])],
2956                 if not (isSingleton matches)
2957                 then    -- Two or more matches
2958                      empty
2959                 else    -- One match, plus some unifiers
2960                 ASSERT( not (null unifiers) )
2961                 parens (vcat [ptext SLIT("The choice depends on the instantiation of") <+>
2962                                  quotes (pprWithCommas ppr (varSetElems (tyVarsOfInst dict))),
2963                               ptext SLIT("To pick the first instance above, use -fallow-incoherent-instances"),
2964                               ptext SLIT("when compiling the other instance declarations")])]
2965       where
2966         ispecs = [ispec | (ispec, _) <- matches]
2967
2968     mk_no_inst_err insts
2969       | null insts = empty
2970
2971       | Just (loc, givens) <- mb_what,   -- Nested (type signatures, instance decls)
2972         not (isEmptyVarSet (tyVarsOfInsts insts))
2973       = vcat [ addInstLoc insts $
2974                sep [ ptext SLIT("Could not deduce") <+> pprDictsTheta insts
2975                    , nest 2 $ ptext SLIT("from the context") <+> pprDictsTheta givens]
2976              , show_fixes (fix1 loc : fixes2) ]
2977
2978       | otherwise       -- Top level 
2979       = vcat [ addInstLoc insts $
2980                ptext SLIT("No instance") <> plural insts
2981                     <+> ptext SLIT("for") <+> pprDictsTheta insts
2982              , show_fixes fixes2 ]
2983
2984       where
2985         fix1 loc = sep [ ptext SLIT("add") <+> pprDictsTheta insts
2986                                  <+> ptext SLIT("to the context of"),
2987                          nest 2 (ppr (instLocOrigin loc)) ]
2988                          -- I'm not sure it helps to add the location
2989                          -- nest 2 (ptext SLIT("at") <+> ppr (instLocSpan loc)) ]
2990
2991         fixes2 | null instance_dicts = []
2992                | otherwise           = [sep [ptext SLIT("add an instance declaration for"),
2993                                         pprDictsTheta instance_dicts]]
2994         instance_dicts = [d | d <- insts, isClassDict d, not (isTyVarDict d)]
2995                 -- Insts for which it is worth suggesting an adding an instance declaration
2996                 -- Exclude implicit parameters, and tyvar dicts
2997
2998         show_fixes :: [SDoc] -> SDoc
2999         show_fixes []     = empty
3000         show_fixes (f:fs) = sep [ptext SLIT("Possible fix:"), 
3001                                  nest 2 (vcat (f : map (ptext SLIT("or") <+>) fs))]
3002
3003 addTopAmbigErrs dicts
3004 -- Divide into groups that share a common set of ambiguous tyvars
3005   = ifErrsM (return ()) $       -- Only report ambiguity if no other errors happened
3006                                 -- See Note [Avoiding spurious errors]
3007     mapM_ report (equivClasses cmp [(d, tvs_of d) | d <- tidy_dicts])
3008   where
3009     (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
3010
3011     tvs_of :: Inst -> [TcTyVar]
3012     tvs_of d = varSetElems (tyVarsOfInst d)
3013     cmp (_,tvs1) (_,tvs2) = tvs1 `compare` tvs2
3014     
3015     report :: [(Inst,[TcTyVar])] -> TcM ()
3016     report pairs@((inst,tvs) : _)       -- The pairs share a common set of ambiguous tyvars
3017         = mkMonomorphismMsg tidy_env tvs        `thenM` \ (tidy_env, mono_msg) ->
3018           setSrcSpan (instSpan inst) $
3019                 -- the location of the first one will do for the err message
3020           addErrTcM (tidy_env, msg $$ mono_msg)
3021         where
3022           dicts = map fst pairs
3023           msg = sep [text "Ambiguous type variable" <> plural tvs <+> 
3024                           pprQuotedList tvs <+> in_msg,
3025                      nest 2 (pprDictsInFull dicts)]
3026           in_msg = text "in the constraint" <> plural dicts <> colon
3027     report [] = panic "addTopAmbigErrs"
3028
3029
3030 mkMonomorphismMsg :: TidyEnv -> [TcTyVar] -> TcM (TidyEnv, Message)
3031 -- There's an error with these Insts; if they have free type variables
3032 -- it's probably caused by the monomorphism restriction. 
3033 -- Try to identify the offending variable
3034 -- ASSUMPTION: the Insts are fully zonked
3035 mkMonomorphismMsg tidy_env inst_tvs
3036   = do  { dflags <- getDOpts
3037         ; (tidy_env, docs) <- findGlobals (mkVarSet inst_tvs) tidy_env
3038         ; return (tidy_env, mk_msg dflags docs) }
3039   where
3040     mk_msg _ _ | any isRuntimeUnk inst_tvs
3041         =  vcat [ptext SLIT("Cannot resolve unknown runtime types:") <+>
3042                    (pprWithCommas ppr inst_tvs),
3043                 ptext SLIT("Use :print or :force to determine these types")]
3044     mk_msg _ []   = ptext SLIT("Probable fix: add a type signature that fixes these type variable(s)")
3045                         -- This happens in things like
3046                         --      f x = show (read "foo")
3047                         -- where monomorphism doesn't play any role
3048     mk_msg dflags docs 
3049         = vcat [ptext SLIT("Possible cause: the monomorphism restriction applied to the following:"),
3050                 nest 2 (vcat docs),
3051                 monomorphism_fix dflags]
3052
3053 isRuntimeUnk :: TcTyVar -> Bool
3054 isRuntimeUnk x | SkolemTv RuntimeUnkSkol <- tcTyVarDetails x = True
3055                | otherwise = False
3056
3057 monomorphism_fix :: DynFlags -> SDoc
3058 monomorphism_fix dflags
3059   = ptext SLIT("Probable fix:") <+> vcat
3060         [ptext SLIT("give these definition(s) an explicit type signature"),
3061          if dopt Opt_MonomorphismRestriction dflags
3062            then ptext SLIT("or use -fno-monomorphism-restriction")
3063            else empty]  -- Only suggest adding "-fno-monomorphism-restriction"
3064                         -- if it is not already set!
3065     
3066 warnDefault ups default_ty
3067   = doptM Opt_WarnTypeDefaults  `thenM` \ warn_flag ->
3068     addInstCtxt (instLoc (head (dicts))) (warnTc warn_flag warn_msg)
3069   where
3070     dicts = [d | (d,_,_) <- ups]
3071
3072         -- Tidy them first
3073     (_, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
3074     warn_msg  = vcat [ptext SLIT("Defaulting the following constraint(s) to type") <+>
3075                                 quotes (ppr default_ty),
3076                       pprDictsInFull tidy_dicts]
3077
3078 reduceDepthErr n stack
3079   = vcat [ptext SLIT("Context reduction stack overflow; size =") <+> int n,
3080           ptext SLIT("Use -fcontext-stack=N to increase stack size to N"),
3081           nest 4 (pprStack stack)]
3082
3083 pprStack stack = vcat (map pprInstInFull stack)
3084 \end{code}