FIX #1688: Givens in checkLoop are not that rigid after all
[ghc-hetmet.git] / compiler / typecheck / TcSimplify.lhs
1 %
2 % (c) The University of Glasgow 2006
3 % (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
4 %
5
6 TcSimplify
7
8 \begin{code}
9 {-# OPTIONS -w #-}
10 -- The above warning supression flag is a temporary kludge.
11 -- While working on this module you are encouraged to remove it and fix
12 -- any warnings in the module. See
13 --     http://hackage.haskell.org/trac/ghc/wiki/Commentary/CodingStyle#Warnings
14 -- for details
15
16 module TcSimplify (
17         tcSimplifyInfer, tcSimplifyInferCheck,
18         tcSimplifyCheck, tcSimplifyRestricted,
19         tcSimplifyRuleLhs, tcSimplifyIPs, 
20         tcSimplifySuperClasses,
21         tcSimplifyTop, tcSimplifyInteractive,
22         tcSimplifyBracket, tcSimplifyCheckPat,
23
24         tcSimplifyDeriv, tcSimplifyDefault,
25         bindInstsOfLocalFuns, bindIrreds,
26
27         misMatchMsg
28     ) where
29
30 #include "HsVersions.h"
31
32 import {-# SOURCE #-} TcUnify( unifyType )
33 import HsSyn
34
35 import TcRnMonad
36 import Inst
37 import TcEnv
38 import InstEnv
39 import TcGadt
40 import TcType
41 import TcMType
42 import TcIface
43 import TcTyFuns
44 import TypeRep
45 import Var
46 import Name
47 import NameSet
48 import Class
49 import FunDeps
50 import PrelInfo
51 import PrelNames
52 import Type
53 import TysWiredIn
54 import ErrUtils
55 import BasicTypes
56 import VarSet
57 import VarEnv
58 import Module
59 import FiniteMap
60 import Bag
61 import Outputable
62 import Maybes
63 import ListSetOps
64 import Util
65 import UniqSet
66 import SrcLoc
67 import DynFlags
68
69 import Data.List
70 \end{code}
71
72
73 %************************************************************************
74 %*                                                                      *
75 \subsection{NOTES}
76 %*                                                                      *
77 %************************************************************************
78
79         --------------------------------------
80         Notes on functional dependencies (a bug)
81         --------------------------------------
82
83 Consider this:
84
85         class C a b | a -> b
86         class D a b | a -> b
87
88         instance D a b => C a b -- Undecidable 
89                                 -- (Not sure if it's crucial to this eg)
90         f :: C a b => a -> Bool
91         f _ = True
92         
93         g :: C a b => a -> Bool
94         g = f
95
96 Here f typechecks, but g does not!!  Reason: before doing improvement,
97 we reduce the (C a b1) constraint from the call of f to (D a b1).
98
99 Here is a more complicated example:
100
101 | > class Foo a b | a->b
102 | >
103 | > class Bar a b | a->b
104 | >
105 | > data Obj = Obj
106 | >
107 | > instance Bar Obj Obj
108 | >
109 | > instance (Bar a b) => Foo a b
110 | >
111 | > foo:: (Foo a b) => a -> String
112 | > foo _ = "works"
113 | >
114 | > runFoo:: (forall a b. (Foo a b) => a -> w) -> w
115 | > runFoo f = f Obj
116
117 | *Test> runFoo foo
118
119 | <interactive>:1:
120 |     Could not deduce (Bar a b) from the context (Foo a b)
121 |       arising from use of `foo' at <interactive>:1
122 |     Probable fix:
123 |         Add (Bar a b) to the expected type of an expression
124 |     In the first argument of `runFoo', namely `foo'
125 |     In the definition of `it': it = runFoo foo
126
127 | Why all of the sudden does GHC need the constraint Bar a b? The
128 | function foo didn't ask for that... 
129
130 The trouble is that to type (runFoo foo), GHC has to solve the problem:
131
132         Given constraint        Foo a b
133         Solve constraint        Foo a b'
134
135 Notice that b and b' aren't the same.  To solve this, just do
136 improvement and then they are the same.  But GHC currently does
137         simplify constraints
138         apply improvement
139         and loop
140
141 That is usually fine, but it isn't here, because it sees that Foo a b is
142 not the same as Foo a b', and so instead applies the instance decl for
143 instance Bar a b => Foo a b.  And that's where the Bar constraint comes
144 from.
145
146 The Right Thing is to improve whenever the constraint set changes at
147 all.  Not hard in principle, but it'll take a bit of fiddling to do.  
148
149 Note [Choosing which variables to quantify]
150 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
151 Suppose we are about to do a generalisation step.  We have in our hand
152
153         G       the environment
154         T       the type of the RHS
155         C       the constraints from that RHS
156
157 The game is to figure out
158
159         Q       the set of type variables over which to quantify
160         Ct      the constraints we will *not* quantify over
161         Cq      the constraints we will quantify over
162
163 So we're going to infer the type
164
165         forall Q. Cq => T
166
167 and float the constraints Ct further outwards.
168
169 Here are the things that *must* be true:
170
171  (A)    Q intersect fv(G) = EMPTY                       limits how big Q can be
172  (B)    Q superset fv(Cq union T) \ oclose(fv(G),C)     limits how small Q can be
173
174  (A) says we can't quantify over a variable that's free in the environment. 
175  (B) says we must quantify over all the truly free variables in T, else 
176      we won't get a sufficiently general type.  
177
178 We do not *need* to quantify over any variable that is fixed by the
179 free vars of the environment G.
180
181         BETWEEN THESE TWO BOUNDS, ANY Q WILL DO!
182
183 Example:        class H x y | x->y where ...
184
185         fv(G) = {a}     C = {H a b, H c d}
186                         T = c -> b
187
188         (A)  Q intersect {a} is empty
189         (B)  Q superset {a,b,c,d} \ oclose({a}, C) = {a,b,c,d} \ {a,b} = {c,d}
190
191         So Q can be {c,d}, {b,c,d}
192
193 In particular, it's perfectly OK to quantify over more type variables
194 than strictly necessary; there is no need to quantify over 'b', since
195 it is determined by 'a' which is free in the envt, but it's perfectly
196 OK to do so.  However we must not quantify over 'a' itself.
197
198 Other things being equal, however, we'd like to quantify over as few
199 variables as possible: smaller types, fewer type applications, more
200 constraints can get into Ct instead of Cq.  Here's a good way to
201 choose Q:
202
203         Q = grow( fv(T), C ) \ oclose( fv(G), C )
204
205 That is, quantify over all variable that that MIGHT be fixed by the
206 call site (which influences T), but which aren't DEFINITELY fixed by
207 G.  This choice definitely quantifies over enough type variables,
208 albeit perhaps too many.
209
210 Why grow( fv(T), C ) rather than fv(T)?  Consider
211
212         class H x y | x->y where ...
213
214         T = c->c
215         C = (H c d)
216
217   If we used fv(T) = {c} we'd get the type
218
219         forall c. H c d => c -> b
220
221   And then if the fn was called at several different c's, each of
222   which fixed d differently, we'd get a unification error, because
223   d isn't quantified.  Solution: quantify d.  So we must quantify
224   everything that might be influenced by c.
225
226 Why not oclose( fv(T), C )?  Because we might not be able to see
227 all the functional dependencies yet:
228
229         class H x y | x->y where ...
230         instance H x y => Eq (T x y) where ...
231
232         T = c->c
233         C = (Eq (T c d))
234
235 Now oclose(fv(T),C) = {c}, because the functional dependency isn't
236 apparent yet, and that's wrong.  We must really quantify over d too.
237
238 There really isn't any point in quantifying over any more than
239 grow( fv(T), C ), because the call sites can't possibly influence
240 any other type variables.
241
242
243
244 -------------------------------------
245         Note [Ambiguity]
246 -------------------------------------
247
248 It's very hard to be certain when a type is ambiguous.  Consider
249
250         class K x
251         class H x y | x -> y
252         instance H x y => K (x,y)
253
254 Is this type ambiguous?
255         forall a b. (K (a,b), Eq b) => a -> a
256
257 Looks like it!  But if we simplify (K (a,b)) we get (H a b) and
258 now we see that a fixes b.  So we can't tell about ambiguity for sure
259 without doing a full simplification.  And even that isn't possible if
260 the context has some free vars that may get unified.  Urgle!
261
262 Here's another example: is this ambiguous?
263         forall a b. Eq (T b) => a -> a
264 Not if there's an insance decl (with no context)
265         instance Eq (T b) where ...
266
267 You may say of this example that we should use the instance decl right
268 away, but you can't always do that:
269
270         class J a b where ...
271         instance J Int b where ...
272
273         f :: forall a b. J a b => a -> a
274
275 (Notice: no functional dependency in J's class decl.)
276 Here f's type is perfectly fine, provided f is only called at Int.
277 It's premature to complain when meeting f's signature, or even
278 when inferring a type for f.
279
280
281
282 However, we don't *need* to report ambiguity right away.  It'll always
283 show up at the call site.... and eventually at main, which needs special
284 treatment.  Nevertheless, reporting ambiguity promptly is an excellent thing.
285
286 So here's the plan.  We WARN about probable ambiguity if
287
288         fv(Cq) is not a subset of  oclose(fv(T) union fv(G), C)
289
290 (all tested before quantification).
291 That is, all the type variables in Cq must be fixed by the the variables
292 in the environment, or by the variables in the type.
293
294 Notice that we union before calling oclose.  Here's an example:
295
296         class J a b c | a b -> c
297         fv(G) = {a}
298
299 Is this ambiguous?
300         forall b c. (J a b c) => b -> b
301
302 Only if we union {a} from G with {b} from T before using oclose,
303 do we see that c is fixed.
304
305 It's a bit vague exactly which C we should use for this oclose call.  If we
306 don't fix enough variables we might complain when we shouldn't (see
307 the above nasty example).  Nothing will be perfect.  That's why we can
308 only issue a warning.
309
310
311 Can we ever be *certain* about ambiguity?  Yes: if there's a constraint
312
313         c in C such that fv(c) intersect (fv(G) union fv(T)) = EMPTY
314
315 then c is a "bubble"; there's no way it can ever improve, and it's
316 certainly ambiguous.  UNLESS it is a constant (sigh).  And what about
317 the nasty example?
318
319         class K x
320         class H x y | x -> y
321         instance H x y => K (x,y)
322
323 Is this type ambiguous?
324         forall a b. (K (a,b), Eq b) => a -> a
325
326 Urk.  The (Eq b) looks "definitely ambiguous" but it isn't.  What we are after
327 is a "bubble" that's a set of constraints
328
329         Cq = Ca union Cq'  st  fv(Ca) intersect (fv(Cq') union fv(T) union fv(G)) = EMPTY
330
331 Hence another idea.  To decide Q start with fv(T) and grow it
332 by transitive closure in Cq (no functional dependencies involved).
333 Now partition Cq using Q, leaving the definitely-ambiguous and probably-ok.
334 The definitely-ambiguous can then float out, and get smashed at top level
335 (which squashes out the constants, like Eq (T a) above)
336
337
338         --------------------------------------
339                 Notes on principal types
340         --------------------------------------
341
342     class C a where
343       op :: a -> a
344
345     f x = let g y = op (y::Int) in True
346
347 Here the principal type of f is (forall a. a->a)
348 but we'll produce the non-principal type
349     f :: forall a. C Int => a -> a
350
351
352         --------------------------------------
353         The need for forall's in constraints
354         --------------------------------------
355
356 [Exchange on Haskell Cafe 5/6 Dec 2000]
357
358   class C t where op :: t -> Bool
359   instance C [t] where op x = True
360
361   p y = (let f :: c -> Bool; f x = op (y >> return x) in f, y ++ [])
362   q y = (y ++ [], let f :: c -> Bool; f x = op (y >> return x) in f)
363
364 The definitions of p and q differ only in the order of the components in
365 the pair on their right-hand sides.  And yet:
366
367   ghc and "Typing Haskell in Haskell" reject p, but accept q;
368   Hugs rejects q, but accepts p;
369   hbc rejects both p and q;
370   nhc98 ... (Malcolm, can you fill in the blank for us!).
371
372 The type signature for f forces context reduction to take place, and
373 the results of this depend on whether or not the type of y is known,
374 which in turn depends on which component of the pair the type checker
375 analyzes first.  
376
377 Solution: if y::m a, float out the constraints
378         Monad m, forall c. C (m c)
379 When m is later unified with [], we can solve both constraints.
380
381
382         --------------------------------------
383                 Notes on implicit parameters
384         --------------------------------------
385
386 Note [Inheriting implicit parameters]
387 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
388 Consider this:
389
390         f x = (x::Int) + ?y
391
392 where f is *not* a top-level binding.
393 From the RHS of f we'll get the constraint (?y::Int).
394 There are two types we might infer for f:
395
396         f :: Int -> Int
397
398 (so we get ?y from the context of f's definition), or
399
400         f :: (?y::Int) => Int -> Int
401
402 At first you might think the first was better, becuase then
403 ?y behaves like a free variable of the definition, rather than
404 having to be passed at each call site.  But of course, the WHOLE
405 IDEA is that ?y should be passed at each call site (that's what
406 dynamic binding means) so we'd better infer the second.
407
408 BOTTOM LINE: when *inferring types* you *must* quantify 
409 over implicit parameters. See the predicate isFreeWhenInferring.
410
411
412 Note [Implicit parameters and ambiguity] 
413 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
414 Only a *class* predicate can give rise to ambiguity
415 An *implicit parameter* cannot.  For example:
416         foo :: (?x :: [a]) => Int
417         foo = length ?x
418 is fine.  The call site will suppply a particular 'x'
419
420 Furthermore, the type variables fixed by an implicit parameter
421 propagate to the others.  E.g.
422         foo :: (Show a, ?x::[a]) => Int
423         foo = show (?x++?x)
424 The type of foo looks ambiguous.  But it isn't, because at a call site
425 we might have
426         let ?x = 5::Int in foo
427 and all is well.  In effect, implicit parameters are, well, parameters,
428 so we can take their type variables into account as part of the
429 "tau-tvs" stuff.  This is done in the function 'FunDeps.grow'.
430
431
432 Question 2: type signatures
433 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
434 BUT WATCH OUT: When you supply a type signature, we can't force you
435 to quantify over implicit parameters.  For example:
436
437         (?x + 1) :: Int
438
439 This is perfectly reasonable.  We do not want to insist on
440
441         (?x + 1) :: (?x::Int => Int)
442
443 That would be silly.  Here, the definition site *is* the occurrence site,
444 so the above strictures don't apply.  Hence the difference between
445 tcSimplifyCheck (which *does* allow implicit paramters to be inherited)
446 and tcSimplifyCheckBind (which does not).
447
448 What about when you supply a type signature for a binding?
449 Is it legal to give the following explicit, user type 
450 signature to f, thus:
451
452         f :: Int -> Int
453         f x = (x::Int) + ?y
454
455 At first sight this seems reasonable, but it has the nasty property
456 that adding a type signature changes the dynamic semantics.
457 Consider this:
458
459         (let f x = (x::Int) + ?y
460          in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
461
462                 returns (3+6, 3+5)
463 vs
464         (let f :: Int -> Int
465              f x = x + ?y
466          in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
467
468                 returns (3+6, 3+6)
469
470 Indeed, simply inlining f (at the Haskell source level) would change the
471 dynamic semantics.
472
473 Nevertheless, as Launchbury says (email Oct 01) we can't really give the
474 semantics for a Haskell program without knowing its typing, so if you 
475 change the typing you may change the semantics.
476
477 To make things consistent in all cases where we are *checking* against
478 a supplied signature (as opposed to inferring a type), we adopt the
479 rule: 
480
481         a signature does not need to quantify over implicit params.
482
483 [This represents a (rather marginal) change of policy since GHC 5.02,
484 which *required* an explicit signature to quantify over all implicit
485 params for the reasons mentioned above.]
486
487 But that raises a new question.  Consider 
488
489         Given (signature)       ?x::Int
490         Wanted (inferred)       ?x::Int, ?y::Bool
491
492 Clearly we want to discharge the ?x and float the ?y out.  But
493 what is the criterion that distinguishes them?  Clearly it isn't
494 what free type variables they have.  The Right Thing seems to be
495 to float a constraint that
496         neither mentions any of the quantified type variables
497         nor any of the quantified implicit parameters
498
499 See the predicate isFreeWhenChecking.
500
501
502 Question 3: monomorphism
503 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
504 There's a nasty corner case when the monomorphism restriction bites:
505
506         z = (x::Int) + ?y
507
508 The argument above suggests that we *must* generalise
509 over the ?y parameter, to get
510         z :: (?y::Int) => Int,
511 but the monomorphism restriction says that we *must not*, giving
512         z :: Int.
513 Why does the momomorphism restriction say this?  Because if you have
514
515         let z = x + ?y in z+z
516
517 you might not expect the addition to be done twice --- but it will if
518 we follow the argument of Question 2 and generalise over ?y.
519
520
521 Question 4: top level
522 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
523 At the top level, monomorhism makes no sense at all.
524
525     module Main where
526         main = let ?x = 5 in print foo
527
528         foo = woggle 3
529
530         woggle :: (?x :: Int) => Int -> Int
531         woggle y = ?x + y
532
533 We definitely don't want (foo :: Int) with a top-level implicit parameter
534 (?x::Int) becuase there is no way to bind it.  
535
536
537 Possible choices
538 ~~~~~~~~~~~~~~~~
539 (A) Always generalise over implicit parameters
540     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
541         be generalised
542
543     Consequences:
544         * Inlining remains valid
545         * No unexpected loss of sharing
546         * But simple bindings like
547                 z = ?y + 1
548           will be rejected, unless you add an explicit type signature
549           (to avoid the monomorphism restriction)
550                 z :: (?y::Int) => Int
551                 z = ?y + 1
552           This seems unacceptable
553
554 (B) Monomorphism restriction "wins"
555     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
556         be generalised
557     Always generalise over implicit parameters *except* for bindings
558         that fall under the monomorphism restriction
559
560     Consequences
561         * Inlining isn't valid in general
562         * No unexpected loss of sharing
563         * Simple bindings like
564                 z = ?y + 1
565           accepted (get value of ?y from binding site)
566
567 (C) Always generalise over implicit parameters
568     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
569         be generalised, EXCEPT for implicit parameters
570     Consequences
571         * Inlining remains valid
572         * Unexpected loss of sharing (from the extra generalisation)
573         * Simple bindings like
574                 z = ?y + 1
575           accepted (get value of ?y from occurrence sites)
576
577
578 Discussion
579 ~~~~~~~~~~
580 None of these choices seems very satisfactory.  But at least we should
581 decide which we want to do.
582
583 It's really not clear what is the Right Thing To Do.  If you see
584
585         z = (x::Int) + ?y
586
587 would you expect the value of ?y to be got from the *occurrence sites*
588 of 'z', or from the valuue of ?y at the *definition* of 'z'?  In the
589 case of function definitions, the answer is clearly the former, but
590 less so in the case of non-fucntion definitions.   On the other hand,
591 if we say that we get the value of ?y from the definition site of 'z',
592 then inlining 'z' might change the semantics of the program.
593
594 Choice (C) really says "the monomorphism restriction doesn't apply
595 to implicit parameters".  Which is fine, but remember that every
596 innocent binding 'x = ...' that mentions an implicit parameter in
597 the RHS becomes a *function* of that parameter, called at each
598 use of 'x'.  Now, the chances are that there are no intervening 'with'
599 clauses that bind ?y, so a decent compiler should common up all
600 those function calls.  So I think I strongly favour (C).  Indeed,
601 one could make a similar argument for abolishing the monomorphism
602 restriction altogether.
603
604 BOTTOM LINE: we choose (B) at present.  See tcSimplifyRestricted
605
606
607
608 %************************************************************************
609 %*                                                                      *
610 \subsection{tcSimplifyInfer}
611 %*                                                                      *
612 %************************************************************************
613
614 tcSimplify is called when we *inferring* a type.  Here's the overall game plan:
615
616     1. Compute Q = grow( fvs(T), C )
617
618     2. Partition C based on Q into Ct and Cq.  Notice that ambiguous
619        predicates will end up in Ct; we deal with them at the top level
620
621     3. Try improvement, using functional dependencies
622
623     4. If Step 3 did any unification, repeat from step 1
624        (Unification can change the result of 'grow'.)
625
626 Note: we don't reduce dictionaries in step 2.  For example, if we have
627 Eq (a,b), we don't simplify to (Eq a, Eq b).  So Q won't be different
628 after step 2.  However note that we may therefore quantify over more
629 type variables than we absolutely have to.
630
631 For the guts, we need a loop, that alternates context reduction and
632 improvement with unification.  E.g. Suppose we have
633
634         class C x y | x->y where ...
635
636 and tcSimplify is called with:
637         (C Int a, C Int b)
638 Then improvement unifies a with b, giving
639         (C Int a, C Int a)
640
641 If we need to unify anything, we rattle round the whole thing all over
642 again.
643
644
645 \begin{code}
646 tcSimplifyInfer
647         :: SDoc
648         -> TcTyVarSet           -- fv(T); type vars
649         -> [Inst]               -- Wanted
650         -> TcM ([TcTyVar],      -- Tyvars to quantify (zonked and quantified)
651                 [Inst],         -- Dict Ids that must be bound here (zonked)
652                 TcDictBinds)    -- Bindings
653         -- Any free (escaping) Insts are tossed into the environment
654 \end{code}
655
656
657 \begin{code}
658 tcSimplifyInfer doc tau_tvs wanted
659   = do  { tau_tvs1 <- zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs)
660         ; wanted'  <- mappM zonkInst wanted     -- Zonk before deciding quantified tyvars
661         ; gbl_tvs  <- tcGetGlobalTyVars
662         ; let preds1   = fdPredsOfInsts wanted'
663               gbl_tvs1 = oclose preds1 gbl_tvs
664               qtvs     = grow preds1 tau_tvs1 `minusVarSet` gbl_tvs1
665                         -- See Note [Choosing which variables to quantify]
666
667                 -- To maximise sharing, remove from consideration any 
668                 -- constraints that don't mention qtvs at all
669         ; let (free, bound) = partition (isFreeWhenInferring qtvs) wanted'
670         ; extendLIEs free
671
672                 -- To make types simple, reduce as much as possible
673         ; traceTc (text "infer" <+> (ppr preds1 $$ ppr (grow preds1 tau_tvs1) $$ ppr gbl_tvs $$ 
674                    ppr gbl_tvs1 $$ ppr free $$ ppr bound))
675         ; (irreds1, binds1) <- tryHardCheckLoop doc bound
676
677                 -- Note [Inference and implication constraints]
678         ; let want_dict d = tyVarsOfInst d `intersectsVarSet` qtvs
679         ; (irreds2, binds2) <- approximateImplications doc want_dict irreds1
680
681                 -- Now work out all over again which type variables to quantify,
682                 -- exactly in the same way as before, but starting from irreds2.  Why?
683                 -- a) By now improvment may have taken place, and we must *not*
684                 --    quantify over any variable free in the environment
685                 --    tc137 (function h inside g) is an example
686                 --
687                 -- b) Do not quantify over constraints that *now* do not
688                 --    mention quantified type variables, because they are
689                 --    simply ambiguous (or might be bound further out).  Example:
690                 --      f :: Eq b => a -> (a, b)
691                 --      g x = fst (f x)
692                 --    From the RHS of g we get the MethodInst f77 :: alpha -> (alpha, beta)
693                 --    We decide to quantify over 'alpha' alone, but free1 does not include f77
694                 --    because f77 mentions 'alpha'.  Then reducing leaves only the (ambiguous)
695                 --    constraint (Eq beta), which we dump back into the free set
696                 --    See test tcfail181
697                 --
698                 -- c) irreds may contain type variables not previously mentioned,
699                 --    e.g.  instance D a x => Foo [a] 
700                 --          wanteds = Foo [a]
701                 --       Then after simplifying we'll get (D a x), and x is fresh
702                 --       We must quantify over x else it'll be totally unbound
703         ; tau_tvs2 <- zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs1)
704         ; gbl_tvs2 <- zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems gbl_tvs1)
705                 -- Note that we start from gbl_tvs1
706                 -- We use tcGetGlobalTyVars, then oclose wrt preds2, because
707                 -- we've already put some of the original preds1 into frees
708                 -- E.g.         wanteds = C a b   (where a->b)
709                 --              gbl_tvs = {a}
710                 --              tau_tvs = {b}
711                 -- Then b is fixed by gbl_tvs, so (C a b) will be in free, and
712                 -- irreds2 will be empty.  But we don't want to generalise over b!
713         ; let preds2 = fdPredsOfInsts irreds2   -- irreds2 is zonked
714               qtvs   = grow preds2 tau_tvs2 `minusVarSet` oclose preds2 gbl_tvs2
715         ; let (free, irreds3) = partition (isFreeWhenInferring qtvs) irreds2
716         ; extendLIEs free
717
718                 -- Turn the quantified meta-type variables into real type variables
719         ; qtvs2 <- zonkQuantifiedTyVars (varSetElems qtvs)
720
721                 -- We can't abstract over any remaining unsolved 
722                 -- implications so instead just float them outwards. Ugh.
723         ; let (q_dicts0, implics) = partition isAbstractableInst irreds3
724         ; loc <- getInstLoc (ImplicOrigin doc)
725         ; implic_bind <- bindIrreds loc qtvs2 q_dicts0 implics
726
727                 -- Prepare equality instances for quantification
728         ; let (q_eqs0,q_dicts) = partition isEqInst q_dicts0
729         ; q_eqs <- mappM finalizeEqInst q_eqs0
730
731         ; return (qtvs2, q_eqs ++ q_dicts, binds1 `unionBags` binds2 `unionBags` implic_bind) }
732         -- NB: when we are done, we might have some bindings, but
733         -- the final qtvs might be empty.  See Note [NO TYVARS] below.
734
735 approximateImplications :: SDoc -> (Inst -> Bool) -> [Inst] -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
736 -- Note [Inference and implication constraints]
737 -- Given a bunch of Dict and ImplicInsts, try to approximate the implications by
738 --      - fetching any dicts inside them that are free
739 --      - using those dicts as cruder constraints, to solve the implications
740 --      - returning the extra ones too
741
742 approximateImplications doc want_dict irreds
743   | null extra_dicts 
744   = return (irreds, emptyBag)
745   | otherwise
746   = do  { extra_dicts' <- mapM cloneDict extra_dicts
747         ; tryHardCheckLoop doc (extra_dicts' ++ irreds) }
748                 -- By adding extra_dicts', we make them 
749                 -- available to solve the implication constraints
750   where 
751     extra_dicts = get_dicts (filter isImplicInst irreds)
752
753     get_dicts :: [Inst] -> [Inst]       -- Returns only Dicts
754         -- Find the wanted constraints in implication constraints that satisfy
755         -- want_dict, and are not bound by forall's in the constraint itself
756     get_dicts ds = concatMap get_dict ds
757
758     get_dict d@(Dict {}) | want_dict d = [d]
759                          | otherwise   = []
760     get_dict (ImplicInst {tci_tyvars = tvs, tci_wanted = wanteds})
761         = [ d | let tv_set = mkVarSet tvs
762               , d <- get_dicts wanteds 
763               , not (tyVarsOfInst d `intersectsVarSet` tv_set)]
764     get_dict i@(EqInst {}) | want_dict i = [i]
765                            | otherwise   = [] 
766     get_dict other = pprPanic "approximateImplications" (ppr other)
767 \end{code}
768
769 Note [Inference and implication constraints]
770 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 
771 Suppose we have a wanted implication constraint (perhaps arising from
772 a nested pattern match) like
773         C a => D [a]
774 and we are now trying to quantify over 'a' when inferring the type for
775 a function.  In principle it's possible that there might be an instance
776         instance (C a, E a) => D [a]
777 so the context (E a) would suffice.  The Right Thing is to abstract over
778 the implication constraint, but we don't do that (a) because it'll be
779 surprising to programmers and (b) because we don't have the machinery to deal
780 with 'given' implications.
781
782 So our best approximation is to make (D [a]) part of the inferred
783 context, so we can use that to discharge the implication. Hence
784 the strange function get_dictsin approximateImplications.
785
786 The common cases are more clear-cut, when we have things like
787         forall a. C a => C b
788 Here, abstracting over (C b) is not an approximation at all -- but see
789 Note [Freeness and implications].
790  
791 See Trac #1430 and test tc228.
792
793
794 \begin{code}
795 -----------------------------------------------------------
796 -- tcSimplifyInferCheck is used when we know the constraints we are to simplify
797 -- against, but we don't know the type variables over which we are going to quantify.
798 -- This happens when we have a type signature for a mutually recursive group
799 tcSimplifyInferCheck
800          :: InstLoc
801          -> TcTyVarSet          -- fv(T)
802          -> [Inst]              -- Given
803          -> [Inst]              -- Wanted
804          -> TcM ([TyVar],       -- Fully zonked, and quantified
805                  TcDictBinds)   -- Bindings
806
807 tcSimplifyInferCheck loc tau_tvs givens wanteds
808   = do  { traceTc (text "tcSimplifyInferCheck <-" <+> ppr wanteds)
809         ; (irreds, binds) <- gentleCheckLoop loc givens wanteds
810
811         -- Figure out which type variables to quantify over
812         -- You might think it should just be the signature tyvars,
813         -- but in bizarre cases you can get extra ones
814         --      f :: forall a. Num a => a -> a
815         --      f x = fst (g (x, head [])) + 1
816         --      g a b = (b,a)
817         -- Here we infer g :: forall a b. a -> b -> (b,a)
818         -- We don't want g to be monomorphic in b just because
819         -- f isn't quantified over b.
820         ; let all_tvs = varSetElems (tau_tvs `unionVarSet` tyVarsOfInsts givens)
821         ; all_tvs <- zonkTcTyVarsAndFV all_tvs
822         ; gbl_tvs <- tcGetGlobalTyVars
823         ; let qtvs = varSetElems (all_tvs `minusVarSet` gbl_tvs)
824                 -- We could close gbl_tvs, but its not necessary for
825                 -- soundness, and it'll only affect which tyvars, not which
826                 -- dictionaries, we quantify over
827
828         ; qtvs' <- zonkQuantifiedTyVars qtvs
829
830                 -- Now we are back to normal (c.f. tcSimplCheck)
831         ; implic_bind <- bindIrreds loc qtvs' givens irreds
832
833         ; traceTc (text "tcSimplifyInferCheck ->" <+> ppr (implic_bind))
834         ; return (qtvs', binds `unionBags` implic_bind) }
835 \end{code}
836
837 Note [Squashing methods]
838 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
839 Be careful if you want to float methods more:
840         truncate :: forall a. RealFrac a => forall b. Integral b => a -> b
841 From an application (truncate f i) we get
842         t1 = truncate at f
843         t2 = t1 at i
844 If we have also have a second occurrence of truncate, we get
845         t3 = truncate at f
846         t4 = t3 at i
847 When simplifying with i,f free, we might still notice that
848 t1=t3; but alas, the binding for t2 (which mentions t1)
849 may continue to float out!
850
851
852 Note [NO TYVARS]
853 ~~~~~~~~~~~~~~~~~
854         class Y a b | a -> b where
855             y :: a -> X b
856         
857         instance Y [[a]] a where
858             y ((x:_):_) = X x
859         
860         k :: X a -> X a -> X a
861
862         g :: Num a => [X a] -> [X a]
863         g xs = h xs
864             where
865             h ys = ys ++ map (k (y [[0]])) xs
866
867 The excitement comes when simplifying the bindings for h.  Initially
868 try to simplify {y @ [[t1]] t2, 0 @ t1}, with initial qtvs = {t2}.
869 From this we get t1:=:t2, but also various bindings.  We can't forget
870 the bindings (because of [LOOP]), but in fact t1 is what g is
871 polymorphic in.  
872
873 The net effect of [NO TYVARS] 
874
875 \begin{code}
876 isFreeWhenInferring :: TyVarSet -> Inst -> Bool
877 isFreeWhenInferring qtvs inst
878   =  isFreeWrtTyVars qtvs inst  -- Constrains no quantified vars
879   && isInheritableInst inst     -- and no implicit parameter involved
880                                 --   see Note [Inheriting implicit parameters]
881
882 {-      No longer used (with implication constraints)
883 isFreeWhenChecking :: TyVarSet  -- Quantified tyvars
884                    -> NameSet   -- Quantified implicit parameters
885                    -> Inst -> Bool
886 isFreeWhenChecking qtvs ips inst
887   =  isFreeWrtTyVars qtvs inst
888   && isFreeWrtIPs    ips inst
889 -}
890
891 isFreeWrtTyVars qtvs inst = tyVarsOfInst inst `disjointVarSet` qtvs
892 isFreeWrtIPs     ips inst = not (any (`elemNameSet` ips) (ipNamesOfInst inst))
893 \end{code}
894
895
896 %************************************************************************
897 %*                                                                      *
898 \subsection{tcSimplifyCheck}
899 %*                                                                      *
900 %************************************************************************
901
902 @tcSimplifyCheck@ is used when we know exactly the set of variables
903 we are going to quantify over.  For example, a class or instance declaration.
904
905 \begin{code}
906 -----------------------------------------------------------
907 -- tcSimplifyCheck is used when checking expression type signatures,
908 -- class decls, instance decls etc.
909 tcSimplifyCheck :: InstLoc
910                 -> [TcTyVar]            -- Quantify over these
911                 -> [Inst]               -- Given
912                 -> [Inst]               -- Wanted
913                 -> TcM TcDictBinds      -- Bindings
914 tcSimplifyCheck loc qtvs givens wanteds 
915   = ASSERT( all isTcTyVar qtvs && all isSkolemTyVar qtvs )
916     do  { traceTc (text "tcSimplifyCheck")
917         ; (irreds, binds) <- gentleCheckLoop loc givens wanteds
918         ; implic_bind <- bindIrreds loc qtvs givens irreds
919         ; return (binds `unionBags` implic_bind) }
920
921 -----------------------------------------------------------
922 -- tcSimplifyCheckPat is used for existential pattern match
923 tcSimplifyCheckPat :: InstLoc
924                    -> [CoVar] -> Refinement
925                    -> [TcTyVar]         -- Quantify over these
926                    -> [Inst]            -- Given
927                    -> [Inst]            -- Wanted
928                    -> TcM TcDictBinds   -- Bindings
929 tcSimplifyCheckPat loc co_vars reft qtvs givens wanteds
930   = ASSERT( all isTcTyVar qtvs && all isSkolemTyVar qtvs )
931     do  { traceTc (text "tcSimplifyCheckPat")
932         ; (irreds, binds) <- gentleCheckLoop loc givens wanteds
933         ; implic_bind <- bindIrredsR loc qtvs co_vars reft 
934                                     givens irreds
935         ; return (binds `unionBags` implic_bind) }
936
937 -----------------------------------------------------------
938 bindIrreds :: InstLoc -> [TcTyVar]
939            -> [Inst] -> [Inst]
940            -> TcM TcDictBinds
941 bindIrreds loc qtvs givens irreds 
942   = bindIrredsR loc qtvs [] emptyRefinement givens irreds
943
944 bindIrredsR :: InstLoc -> [TcTyVar] -> [CoVar]
945             -> Refinement -> [Inst] -> [Inst]
946             -> TcM TcDictBinds  
947 -- Make a binding that binds 'irreds', by generating an implication
948 -- constraint for them, *and* throwing the constraint into the LIE
949 bindIrredsR loc qtvs co_vars reft givens irreds
950   | null irreds
951   = return emptyBag
952   | otherwise
953   = do  { let givens' = filter isDict givens
954                 -- The givens can include methods
955                 -- See Note [Pruning the givens in an implication constraint]
956
957            -- If there are no 'givens' *and* the refinement is empty
958            -- (the refinement is like more givens), then it's safe to 
959            -- partition the 'wanteds' by their qtvs, thereby trimming irreds
960            -- See Note [Freeness and implications]
961         ; irreds' <- if null givens' && isEmptyRefinement reft
962                      then do
963                         { let qtv_set = mkVarSet qtvs
964                               (frees, real_irreds) = partition (isFreeWrtTyVars qtv_set) irreds
965                         ; extendLIEs frees
966                         ; return real_irreds }
967                      else return irreds
968         
969         ; let all_tvs = qtvs ++ co_vars -- Abstract over all these
970         ; (implics, bind) <- makeImplicationBind loc all_tvs reft givens' irreds'
971                         -- This call does the real work
972                         -- If irreds' is empty, it does something sensible
973         ; extendLIEs implics
974         ; return bind } 
975
976
977 makeImplicationBind :: InstLoc -> [TcTyVar] -> Refinement
978                     -> [Inst] -> [Inst]
979                     -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
980 -- Make a binding that binds 'irreds', by generating an implication
981 -- constraint for them, *and* throwing the constraint into the LIE
982 -- The binding looks like
983 --      (ir1, .., irn) = f qtvs givens
984 -- where f is (evidence for) the new implication constraint
985 --      f :: forall qtvs. {reft} givens => (ir1, .., irn)
986 -- qtvs includes coercion variables
987 --
988 -- This binding must line up the 'rhs' in reduceImplication
989 makeImplicationBind loc all_tvs reft
990                     givens      -- Guaranteed all Dicts (TOMDO: true?)
991                     irreds
992  | null irreds                  -- If there are no irreds, we are done
993  = return ([], emptyBag)
994  | otherwise                    -- Otherwise we must generate a binding
995  = do   { uniq <- newUnique 
996         ; span <- getSrcSpanM
997         ; let (eq_givens, dict_givens) = partition isEqInst givens
998               eq_tyvar_cos =  map TyVarTy $ uniqSetToList $ tyVarsOfTypes $ map eqInstType eq_givens
999         ; let name = mkInternalName uniq (mkVarOcc "ic") span
1000               implic_inst = ImplicInst { tci_name = name, tci_reft = reft,
1001                                          tci_tyvars = all_tvs, 
1002                                          tci_given = (eq_givens ++ dict_givens),
1003                                          tci_wanted = irreds, tci_loc = loc }
1004         ; let   -- only create binder for dict_irreds
1005               (eq_irreds, dict_irreds) = partition isEqInst irreds
1006               n_dict_irreds = length dict_irreds
1007               dict_irred_ids = map instToId dict_irreds
1008               tup_ty = mkTupleTy Boxed n_dict_irreds (map idType dict_irred_ids)
1009               pat = TuplePat (map nlVarPat dict_irred_ids) Boxed tup_ty
1010               rhs = L span (mkHsWrap co (HsVar (instToId implic_inst)))
1011               co  = mkWpApps (map instToId dict_givens) <.> mkWpTyApps eq_tyvar_cos <.> mkWpTyApps (mkTyVarTys all_tvs)
1012               bind | [dict_irred_id] <- dict_irred_ids  = VarBind dict_irred_id rhs
1013                    | otherwise        = PatBind { pat_lhs = L span pat, 
1014                                                   pat_rhs = unguardedGRHSs rhs, 
1015                                                   pat_rhs_ty = tup_ty,
1016                                                   bind_fvs = placeHolderNames }
1017         ; -- pprTrace "Make implic inst" (ppr (implic_inst,irreds,dict_irreds,tup_ty)) $
1018           return ([implic_inst], unitBag (L span bind)) }
1019
1020 -----------------------------------------------------------
1021 tryHardCheckLoop :: SDoc
1022              -> [Inst]                  -- Wanted
1023              -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
1024
1025 tryHardCheckLoop doc wanteds
1026   = do { (irreds,binds,_) <- checkLoop (mkRedEnv doc try_me []) wanteds
1027        ; return (irreds,binds)
1028        }
1029   where
1030     try_me inst = ReduceMe AddSCs
1031         -- Here's the try-hard bit
1032
1033 -----------------------------------------------------------
1034 gentleCheckLoop :: InstLoc
1035                -> [Inst]                -- Given
1036                -> [Inst]                -- Wanted
1037                -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
1038
1039 gentleCheckLoop inst_loc givens wanteds
1040   = do { (irreds,binds,_) <- checkLoop env wanteds
1041        ; return (irreds,binds)
1042        }
1043   where
1044     env = mkRedEnv (pprInstLoc inst_loc) try_me givens
1045
1046     try_me inst | isMethodOrLit inst = ReduceMe AddSCs
1047                 | otherwise          = Stop
1048         -- When checking against a given signature 
1049         -- we MUST be very gentle: Note [Check gently]
1050 \end{code}
1051
1052 Note [Check gently]
1053 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1054 We have to very careful about not simplifying too vigorously
1055 Example:  
1056   data T a where
1057     MkT :: a -> T [a]
1058
1059   f :: Show b => T b -> b
1060   f (MkT x) = show [x]
1061
1062 Inside the pattern match, which binds (a:*, x:a), we know that
1063         b ~ [a]
1064 Hence we have a dictionary for Show [a] available; and indeed we 
1065 need it.  We are going to build an implication contraint
1066         forall a. (b~[a]) => Show [a]
1067 Later, we will solve this constraint using the knowledg e(Show b)
1068         
1069 But we MUST NOT reduce (Show [a]) to (Show a), else the whole
1070 thing becomes insoluble.  So we simplify gently (get rid of literals
1071 and methods only, plus common up equal things), deferring the real
1072 work until top level, when we solve the implication constraint
1073 with tryHardCheckLooop.
1074
1075
1076 \begin{code}
1077 -----------------------------------------------------------
1078 checkLoop :: RedEnv
1079           -> [Inst]                     -- Wanted
1080           -> TcM ([Inst], TcDictBinds,
1081                   [Inst])               -- needed givens
1082 -- Precondition: givens are completely rigid
1083 -- Postcondition: returned Insts are zonked
1084
1085 checkLoop env wanteds
1086   = go env wanteds []
1087   where go env wanteds needed_givens
1088           = do {  -- We do need to zonk the givens; cf Note [Zonking RedEnv]
1089                 ; env'     <- zonkRedEnv env
1090                 ; wanteds' <- zonkInsts  wanteds
1091         
1092                 ; (improved, binds, irreds, more_needed_givens) <- reduceContext env' wanteds'
1093
1094                 ; let all_needed_givens = needed_givens ++ more_needed_givens
1095         
1096                 ; if not improved then
1097                      return (irreds, binds, all_needed_givens)
1098                   else do
1099         
1100                 -- If improvement did some unification, we go round again.
1101                 -- We start again with irreds, not wanteds
1102                 -- Using an instance decl might have introduced a fresh type variable
1103                 -- which might have been unified, so we'd get an infinite loop
1104                 -- if we started again with wanteds!  See Note [LOOP]
1105                 { (irreds1, binds1, all_needed_givens1) <- go env' irreds all_needed_givens
1106                 ; return (irreds1, binds `unionBags` binds1, all_needed_givens1) } }
1107 \end{code}
1108
1109 Note [Zonking RedEnv]
1110 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1111 It might appear as if the givens in RedEnv are always rigid, but that is not
1112 necessarily the case for programs involving higher-rank types that have class
1113 contexts constraining the higher-rank variables.  An example from tc237 in the
1114 testsuite is
1115
1116   class Modular s a | s -> a
1117
1118   wim ::  forall a w. Integral a 
1119                         => a -> (forall s. Modular s a => M s w) -> w
1120   wim i k = error "urk"
1121
1122   test5  ::  (Modular s a, Integral a) => M s a
1123   test5  =   error "urk"
1124
1125   test4   =   wim 4 test4'
1126
1127 Notice how the variable 'a' of (Modular s a) in the rank-2 type of wim is
1128 quantified further outside.  When type checking test4, we have to check
1129 whether the signature of test5 is an instance of 
1130
1131   (forall s. Modular s a => M s w)
1132
1133 Consequently, we will get (Modular s t_a), where t_a is a TauTv into the
1134 givens. 
1135
1136 Given the FD of Modular in this example, class improvement will instantiate
1137 t_a to 'a', where 'a' is the skolem from test5's signatures (due to the
1138 Modular s a predicate in that signature).  If we don't zonk (Modular s t_a) in
1139 the givens, we will get into a loop as improveOne uses the unification engine
1140 TcGadt.tcUnifyTys, which doesn't know about mutable type variables.
1141
1142
1143 Note [LOOP]
1144 ~~~~~~~~~~~
1145         class If b t e r | b t e -> r
1146         instance If T t e t
1147         instance If F t e e
1148         class Lte a b c | a b -> c where lte :: a -> b -> c
1149         instance Lte Z b T
1150         instance (Lte a b l,If l b a c) => Max a b c
1151
1152 Wanted: Max Z (S x) y
1153
1154 Then we'll reduce using the Max instance to:
1155         (Lte Z (S x) l, If l (S x) Z y)
1156 and improve by binding l->T, after which we can do some reduction
1157 on both the Lte and If constraints.  What we *can't* do is start again
1158 with (Max Z (S x) y)!
1159
1160
1161
1162 %************************************************************************
1163 %*                                                                      *
1164                 tcSimplifySuperClasses
1165 %*                                                                      *
1166 %************************************************************************
1167
1168 Note [SUPERCLASS-LOOP 1]
1169 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1170 We have to be very, very careful when generating superclasses, lest we
1171 accidentally build a loop. Here's an example:
1172
1173   class S a
1174
1175   class S a => C a where { opc :: a -> a }
1176   class S b => D b where { opd :: b -> b }
1177   
1178   instance C Int where
1179      opc = opd
1180   
1181   instance D Int where
1182      opd = opc
1183
1184 From (instance C Int) we get the constraint set {ds1:S Int, dd:D Int}
1185 Simplifying, we may well get:
1186         $dfCInt = :C ds1 (opd dd)
1187         dd  = $dfDInt
1188         ds1 = $p1 dd
1189 Notice that we spot that we can extract ds1 from dd.  
1190
1191 Alas!  Alack! We can do the same for (instance D Int):
1192
1193         $dfDInt = :D ds2 (opc dc)
1194         dc  = $dfCInt
1195         ds2 = $p1 dc
1196
1197 And now we've defined the superclass in terms of itself.
1198
1199 Solution: never generate a superclass selectors at all when
1200 satisfying the superclass context of an instance declaration.
1201
1202 Two more nasty cases are in
1203         tcrun021
1204         tcrun033
1205
1206 \begin{code}
1207 tcSimplifySuperClasses 
1208         :: InstLoc 
1209         -> [Inst]       -- Given 
1210         -> [Inst]       -- Wanted
1211         -> TcM TcDictBinds
1212 tcSimplifySuperClasses loc givens sc_wanteds
1213   = do  { traceTc (text "tcSimplifySuperClasses")
1214         ; (irreds,binds1,_) <- checkLoop env sc_wanteds
1215         ; let (tidy_env, tidy_irreds) = tidyInsts irreds
1216         ; reportNoInstances tidy_env (Just (loc, givens)) tidy_irreds
1217         ; return binds1 }
1218   where
1219     env = mkRedEnv (pprInstLoc loc) try_me givens
1220     try_me inst = ReduceMe NoSCs
1221         -- Like tryHardCheckLoop, but with NoSCs
1222 \end{code}
1223
1224
1225 %************************************************************************
1226 %*                                                                      *
1227 \subsection{tcSimplifyRestricted}
1228 %*                                                                      *
1229 %************************************************************************
1230
1231 tcSimplifyRestricted infers which type variables to quantify for a 
1232 group of restricted bindings.  This isn't trivial.
1233
1234 Eg1:    id = \x -> x
1235         We want to quantify over a to get id :: forall a. a->a
1236         
1237 Eg2:    eq = (==)
1238         We do not want to quantify over a, because there's an Eq a 
1239         constraint, so we get eq :: a->a->Bool  (notice no forall)
1240
1241 So, assume:
1242         RHS has type 'tau', whose free tyvars are tau_tvs
1243         RHS has constraints 'wanteds'
1244
1245 Plan A (simple)
1246   Quantify over (tau_tvs \ ftvs(wanteds))
1247   This is bad. The constraints may contain (Monad (ST s))
1248   where we have         instance Monad (ST s) where...
1249   so there's no need to be monomorphic in s!
1250
1251   Also the constraint might be a method constraint,
1252   whose type mentions a perfectly innocent tyvar:
1253           op :: Num a => a -> b -> a
1254   Here, b is unconstrained.  A good example would be
1255         foo = op (3::Int)
1256   We want to infer the polymorphic type
1257         foo :: forall b. b -> b
1258
1259
1260 Plan B (cunning, used for a long time up to and including GHC 6.2)
1261   Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
1262   with Plan A's problem).  Then set
1263         qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
1264
1265   Step 2: Now simplify again, treating the constraint as 'free' if 
1266   it does not mention qtvs, and trying to reduce it otherwise.
1267   The reasons for this is to maximise sharing.
1268
1269   This fails for a very subtle reason.  Suppose that in the Step 2
1270   a constraint (Foo (Succ Zero) (Succ Zero) b) gets thrown upstairs as 'free'.
1271   In the Step 1 this constraint might have been simplified, perhaps to
1272   (Foo Zero Zero b), AND THEN THAT MIGHT BE IMPROVED, to bind 'b' to 'T'.
1273   This won't happen in Step 2... but that in turn might prevent some other
1274   constraint (Baz [a] b) being simplified (e.g. via instance Baz [a] T where {..}) 
1275   and that in turn breaks the invariant that no constraints are quantified over.
1276
1277   Test typecheck/should_compile/tc177 (which failed in GHC 6.2) demonstrates
1278   the problem.
1279
1280
1281 Plan C (brutal)
1282   Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
1283   with Plan A's problem).  Then set
1284         qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
1285   Return the bindings from Step 1.
1286   
1287
1288 A note about Plan C (arising from "bug" reported by George Russel March 2004)
1289 Consider this:
1290
1291       instance (HasBinary ty IO) => HasCodedValue ty
1292
1293       foo :: HasCodedValue a => String -> IO a
1294
1295       doDecodeIO :: HasCodedValue a => () -> () -> IO a
1296       doDecodeIO codedValue view  
1297         = let { act = foo "foo" } in  act
1298
1299 You might think this should work becuase the call to foo gives rise to a constraint
1300 (HasCodedValue t), which can be satisfied by the type sig for doDecodeIO.  But the
1301 restricted binding act = ... calls tcSimplifyRestricted, and PlanC simplifies the
1302 constraint using the (rather bogus) instance declaration, and now we are stuffed.
1303
1304 I claim this is not really a bug -- but it bit Sergey as well as George.  So here's
1305 plan D
1306
1307
1308 Plan D (a variant of plan B)
1309   Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
1310   with Plan A's problem), BUT DO NO IMPROVEMENT.  Then set
1311         qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
1312
1313   Step 2: Now simplify again, treating the constraint as 'free' if 
1314   it does not mention qtvs, and trying to reduce it otherwise.
1315
1316   The point here is that it's generally OK to have too few qtvs; that is,
1317   to make the thing more monomorphic than it could be.  We don't want to
1318   do that in the common cases, but in wierd cases it's ok: the programmer
1319   can always add a signature.  
1320
1321   Too few qtvs => too many wanteds, which is what happens if you do less
1322   improvement.
1323
1324
1325 \begin{code}
1326 tcSimplifyRestricted    -- Used for restricted binding groups
1327                         -- i.e. ones subject to the monomorphism restriction
1328         :: SDoc
1329         -> TopLevelFlag
1330         -> [Name]               -- Things bound in this group
1331         -> TcTyVarSet           -- Free in the type of the RHSs
1332         -> [Inst]               -- Free in the RHSs
1333         -> TcM ([TyVar],        -- Tyvars to quantify (zonked and quantified)
1334                 TcDictBinds)    -- Bindings
1335         -- tcSimpifyRestricted returns no constraints to
1336         -- quantify over; by definition there are none.
1337         -- They are all thrown back in the LIE
1338
1339 tcSimplifyRestricted doc top_lvl bndrs tau_tvs wanteds
1340         -- Zonk everything in sight
1341   = do  { traceTc (text "tcSimplifyRestricted")
1342         ; wanteds' <- zonkInsts wanteds
1343
1344         -- 'ReduceMe': Reduce as far as we can.  Don't stop at
1345         -- dicts; the idea is to get rid of as many type
1346         -- variables as possible, and we don't want to stop
1347         -- at (say) Monad (ST s), because that reduces
1348         -- immediately, with no constraint on s.
1349         --
1350         -- BUT do no improvement!  See Plan D above
1351         -- HOWEVER, some unification may take place, if we instantiate
1352         --          a method Inst with an equality constraint
1353         ; let env = mkNoImproveRedEnv doc (\i -> ReduceMe AddSCs)
1354         ; (_imp, _binds, constrained_dicts, _) <- reduceContext env wanteds'
1355
1356         -- Next, figure out the tyvars we will quantify over
1357         ; tau_tvs' <- zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs)
1358         ; gbl_tvs' <- tcGetGlobalTyVars
1359         ; constrained_dicts' <- zonkInsts constrained_dicts
1360
1361         ; let qtvs1 = tau_tvs' `minusVarSet` oclose (fdPredsOfInsts constrained_dicts) gbl_tvs'
1362                                 -- As in tcSimplifyInfer
1363
1364                 -- Do not quantify over constrained type variables:
1365                 -- this is the monomorphism restriction
1366               constrained_tvs' = tyVarsOfInsts constrained_dicts'
1367               qtvs = qtvs1 `minusVarSet` constrained_tvs'
1368               pp_bndrs = pprWithCommas (quotes . ppr) bndrs
1369
1370         -- Warn in the mono
1371         ; warn_mono <- doptM Opt_WarnMonomorphism
1372         ; warnTc (warn_mono && (constrained_tvs' `intersectsVarSet` qtvs1))
1373                  (vcat[ ptext SLIT("the Monomorphism Restriction applies to the binding")
1374                                 <> plural bndrs <+> ptext SLIT("for") <+> pp_bndrs,
1375                         ptext SLIT("Consider giving a type signature for") <+> pp_bndrs])
1376
1377         ; traceTc (text "tcSimplifyRestricted" <+> vcat [
1378                 pprInsts wanteds, pprInsts constrained_dicts',
1379                 ppr _binds,
1380                 ppr constrained_tvs', ppr tau_tvs', ppr qtvs ])
1381
1382         -- The first step may have squashed more methods than
1383         -- necessary, so try again, this time more gently, knowing the exact
1384         -- set of type variables to quantify over.
1385         --
1386         -- We quantify only over constraints that are captured by qtvs;
1387         -- these will just be a subset of non-dicts.  This in contrast
1388         -- to normal inference (using isFreeWhenInferring) in which we quantify over
1389         -- all *non-inheritable* constraints too.  This implements choice
1390         -- (B) under "implicit parameter and monomorphism" above.
1391         --
1392         -- Remember that we may need to do *some* simplification, to
1393         -- (for example) squash {Monad (ST s)} into {}.  It's not enough
1394         -- just to float all constraints
1395         --
1396         -- At top level, we *do* squash methods becuase we want to 
1397         -- expose implicit parameters to the test that follows
1398         ; let is_nested_group = isNotTopLevel top_lvl
1399               try_me inst | isFreeWrtTyVars qtvs inst,
1400                            (is_nested_group || isDict inst) = Stop
1401                           | otherwise            = ReduceMe AddSCs
1402               env = mkNoImproveRedEnv doc try_me
1403         ; (_imp, binds, irreds, _) <- reduceContext env wanteds'
1404
1405         -- See "Notes on implicit parameters, Question 4: top level"
1406         ; ASSERT( all (isFreeWrtTyVars qtvs) irreds )   -- None should be captured
1407           if is_nested_group then
1408                 extendLIEs irreds
1409           else do { let (bad_ips, non_ips) = partition isIPDict irreds
1410                   ; addTopIPErrs bndrs bad_ips
1411                   ; extendLIEs non_ips }
1412
1413         ; qtvs' <- zonkQuantifiedTyVars (varSetElems qtvs)
1414         ; return (qtvs', binds) }
1415 \end{code}
1416
1417
1418 %************************************************************************
1419 %*                                                                      *
1420                 tcSimplifyRuleLhs
1421 %*                                                                      *
1422 %************************************************************************
1423
1424 On the LHS of transformation rules we only simplify methods and constants,
1425 getting dictionaries.  We want to keep all of them unsimplified, to serve
1426 as the available stuff for the RHS of the rule.
1427
1428 Example.  Consider the following left-hand side of a rule
1429         
1430         f (x == y) (y > z) = ...
1431
1432 If we typecheck this expression we get constraints
1433
1434         d1 :: Ord a, d2 :: Eq a
1435
1436 We do NOT want to "simplify" to the LHS
1437
1438         forall x::a, y::a, z::a, d1::Ord a.
1439           f ((==) (eqFromOrd d1) x y) ((>) d1 y z) = ...
1440
1441 Instead we want 
1442
1443         forall x::a, y::a, z::a, d1::Ord a, d2::Eq a.
1444           f ((==) d2 x y) ((>) d1 y z) = ...
1445
1446 Here is another example:
1447
1448         fromIntegral :: (Integral a, Num b) => a -> b
1449         {-# RULES "foo"  fromIntegral = id :: Int -> Int #-}
1450
1451 In the rule, a=b=Int, and Num Int is a superclass of Integral Int. But
1452 we *dont* want to get
1453
1454         forall dIntegralInt.
1455            fromIntegral Int Int dIntegralInt (scsel dIntegralInt) = id Int
1456
1457 because the scsel will mess up RULE matching.  Instead we want
1458
1459         forall dIntegralInt, dNumInt.
1460           fromIntegral Int Int dIntegralInt dNumInt = id Int
1461
1462 Even if we have 
1463
1464         g (x == y) (y == z) = ..
1465
1466 where the two dictionaries are *identical*, we do NOT WANT
1467
1468         forall x::a, y::a, z::a, d1::Eq a
1469           f ((==) d1 x y) ((>) d1 y z) = ...
1470
1471 because that will only match if the dict args are (visibly) equal.
1472 Instead we want to quantify over the dictionaries separately.
1473
1474 In short, tcSimplifyRuleLhs must *only* squash LitInst and MethInts, leaving
1475 all dicts unchanged, with absolutely no sharing.  It's simpler to do this
1476 from scratch, rather than further parameterise simpleReduceLoop etc
1477
1478 \begin{code}
1479 tcSimplifyRuleLhs :: [Inst] -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
1480 tcSimplifyRuleLhs wanteds
1481   = go [] emptyBag wanteds
1482   where
1483     go dicts binds []
1484         = return (dicts, binds)
1485     go dicts binds (w:ws)
1486         | isDict w
1487         = go (w:dicts) binds ws
1488         | otherwise
1489         = do { w' <- zonkInst w  -- So that (3::Int) does not generate a call
1490                                  -- to fromInteger; this looks fragile to me
1491              ; lookup_result <- lookupSimpleInst w'
1492              ; case lookup_result of
1493                  GenInst ws' rhs -> 
1494                    go dicts (addInstToDictBind binds w rhs) (ws' ++ ws)
1495                  NoInstance      -> pprPanic "tcSimplifyRuleLhs" (ppr w)
1496           }
1497 \end{code}
1498
1499 tcSimplifyBracket is used when simplifying the constraints arising from
1500 a Template Haskell bracket [| ... |].  We want to check that there aren't
1501 any constraints that can't be satisfied (e.g. Show Foo, where Foo has no
1502 Show instance), but we aren't otherwise interested in the results.
1503 Nor do we care about ambiguous dictionaries etc.  We will type check
1504 this bracket again at its usage site.
1505
1506 \begin{code}
1507 tcSimplifyBracket :: [Inst] -> TcM ()
1508 tcSimplifyBracket wanteds
1509   = do  { tryHardCheckLoop doc wanteds
1510         ; return () }
1511   where
1512     doc = text "tcSimplifyBracket"
1513 \end{code}
1514
1515
1516 %************************************************************************
1517 %*                                                                      *
1518 \subsection{Filtering at a dynamic binding}
1519 %*                                                                      *
1520 %************************************************************************
1521
1522 When we have
1523         let ?x = R in B
1524
1525 we must discharge all the ?x constraints from B.  We also do an improvement
1526 step; if we have ?x::t1 and ?x::t2 we must unify t1, t2.
1527
1528 Actually, the constraints from B might improve the types in ?x. For example
1529
1530         f :: (?x::Int) => Char -> Char
1531         let ?x = 3 in f 'c'
1532
1533 then the constraint (?x::Int) arising from the call to f will
1534 force the binding for ?x to be of type Int.
1535
1536 \begin{code}
1537 tcSimplifyIPs :: [Inst]         -- The implicit parameters bound here
1538               -> [Inst]         -- Wanted
1539               -> TcM TcDictBinds
1540         -- We need a loop so that we do improvement, and then
1541         -- (next time round) generate a binding to connect the two
1542         --      let ?x = e in ?x
1543         -- Here the two ?x's have different types, and improvement 
1544         -- makes them the same.
1545
1546 tcSimplifyIPs given_ips wanteds
1547   = do  { wanteds'   <- zonkInsts wanteds
1548         ; given_ips' <- zonkInsts given_ips
1549                 -- Unusually for checking, we *must* zonk the given_ips
1550
1551         ; let env = mkRedEnv doc try_me given_ips'
1552         ; (improved, binds, irreds, _) <- reduceContext env wanteds'
1553
1554         ; if not improved then 
1555                 ASSERT( all is_free irreds )
1556                 do { extendLIEs irreds
1557                    ; return binds }
1558           else
1559                 tcSimplifyIPs given_ips wanteds }
1560   where
1561     doc    = text "tcSimplifyIPs" <+> ppr given_ips
1562     ip_set = mkNameSet (ipNamesOfInsts given_ips)
1563     is_free inst = isFreeWrtIPs ip_set inst
1564
1565         -- Simplify any methods that mention the implicit parameter
1566     try_me inst | is_free inst = Stop
1567                 | otherwise    = ReduceMe NoSCs
1568 \end{code}
1569
1570
1571 %************************************************************************
1572 %*                                                                      *
1573 \subsection[binds-for-local-funs]{@bindInstsOfLocalFuns@}
1574 %*                                                                      *
1575 %************************************************************************
1576
1577 When doing a binding group, we may have @Insts@ of local functions.
1578 For example, we might have...
1579 \begin{verbatim}
1580 let f x = x + 1     -- orig local function (overloaded)
1581     f.1 = f Int     -- two instances of f
1582     f.2 = f Float
1583  in
1584     (f.1 5, f.2 6.7)
1585 \end{verbatim}
1586 The point is: we must drop the bindings for @f.1@ and @f.2@ here,
1587 where @f@ is in scope; those @Insts@ must certainly not be passed
1588 upwards towards the top-level.  If the @Insts@ were binding-ified up
1589 there, they would have unresolvable references to @f@.
1590
1591 We pass in an @init_lie@ of @Insts@ and a list of locally-bound @Ids@.
1592 For each method @Inst@ in the @init_lie@ that mentions one of the
1593 @Ids@, we create a binding.  We return the remaining @Insts@ (in an
1594 @LIE@), as well as the @HsBinds@ generated.
1595
1596 \begin{code}
1597 bindInstsOfLocalFuns :: [Inst] -> [TcId] -> TcM TcDictBinds
1598 -- Simlifies only MethodInsts, and generate only bindings of form 
1599 --      fm = f tys dicts
1600 -- We're careful not to even generate bindings of the form
1601 --      d1 = d2
1602 -- You'd think that'd be fine, but it interacts with what is
1603 -- arguably a bug in Match.tidyEqnInfo (see notes there)
1604
1605 bindInstsOfLocalFuns wanteds local_ids
1606   | null overloaded_ids
1607         -- Common case
1608   = extendLIEs wanteds          `thenM_`
1609     returnM emptyLHsBinds
1610
1611   | otherwise
1612   = do  { (irreds, binds,_) <- checkLoop env for_me
1613         ; extendLIEs not_for_me 
1614         ; extendLIEs irreds
1615         ; return binds }
1616   where
1617     env = mkRedEnv doc try_me []
1618     doc              = text "bindInsts" <+> ppr local_ids
1619     overloaded_ids   = filter is_overloaded local_ids
1620     is_overloaded id = isOverloadedTy (idType id)
1621     (for_me, not_for_me) = partition (isMethodFor overloaded_set) wanteds
1622
1623     overloaded_set = mkVarSet overloaded_ids    -- There can occasionally be a lot of them
1624                                                 -- so it's worth building a set, so that
1625                                                 -- lookup (in isMethodFor) is faster
1626     try_me inst | isMethod inst = ReduceMe NoSCs
1627                 | otherwise     = Stop
1628 \end{code}
1629
1630
1631 %************************************************************************
1632 %*                                                                      *
1633 \subsection{Data types for the reduction mechanism}
1634 %*                                                                      *
1635 %************************************************************************
1636
1637 The main control over context reduction is here
1638
1639 \begin{code}
1640 data RedEnv 
1641   = RedEnv { red_doc    :: SDoc                 -- The context
1642            , red_try_me :: Inst -> WhatToDo
1643            , red_improve :: Bool                -- True <=> do improvement
1644            , red_givens :: [Inst]               -- All guaranteed rigid
1645                                                 -- Always dicts
1646                                                 -- but see Note [Rigidity]
1647            , red_stack  :: (Int, [Inst])        -- Recursion stack (for err msg)
1648                                                 -- See Note [RedStack]
1649   }
1650
1651 -- Note [Rigidity]
1652 -- The red_givens are rigid so far as cmpInst is concerned.
1653 -- There is one case where they are not totally rigid, namely in tcSimplifyIPs
1654 --      let ?x = e in ...
1655 -- Here, the given is (?x::a), where 'a' is not necy a rigid type
1656 -- But that doesn't affect the comparison, which is based only on mame.
1657
1658 -- Note [RedStack]
1659 -- The red_stack pair (n,insts) pair is just used for error reporting.
1660 -- 'n' is always the depth of the stack.
1661 -- The 'insts' is the stack of Insts being reduced: to produce X
1662 -- I had to produce Y, to produce Y I had to produce Z, and so on.
1663
1664
1665 mkRedEnv :: SDoc -> (Inst -> WhatToDo) -> [Inst] -> RedEnv
1666 mkRedEnv doc try_me givens
1667   = RedEnv { red_doc = doc, red_try_me = try_me,
1668              red_givens = givens, red_stack = (0,[]),
1669              red_improve = True }       
1670
1671 mkNoImproveRedEnv :: SDoc -> (Inst -> WhatToDo) -> RedEnv
1672 -- Do not do improvement; no givens
1673 mkNoImproveRedEnv doc try_me
1674   = RedEnv { red_doc = doc, red_try_me = try_me,
1675              red_givens = [], red_stack = (0,[]),
1676              red_improve = True }       
1677
1678 data WhatToDo
1679  = ReduceMe WantSCs     -- Try to reduce this
1680                         -- If there's no instance, add the inst to the 
1681                         -- irreductible ones, but don't produce an error 
1682                         -- message of any kind.
1683                         -- It might be quite legitimate such as (Eq a)!
1684
1685  | Stop         -- Return as irreducible unless it can
1686                         -- be reduced to a constant in one step
1687                         -- Do not add superclasses; see 
1688
1689 data WantSCs = NoSCs | AddSCs   -- Tells whether we should add the superclasses
1690                                 -- of a predicate when adding it to the avails
1691         -- The reason for this flag is entirely the super-class loop problem
1692         -- Note [SUPER-CLASS LOOP 1]
1693
1694 zonkRedEnv :: RedEnv -> TcM RedEnv
1695 zonkRedEnv env 
1696   = do { givens' <- mappM zonkInst (red_givens env)
1697        ; return $ env {red_givens = givens'}
1698        }
1699 \end{code}
1700
1701
1702 %************************************************************************
1703 %*                                                                      *
1704 \subsection[reduce]{@reduce@}
1705 %*                                                                      *
1706 %************************************************************************
1707
1708 Note [Ancestor Equalities]
1709 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1710 During context reduction, we add to the wanted equalities also those
1711 equalities that (transitively) occur in superclass contexts of wanted
1712 class constraints.  Consider the following code
1713
1714   class a ~ Int => C a
1715   instance C Int
1716
1717 If (C a) is wanted, we want to add (a ~ Int), which will be discharged by
1718 substituting Int for a.  Hence, we ultimately want (C Int), which we
1719 discharge with the explicit instance.
1720
1721 \begin{code}
1722 reduceContext :: RedEnv
1723               -> [Inst]                 -- Wanted
1724               -> TcM (ImprovementDone,
1725                       TcDictBinds,      -- Dictionary bindings
1726                       [Inst],           -- Irreducible
1727                       [Inst])           -- Needed givens
1728
1729 reduceContext env wanteds
1730   = do  { traceTc (text "reduceContext" <+> (vcat [
1731              text "----------------------",
1732              red_doc env,
1733              text "given" <+> ppr (red_givens env),
1734              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1735              text "----------------------"
1736              ]))
1737
1738         ; let givens                      = red_givens env
1739               (given_eqs0, given_dicts0)  = partition isEqInst givens
1740               (wanted_eqs0, wanted_dicts) = partition isEqInst wanteds
1741
1742           -- We want to add as wanted equalities those that (transitively) 
1743           -- occur in superclass contexts of wanted class constraints.
1744           -- See Note [Ancestor Equalities]
1745         ; ancestor_eqs <- ancestorEqualities wanted_dicts
1746         ; let wanted_eqs = wanted_eqs0 ++ ancestor_eqs
1747         ; traceTc $ text "reduceContext: ancestor eqs" <+> ppr ancestor_eqs
1748
1749           -- 1. Normalise the *given* *equality* constraints
1750         ; (given_eqs, eliminate_skolems) <- normaliseGivenEqs given_eqs0
1751
1752           -- 2. Normalise the *given* *dictionary* constraints
1753           --    wrt. the toplevel and given equations
1754         ; (given_dicts, given_binds) <- normaliseGivenDicts given_eqs 
1755                                                             given_dicts0
1756
1757           -- 3. Solve the *wanted* *equation* constraints
1758         ; eq_irreds0 <- solveWantedEqs given_eqs wanted_eqs 
1759
1760           -- 4. Normalise the *wanted* equality constraints with respect to
1761           --    each other 
1762         ; eq_irreds <- normaliseWantedEqs eq_irreds0
1763
1764           -- 5. Build the Avail mapping from "given_dicts"
1765         ; init_state <- foldlM addGiven emptyAvails given_dicts
1766
1767           -- 6. Solve the *wanted* *dictionary* constraints
1768           --    This may expose some further equational constraints...
1769         ; wanted_dicts' <- zonkInsts wanted_dicts
1770         ; avails <- reduceList env wanted_dicts' init_state
1771         ; (binds, irreds0, needed_givens) <- extractResults avails wanted_dicts'
1772         ; traceTc $ text "reduceContext extractresults" <+> vcat
1773                       [ppr avails,ppr wanted_dicts',ppr binds,ppr needed_givens]
1774
1775           -- 7. Normalise the *wanted* *dictionary* constraints
1776           --    wrt. the toplevel and given equations
1777         ; (irreds1,normalise_binds1) <- normaliseWantedDicts given_eqs irreds0
1778
1779           -- 8. Substitute the wanted *equations* in the wanted *dictionaries*
1780         ; (irreds,normalise_binds2) <- substEqInDictInsts eq_irreds irreds1
1781                 
1782           -- 9. eliminate the artificial skolem constants introduced in 1.
1783         ; eliminate_skolems     
1784
1785           -- If there was some FD improvement,
1786           -- or new wanted equations have been exposed,
1787           -- we should have another go at solving.
1788         ; let improved = availsImproved avails 
1789                          || (not $ isEmptyBag normalise_binds1)
1790                          || (not $ isEmptyBag normalise_binds2)
1791                          || (any isEqInst irreds)
1792
1793         ; traceTc (text "reduceContext end" <+> (vcat [
1794              text "----------------------",
1795              red_doc env,
1796              text "given" <+> ppr (red_givens env),
1797              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1798              text "----",
1799              text "avails" <+> pprAvails avails,
1800              text "improved =" <+> ppr improved,
1801              text "irreds = " <+> ppr irreds,
1802              text "binds = " <+> ppr binds,
1803              text "needed givens = " <+> ppr needed_givens,
1804              text "----------------------"
1805              ]))
1806
1807         ; return (improved, 
1808                   given_binds `unionBags` normalise_binds1 
1809                               `unionBags` normalise_binds2 
1810                               `unionBags` binds, 
1811                   irreds ++ eq_irreds, 
1812                   needed_givens) 
1813         }
1814
1815 tcImproveOne :: Avails -> Inst -> TcM ImprovementDone
1816 tcImproveOne avails inst
1817   | not (isDict inst) = return False
1818   | otherwise
1819   = do  { inst_envs <- tcGetInstEnvs
1820         ; let eqns = improveOne (classInstances inst_envs)
1821                                 (dictPred inst, pprInstArising inst)
1822                                 [ (dictPred p, pprInstArising p)
1823                                 | p <- availsInsts avails, isDict p ]
1824                 -- Avails has all the superclasses etc (good)
1825                 -- It also has all the intermediates of the deduction (good)
1826                 -- It does not have duplicates (good)
1827                 -- NB that (?x::t1) and (?x::t2) will be held separately in avails
1828                 --    so that improve will see them separate
1829         ; traceTc (text "improveOne" <+> ppr inst)
1830         ; unifyEqns eqns }
1831
1832 unifyEqns :: [(Equation,(PredType,SDoc),(PredType,SDoc))] 
1833           -> TcM ImprovementDone
1834 unifyEqns [] = return False
1835 unifyEqns eqns
1836   = do  { traceTc (ptext SLIT("Improve:") <+> vcat (map pprEquationDoc eqns))
1837         ; mappM_ unify eqns
1838         ; return True }
1839   where
1840     unify ((qtvs, pairs), what1, what2)
1841          = addErrCtxtM (mkEqnMsg what1 what2)   $
1842            tcInstTyVars (varSetElems qtvs)      `thenM` \ (_, _, tenv) ->
1843            mapM_ (unif_pr tenv) pairs
1844     unif_pr tenv (ty1,ty2) =  unifyType (substTy tenv ty1) (substTy tenv ty2)
1845
1846 pprEquationDoc (eqn, (p1,w1), (p2,w2)) = vcat [pprEquation eqn, nest 2 (ppr p1), nest 2 (ppr p2)]
1847
1848 mkEqnMsg (pred1,from1) (pred2,from2) tidy_env
1849   = do  { pred1' <- zonkTcPredType pred1; pred2' <- zonkTcPredType pred2
1850         ; let { pred1'' = tidyPred tidy_env pred1'; pred2'' = tidyPred tidy_env pred2' }
1851         ; let msg = vcat [ptext SLIT("When using functional dependencies to combine"),
1852                           nest 2 (sep [ppr pred1'' <> comma, nest 2 from1]), 
1853                           nest 2 (sep [ppr pred2'' <> comma, nest 2 from2])]
1854         ; return (tidy_env, msg) }
1855 \end{code}
1856
1857 The main context-reduction function is @reduce@.  Here's its game plan.
1858
1859 \begin{code}
1860 reduceList :: RedEnv -> [Inst] -> Avails -> TcM Avails
1861 reduceList env@(RedEnv {red_stack = (n,stk)}) wanteds state
1862   = do  { dopts <- getDOpts
1863 #ifdef DEBUG
1864         ; if n > 8 then
1865                 dumpTcRn (hang (ptext SLIT("Interesting! Context reduction stack depth") <+> int n) 
1866                              2 (ifPprDebug (nest 2 (pprStack stk))))
1867           else return ()
1868 #endif
1869         ; if n >= ctxtStkDepth dopts then
1870             failWithTc (reduceDepthErr n stk)
1871           else
1872             go wanteds state }
1873   where
1874     go []     state = return state
1875     go (w:ws) state = do { traceTc (text "reduceList " <+> ppr (w:ws) <+> ppr state)
1876                          ; state' <- reduce (env {red_stack = (n+1, w:stk)}) w state
1877                          ; go ws state' }
1878
1879     -- Base case: we're done!
1880 reduce env wanted avails
1881     -- It's the same as an existing inst, or a superclass thereof
1882   | Just avail <- findAvail avails wanted
1883   = do { traceTc (text "reduce: found " <+> ppr wanted)
1884        ; returnM avails 
1885        }
1886
1887   | otherwise
1888   = do  { traceTc (text "reduce" <+> ppr avails <+> ppr wanted)
1889         ; case red_try_me env wanted of {
1890             Stop -> try_simple (addIrred NoSCs);
1891                         -- See Note [No superclasses for Stop]
1892
1893             ReduceMe want_scs -> do     -- It should be reduced
1894                 { (avails, lookup_result) <- reduceInst env avails wanted
1895                 ; case lookup_result of
1896                     NoInstance -> addIrred want_scs avails wanted
1897                              -- Add it and its superclasses
1898                              
1899                     GenInst [] rhs -> addWanted want_scs avails wanted rhs []
1900
1901                     GenInst wanteds' rhs 
1902                           -> do { avails1 <- addIrred NoSCs avails wanted
1903                                 ; avails2 <- reduceList env wanteds' avails1
1904                                 ; addWanted want_scs avails2 wanted rhs wanteds' } }
1905                 -- Temporarily do addIrred *before* the reduceList, 
1906                 -- which has the effect of adding the thing we are trying
1907                 -- to prove to the database before trying to prove the things it
1908                 -- needs.  See note [RECURSIVE DICTIONARIES]
1909                 -- NB: we must not do an addWanted before, because that adds the
1910                 --     superclasses too, and that can lead to a spurious loop; see
1911                 --     the examples in [SUPERCLASS-LOOP]
1912                 -- So we do an addIrred before, and then overwrite it afterwards with addWanted
1913     } }
1914   where
1915         -- First, see if the inst can be reduced to a constant in one step
1916         -- Works well for literals (1::Int) and constant dictionaries (d::Num Int)
1917         -- Don't bother for implication constraints, which take real work
1918     try_simple do_this_otherwise
1919       = do { res <- lookupSimpleInst wanted
1920            ; case res of
1921                 GenInst [] rhs -> addWanted AddSCs avails wanted rhs []
1922                 other          -> do_this_otherwise avails wanted }
1923 \end{code}
1924
1925
1926 Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
1927 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1928 But the above isn't enough.  Suppose we are *given* d1:Ord a,
1929 and want to deduce (d2:C [a]) where
1930
1931         class Ord a => C a where
1932         instance Ord [a] => C [a] where ...
1933
1934 Then we'll use the instance decl to deduce C [a] from Ord [a], and then add the
1935 superclasses of C [a] to avails.  But we must not overwrite the binding
1936 for Ord [a] (which is obtained from Ord a) with a superclass selection or we'll just
1937 build a loop! 
1938
1939 Here's another variant, immortalised in tcrun020
1940         class Monad m => C1 m
1941         class C1 m => C2 m x
1942         instance C2 Maybe Bool
1943 For the instance decl we need to build (C1 Maybe), and it's no good if
1944 we run around and add (C2 Maybe Bool) and its superclasses to the avails 
1945 before we search for C1 Maybe.
1946
1947 Here's another example 
1948         class Eq b => Foo a b
1949         instance Eq a => Foo [a] a
1950 If we are reducing
1951         (Foo [t] t)
1952
1953 we'll first deduce that it holds (via the instance decl).  We must not
1954 then overwrite the Eq t constraint with a superclass selection!
1955
1956 At first I had a gross hack, whereby I simply did not add superclass constraints
1957 in addWanted, though I did for addGiven and addIrred.  This was sub-optimal,
1958 becuase it lost legitimate superclass sharing, and it still didn't do the job:
1959 I found a very obscure program (now tcrun021) in which improvement meant the
1960 simplifier got two bites a the cherry... so something seemed to be an Stop
1961 first time, but reducible next time.
1962
1963 Now we implement the Right Solution, which is to check for loops directly 
1964 when adding superclasses.  It's a bit like the occurs check in unification.
1965
1966
1967 Note [RECURSIVE DICTIONARIES]
1968 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1969 Consider 
1970     data D r = ZeroD | SuccD (r (D r));
1971     
1972     instance (Eq (r (D r))) => Eq (D r) where
1973         ZeroD     == ZeroD     = True
1974         (SuccD a) == (SuccD b) = a == b
1975         _         == _         = False;
1976     
1977     equalDC :: D [] -> D [] -> Bool;
1978     equalDC = (==);
1979
1980 We need to prove (Eq (D [])).  Here's how we go:
1981
1982         d1 : Eq (D [])
1983
1984 by instance decl, holds if
1985         d2 : Eq [D []]
1986         where   d1 = dfEqD d2
1987
1988 by instance decl of Eq, holds if
1989         d3 : D []
1990         where   d2 = dfEqList d3
1991                 d1 = dfEqD d2
1992
1993 But now we can "tie the knot" to give
1994
1995         d3 = d1
1996         d2 = dfEqList d3
1997         d1 = dfEqD d2
1998
1999 and it'll even run!  The trick is to put the thing we are trying to prove
2000 (in this case Eq (D []) into the database before trying to prove its
2001 contributing clauses.
2002         
2003
2004 %************************************************************************
2005 %*                                                                      *
2006                 Reducing a single constraint
2007 %*                                                                      *
2008 %************************************************************************
2009
2010 \begin{code}
2011 ---------------------------------------------
2012 reduceInst :: RedEnv -> Avails -> Inst -> TcM (Avails, LookupInstResult)
2013 reduceInst env avails (ImplicInst { tci_tyvars = tvs, tci_reft = reft, tci_loc = loc,
2014                                     tci_given = extra_givens, tci_wanted = wanteds })
2015   = reduceImplication env avails reft tvs extra_givens wanteds loc
2016
2017 reduceInst env avails other_inst
2018   = do  { result <- lookupSimpleInst other_inst
2019         ; return (avails, result) }
2020 \end{code}
2021
2022 Note [Equational Constraints in Implication Constraints]
2023 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2024
2025 An equational constraint is of the form 
2026         Given => Wanted 
2027 where Given and Wanted may contain both equational and dictionary
2028 constraints. The delay and reduction of these two kinds of constraints
2029 is distinct:
2030
2031 -) In the generated code, wanted Dictionary constraints are wrapped up in an
2032    implication constraint that is created at the code site where the wanted
2033    dictionaries can be reduced via a let-binding. This let-bound implication
2034    constraint is deconstructed at the use-site of the wanted dictionaries.
2035
2036 -) While the reduction of equational constraints is also delayed, the delay
2037    is not manifest in the generated code. The required evidence is generated
2038    in the code directly at the use-site. There is no let-binding and deconstruction
2039    necessary. The main disadvantage is that we cannot exploit sharing as the
2040    same evidence may be generated at multiple use-sites. However, this disadvantage
2041    is limited because it only concerns coercions which are erased.
2042
2043 The different treatment is motivated by the different in representation. Dictionary
2044 constraints require manifest runtime dictionaries, while equations require coercions
2045 which are types.
2046
2047 \begin{code}
2048 ---------------------------------------------
2049 reduceImplication :: RedEnv
2050                  -> Avails
2051                  -> Refinement  -- May refine the givens; often empty
2052                  -> [TcTyVar]   -- Quantified type variables; all skolems
2053                  -> [Inst]      -- Extra givens; all rigid
2054                  -> [Inst]      -- Wanted
2055                  -> InstLoc
2056                  -> TcM (Avails, LookupInstResult)
2057 \end{code}
2058
2059 Suppose we are simplifying the constraint
2060         forall bs. extras => wanted
2061 in the context of an overall simplification problem with givens 'givens',
2062 and refinment 'reft'.
2063
2064 Note that
2065   * The refinement is often empty
2066
2067   * The 'extra givens' need not mention any of the quantified type variables
2068         e.g.    forall {}. Eq a => Eq [a]
2069                 forall {}. C Int => D (Tree Int)
2070
2071     This happens when you have something like
2072         data T a where
2073           T1 :: Eq a => a -> T a
2074
2075         f :: T a -> Int
2076         f x = ...(case x of { T1 v -> v==v })...
2077
2078 \begin{code}
2079         -- ToDo: should we instantiate tvs?  I think it's not necessary
2080         --
2081         -- Note on coercion variables:
2082         --
2083         --      The extra given coercion variables are bound at two different sites:
2084         --      -) in the creation context of the implication constraint        
2085         --              the solved equational constraints use these binders
2086         --
2087         --      -) at the solving site of the implication constraint
2088         --              the solved dictionaries use these binders               
2089         --              these binders are generated by reduceImplication
2090         --
2091 reduceImplication env orig_avails reft tvs extra_givens wanteds inst_loc
2092   = do  {       -- Add refined givens, and the extra givens
2093                 -- Todo fix this 
2094           (refined_red_givens,refined_avails)
2095                 <- if isEmptyRefinement reft then return (red_givens env,orig_avails)
2096                    else foldlM (addRefinedGiven reft) ([],orig_avails) (red_givens env)
2097
2098                 -- Solve the sub-problem
2099         ; let try_me inst = ReduceMe AddSCs     -- Note [Freeness and implications]
2100               env' = env { red_givens = refined_red_givens ++ extra_givens ++ availsInsts orig_avails
2101                          , red_try_me = try_me }
2102
2103         ; traceTc (text "reduceImplication" <+> vcat
2104                         [ ppr orig_avails,
2105                           ppr (red_givens env), ppr extra_givens, 
2106                           ppr reft, ppr wanteds])
2107         ; (irreds,binds,needed_givens0) <- checkLoop env' wanteds
2108         ; let needed_givens1 = [ng | ng <- needed_givens0, notElem ng extra_givens]
2109
2110                 -- Note [Reducing implication constraints]
2111                 -- Tom -- update note, put somewhere!
2112
2113         ; traceTc (text "reduceImplication result" <+> vcat
2114                         [ppr irreds, ppr binds, ppr needed_givens1])
2115 --      ; avails <- reduceList env' wanteds avails
2116 -- 
2117 --              -- Extract the binding
2118 --      ; (binds, irreds) <- extractResults avails wanteds
2119         ; (refinement_binds,needed_givens) <- extractLocalResults refined_avails needed_givens1
2120         ; traceTc (text "reduceImplication local results" <+> vcat
2121                         [ppr refinement_binds, ppr needed_givens])
2122
2123         ; -- extract superclass binds
2124           --  (sc_binds,_) <- extractResults avails []
2125 --      ; traceTc (text "reduceImplication sc_binds" <+> vcat
2126 --                      [ppr sc_binds, ppr avails])
2127 --  
2128
2129                 -- We always discard the extra avails we've generated;
2130                 -- but we remember if we have done any (global) improvement
2131 --      ; let ret_avails = avails
2132         ; let ret_avails = orig_avails
2133 --      ; let ret_avails = updateImprovement orig_avails avails
2134
2135         ; traceTc (text "reduceImplication condition" <+> ppr ((isEmptyLHsBinds binds) || (null irreds)))
2136
2137 --      Porgress is no longer measered by the number of bindings
2138 --      ; if isEmptyLHsBinds binds then         -- No progress
2139         ; if (isEmptyLHsBinds binds) && (not $ null irreds) then 
2140                 return (ret_avails, NoInstance)
2141           else do
2142         { 
2143         ; (implic_insts, bind) <- makeImplicationBind inst_loc tvs reft extra_givens irreds
2144                         -- This binding is useless if the recursive simplification
2145                         -- made no progress; but currently we don't try to optimise that
2146                         -- case.  After all, we only try hard to reduce at top level, or
2147                         -- when inferring types.
2148
2149         ; let   dict_wanteds = filter (not . isEqInst) wanteds
2150                 (extra_eq_givens, extra_dict_givens) = partition isEqInst extra_givens
2151                 dict_ids = map instToId extra_dict_givens 
2152                 -- TOMDO: given equational constraints bug!
2153                 --  we need a different evidence for given
2154                 --  equations depending on whether we solve
2155                 --  dictionary constraints or equational constraints
2156                 eq_tyvars = uniqSetToList $ tyVarsOfTypes $ map eqInstType extra_eq_givens
2157                 -- dict_ids = map instToId extra_givens
2158                 co  = mkWpTyLams tvs <.> mkWpTyLams eq_tyvars <.> mkWpLams dict_ids <.> WpLet (binds `unionBags` refinement_binds `unionBags` bind)
2159                 rhs = mkHsWrap co payload
2160                 loc = instLocSpan inst_loc
2161                 payload | [dict_wanted] <- dict_wanteds = HsVar (instToId dict_wanted)
2162                         | otherwise = ExplicitTuple (map (L loc . HsVar . instToId) dict_wanteds) Boxed
2163
2164         
2165         ; traceTc (text "reduceImplication ->"  <+> vcat
2166                         [ ppr ret_avails,
2167                           ppr implic_insts])
2168                 -- If there are any irreds, we back off and return NoInstance
2169         ; return (ret_avails, GenInst (implic_insts ++ needed_givens) (L loc rhs))
2170         } 
2171     }
2172 \end{code}
2173
2174 Note [Reducing implication constraints]
2175 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2176 Suppose we are trying to simplify
2177         (Ord a, forall b. C a b => (W [a] b, D c b))
2178 where
2179         instance (C a b, Ord a) => W [a] b
2180 When solving the implication constraint, we'll start with
2181         Ord a -> Irred
2182 in the Avails.  Then we add (C a b -> Given) and solve. Extracting
2183 the results gives us a binding for the (W [a] b), with an Irred of 
2184 (Ord a, D c b).  Now, the (Ord a) comes from "outside" the implication,
2185 but the (D d b) is from "inside".  So we want to generate a Rhs binding
2186 like this
2187
2188         ic = /\b \dc:C a b). (df a b dc do, ic' b dc)
2189            depending on
2190                 do :: Ord a
2191                 ic' :: forall b. C a b => D c b
2192
2193 The 'depending on' part of the Rhs is important, because it drives
2194 the extractResults code.
2195
2196 The "inside" and "outside" distinction is what's going on with 'inner' and
2197 'outer' in reduceImplication
2198
2199
2200 Note [Freeness and implications]
2201 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2202 It's hard to say when an implication constraint can be floated out.  Consider
2203         forall {} Eq a => Foo [a]
2204 The (Foo [a]) doesn't mention any of the quantified variables, but it
2205 still might be partially satisfied by the (Eq a). 
2206
2207 There is a useful special case when it *is* easy to partition the 
2208 constraints, namely when there are no 'givens'.  Consider
2209         forall {a}. () => Bar b
2210 There are no 'givens', and so there is no reason to capture (Bar b).
2211 We can let it float out.  But if there is even one constraint we
2212 must be much more careful:
2213         forall {a}. C a b => Bar (m b)
2214 because (C a b) might have a superclass (D b), from which we might 
2215 deduce (Bar [b]) when m later gets instantiated to [].  Ha!
2216
2217 Here is an even more exotic example
2218         class C a => D a b
2219 Now consider the constraint
2220         forall b. D Int b => C Int
2221 We can satisfy the (C Int) from the superclass of D, so we don't want
2222 to float the (C Int) out, even though it mentions no type variable in
2223 the constraints!
2224
2225 Note [Pruning the givens in an implication constraint]
2226 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2227 Suppose we are about to form the implication constraint
2228         forall tvs.  Eq a => Ord b
2229 The (Eq a) cannot contribute to the (Ord b), because it has no access to
2230 the type variable 'b'.  So we could filter out the (Eq a) from the givens.
2231
2232 Doing so would be a bit tidier, but all the implication constraints get
2233 simplified away by the optimiser, so it's no great win.   So I don't take
2234 advantage of that at the moment.
2235
2236 If you do, BE CAREFUL of wobbly type variables.
2237
2238
2239 %************************************************************************
2240 %*                                                                      *
2241                 Avails and AvailHow: the pool of evidence
2242 %*                                                                      *
2243 %************************************************************************
2244
2245
2246 \begin{code}
2247 data Avails = Avails !ImprovementDone !AvailEnv
2248
2249 type ImprovementDone = Bool     -- True <=> some unification has happened
2250                                 -- so some Irreds might now be reducible
2251                                 -- keys that are now 
2252
2253 type AvailEnv = FiniteMap Inst AvailHow
2254 data AvailHow
2255   = IsIrred             -- Used for irreducible dictionaries,
2256                         -- which are going to be lambda bound
2257
2258   | Given TcId          -- Used for dictionaries for which we have a binding
2259                         -- e.g. those "given" in a signature
2260
2261   | Rhs                 -- Used when there is a RHS
2262         (LHsExpr TcId)  -- The RHS
2263         [Inst]          -- Insts free in the RHS; we need these too
2264
2265 instance Outputable Avails where
2266   ppr = pprAvails
2267
2268 pprAvails (Avails imp avails)
2269   = vcat [ ptext SLIT("Avails") <> (if imp then ptext SLIT("[improved]") else empty)
2270          , nest 2 (vcat [sep [ppr inst, nest 2 (equals <+> ppr avail)]
2271                         | (inst,avail) <- fmToList avails ])]
2272
2273 instance Outputable AvailHow where
2274     ppr = pprAvail
2275
2276 -------------------------
2277 pprAvail :: AvailHow -> SDoc
2278 pprAvail IsIrred        = text "Irred"
2279 pprAvail (Given x)      = text "Given" <+> ppr x
2280 pprAvail (Rhs rhs bs)   = text "Rhs" <+> sep [ppr rhs, braces (ppr bs)]
2281
2282 -------------------------
2283 extendAvailEnv :: AvailEnv -> Inst -> AvailHow -> AvailEnv
2284 extendAvailEnv env inst avail = addToFM env inst avail
2285
2286 findAvailEnv :: AvailEnv -> Inst -> Maybe AvailHow
2287 findAvailEnv env wanted = lookupFM env wanted
2288         -- NB 1: the Ord instance of Inst compares by the class/type info
2289         --  *not* by unique.  So
2290         --      d1::C Int ==  d2::C Int
2291
2292 emptyAvails :: Avails
2293 emptyAvails = Avails False emptyFM
2294
2295 findAvail :: Avails -> Inst -> Maybe AvailHow
2296 findAvail (Avails _ avails) wanted = findAvailEnv avails wanted
2297
2298 elemAvails :: Inst -> Avails -> Bool
2299 elemAvails wanted (Avails _ avails) = wanted `elemFM` avails
2300
2301 extendAvails :: Avails -> Inst -> AvailHow -> TcM Avails
2302 -- Does improvement
2303 extendAvails avails@(Avails imp env) inst avail 
2304   = do  { imp1 <- tcImproveOne avails inst      -- Do any improvement
2305         ; return (Avails (imp || imp1) (extendAvailEnv env inst avail)) }
2306
2307 availsInsts :: Avails -> [Inst]
2308 availsInsts (Avails _ avails) = keysFM avails
2309
2310 availsImproved (Avails imp _) = imp
2311
2312 updateImprovement :: Avails -> Avails -> Avails
2313 -- (updateImprovement a1 a2) sets a1's improvement flag from a2
2314 updateImprovement (Avails _ avails1) (Avails imp2 _) = Avails imp2 avails1
2315 \end{code}
2316
2317 Extracting the bindings from a bunch of Avails.
2318 The bindings do *not* come back sorted in dependency order.
2319 We assume that they'll be wrapped in a big Rec, so that the
2320 dependency analyser can sort them out later
2321
2322 \begin{code}
2323 extractResults :: Avails
2324                -> [Inst]                -- Wanted
2325                -> TcM ( TcDictBinds,    -- Bindings
2326                         [Inst],         -- Irreducible ones
2327                         [Inst])         -- Needed givens, i.e. ones used in the bindings
2328
2329 extractResults (Avails _ avails) wanteds
2330   = go avails emptyBag [] [] wanteds
2331   where
2332     go :: AvailEnv -> TcDictBinds -> [Inst] -> [Inst] -> [Inst]
2333         -> TcM (TcDictBinds, [Inst], [Inst])
2334     go avails binds irreds givens [] 
2335       = returnM (binds, irreds, givens)
2336
2337     go avails binds irreds givens (w:ws)
2338       = case findAvailEnv avails w of
2339           Nothing -> pprTrace "Urk: extractResults" (ppr w) $
2340                      go avails binds irreds givens ws
2341
2342           Just (Given id) 
2343                 | id == w_id -> go avails binds irreds (w:givens) ws 
2344                 | otherwise  -> 
2345                   go avails (addInstToDictBind binds w (nlHsVar id)) irreds 
2346                      (update_id w  id:givens) ws
2347                 -- The sought Id can be one of the givens, via a superclass chain
2348                 -- and then we definitely don't want to generate an x=x binding!
2349
2350           Just IsIrred -> go (add_given avails w) binds (w:irreds) givens ws
2351                 -- The add_given handles the case where we want (Ord a, Eq a), and we
2352                 -- don't want to emit *two* Irreds for Ord a, one via the superclass chain
2353                 -- This showed up in a dupliated Ord constraint in the error message for 
2354                 --      test tcfail043
2355
2356           Just (Rhs rhs ws') -> go (add_given avails w) new_binds irreds givens (ws' ++ ws)
2357                              where      
2358                                 new_binds = addInstToDictBind binds w rhs
2359       where
2360         w_id = instToId w       
2361         update_id m@(Method{}) id = m {tci_id = id}
2362         update_id w            id = w {tci_name = idName id} 
2363
2364     add_given avails w = extendAvailEnv avails w (Given (instToId w))
2365
2366 extractLocalResults :: Avails
2367                -> [Inst]                -- Wanted
2368                -> TcM ( TcDictBinds,    -- Bindings
2369                         [Inst])         -- Needed givens, i.e. ones used in the bindings
2370
2371 extractLocalResults (Avails _ avails) wanteds
2372   = go avails emptyBag [] wanteds
2373   where
2374     go :: AvailEnv -> TcDictBinds -> [Inst] -> [Inst]
2375         -> TcM (TcDictBinds, [Inst])
2376     go avails binds givens [] 
2377       = returnM (binds, givens)
2378
2379     go avails binds givens (w:ws)
2380       = case findAvailEnv avails w of
2381           Nothing -> -- pprTrace "Urk: extractLocalResults" (ppr w) $
2382                      go avails binds givens ws
2383
2384           Just IsIrred ->
2385                      go avails binds givens ws
2386
2387           Just (Given id) 
2388                 | id == w_id -> go avails binds (w:givens) ws 
2389                 | otherwise  -> go avails binds (w{tci_name=idName id}:givens) ws
2390                 -- The sought Id can be one of the givens, via a superclass chain
2391                 -- and then we definitely don't want to generate an x=x binding!
2392
2393           Just (Rhs rhs ws') -> go (add_given avails w) new_binds givens (ws' ++ ws)
2394                              where      
2395                                 new_binds = addInstToDictBind binds w rhs
2396       where
2397         w_id = instToId w       
2398
2399     add_given avails w = extendAvailEnv avails w (Given (instToId w))
2400 \end{code}
2401
2402
2403 Note [No superclasses for Stop]
2404 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2405 When we decide not to reduce an Inst -- the 'WhatToDo' --- we still
2406 add it to avails, so that any other equal Insts will be commoned up
2407 right here.  However, we do *not* add superclasses.  If we have
2408         df::Floating a
2409         dn::Num a
2410 but a is not bound here, then we *don't* want to derive dn from df
2411 here lest we lose sharing.
2412
2413 \begin{code}
2414 addWanted :: WantSCs -> Avails -> Inst -> LHsExpr TcId -> [Inst] -> TcM Avails
2415 addWanted want_scs avails wanted rhs_expr wanteds
2416   = addAvailAndSCs want_scs avails wanted avail
2417   where
2418     avail = Rhs rhs_expr wanteds
2419
2420 addGiven :: Avails -> Inst -> TcM Avails
2421 addGiven avails given = addAvailAndSCs AddSCs avails given (Given (instToId given))
2422         -- Always add superclasses for 'givens'
2423         --
2424         -- No ASSERT( not (given `elemAvails` avails) ) because in an instance
2425         -- decl for Ord t we can add both Ord t and Eq t as 'givens', 
2426         -- so the assert isn't true
2427
2428 addRefinedGiven :: Refinement -> ([Inst], Avails) -> Inst -> TcM ([Inst], Avails)
2429 addRefinedGiven reft (refined_givens, avails) given
2430   | isDict given        -- We sometimes have 'given' methods, but they
2431                         -- are always optional, so we can drop them
2432   , let pred = dictPred given
2433   , isRefineablePred pred       -- See Note [ImplicInst rigidity]
2434   , Just (co, pred) <- refinePred reft pred
2435   = do  { new_given <- newDictBndr (instLoc given) pred
2436         ; let rhs = L (instSpan given) $
2437                     HsWrap (WpCo co) (HsVar (instToId given))
2438         ; avails <- addAvailAndSCs AddSCs avails new_given (Rhs rhs [given])
2439         ; return (new_given:refined_givens, avails) }
2440             -- ToDo: the superclasses of the original given all exist in Avails 
2441             -- so we could really just cast them, but it's more awkward to do,
2442             -- and hopefully the optimiser will spot the duplicated work
2443   | otherwise
2444   = return (refined_givens, avails)
2445 \end{code}
2446
2447 Note [ImplicInst rigidity]
2448 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2449 Consider
2450         C :: forall ab. (Eq a, Ord b) => b -> T a
2451         
2452         ...(case x of C v -> <body>)...
2453
2454 From the case (where x::T ty) we'll get an implication constraint
2455         forall b. (Eq ty, Ord b) => <body-constraints>
2456 Now suppose <body-constraints> itself has an implication constraint 
2457 of form
2458         forall c. <reft> => <payload>
2459 Then, we can certainly apply the refinement <reft> to the Ord b, becuase it is
2460 existential, but we probably should not apply it to the (Eq ty) because it may
2461 be wobbly. Hence the isRigidInst
2462
2463 @Insts@ are ordered by their class/type info, rather than by their
2464 unique.  This allows the context-reduction mechanism to use standard finite
2465 maps to do their stuff.  It's horrible that this code is here, rather
2466 than with the Avails handling stuff in TcSimplify
2467
2468 \begin{code}
2469 addIrred :: WantSCs -> Avails -> Inst -> TcM Avails
2470 addIrred want_scs avails irred = ASSERT2( not (irred `elemAvails` avails), ppr irred $$ ppr avails )
2471                                  addAvailAndSCs want_scs avails irred IsIrred
2472
2473 addAvailAndSCs :: WantSCs -> Avails -> Inst -> AvailHow -> TcM Avails
2474 addAvailAndSCs want_scs avails inst avail
2475   | not (isClassDict inst) = extendAvails avails inst avail
2476   | NoSCs <- want_scs      = extendAvails avails inst avail
2477   | otherwise              = do { traceTc (text "addAvailAndSCs" <+> vcat [ppr inst, ppr deps])
2478                                 ; avails' <- extendAvails avails inst avail
2479                                 ; addSCs is_loop avails' inst }
2480   where
2481     is_loop pred = any (`tcEqType` mkPredTy pred) dep_tys
2482                         -- Note: this compares by *type*, not by Unique
2483     deps         = findAllDeps (unitVarSet (instToVar inst)) avail
2484     dep_tys      = map idType (varSetElems deps)
2485
2486     findAllDeps :: IdSet -> AvailHow -> IdSet
2487     -- Find all the Insts that this one depends on
2488     -- See Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
2489     -- Watch out, though.  Since the avails may contain loops 
2490     -- (see Note [RECURSIVE DICTIONARIES]), so we need to track the ones we've seen so far
2491     findAllDeps so_far (Rhs _ kids) = foldl find_all so_far kids
2492     findAllDeps so_far other        = so_far
2493
2494     find_all :: IdSet -> Inst -> IdSet
2495     find_all so_far kid
2496       | isEqInst kid                       = so_far
2497       | kid_id `elemVarSet` so_far         = so_far
2498       | Just avail <- findAvail avails kid = findAllDeps so_far' avail
2499       | otherwise                          = so_far'
2500       where
2501         so_far' = extendVarSet so_far kid_id    -- Add the new kid to so_far
2502         kid_id = instToId kid
2503
2504 addSCs :: (TcPredType -> Bool) -> Avails -> Inst -> TcM Avails
2505         -- Add all the superclasses of the Inst to Avails
2506         -- The first param says "dont do this because the original thing
2507         --      depends on this one, so you'd build a loop"
2508         -- Invariant: the Inst is already in Avails.
2509
2510 addSCs is_loop avails dict
2511   = ASSERT( isDict dict )
2512     do  { sc_dicts <- newDictBndrs (instLoc dict) sc_theta'
2513         ; foldlM add_sc avails (zipEqual "add_scs" sc_dicts sc_sels) }
2514   where
2515     (clas, tys) = getDictClassTys dict
2516     (tyvars, sc_theta, sc_sels, _) = classBigSig clas
2517     sc_theta' = filter (not . isEqPred) $
2518                   substTheta (zipTopTvSubst tyvars tys) sc_theta
2519
2520     add_sc avails (sc_dict, sc_sel)
2521       | is_loop (dictPred sc_dict) = return avails      -- See Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
2522       | is_given sc_dict           = return avails
2523       | otherwise                  = do { avails' <- extendAvails avails sc_dict (Rhs sc_sel_rhs [dict])
2524                                         ; addSCs is_loop avails' sc_dict }
2525       where
2526         sc_sel_rhs = L (instSpan dict) (HsWrap co_fn (HsVar sc_sel))
2527         co_fn      = WpApp (instToVar dict) <.> mkWpTyApps tys
2528
2529     is_given :: Inst -> Bool
2530     is_given sc_dict = case findAvail avails sc_dict of
2531                           Just (Given _) -> True        -- Given is cheaper than superclass selection
2532                           other          -> False       
2533
2534 -- From the a set of insts obtain all equalities that (transitively) occur in
2535 -- superclass contexts of class constraints (aka the ancestor equalities). 
2536 --
2537 ancestorEqualities :: [Inst] -> TcM [Inst]
2538 ancestorEqualities
2539   =   mapM mkWantedEqInst               -- turn only equality predicates..
2540     . filter isEqPred                   -- ..into wanted equality insts
2541     . bagToList 
2542     . addAEsToBag emptyBag              -- collect the superclass constraints..
2543     . map dictPred                      -- ..of all predicates in a bag
2544     . filter isClassDict
2545   where
2546     addAEsToBag :: Bag PredType -> [PredType] -> Bag PredType
2547     addAEsToBag bag []           = bag
2548     addAEsToBag bag (pred:preds)
2549       | pred `elemBag` bag = addAEsToBag bag         preds
2550       | isEqPred pred      = addAEsToBag bagWithPred preds
2551       | isClassPred pred   = addAEsToBag bagWithPred predsWithSCs
2552       | otherwise          = addAEsToBag bag         preds
2553       where
2554         bagWithPred  = bag `snocBag` pred
2555         predsWithSCs = preds ++ substTheta (zipTopTvSubst tyvars tys) sc_theta
2556         --
2557         (tyvars, sc_theta, _, _) = classBigSig clas
2558         (clas, tys)              = getClassPredTys pred 
2559 \end{code}
2560
2561
2562 %************************************************************************
2563 %*                                                                      *
2564 \section{tcSimplifyTop: defaulting}
2565 %*                                                                      *
2566 %************************************************************************
2567
2568
2569 @tcSimplifyTop@ is called once per module to simplify all the constant
2570 and ambiguous Insts.
2571
2572 We need to be careful of one case.  Suppose we have
2573
2574         instance Num a => Num (Foo a b) where ...
2575
2576 and @tcSimplifyTop@ is given a constraint (Num (Foo x y)).  Then it'll simplify
2577 to (Num x), and default x to Int.  But what about y??
2578
2579 It's OK: the final zonking stage should zap y to (), which is fine.
2580
2581
2582 \begin{code}
2583 tcSimplifyTop, tcSimplifyInteractive :: [Inst] -> TcM TcDictBinds
2584 tcSimplifyTop wanteds
2585   = tc_simplify_top doc False wanteds
2586   where 
2587     doc = text "tcSimplifyTop"
2588
2589 tcSimplifyInteractive wanteds
2590   = tc_simplify_top doc True wanteds
2591   where 
2592     doc = text "tcSimplifyInteractive"
2593
2594 -- The TcLclEnv should be valid here, solely to improve
2595 -- error message generation for the monomorphism restriction
2596 tc_simplify_top doc interactive wanteds
2597   = do  { dflags <- getDOpts
2598         ; wanteds <- zonkInsts wanteds
2599         ; mapM_ zonkTopTyVar (varSetElems (tyVarsOfInsts wanteds))
2600
2601         ; traceTc (text "tc_simplify_top 0: " <+> ppr wanteds)
2602         ; (irreds1, binds1) <- tryHardCheckLoop doc1 wanteds
2603         ; traceTc (text "tc_simplify_top 1: " <+> ppr irreds1)
2604         ; (irreds2, binds2) <- approximateImplications doc2 (\d -> True) irreds1
2605         ; traceTc (text "tc_simplify_top 2: " <+> ppr irreds2)
2606
2607                 -- Use the defaulting rules to do extra unification
2608                 -- NB: irreds2 are already zonked
2609         ; (irreds3, binds3) <- disambiguate doc3 interactive dflags irreds2
2610
2611                 -- Deal with implicit parameters
2612         ; let (bad_ips, non_ips) = partition isIPDict irreds3
2613               (ambigs, others)   = partition isTyVarDict non_ips
2614
2615         ; topIPErrs bad_ips     -- Can arise from   f :: Int -> Int
2616                                 --                  f x = x + ?y
2617         ; addNoInstanceErrs others
2618         ; addTopAmbigErrs ambigs        
2619
2620         ; return (binds1 `unionBags` binds2 `unionBags` binds3) }
2621   where
2622     doc1 = doc <+> ptext SLIT("(first round)")
2623     doc2 = doc <+> ptext SLIT("(approximate)")
2624     doc3 = doc <+> ptext SLIT("(disambiguate)")
2625 \end{code}
2626
2627 If a dictionary constrains a type variable which is
2628         * not mentioned in the environment
2629         * and not mentioned in the type of the expression
2630 then it is ambiguous. No further information will arise to instantiate
2631 the type variable; nor will it be generalised and turned into an extra
2632 parameter to a function.
2633
2634 It is an error for this to occur, except that Haskell provided for
2635 certain rules to be applied in the special case of numeric types.
2636 Specifically, if
2637         * at least one of its classes is a numeric class, and
2638         * all of its classes are numeric or standard
2639 then the type variable can be defaulted to the first type in the
2640 default-type list which is an instance of all the offending classes.
2641
2642 So here is the function which does the work.  It takes the ambiguous
2643 dictionaries and either resolves them (producing bindings) or
2644 complains.  It works by splitting the dictionary list by type
2645 variable, and using @disambigOne@ to do the real business.
2646
2647 @disambigOne@ assumes that its arguments dictionaries constrain all
2648 the same type variable.
2649
2650 ADR Comment 20/6/94: I've changed the @CReturnable@ case to default to
2651 @()@ instead of @Int@.  I reckon this is the Right Thing to do since
2652 the most common use of defaulting is code like:
2653 \begin{verbatim}
2654         _ccall_ foo     `seqPrimIO` bar
2655 \end{verbatim}
2656 Since we're not using the result of @foo@, the result if (presumably)
2657 @void@.
2658
2659 \begin{code}
2660 disambiguate :: SDoc -> Bool -> DynFlags -> [Inst] -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
2661         -- Just does unification to fix the default types
2662         -- The Insts are assumed to be pre-zonked
2663 disambiguate doc interactive dflags insts
2664   | null insts
2665   = return (insts, emptyBag)
2666
2667   | null defaultable_groups
2668   = do  { traceTc (text "disambigutate, no defaultable groups" <+> vcat [ppr unaries, ppr insts, ppr bad_tvs, ppr defaultable_groups])
2669         ; return (insts, emptyBag) }
2670
2671   | otherwise
2672   = do  {       -- Figure out what default types to use
2673           default_tys <- getDefaultTys extended_defaulting ovl_strings
2674
2675         ; traceTc (text "disambiguate1" <+> vcat [ppr insts, ppr unaries, ppr bad_tvs, ppr defaultable_groups])
2676         ; mapM_ (disambigGroup default_tys) defaultable_groups
2677
2678         -- disambigGroup does unification, hence try again
2679         ; tryHardCheckLoop doc insts }
2680
2681   where
2682    extended_defaulting = interactive || dopt Opt_ExtendedDefaultRules dflags
2683    ovl_strings = dopt Opt_OverloadedStrings dflags
2684
2685    unaries :: [(Inst, Class, TcTyVar)]  -- (C tv) constraints
2686    bad_tvs :: TcTyVarSet  -- Tyvars mentioned by *other* constraints
2687    (unaries, bad_tvs_s) = partitionWith find_unary insts 
2688    bad_tvs              = unionVarSets bad_tvs_s
2689
2690         -- Finds unary type-class constraints
2691    find_unary d@(Dict {tci_pred = ClassP cls [ty]})
2692         | Just tv <- tcGetTyVar_maybe ty = Left (d,cls,tv)
2693    find_unary inst                       = Right (tyVarsOfInst inst)
2694
2695                 -- Group by type variable
2696    defaultable_groups :: [[(Inst,Class,TcTyVar)]]
2697    defaultable_groups = filter defaultable_group (equivClasses cmp_tv unaries)
2698    cmp_tv (_,_,tv1) (_,_,tv2) = tv1 `compare` tv2
2699
2700    defaultable_group :: [(Inst,Class,TcTyVar)] -> Bool
2701    defaultable_group ds@((_,_,tv):_)
2702         =  isTyConableTyVar tv  -- Note [Avoiding spurious errors]
2703         && not (tv `elemVarSet` bad_tvs)
2704         && defaultable_classes [c | (_,c,_) <- ds]
2705    defaultable_group [] = panic "defaultable_group"
2706
2707    defaultable_classes clss 
2708         | extended_defaulting = any isInteractiveClass clss
2709         | otherwise           = all is_std_class clss && (any is_num_class clss)
2710
2711         -- In interactive mode, or with -fextended-default-rules,
2712         -- we default Show a to Show () to avoid graututious errors on "show []"
2713    isInteractiveClass cls 
2714         = is_num_class cls || (classKey cls `elem` [showClassKey, eqClassKey, ordClassKey])
2715
2716    is_num_class cls = isNumericClass cls || (ovl_strings && (cls `hasKey` isStringClassKey))
2717         -- is_num_class adds IsString to the standard numeric classes, 
2718         -- when -foverloaded-strings is enabled
2719
2720    is_std_class cls = isStandardClass cls || (ovl_strings && (cls `hasKey` isStringClassKey))
2721         -- Similarly is_std_class
2722
2723 -----------------------
2724 disambigGroup :: [Type]                 -- The default types
2725               -> [(Inst,Class,TcTyVar)] -- All standard classes of form (C a)
2726               -> TcM () -- Just does unification, to fix the default types
2727
2728 disambigGroup default_tys dicts
2729   = try_default default_tys
2730   where
2731     (_,_,tyvar) = ASSERT(not (null dicts)) head dicts   -- Should be non-empty
2732     classes = [c | (_,c,_) <- dicts]
2733
2734     try_default [] = return ()
2735     try_default (default_ty : default_tys)
2736       = tryTcLIE_ (try_default default_tys) $
2737         do { tcSimplifyDefault [mkClassPred clas [default_ty] | clas <- classes]
2738                 -- This may fail; then the tryTcLIE_ kicks in
2739                 -- Failure here is caused by there being no type in the
2740                 -- default list which can satisfy all the ambiguous classes.
2741                 -- For example, if Real a is reqd, but the only type in the
2742                 -- default list is Int.
2743
2744                 -- After this we can't fail
2745            ; warnDefault dicts default_ty
2746            ; unifyType default_ty (mkTyVarTy tyvar) 
2747            ; return () -- TOMDO: do something with the coercion
2748            }
2749
2750
2751 -----------------------
2752 getDefaultTys :: Bool -> Bool -> TcM [Type]
2753 getDefaultTys extended_deflts ovl_strings
2754   = do  { mb_defaults <- getDeclaredDefaultTys
2755         ; case mb_defaults of {
2756            Just tys -> return tys ;     -- User-supplied defaults
2757            Nothing  -> do
2758
2759         -- No use-supplied default
2760         -- Use [Integer, Double], plus modifications
2761         { integer_ty <- tcMetaTy integerTyConName
2762         ; checkWiredInTyCon doubleTyCon
2763         ; string_ty <- tcMetaTy stringTyConName
2764         ; return (opt_deflt extended_deflts unitTy
2765                         -- Note [Default unitTy]
2766                         ++
2767                   [integer_ty,doubleTy]
2768                         ++
2769                   opt_deflt ovl_strings string_ty) } } }
2770   where
2771     opt_deflt True  ty = [ty]
2772     opt_deflt False ty = []
2773 \end{code}
2774
2775 Note [Default unitTy]
2776 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2777 In interative mode (or with -fextended-default-rules) we add () as the first type we
2778 try when defaulting.  This has very little real impact, except in the following case.
2779 Consider: 
2780         Text.Printf.printf "hello"
2781 This has type (forall a. IO a); it prints "hello", and returns 'undefined'.  We don't
2782 want the GHCi repl loop to try to print that 'undefined'.  The neatest thing is to
2783 default the 'a' to (), rather than to Integer (which is what would otherwise happen;
2784 and then GHCi doesn't attempt to print the ().  So in interactive mode, we add
2785 () to the list of defaulting types.  See Trac #1200.
2786
2787 Note [Avoiding spurious errors]
2788 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2789 When doing the unification for defaulting, we check for skolem
2790 type variables, and simply don't default them.  For example:
2791    f = (*)      -- Monomorphic
2792    g :: Num a => a -> a
2793    g x = f x x
2794 Here, we get a complaint when checking the type signature for g,
2795 that g isn't polymorphic enough; but then we get another one when
2796 dealing with the (Num a) context arising from f's definition;
2797 we try to unify a with Int (to default it), but find that it's
2798 already been unified with the rigid variable from g's type sig
2799
2800
2801 %************************************************************************
2802 %*                                                                      *
2803 \subsection[simple]{@Simple@ versions}
2804 %*                                                                      *
2805 %************************************************************************
2806
2807 Much simpler versions when there are no bindings to make!
2808
2809 @tcSimplifyThetas@ simplifies class-type constraints formed by
2810 @deriving@ declarations and when specialising instances.  We are
2811 only interested in the simplified bunch of class/type constraints.
2812
2813 It simplifies to constraints of the form (C a b c) where
2814 a,b,c are type variables.  This is required for the context of
2815 instance declarations.
2816
2817 \begin{code}
2818 tcSimplifyDeriv :: InstOrigin
2819                 -> [TyVar]      
2820                 -> ThetaType            -- Wanted
2821                 -> TcM ThetaType        -- Needed
2822 -- Given  instance (wanted) => C inst_ty 
2823 -- Simplify 'wanted' as much as possible
2824
2825 tcSimplifyDeriv orig tyvars theta
2826   = do  { (tvs, _, tenv) <- tcInstTyVars tyvars
2827         -- The main loop may do unification, and that may crash if 
2828         -- it doesn't see a TcTyVar, so we have to instantiate. Sigh
2829         -- ToDo: what if two of them do get unified?
2830         ; wanteds <- newDictBndrsO orig (substTheta tenv theta)
2831         ; (irreds, _) <- tryHardCheckLoop doc wanteds
2832
2833         ; let (tv_dicts, others) = partition ok irreds
2834         ; addNoInstanceErrs others
2835         -- See Note [Exotic derived instance contexts] in TcMType
2836
2837         ; let rev_env = zipTopTvSubst tvs (mkTyVarTys tyvars)
2838               simpl_theta = substTheta rev_env (map dictPred tv_dicts)
2839                 -- This reverse-mapping is a pain, but the result
2840                 -- should mention the original TyVars not TcTyVars
2841
2842         ; return simpl_theta }
2843   where
2844     doc = ptext SLIT("deriving classes for a data type")
2845
2846     ok dict | isDict dict = validDerivPred (dictPred dict)
2847             | otherwise   = False
2848 \end{code}
2849
2850
2851 @tcSimplifyDefault@ just checks class-type constraints, essentially;
2852 used with \tr{default} declarations.  We are only interested in
2853 whether it worked or not.
2854
2855 \begin{code}
2856 tcSimplifyDefault :: ThetaType  -- Wanted; has no type variables in it
2857                   -> TcM ()
2858
2859 tcSimplifyDefault theta
2860   = newDictBndrsO DefaultOrigin theta   `thenM` \ wanteds ->
2861     tryHardCheckLoop doc wanteds        `thenM` \ (irreds, _) ->
2862     addNoInstanceErrs  irreds           `thenM_`
2863     if null irreds then
2864         returnM ()
2865     else
2866         failM
2867   where
2868     doc = ptext SLIT("default declaration")
2869 \end{code}
2870
2871
2872 %************************************************************************
2873 %*                                                                      *
2874 \section{Errors and contexts}
2875 %*                                                                      *
2876 %************************************************************************
2877
2878 ToDo: for these error messages, should we note the location as coming
2879 from the insts, or just whatever seems to be around in the monad just
2880 now?
2881
2882 \begin{code}
2883 groupErrs :: ([Inst] -> TcM ()) -- Deal with one group
2884           -> [Inst]             -- The offending Insts
2885           -> TcM ()
2886 -- Group together insts with the same origin
2887 -- We want to report them together in error messages
2888
2889 groupErrs report_err [] 
2890   = returnM ()
2891 groupErrs report_err (inst:insts) 
2892   = do_one (inst:friends)               `thenM_`
2893     groupErrs report_err others
2894
2895   where
2896         -- (It may seem a bit crude to compare the error messages,
2897         --  but it makes sure that we combine just what the user sees,
2898         --  and it avoids need equality on InstLocs.)
2899    (friends, others) = partition is_friend insts
2900    loc_msg           = showSDoc (pprInstLoc (instLoc inst))
2901    is_friend friend  = showSDoc (pprInstLoc (instLoc friend)) == loc_msg
2902    do_one insts = addInstCtxt (instLoc (head insts)) (report_err insts)
2903                 -- Add location and context information derived from the Insts
2904
2905 -- Add the "arising from..." part to a message about bunch of dicts
2906 addInstLoc :: [Inst] -> Message -> Message
2907 addInstLoc insts msg = msg $$ nest 2 (pprInstArising (head insts))
2908
2909 addTopIPErrs :: [Name] -> [Inst] -> TcM ()
2910 addTopIPErrs bndrs [] 
2911   = return ()
2912 addTopIPErrs bndrs ips
2913   = do  { dflags <- getDOpts
2914         ; addErrTcM (tidy_env, mk_msg dflags tidy_ips) }
2915   where
2916     (tidy_env, tidy_ips) = tidyInsts ips
2917     mk_msg dflags ips 
2918         = vcat [sep [ptext SLIT("Implicit parameters escape from"),
2919                 nest 2 (ptext SLIT("the monomorphic top-level binding") 
2920                                             <> plural bndrs <+> ptext SLIT("of")
2921                                             <+> pprBinders bndrs <> colon)],
2922                 nest 2 (vcat (map ppr_ip ips)),
2923                 monomorphism_fix dflags]
2924     ppr_ip ip = pprPred (dictPred ip) <+> pprInstArising ip
2925
2926 topIPErrs :: [Inst] -> TcM ()
2927 topIPErrs dicts
2928   = groupErrs report tidy_dicts
2929   where
2930     (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
2931     report dicts = addErrTcM (tidy_env, mk_msg dicts)
2932     mk_msg dicts = addInstLoc dicts (ptext SLIT("Unbound implicit parameter") <> 
2933                                      plural tidy_dicts <+> pprDictsTheta tidy_dicts)
2934
2935 addNoInstanceErrs :: [Inst]     -- Wanted (can include implications)
2936                   -> TcM ()     
2937 addNoInstanceErrs insts
2938   = do  { let (tidy_env, tidy_insts) = tidyInsts insts
2939         ; reportNoInstances tidy_env Nothing tidy_insts }
2940
2941 reportNoInstances 
2942         :: TidyEnv
2943         -> Maybe (InstLoc, [Inst])      -- Context
2944                         -- Nothing => top level
2945                         -- Just (d,g) => d describes the construct
2946                         --               with givens g
2947         -> [Inst]       -- What is wanted (can include implications)
2948         -> TcM ()       
2949
2950 reportNoInstances tidy_env mb_what insts 
2951   = groupErrs (report_no_instances tidy_env mb_what) insts
2952
2953 report_no_instances tidy_env mb_what insts
2954   = do { inst_envs <- tcGetInstEnvs
2955        ; let (implics, insts1)  = partition isImplicInst insts
2956              (insts2, overlaps) = partitionWith (check_overlap inst_envs) insts1
2957              (eqInsts, insts3)  = partition isEqInst insts2
2958        ; traceTc (text "reportNoInstances" <+> vcat 
2959                        [ppr implics, ppr insts1, ppr insts2])
2960        ; mapM_ complain_implic implics
2961        ; mapM_ (\doc -> addErrTcM (tidy_env, doc)) overlaps
2962        ; groupErrs complain_no_inst insts3 
2963        ; mapM_ eqInstMisMatch eqInsts
2964        }
2965   where
2966     complain_no_inst insts = addErrTcM (tidy_env, mk_no_inst_err insts)
2967
2968     complain_implic inst        -- Recurse!
2969       = reportNoInstances tidy_env 
2970                           (Just (tci_loc inst, tci_given inst)) 
2971                           (tci_wanted inst)
2972
2973     check_overlap :: (InstEnv,InstEnv) -> Inst -> Either Inst SDoc
2974         -- Right msg  => overlap message
2975         -- Left  inst => no instance
2976     check_overlap inst_envs wanted
2977         | not (isClassDict wanted) = Left wanted
2978         | otherwise
2979         = case lookupInstEnv inst_envs clas tys of
2980                 -- The case of exactly one match and no unifiers means a
2981                 -- successful lookup.  That can't happen here, because dicts
2982                 -- only end up here if they didn't match in Inst.lookupInst
2983 #ifdef DEBUG
2984                 ([m],[]) -> pprPanic "reportNoInstance" (ppr wanted)
2985 #endif
2986                 ([], _)  -> Left wanted         -- No match
2987                 res      -> Right (mk_overlap_msg wanted res)
2988           where
2989             (clas,tys) = getDictClassTys wanted
2990
2991     mk_overlap_msg dict (matches, unifiers)
2992       = ASSERT( not (null matches) )
2993         vcat [  addInstLoc [dict] ((ptext SLIT("Overlapping instances for") 
2994                                         <+> pprPred (dictPred dict))),
2995                 sep [ptext SLIT("Matching instances") <> colon,
2996                      nest 2 (vcat [pprInstances ispecs, pprInstances unifiers])],
2997                 if not (isSingleton matches)
2998                 then    -- Two or more matches
2999                      empty
3000                 else    -- One match, plus some unifiers
3001                 ASSERT( not (null unifiers) )
3002                 parens (vcat [ptext SLIT("The choice depends on the instantiation of") <+>
3003                                  quotes (pprWithCommas ppr (varSetElems (tyVarsOfInst dict))),
3004                               ptext SLIT("To pick the first instance above, use -fallow-incoherent-instances"),
3005                               ptext SLIT("when compiling the other instance declarations")])]
3006       where
3007         ispecs = [ispec | (ispec, _) <- matches]
3008
3009     mk_no_inst_err insts
3010       | null insts = empty
3011
3012       | Just (loc, givens) <- mb_what,   -- Nested (type signatures, instance decls)
3013         not (isEmptyVarSet (tyVarsOfInsts insts))
3014       = vcat [ addInstLoc insts $
3015                sep [ ptext SLIT("Could not deduce") <+> pprDictsTheta insts
3016                    , nest 2 $ ptext SLIT("from the context") <+> pprDictsTheta givens]
3017              , show_fixes (fix1 loc : fixes2) ]
3018
3019       | otherwise       -- Top level 
3020       = vcat [ addInstLoc insts $
3021                ptext SLIT("No instance") <> plural insts
3022                     <+> ptext SLIT("for") <+> pprDictsTheta insts
3023              , show_fixes fixes2 ]
3024
3025       where
3026         fix1 loc = sep [ ptext SLIT("add") <+> pprDictsTheta insts
3027                                  <+> ptext SLIT("to the context of"),
3028                          nest 2 (ppr (instLocOrigin loc)) ]
3029                          -- I'm not sure it helps to add the location
3030                          -- nest 2 (ptext SLIT("at") <+> ppr (instLocSpan loc)) ]
3031
3032         fixes2 | null instance_dicts = []
3033                | otherwise           = [sep [ptext SLIT("add an instance declaration for"),
3034                                         pprDictsTheta instance_dicts]]
3035         instance_dicts = [d | d <- insts, isClassDict d, not (isTyVarDict d)]
3036                 -- Insts for which it is worth suggesting an adding an instance declaration
3037                 -- Exclude implicit parameters, and tyvar dicts
3038
3039         show_fixes :: [SDoc] -> SDoc
3040         show_fixes []     = empty
3041         show_fixes (f:fs) = sep [ptext SLIT("Possible fix:"), 
3042                                  nest 2 (vcat (f : map (ptext SLIT("or") <+>) fs))]
3043
3044 addTopAmbigErrs dicts
3045 -- Divide into groups that share a common set of ambiguous tyvars
3046   = ifErrsM (return ()) $       -- Only report ambiguity if no other errors happened
3047                                 -- See Note [Avoiding spurious errors]
3048     mapM_ report (equivClasses cmp [(d, tvs_of d) | d <- tidy_dicts])
3049   where
3050     (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
3051
3052     tvs_of :: Inst -> [TcTyVar]
3053     tvs_of d = varSetElems (tyVarsOfInst d)
3054     cmp (_,tvs1) (_,tvs2) = tvs1 `compare` tvs2
3055     
3056     report :: [(Inst,[TcTyVar])] -> TcM ()
3057     report pairs@((inst,tvs) : _)       -- The pairs share a common set of ambiguous tyvars
3058         = mkMonomorphismMsg tidy_env tvs        `thenM` \ (tidy_env, mono_msg) ->
3059           setSrcSpan (instSpan inst) $
3060                 -- the location of the first one will do for the err message
3061           addErrTcM (tidy_env, msg $$ mono_msg)
3062         where
3063           dicts = map fst pairs
3064           msg = sep [text "Ambiguous type variable" <> plural tvs <+> 
3065                           pprQuotedList tvs <+> in_msg,
3066                      nest 2 (pprDictsInFull dicts)]
3067           in_msg = text "in the constraint" <> plural dicts <> colon
3068     report [] = panic "addTopAmbigErrs"
3069
3070
3071 mkMonomorphismMsg :: TidyEnv -> [TcTyVar] -> TcM (TidyEnv, Message)
3072 -- There's an error with these Insts; if they have free type variables
3073 -- it's probably caused by the monomorphism restriction. 
3074 -- Try to identify the offending variable
3075 -- ASSUMPTION: the Insts are fully zonked
3076 mkMonomorphismMsg tidy_env inst_tvs
3077   = do  { dflags <- getDOpts
3078         ; (tidy_env, docs) <- findGlobals (mkVarSet inst_tvs) tidy_env
3079         ; return (tidy_env, mk_msg dflags docs) }
3080   where
3081     mk_msg _ _ | any isRuntimeUnk inst_tvs
3082         =  vcat [ptext SLIT("Cannot resolve unknown runtime types:") <+>
3083                    (pprWithCommas ppr inst_tvs),
3084                 ptext SLIT("Use :print or :force to determine these types")]
3085     mk_msg _ []   = ptext SLIT("Probable fix: add a type signature that fixes these type variable(s)")
3086                         -- This happens in things like
3087                         --      f x = show (read "foo")
3088                         -- where monomorphism doesn't play any role
3089     mk_msg dflags docs 
3090         = vcat [ptext SLIT("Possible cause: the monomorphism restriction applied to the following:"),
3091                 nest 2 (vcat docs),
3092                 monomorphism_fix dflags]
3093
3094 isRuntimeUnk :: TcTyVar -> Bool
3095 isRuntimeUnk x | SkolemTv RuntimeUnkSkol <- tcTyVarDetails x = True
3096                | otherwise = False
3097
3098 monomorphism_fix :: DynFlags -> SDoc
3099 monomorphism_fix dflags
3100   = ptext SLIT("Probable fix:") <+> vcat
3101         [ptext SLIT("give these definition(s) an explicit type signature"),
3102          if dopt Opt_MonomorphismRestriction dflags
3103            then ptext SLIT("or use -fno-monomorphism-restriction")
3104            else empty]  -- Only suggest adding "-fno-monomorphism-restriction"
3105                         -- if it is not already set!
3106     
3107 warnDefault ups default_ty
3108   = doptM Opt_WarnTypeDefaults  `thenM` \ warn_flag ->
3109     addInstCtxt (instLoc (head (dicts))) (warnTc warn_flag warn_msg)
3110   where
3111     dicts = [d | (d,_,_) <- ups]
3112
3113         -- Tidy them first
3114     (_, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
3115     warn_msg  = vcat [ptext SLIT("Defaulting the following constraint(s) to type") <+>
3116                                 quotes (ppr default_ty),
3117                       pprDictsInFull tidy_dicts]
3118
3119 reduceDepthErr n stack
3120   = vcat [ptext SLIT("Context reduction stack overflow; size =") <+> int n,
3121           ptext SLIT("Use -fcontext-stack=N to increase stack size to N"),
3122           nest 4 (pprStack stack)]
3123
3124 pprStack stack = vcat (map pprInstInFull stack)
3125 \end{code}