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