EqInst related clean up
[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 What type should we infer for this?
415         f x = (show ?y, x::Int)
416 Since we must quantify over the ?y, the most plausible type is
417         f :: (Show a, ?y::a) => Int -> (String, Int)
418 But notice that the type of the RHS is (String,Int), with no type 
419 varibables mentioned at all!  The type of f looks ambiguous.  But
420 it isn't, because at a call site we might have
421         let ?y = 5::Int in f 7
422 and all is well.  In effect, implicit parameters are, well, parameters,
423 so we can take their type variables into account as part of the
424 "tau-tvs" stuff.  This is done in the function 'FunDeps.grow'.
425
426
427 Question 2: type signatures
428 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
429 BUT WATCH OUT: When you supply a type signature, we can't force you
430 to quantify over implicit parameters.  For example:
431
432         (?x + 1) :: Int
433
434 This is perfectly reasonable.  We do not want to insist on
435
436         (?x + 1) :: (?x::Int => Int)
437
438 That would be silly.  Here, the definition site *is* the occurrence site,
439 so the above strictures don't apply.  Hence the difference between
440 tcSimplifyCheck (which *does* allow implicit paramters to be inherited)
441 and tcSimplifyCheckBind (which does not).
442
443 What about when you supply a type signature for a binding?
444 Is it legal to give the following explicit, user type 
445 signature to f, thus:
446
447         f :: Int -> Int
448         f x = (x::Int) + ?y
449
450 At first sight this seems reasonable, but it has the nasty property
451 that adding a type signature changes the dynamic semantics.
452 Consider this:
453
454         (let f x = (x::Int) + ?y
455          in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
456
457                 returns (3+6, 3+5)
458 vs
459         (let f :: Int -> Int
460              f x = x + ?y
461          in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
462
463                 returns (3+6, 3+6)
464
465 Indeed, simply inlining f (at the Haskell source level) would change the
466 dynamic semantics.
467
468 Nevertheless, as Launchbury says (email Oct 01) we can't really give the
469 semantics for a Haskell program without knowing its typing, so if you 
470 change the typing you may change the semantics.
471
472 To make things consistent in all cases where we are *checking* against
473 a supplied signature (as opposed to inferring a type), we adopt the
474 rule: 
475
476         a signature does not need to quantify over implicit params.
477
478 [This represents a (rather marginal) change of policy since GHC 5.02,
479 which *required* an explicit signature to quantify over all implicit
480 params for the reasons mentioned above.]
481
482 But that raises a new question.  Consider 
483
484         Given (signature)       ?x::Int
485         Wanted (inferred)       ?x::Int, ?y::Bool
486
487 Clearly we want to discharge the ?x and float the ?y out.  But
488 what is the criterion that distinguishes them?  Clearly it isn't
489 what free type variables they have.  The Right Thing seems to be
490 to float a constraint that
491         neither mentions any of the quantified type variables
492         nor any of the quantified implicit parameters
493
494 See the predicate isFreeWhenChecking.
495
496
497 Question 3: monomorphism
498 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
499 There's a nasty corner case when the monomorphism restriction bites:
500
501         z = (x::Int) + ?y
502
503 The argument above suggests that we *must* generalise
504 over the ?y parameter, to get
505         z :: (?y::Int) => Int,
506 but the monomorphism restriction says that we *must not*, giving
507         z :: Int.
508 Why does the momomorphism restriction say this?  Because if you have
509
510         let z = x + ?y in z+z
511
512 you might not expect the addition to be done twice --- but it will if
513 we follow the argument of Question 2 and generalise over ?y.
514
515
516 Question 4: top level
517 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
518 At the top level, monomorhism makes no sense at all.
519
520     module Main where
521         main = let ?x = 5 in print foo
522
523         foo = woggle 3
524
525         woggle :: (?x :: Int) => Int -> Int
526         woggle y = ?x + y
527
528 We definitely don't want (foo :: Int) with a top-level implicit parameter
529 (?x::Int) becuase there is no way to bind it.  
530
531
532 Possible choices
533 ~~~~~~~~~~~~~~~~
534 (A) Always generalise over implicit parameters
535     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
536         be generalised
537
538     Consequences:
539         * Inlining remains valid
540         * No unexpected loss of sharing
541         * But simple bindings like
542                 z = ?y + 1
543           will be rejected, unless you add an explicit type signature
544           (to avoid the monomorphism restriction)
545                 z :: (?y::Int) => Int
546                 z = ?y + 1
547           This seems unacceptable
548
549 (B) Monomorphism restriction "wins"
550     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
551         be generalised
552     Always generalise over implicit parameters *except* for bindings
553         that fall under the monomorphism restriction
554
555     Consequences
556         * Inlining isn't valid in general
557         * No unexpected loss of sharing
558         * Simple bindings like
559                 z = ?y + 1
560           accepted (get value of ?y from binding site)
561
562 (C) Always generalise over implicit parameters
563     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
564         be generalised, EXCEPT for implicit parameters
565     Consequences
566         * Inlining remains valid
567         * Unexpected loss of sharing (from the extra generalisation)
568         * Simple bindings like
569                 z = ?y + 1
570           accepted (get value of ?y from occurrence sites)
571
572
573 Discussion
574 ~~~~~~~~~~
575 None of these choices seems very satisfactory.  But at least we should
576 decide which we want to do.
577
578 It's really not clear what is the Right Thing To Do.  If you see
579
580         z = (x::Int) + ?y
581
582 would you expect the value of ?y to be got from the *occurrence sites*
583 of 'z', or from the valuue of ?y at the *definition* of 'z'?  In the
584 case of function definitions, the answer is clearly the former, but
585 less so in the case of non-fucntion definitions.   On the other hand,
586 if we say that we get the value of ?y from the definition site of 'z',
587 then inlining 'z' might change the semantics of the program.
588
589 Choice (C) really says "the monomorphism restriction doesn't apply
590 to implicit parameters".  Which is fine, but remember that every
591 innocent binding 'x = ...' that mentions an implicit parameter in
592 the RHS becomes a *function* of that parameter, called at each
593 use of 'x'.  Now, the chances are that there are no intervening 'with'
594 clauses that bind ?y, so a decent compiler should common up all
595 those function calls.  So I think I strongly favour (C).  Indeed,
596 one could make a similar argument for abolishing the monomorphism
597 restriction altogether.
598
599 BOTTOM LINE: we choose (B) at present.  See tcSimplifyRestricted
600
601
602
603 %************************************************************************
604 %*                                                                      *
605 \subsection{tcSimplifyInfer}
606 %*                                                                      *
607 %************************************************************************
608
609 tcSimplify is called when we *inferring* a type.  Here's the overall game plan:
610
611     1. Compute Q = grow( fvs(T), C )
612
613     2. Partition C based on Q into Ct and Cq.  Notice that ambiguous
614        predicates will end up in Ct; we deal with them at the top level
615
616     3. Try improvement, using functional dependencies
617
618     4. If Step 3 did any unification, repeat from step 1
619        (Unification can change the result of 'grow'.)
620
621 Note: we don't reduce dictionaries in step 2.  For example, if we have
622 Eq (a,b), we don't simplify to (Eq a, Eq b).  So Q won't be different
623 after step 2.  However note that we may therefore quantify over more
624 type variables than we absolutely have to.
625
626 For the guts, we need a loop, that alternates context reduction and
627 improvement with unification.  E.g. Suppose we have
628
629         class C x y | x->y where ...
630
631 and tcSimplify is called with:
632         (C Int a, C Int b)
633 Then improvement unifies a with b, giving
634         (C Int a, C Int a)
635
636 If we need to unify anything, we rattle round the whole thing all over
637 again.
638
639
640 \begin{code}
641 tcSimplifyInfer
642         :: SDoc
643         -> TcTyVarSet           -- fv(T); type vars
644         -> [Inst]               -- Wanted
645         -> TcM ([TcTyVar],      -- Tyvars to quantify (zonked and quantified)
646                 [Inst],         -- Dict Ids that must be bound here (zonked)
647                 TcDictBinds)    -- Bindings
648         -- Any free (escaping) Insts are tossed into the environment
649 \end{code}
650
651
652 \begin{code}
653 tcSimplifyInfer doc tau_tvs wanted
654   = do  { tau_tvs1 <- zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs)
655         ; wanted'  <- mappM zonkInst wanted     -- Zonk before deciding quantified tyvars
656         ; gbl_tvs  <- tcGetGlobalTyVars
657         ; let preds1   = fdPredsOfInsts wanted'
658               gbl_tvs1 = oclose preds1 gbl_tvs
659               qtvs     = grow preds1 tau_tvs1 `minusVarSet` gbl_tvs1
660                         -- See Note [Choosing which variables to quantify]
661
662                 -- To maximise sharing, remove from consideration any 
663                 -- constraints that don't mention qtvs at all
664         ; let (free, bound) = partition (isFreeWhenInferring qtvs) wanted'
665         ; extendLIEs free
666
667                 -- To make types simple, reduce as much as possible
668         ; traceTc (text "infer" <+> (ppr preds1 $$ ppr (grow preds1 tau_tvs1) $$ ppr gbl_tvs $$ 
669                    ppr gbl_tvs1 $$ ppr free $$ ppr bound))
670         ; (irreds1, binds1) <- tryHardCheckLoop doc bound
671
672                 -- Note [Inference and implication constraints]
673         ; let want_dict d = tyVarsOfInst d `intersectsVarSet` qtvs
674         ; (irreds2, binds2) <- approximateImplications doc want_dict irreds1
675
676                 -- Now work out all over again which type variables to quantify,
677                 -- exactly in the same way as before, but starting from irreds2.  Why?
678                 -- a) By now improvment may have taken place, and we must *not*
679                 --    quantify over any variable free in the environment
680                 --    tc137 (function h inside g) is an example
681                 --
682                 -- b) Do not quantify over constraints that *now* do not
683                 --    mention quantified type variables, because they are
684                 --    simply ambiguous (or might be bound further out).  Example:
685                 --      f :: Eq b => a -> (a, b)
686                 --      g x = fst (f x)
687                 --    From the RHS of g we get the MethodInst f77 :: alpha -> (alpha, beta)
688                 --    We decide to quantify over 'alpha' alone, but free1 does not include f77
689                 --    because f77 mentions 'alpha'.  Then reducing leaves only the (ambiguous)
690                 --    constraint (Eq beta), which we dump back into the free set
691                 --    See test tcfail181
692                 --
693                 -- c) irreds may contain type variables not previously mentioned,
694                 --    e.g.  instance D a x => Foo [a] 
695                 --          wanteds = Foo [a]
696                 --       Then after simplifying we'll get (D a x), and x is fresh
697                 --       We must quantify over x else it'll be totally unbound
698         ; tau_tvs2 <- zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs1)
699         ; gbl_tvs2 <- zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems gbl_tvs1)
700                 -- Note that we start from gbl_tvs1
701                 -- We use tcGetGlobalTyVars, then oclose wrt preds2, because
702                 -- we've already put some of the original preds1 into frees
703                 -- E.g.         wanteds = C a b   (where a->b)
704                 --              gbl_tvs = {a}
705                 --              tau_tvs = {b}
706                 -- Then b is fixed by gbl_tvs, so (C a b) will be in free, and
707                 -- irreds2 will be empty.  But we don't want to generalise over b!
708         ; let preds2 = fdPredsOfInsts irreds2   -- irreds2 is zonked
709               qtvs   = grow preds2 tau_tvs2 `minusVarSet` oclose preds2 gbl_tvs2
710         ; let (free, irreds3) = partition (isFreeWhenInferring qtvs) irreds2
711         ; extendLIEs free
712
713                 -- Turn the quantified meta-type variables into real type variables
714         ; qtvs2 <- zonkQuantifiedTyVars (varSetElems qtvs)
715
716                 -- We can't abstract over any remaining unsolved 
717                 -- implications so instead just float them outwards. Ugh.
718         ; let (q_dicts0, implics) = partition isAbstractableInst irreds3
719         ; loc <- getInstLoc (ImplicOrigin doc)
720         ; implic_bind <- bindIrreds loc qtvs2 q_dicts0 implics
721
722                 -- Prepare equality instances for quantification
723         ; let (q_eqs0,q_dicts) = partition isEqInst q_dicts0
724         ; q_eqs <- mappM finalizeEqInst q_eqs0
725
726         ; return (qtvs2, q_eqs ++ q_dicts, binds1 `unionBags` binds2 `unionBags` implic_bind) }
727         -- NB: when we are done, we might have some bindings, but
728         -- the final qtvs might be empty.  See Note [NO TYVARS] below.
729
730 approximateImplications :: SDoc -> (Inst -> Bool) -> [Inst] -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
731 -- Note [Inference and implication constraints]
732 -- Given a bunch of Dict and ImplicInsts, try to approximate the implications by
733 --      - fetching any dicts inside them that are free
734 --      - using those dicts as cruder constraints, to solve the implications
735 --      - returning the extra ones too
736
737 approximateImplications doc want_dict irreds
738   | null extra_dicts 
739   = return (irreds, emptyBag)
740   | otherwise
741   = do  { extra_dicts' <- mapM cloneDict extra_dicts
742         ; tryHardCheckLoop doc (extra_dicts' ++ irreds) }
743                 -- By adding extra_dicts', we make them 
744                 -- available to solve the implication constraints
745   where 
746     extra_dicts = get_dicts (filter isImplicInst irreds)
747
748     get_dicts :: [Inst] -> [Inst]       -- Returns only Dicts
749         -- Find the wanted constraints in implication constraints that satisfy
750         -- want_dict, and are not bound by forall's in the constraint itself
751     get_dicts ds = concatMap get_dict ds
752
753     get_dict d@(Dict {}) | want_dict d = [d]
754                          | otherwise   = []
755     get_dict (ImplicInst {tci_tyvars = tvs, tci_wanted = wanteds})
756         = [ d | let tv_set = mkVarSet tvs
757               , d <- get_dicts wanteds 
758               , not (tyVarsOfInst d `intersectsVarSet` tv_set)]
759     get_dict i@(EqInst {}) | want_dict i = [i]
760                            | otherwise   = [] 
761     get_dict other = pprPanic "approximateImplications" (ppr other)
762 \end{code}
763
764 Note [Inference and implication constraints]
765 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 
766 Suppose we have a wanted implication constraint (perhaps arising from
767 a nested pattern match) like
768         C a => D [a]
769 and we are now trying to quantify over 'a' when inferring the type for
770 a function.  In principle it's possible that there might be an instance
771         instance (C a, E a) => D [a]
772 so the context (E a) would suffice.  The Right Thing is to abstract over
773 the implication constraint, but we don't do that (a) because it'll be
774 surprising to programmers and (b) because we don't have the machinery to deal
775 with 'given' implications.
776
777 So our best approximation is to make (D [a]) part of the inferred
778 context, so we can use that to discharge the implication. Hence
779 the strange function get_dictsin approximateImplications.
780
781 The common cases are more clear-cut, when we have things like
782         forall a. C a => C b
783 Here, abstracting over (C b) is not an approximation at all -- but see
784 Note [Freeness and implications].
785  
786 See Trac #1430 and test tc228.
787
788
789 \begin{code}
790 -----------------------------------------------------------
791 -- tcSimplifyInferCheck is used when we know the constraints we are to simplify
792 -- against, but we don't know the type variables over which we are going to quantify.
793 -- This happens when we have a type signature for a mutually recursive group
794 tcSimplifyInferCheck
795          :: InstLoc
796          -> TcTyVarSet          -- fv(T)
797          -> [Inst]              -- Given
798          -> [Inst]              -- Wanted
799          -> TcM ([TyVar],       -- Fully zonked, and quantified
800                  TcDictBinds)   -- Bindings
801
802 tcSimplifyInferCheck loc tau_tvs givens wanteds
803   = do  { traceTc (text "tcSimplifyInferCheck <-" <+> ppr wanteds)
804         ; (irreds, binds) <- gentleCheckLoop loc givens wanteds
805
806         -- Figure out which type variables to quantify over
807         -- You might think it should just be the signature tyvars,
808         -- but in bizarre cases you can get extra ones
809         --      f :: forall a. Num a => a -> a
810         --      f x = fst (g (x, head [])) + 1
811         --      g a b = (b,a)
812         -- Here we infer g :: forall a b. a -> b -> (b,a)
813         -- We don't want g to be monomorphic in b just because
814         -- f isn't quantified over b.
815         ; let all_tvs = varSetElems (tau_tvs `unionVarSet` tyVarsOfInsts givens)
816         ; all_tvs <- zonkTcTyVarsAndFV all_tvs
817         ; gbl_tvs <- tcGetGlobalTyVars
818         ; let qtvs = varSetElems (all_tvs `minusVarSet` gbl_tvs)
819                 -- We could close gbl_tvs, but its not necessary for
820                 -- soundness, and it'll only affect which tyvars, not which
821                 -- dictionaries, we quantify over
822
823         ; qtvs' <- zonkQuantifiedTyVars qtvs
824
825                 -- Now we are back to normal (c.f. tcSimplCheck)
826         ; implic_bind <- bindIrreds loc qtvs' givens irreds
827
828         ; traceTc (text "tcSimplifyInferCheck ->" <+> ppr (implic_bind))
829         ; return (qtvs', binds `unionBags` implic_bind) }
830 \end{code}
831
832 Note [Squashing methods]
833 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
834 Be careful if you want to float methods more:
835         truncate :: forall a. RealFrac a => forall b. Integral b => a -> b
836 From an application (truncate f i) we get
837         t1 = truncate at f
838         t2 = t1 at i
839 If we have also have a second occurrence of truncate, we get
840         t3 = truncate at f
841         t4 = t3 at i
842 When simplifying with i,f free, we might still notice that
843 t1=t3; but alas, the binding for t2 (which mentions t1)
844 may continue to float out!
845
846
847 Note [NO TYVARS]
848 ~~~~~~~~~~~~~~~~~
849         class Y a b | a -> b where
850             y :: a -> X b
851         
852         instance Y [[a]] a where
853             y ((x:_):_) = X x
854         
855         k :: X a -> X a -> X a
856
857         g :: Num a => [X a] -> [X a]
858         g xs = h xs
859             where
860             h ys = ys ++ map (k (y [[0]])) xs
861
862 The excitement comes when simplifying the bindings for h.  Initially
863 try to simplify {y @ [[t1]] t2, 0 @ t1}, with initial qtvs = {t2}.
864 From this we get t1:=:t2, but also various bindings.  We can't forget
865 the bindings (because of [LOOP]), but in fact t1 is what g is
866 polymorphic in.  
867
868 The net effect of [NO TYVARS] 
869
870 \begin{code}
871 isFreeWhenInferring :: TyVarSet -> Inst -> Bool
872 isFreeWhenInferring qtvs inst
873   =  isFreeWrtTyVars qtvs inst  -- Constrains no quantified vars
874   && isInheritableInst inst     -- and no implicit parameter involved
875                                 --   see Note [Inheriting implicit parameters]
876
877 {-      No longer used (with implication constraints)
878 isFreeWhenChecking :: TyVarSet  -- Quantified tyvars
879                    -> NameSet   -- Quantified implicit parameters
880                    -> Inst -> Bool
881 isFreeWhenChecking qtvs ips inst
882   =  isFreeWrtTyVars qtvs inst
883   && isFreeWrtIPs    ips inst
884 -}
885
886 isFreeWrtTyVars qtvs inst = tyVarsOfInst inst `disjointVarSet` qtvs
887 isFreeWrtIPs     ips inst = not (any (`elemNameSet` ips) (ipNamesOfInst inst))
888 \end{code}
889
890
891 %************************************************************************
892 %*                                                                      *
893 \subsection{tcSimplifyCheck}
894 %*                                                                      *
895 %************************************************************************
896
897 @tcSimplifyCheck@ is used when we know exactly the set of variables
898 we are going to quantify over.  For example, a class or instance declaration.
899
900 \begin{code}
901 -----------------------------------------------------------
902 -- tcSimplifyCheck is used when checking expression type signatures,
903 -- class decls, instance decls etc.
904 tcSimplifyCheck :: InstLoc
905                 -> [TcTyVar]            -- Quantify over these
906                 -> [Inst]               -- Given
907                 -> [Inst]               -- Wanted
908                 -> TcM TcDictBinds      -- Bindings
909 tcSimplifyCheck loc qtvs givens wanteds 
910   = ASSERT( all isTcTyVar qtvs && all isSkolemTyVar qtvs )
911     do  { traceTc (text "tcSimplifyCheck")
912         ; (irreds, binds) <- gentleCheckLoop loc givens wanteds
913         ; implic_bind <- bindIrreds loc qtvs givens irreds
914         ; return (binds `unionBags` implic_bind) }
915
916 -----------------------------------------------------------
917 -- tcSimplifyCheckPat is used for existential pattern match
918 tcSimplifyCheckPat :: InstLoc
919                    -> [CoVar] -> Refinement
920                    -> [TcTyVar]         -- Quantify over these
921                    -> [Inst]            -- Given
922                    -> [Inst]            -- Wanted
923                    -> TcM TcDictBinds   -- Bindings
924 tcSimplifyCheckPat loc co_vars reft qtvs givens wanteds
925   = ASSERT( all isTcTyVar qtvs && all isSkolemTyVar qtvs )
926     do  { traceTc (text "tcSimplifyCheckPat")
927         ; (irreds, binds) <- gentleCheckLoop loc givens wanteds
928         ; implic_bind <- bindIrredsR loc qtvs co_vars reft 
929                                     givens irreds
930         ; return (binds `unionBags` implic_bind) }
931
932 -----------------------------------------------------------
933 bindIrreds :: InstLoc -> [TcTyVar]
934            -> [Inst] -> [Inst]
935            -> TcM TcDictBinds
936 bindIrreds loc qtvs givens irreds 
937   = bindIrredsR loc qtvs [] emptyRefinement givens irreds
938
939 bindIrredsR :: InstLoc -> [TcTyVar] -> [CoVar]
940             -> Refinement -> [Inst] -> [Inst]
941             -> TcM TcDictBinds  
942 -- Make a binding that binds 'irreds', by generating an implication
943 -- constraint for them, *and* throwing the constraint into the LIE
944 bindIrredsR loc qtvs co_vars reft givens irreds
945   | null irreds
946   = return emptyBag
947   | otherwise
948   = do  { let givens' = filter isDict givens
949                 -- The givens can include methods
950                 -- See Note [Pruning the givens in an implication constraint]
951
952            -- If there are no 'givens' *and* the refinement is empty
953            -- (the refinement is like more givens), then it's safe to 
954            -- partition the 'wanteds' by their qtvs, thereby trimming irreds
955            -- See Note [Freeness and implications]
956         ; irreds' <- if null givens' && isEmptyRefinement reft
957                      then do
958                         { let qtv_set = mkVarSet qtvs
959                               (frees, real_irreds) = partition (isFreeWrtTyVars qtv_set) irreds
960                         ; extendLIEs frees
961                         ; return real_irreds }
962                      else return irreds
963         
964         ; let all_tvs = qtvs ++ co_vars -- Abstract over all these
965         ; (implics, bind) <- makeImplicationBind loc all_tvs reft givens' irreds'
966                         -- This call does the real work
967                         -- If irreds' is empty, it does something sensible
968         ; extendLIEs implics
969         ; return bind } 
970
971
972 makeImplicationBind :: InstLoc -> [TcTyVar] -> Refinement
973                     -> [Inst] -> [Inst]
974                     -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
975 -- Make a binding that binds 'irreds', by generating an implication
976 -- constraint for them, *and* throwing the constraint into the LIE
977 -- The binding looks like
978 --      (ir1, .., irn) = f qtvs givens
979 -- where f is (evidence for) the new implication constraint
980 --      f :: forall qtvs. {reft} givens => (ir1, .., irn)
981 -- qtvs includes coercion variables
982 --
983 -- This binding must line up the 'rhs' in reduceImplication
984 makeImplicationBind loc all_tvs reft
985                     givens      -- Guaranteed all Dicts (TOMDO: true?)
986                     irreds
987  | null irreds                  -- If there are no irreds, we are done
988  = return ([], emptyBag)
989  | otherwise                    -- Otherwise we must generate a binding
990  = do   { uniq <- newUnique 
991         ; span <- getSrcSpanM
992         ; let (eq_givens, dict_givens) = partition isEqInst givens
993               eq_tyvar_cos =  map TyVarTy $ uniqSetToList $ tyVarsOfTypes $ map eqInstType eq_givens
994         ; let name = mkInternalName uniq (mkVarOcc "ic") span
995               implic_inst = ImplicInst { tci_name = name, tci_reft = reft,
996                                          tci_tyvars = all_tvs, 
997                                          tci_given = (eq_givens ++ dict_givens),
998                                          tci_wanted = irreds, tci_loc = loc }
999         ; let   -- only create binder for dict_irreds
1000               (eq_irreds, dict_irreds) = partition isEqInst irreds
1001               n_dict_irreds = length dict_irreds
1002               dict_irred_ids = map instToId dict_irreds
1003               tup_ty = mkTupleTy Boxed n_dict_irreds (map idType dict_irred_ids)
1004               pat = TuplePat (map nlVarPat dict_irred_ids) Boxed tup_ty
1005               rhs = L span (mkHsWrap co (HsVar (instToId implic_inst)))
1006               co  = mkWpApps (map instToId dict_givens) <.> mkWpTyApps eq_tyvar_cos <.> mkWpTyApps (mkTyVarTys all_tvs)
1007               bind | [dict_irred_id] <- dict_irred_ids  = VarBind dict_irred_id rhs
1008                    | otherwise        = PatBind { pat_lhs = L span pat, 
1009                                                   pat_rhs = unguardedGRHSs rhs, 
1010                                                   pat_rhs_ty = tup_ty,
1011                                                   bind_fvs = placeHolderNames }
1012         ; -- pprTrace "Make implic inst" (ppr (implic_inst,irreds,dict_irreds,tup_ty)) $
1013           return ([implic_inst], unitBag (L span bind)) }
1014
1015 -----------------------------------------------------------
1016 tryHardCheckLoop :: SDoc
1017              -> [Inst]                  -- Wanted
1018              -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
1019
1020 tryHardCheckLoop doc wanteds
1021   = do { (irreds,binds,_) <- checkLoop (mkRedEnv doc try_me []) wanteds
1022        ; return (irreds,binds)
1023        }
1024   where
1025     try_me inst = ReduceMe AddSCs
1026         -- Here's the try-hard bit
1027
1028 -----------------------------------------------------------
1029 gentleCheckLoop :: InstLoc
1030                -> [Inst]                -- Given
1031                -> [Inst]                -- Wanted
1032                -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
1033
1034 gentleCheckLoop inst_loc givens wanteds
1035   = do { (irreds,binds,_) <- checkLoop env wanteds
1036        ; return (irreds,binds)
1037        }
1038   where
1039     env = mkRedEnv (pprInstLoc inst_loc) try_me givens
1040
1041     try_me inst | isMethodOrLit inst = ReduceMe AddSCs
1042                 | otherwise          = Stop
1043         -- When checking against a given signature 
1044         -- we MUST be very gentle: Note [Check gently]
1045 \end{code}
1046
1047 Note [Check gently]
1048 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1049 We have to very careful about not simplifying too vigorously
1050 Example:  
1051   data T a where
1052     MkT :: a -> T [a]
1053
1054   f :: Show b => T b -> b
1055   f (MkT x) = show [x]
1056
1057 Inside the pattern match, which binds (a:*, x:a), we know that
1058         b ~ [a]
1059 Hence we have a dictionary for Show [a] available; and indeed we 
1060 need it.  We are going to build an implication contraint
1061         forall a. (b~[a]) => Show [a]
1062 Later, we will solve this constraint using the knowledg e(Show b)
1063         
1064 But we MUST NOT reduce (Show [a]) to (Show a), else the whole
1065 thing becomes insoluble.  So we simplify gently (get rid of literals
1066 and methods only, plus common up equal things), deferring the real
1067 work until top level, when we solve the implication constraint
1068 with tryHardCheckLooop.
1069
1070
1071 \begin{code}
1072 -----------------------------------------------------------
1073 checkLoop :: RedEnv
1074           -> [Inst]                     -- Wanted
1075           -> TcM ([Inst], TcDictBinds,
1076                   [Inst])               -- needed givens
1077 -- Precondition: givens are completely rigid
1078 -- Postcondition: returned Insts are zonked
1079
1080 checkLoop env wanteds
1081   = go env wanteds []
1082   where go env wanteds needed_givens
1083           = do { -- Givens are skolems, so no need to zonk them
1084                  wanteds' <- zonkInsts wanteds
1085         
1086                 ; (improved, binds, irreds, more_needed_givens) <- reduceContext env wanteds'
1087
1088                 ; let all_needed_givens = needed_givens ++ more_needed_givens
1089         
1090                 ; if not improved then
1091                      return (irreds, binds, all_needed_givens)
1092                   else do
1093         
1094                 -- If improvement did some unification, we go round again.
1095                 -- We start again with irreds, not wanteds
1096                 -- Using an instance decl might have introduced a fresh type variable
1097                 -- which might have been unified, so we'd get an infinite loop
1098                 -- if we started again with wanteds!  See Note [LOOP]
1099                 { (irreds1, binds1, all_needed_givens1) <- go env irreds all_needed_givens
1100                 ; return (irreds1, binds `unionBags` binds1, all_needed_givens1) } }
1101 \end{code}
1102
1103 Note [LOOP]
1104 ~~~~~~~~~~~
1105         class If b t e r | b t e -> r
1106         instance If T t e t
1107         instance If F t e e
1108         class Lte a b c | a b -> c where lte :: a -> b -> c
1109         instance Lte Z b T
1110         instance (Lte a b l,If l b a c) => Max a b c
1111
1112 Wanted: Max Z (S x) y
1113
1114 Then we'll reduce using the Max instance to:
1115         (Lte Z (S x) l, If l (S x) Z y)
1116 and improve by binding l->T, after which we can do some reduction
1117 on both the Lte and If constraints.  What we *can't* do is start again
1118 with (Max Z (S x) y)!
1119
1120
1121
1122 %************************************************************************
1123 %*                                                                      *
1124                 tcSimplifySuperClasses
1125 %*                                                                      *
1126 %************************************************************************
1127
1128 Note [SUPERCLASS-LOOP 1]
1129 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1130 We have to be very, very careful when generating superclasses, lest we
1131 accidentally build a loop. Here's an example:
1132
1133   class S a
1134
1135   class S a => C a where { opc :: a -> a }
1136   class S b => D b where { opd :: b -> b }
1137   
1138   instance C Int where
1139      opc = opd
1140   
1141   instance D Int where
1142      opd = opc
1143
1144 From (instance C Int) we get the constraint set {ds1:S Int, dd:D Int}
1145 Simplifying, we may well get:
1146         $dfCInt = :C ds1 (opd dd)
1147         dd  = $dfDInt
1148         ds1 = $p1 dd
1149 Notice that we spot that we can extract ds1 from dd.  
1150
1151 Alas!  Alack! We can do the same for (instance D Int):
1152
1153         $dfDInt = :D ds2 (opc dc)
1154         dc  = $dfCInt
1155         ds2 = $p1 dc
1156
1157 And now we've defined the superclass in terms of itself.
1158
1159 Solution: never generate a superclass selectors at all when
1160 satisfying the superclass context of an instance declaration.
1161
1162 Two more nasty cases are in
1163         tcrun021
1164         tcrun033
1165
1166 \begin{code}
1167 tcSimplifySuperClasses 
1168         :: InstLoc 
1169         -> [Inst]       -- Given 
1170         -> [Inst]       -- Wanted
1171         -> TcM TcDictBinds
1172 tcSimplifySuperClasses loc givens sc_wanteds
1173   = do  { traceTc (text "tcSimplifySuperClasses")
1174         ; (irreds,binds1,_) <- checkLoop env sc_wanteds
1175         ; let (tidy_env, tidy_irreds) = tidyInsts irreds
1176         ; reportNoInstances tidy_env (Just (loc, givens)) tidy_irreds
1177         ; return binds1 }
1178   where
1179     env = mkRedEnv (pprInstLoc loc) try_me givens
1180     try_me inst = ReduceMe NoSCs
1181         -- Like tryHardCheckLoop, but with NoSCs
1182 \end{code}
1183
1184
1185 %************************************************************************
1186 %*                                                                      *
1187 \subsection{tcSimplifyRestricted}
1188 %*                                                                      *
1189 %************************************************************************
1190
1191 tcSimplifyRestricted infers which type variables to quantify for a 
1192 group of restricted bindings.  This isn't trivial.
1193
1194 Eg1:    id = \x -> x
1195         We want to quantify over a to get id :: forall a. a->a
1196         
1197 Eg2:    eq = (==)
1198         We do not want to quantify over a, because there's an Eq a 
1199         constraint, so we get eq :: a->a->Bool  (notice no forall)
1200
1201 So, assume:
1202         RHS has type 'tau', whose free tyvars are tau_tvs
1203         RHS has constraints 'wanteds'
1204
1205 Plan A (simple)
1206   Quantify over (tau_tvs \ ftvs(wanteds))
1207   This is bad. The constraints may contain (Monad (ST s))
1208   where we have         instance Monad (ST s) where...
1209   so there's no need to be monomorphic in s!
1210
1211   Also the constraint might be a method constraint,
1212   whose type mentions a perfectly innocent tyvar:
1213           op :: Num a => a -> b -> a
1214   Here, b is unconstrained.  A good example would be
1215         foo = op (3::Int)
1216   We want to infer the polymorphic type
1217         foo :: forall b. b -> b
1218
1219
1220 Plan B (cunning, used for a long time up to and including GHC 6.2)
1221   Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
1222   with Plan A's problem).  Then set
1223         qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
1224
1225   Step 2: Now simplify again, treating the constraint as 'free' if 
1226   it does not mention qtvs, and trying to reduce it otherwise.
1227   The reasons for this is to maximise sharing.
1228
1229   This fails for a very subtle reason.  Suppose that in the Step 2
1230   a constraint (Foo (Succ Zero) (Succ Zero) b) gets thrown upstairs as 'free'.
1231   In the Step 1 this constraint might have been simplified, perhaps to
1232   (Foo Zero Zero b), AND THEN THAT MIGHT BE IMPROVED, to bind 'b' to 'T'.
1233   This won't happen in Step 2... but that in turn might prevent some other
1234   constraint (Baz [a] b) being simplified (e.g. via instance Baz [a] T where {..}) 
1235   and that in turn breaks the invariant that no constraints are quantified over.
1236
1237   Test typecheck/should_compile/tc177 (which failed in GHC 6.2) demonstrates
1238   the problem.
1239
1240
1241 Plan C (brutal)
1242   Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
1243   with Plan A's problem).  Then set
1244         qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
1245   Return the bindings from Step 1.
1246   
1247
1248 A note about Plan C (arising from "bug" reported by George Russel March 2004)
1249 Consider this:
1250
1251       instance (HasBinary ty IO) => HasCodedValue ty
1252
1253       foo :: HasCodedValue a => String -> IO a
1254
1255       doDecodeIO :: HasCodedValue a => () -> () -> IO a
1256       doDecodeIO codedValue view  
1257         = let { act = foo "foo" } in  act
1258
1259 You might think this should work becuase the call to foo gives rise to a constraint
1260 (HasCodedValue t), which can be satisfied by the type sig for doDecodeIO.  But the
1261 restricted binding act = ... calls tcSimplifyRestricted, and PlanC simplifies the
1262 constraint using the (rather bogus) instance declaration, and now we are stuffed.
1263
1264 I claim this is not really a bug -- but it bit Sergey as well as George.  So here's
1265 plan D
1266
1267
1268 Plan D (a variant of plan B)
1269   Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
1270   with Plan A's problem), BUT DO NO IMPROVEMENT.  Then set
1271         qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
1272
1273   Step 2: Now simplify again, treating the constraint as 'free' if 
1274   it does not mention qtvs, and trying to reduce it otherwise.
1275
1276   The point here is that it's generally OK to have too few qtvs; that is,
1277   to make the thing more monomorphic than it could be.  We don't want to
1278   do that in the common cases, but in wierd cases it's ok: the programmer
1279   can always add a signature.  
1280
1281   Too few qtvs => too many wanteds, which is what happens if you do less
1282   improvement.
1283
1284
1285 \begin{code}
1286 tcSimplifyRestricted    -- Used for restricted binding groups
1287                         -- i.e. ones subject to the monomorphism restriction
1288         :: SDoc
1289         -> TopLevelFlag
1290         -> [Name]               -- Things bound in this group
1291         -> TcTyVarSet           -- Free in the type of the RHSs
1292         -> [Inst]               -- Free in the RHSs
1293         -> TcM ([TyVar],        -- Tyvars to quantify (zonked and quantified)
1294                 TcDictBinds)    -- Bindings
1295         -- tcSimpifyRestricted returns no constraints to
1296         -- quantify over; by definition there are none.
1297         -- They are all thrown back in the LIE
1298
1299 tcSimplifyRestricted doc top_lvl bndrs tau_tvs wanteds
1300         -- Zonk everything in sight
1301   = do  { traceTc (text "tcSimplifyRestricted")
1302         ; wanteds' <- zonkInsts wanteds
1303
1304         -- 'ReduceMe': Reduce as far as we can.  Don't stop at
1305         -- dicts; the idea is to get rid of as many type
1306         -- variables as possible, and we don't want to stop
1307         -- at (say) Monad (ST s), because that reduces
1308         -- immediately, with no constraint on s.
1309         --
1310         -- BUT do no improvement!  See Plan D above
1311         -- HOWEVER, some unification may take place, if we instantiate
1312         --          a method Inst with an equality constraint
1313         ; let env = mkNoImproveRedEnv doc (\i -> ReduceMe AddSCs)
1314         ; (_imp, _binds, constrained_dicts, _) <- reduceContext env wanteds'
1315
1316         -- Next, figure out the tyvars we will quantify over
1317         ; tau_tvs' <- zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs)
1318         ; gbl_tvs' <- tcGetGlobalTyVars
1319         ; constrained_dicts' <- zonkInsts constrained_dicts
1320
1321         ; let qtvs1 = tau_tvs' `minusVarSet` oclose (fdPredsOfInsts constrained_dicts) gbl_tvs'
1322                                 -- As in tcSimplifyInfer
1323
1324                 -- Do not quantify over constrained type variables:
1325                 -- this is the monomorphism restriction
1326               constrained_tvs' = tyVarsOfInsts constrained_dicts'
1327               qtvs = qtvs1 `minusVarSet` constrained_tvs'
1328               pp_bndrs = pprWithCommas (quotes . ppr) bndrs
1329
1330         -- Warn in the mono
1331         ; warn_mono <- doptM Opt_WarnMonomorphism
1332         ; warnTc (warn_mono && (constrained_tvs' `intersectsVarSet` qtvs1))
1333                  (vcat[ ptext SLIT("the Monomorphism Restriction applies to the binding")
1334                                 <> plural bndrs <+> ptext SLIT("for") <+> pp_bndrs,
1335                         ptext SLIT("Consider giving a type signature for") <+> pp_bndrs])
1336
1337         ; traceTc (text "tcSimplifyRestricted" <+> vcat [
1338                 pprInsts wanteds, pprInsts constrained_dicts',
1339                 ppr _binds,
1340                 ppr constrained_tvs', ppr tau_tvs', ppr qtvs ])
1341
1342         -- The first step may have squashed more methods than
1343         -- necessary, so try again, this time more gently, knowing the exact
1344         -- set of type variables to quantify over.
1345         --
1346         -- We quantify only over constraints that are captured by qtvs;
1347         -- these will just be a subset of non-dicts.  This in contrast
1348         -- to normal inference (using isFreeWhenInferring) in which we quantify over
1349         -- all *non-inheritable* constraints too.  This implements choice
1350         -- (B) under "implicit parameter and monomorphism" above.
1351         --
1352         -- Remember that we may need to do *some* simplification, to
1353         -- (for example) squash {Monad (ST s)} into {}.  It's not enough
1354         -- just to float all constraints
1355         --
1356         -- At top level, we *do* squash methods becuase we want to 
1357         -- expose implicit parameters to the test that follows
1358         ; let is_nested_group = isNotTopLevel top_lvl
1359               try_me inst | isFreeWrtTyVars qtvs inst,
1360                            (is_nested_group || isDict inst) = Stop
1361                           | otherwise            = ReduceMe AddSCs
1362               env = mkNoImproveRedEnv doc try_me
1363         ; (_imp, binds, irreds, _) <- reduceContext env wanteds'
1364
1365         -- See "Notes on implicit parameters, Question 4: top level"
1366         ; ASSERT( all (isFreeWrtTyVars qtvs) irreds )   -- None should be captured
1367           if is_nested_group then
1368                 extendLIEs irreds
1369           else do { let (bad_ips, non_ips) = partition isIPDict irreds
1370                   ; addTopIPErrs bndrs bad_ips
1371                   ; extendLIEs non_ips }
1372
1373         ; qtvs' <- zonkQuantifiedTyVars (varSetElems qtvs)
1374         ; return (qtvs', binds) }
1375 \end{code}
1376
1377
1378 %************************************************************************
1379 %*                                                                      *
1380                 tcSimplifyRuleLhs
1381 %*                                                                      *
1382 %************************************************************************
1383
1384 On the LHS of transformation rules we only simplify methods and constants,
1385 getting dictionaries.  We want to keep all of them unsimplified, to serve
1386 as the available stuff for the RHS of the rule.
1387
1388 Example.  Consider the following left-hand side of a rule
1389         
1390         f (x == y) (y > z) = ...
1391
1392 If we typecheck this expression we get constraints
1393
1394         d1 :: Ord a, d2 :: Eq a
1395
1396 We do NOT want to "simplify" to the LHS
1397
1398         forall x::a, y::a, z::a, d1::Ord a.
1399           f ((==) (eqFromOrd d1) x y) ((>) d1 y z) = ...
1400
1401 Instead we want 
1402
1403         forall x::a, y::a, z::a, d1::Ord a, d2::Eq a.
1404           f ((==) d2 x y) ((>) d1 y z) = ...
1405
1406 Here is another example:
1407
1408         fromIntegral :: (Integral a, Num b) => a -> b
1409         {-# RULES "foo"  fromIntegral = id :: Int -> Int #-}
1410
1411 In the rule, a=b=Int, and Num Int is a superclass of Integral Int. But
1412 we *dont* want to get
1413
1414         forall dIntegralInt.
1415            fromIntegral Int Int dIntegralInt (scsel dIntegralInt) = id Int
1416
1417 because the scsel will mess up RULE matching.  Instead we want
1418
1419         forall dIntegralInt, dNumInt.
1420           fromIntegral Int Int dIntegralInt dNumInt = id Int
1421
1422 Even if we have 
1423
1424         g (x == y) (y == z) = ..
1425
1426 where the two dictionaries are *identical*, we do NOT WANT
1427
1428         forall x::a, y::a, z::a, d1::Eq a
1429           f ((==) d1 x y) ((>) d1 y z) = ...
1430
1431 because that will only match if the dict args are (visibly) equal.
1432 Instead we want to quantify over the dictionaries separately.
1433
1434 In short, tcSimplifyRuleLhs must *only* squash LitInst and MethInts, leaving
1435 all dicts unchanged, with absolutely no sharing.  It's simpler to do this
1436 from scratch, rather than further parameterise simpleReduceLoop etc
1437
1438 \begin{code}
1439 tcSimplifyRuleLhs :: [Inst] -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
1440 tcSimplifyRuleLhs wanteds
1441   = go [] emptyBag wanteds
1442   where
1443     go dicts binds []
1444         = return (dicts, binds)
1445     go dicts binds (w:ws)
1446         | isDict w
1447         = go (w:dicts) binds ws
1448         | otherwise
1449         = do { w' <- zonkInst w  -- So that (3::Int) does not generate a call
1450                                  -- to fromInteger; this looks fragile to me
1451              ; lookup_result <- lookupSimpleInst w'
1452              ; case lookup_result of
1453                  GenInst ws' rhs -> go dicts (addBind binds w rhs) (ws' ++ ws)
1454                  NoInstance      -> pprPanic "tcSimplifyRuleLhs" (ppr w)
1455           }
1456 \end{code}
1457
1458 tcSimplifyBracket is used when simplifying the constraints arising from
1459 a Template Haskell bracket [| ... |].  We want to check that there aren't
1460 any constraints that can't be satisfied (e.g. Show Foo, where Foo has no
1461 Show instance), but we aren't otherwise interested in the results.
1462 Nor do we care about ambiguous dictionaries etc.  We will type check
1463 this bracket again at its usage site.
1464
1465 \begin{code}
1466 tcSimplifyBracket :: [Inst] -> TcM ()
1467 tcSimplifyBracket wanteds
1468   = do  { tryHardCheckLoop doc wanteds
1469         ; return () }
1470   where
1471     doc = text "tcSimplifyBracket"
1472 \end{code}
1473
1474
1475 %************************************************************************
1476 %*                                                                      *
1477 \subsection{Filtering at a dynamic binding}
1478 %*                                                                      *
1479 %************************************************************************
1480
1481 When we have
1482         let ?x = R in B
1483
1484 we must discharge all the ?x constraints from B.  We also do an improvement
1485 step; if we have ?x::t1 and ?x::t2 we must unify t1, t2.
1486
1487 Actually, the constraints from B might improve the types in ?x. For example
1488
1489         f :: (?x::Int) => Char -> Char
1490         let ?x = 3 in f 'c'
1491
1492 then the constraint (?x::Int) arising from the call to f will
1493 force the binding for ?x to be of type Int.
1494
1495 \begin{code}
1496 tcSimplifyIPs :: [Inst]         -- The implicit parameters bound here
1497               -> [Inst]         -- Wanted
1498               -> TcM TcDictBinds
1499         -- We need a loop so that we do improvement, and then
1500         -- (next time round) generate a binding to connect the two
1501         --      let ?x = e in ?x
1502         -- Here the two ?x's have different types, and improvement 
1503         -- makes them the same.
1504
1505 tcSimplifyIPs given_ips wanteds
1506   = do  { wanteds'   <- zonkInsts wanteds
1507         ; given_ips' <- zonkInsts given_ips
1508                 -- Unusually for checking, we *must* zonk the given_ips
1509
1510         ; let env = mkRedEnv doc try_me given_ips'
1511         ; (improved, binds, irreds, _) <- reduceContext env wanteds'
1512
1513         ; if not improved then 
1514                 ASSERT( all is_free irreds )
1515                 do { extendLIEs irreds
1516                    ; return binds }
1517           else
1518                 tcSimplifyIPs given_ips wanteds }
1519   where
1520     doc    = text "tcSimplifyIPs" <+> ppr given_ips
1521     ip_set = mkNameSet (ipNamesOfInsts given_ips)
1522     is_free inst = isFreeWrtIPs ip_set inst
1523
1524         -- Simplify any methods that mention the implicit parameter
1525     try_me inst | is_free inst = Stop
1526                 | otherwise    = ReduceMe NoSCs
1527 \end{code}
1528
1529
1530 %************************************************************************
1531 %*                                                                      *
1532 \subsection[binds-for-local-funs]{@bindInstsOfLocalFuns@}
1533 %*                                                                      *
1534 %************************************************************************
1535
1536 When doing a binding group, we may have @Insts@ of local functions.
1537 For example, we might have...
1538 \begin{verbatim}
1539 let f x = x + 1     -- orig local function (overloaded)
1540     f.1 = f Int     -- two instances of f
1541     f.2 = f Float
1542  in
1543     (f.1 5, f.2 6.7)
1544 \end{verbatim}
1545 The point is: we must drop the bindings for @f.1@ and @f.2@ here,
1546 where @f@ is in scope; those @Insts@ must certainly not be passed
1547 upwards towards the top-level.  If the @Insts@ were binding-ified up
1548 there, they would have unresolvable references to @f@.
1549
1550 We pass in an @init_lie@ of @Insts@ and a list of locally-bound @Ids@.
1551 For each method @Inst@ in the @init_lie@ that mentions one of the
1552 @Ids@, we create a binding.  We return the remaining @Insts@ (in an
1553 @LIE@), as well as the @HsBinds@ generated.
1554
1555 \begin{code}
1556 bindInstsOfLocalFuns :: [Inst] -> [TcId] -> TcM TcDictBinds
1557 -- Simlifies only MethodInsts, and generate only bindings of form 
1558 --      fm = f tys dicts
1559 -- We're careful not to even generate bindings of the form
1560 --      d1 = d2
1561 -- You'd think that'd be fine, but it interacts with what is
1562 -- arguably a bug in Match.tidyEqnInfo (see notes there)
1563
1564 bindInstsOfLocalFuns wanteds local_ids
1565   | null overloaded_ids
1566         -- Common case
1567   = extendLIEs wanteds          `thenM_`
1568     returnM emptyLHsBinds
1569
1570   | otherwise
1571   = do  { (irreds, binds,_) <- checkLoop env for_me
1572         ; extendLIEs not_for_me 
1573         ; extendLIEs irreds
1574         ; return binds }
1575   where
1576     env = mkRedEnv doc try_me []
1577     doc              = text "bindInsts" <+> ppr local_ids
1578     overloaded_ids   = filter is_overloaded local_ids
1579     is_overloaded id = isOverloadedTy (idType id)
1580     (for_me, not_for_me) = partition (isMethodFor overloaded_set) wanteds
1581
1582     overloaded_set = mkVarSet overloaded_ids    -- There can occasionally be a lot of them
1583                                                 -- so it's worth building a set, so that
1584                                                 -- lookup (in isMethodFor) is faster
1585     try_me inst | isMethod inst = ReduceMe NoSCs
1586                 | otherwise     = Stop
1587 \end{code}
1588
1589
1590 %************************************************************************
1591 %*                                                                      *
1592 \subsection{Data types for the reduction mechanism}
1593 %*                                                                      *
1594 %************************************************************************
1595
1596 The main control over context reduction is here
1597
1598 \begin{code}
1599 data RedEnv 
1600   = RedEnv { red_doc    :: SDoc                 -- The context
1601            , red_try_me :: Inst -> WhatToDo
1602            , red_improve :: Bool                -- True <=> do improvement
1603            , red_givens :: [Inst]               -- All guaranteed rigid
1604                                                 -- Always dicts
1605                                                 -- but see Note [Rigidity]
1606            , red_stack  :: (Int, [Inst])        -- Recursion stack (for err msg)
1607                                                 -- See Note [RedStack]
1608   }
1609
1610 -- Note [Rigidity]
1611 -- The red_givens are rigid so far as cmpInst is concerned.
1612 -- There is one case where they are not totally rigid, namely in tcSimplifyIPs
1613 --      let ?x = e in ...
1614 -- Here, the given is (?x::a), where 'a' is not necy a rigid type
1615 -- But that doesn't affect the comparison, which is based only on mame.
1616
1617 -- Note [RedStack]
1618 -- The red_stack pair (n,insts) pair is just used for error reporting.
1619 -- 'n' is always the depth of the stack.
1620 -- The 'insts' is the stack of Insts being reduced: to produce X
1621 -- I had to produce Y, to produce Y I had to produce Z, and so on.
1622
1623
1624 mkRedEnv :: SDoc -> (Inst -> WhatToDo) -> [Inst] -> RedEnv
1625 mkRedEnv doc try_me givens
1626   = RedEnv { red_doc = doc, red_try_me = try_me,
1627              red_givens = givens, red_stack = (0,[]),
1628              red_improve = True }       
1629
1630 mkNoImproveRedEnv :: SDoc -> (Inst -> WhatToDo) -> RedEnv
1631 -- Do not do improvement; no givens
1632 mkNoImproveRedEnv doc try_me
1633   = RedEnv { red_doc = doc, red_try_me = try_me,
1634              red_givens = [], red_stack = (0,[]),
1635              red_improve = True }       
1636
1637 data WhatToDo
1638  = ReduceMe WantSCs     -- Try to reduce this
1639                         -- If there's no instance, add the inst to the 
1640                         -- irreductible ones, but don't produce an error 
1641                         -- message of any kind.
1642                         -- It might be quite legitimate such as (Eq a)!
1643
1644  | Stop         -- Return as irreducible unless it can
1645                         -- be reduced to a constant in one step
1646                         -- Do not add superclasses; see 
1647
1648 data WantSCs = NoSCs | AddSCs   -- Tells whether we should add the superclasses
1649                                 -- of a predicate when adding it to the avails
1650         -- The reason for this flag is entirely the super-class loop problem
1651         -- Note [SUPER-CLASS LOOP 1]
1652 \end{code}
1653
1654
1655 %************************************************************************
1656 %*                                                                      *
1657 \subsection[reduce]{@reduce@}
1658 %*                                                                      *
1659 %************************************************************************
1660
1661 Note [Ancestor Equalities]
1662 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1663 During context reduction, we add to the wanted equalities also those
1664 equalities that (transitively) occur in superclass contexts of wanted
1665 class constraints.  Consider the following code
1666
1667   class a ~ Int => C a
1668   instance C Int
1669
1670 If (C a) is wanted, we want to add (a ~ Int), which will be discharged by
1671 substituting Int for a.  Hence, we ultimately want (C Int), which we
1672 discharge with the explicit instance.
1673
1674 \begin{code}
1675 reduceContext :: RedEnv
1676               -> [Inst]                 -- Wanted
1677               -> TcM (ImprovementDone,
1678                       TcDictBinds,      -- Dictionary bindings
1679                       [Inst],           -- Irreducible
1680                       [Inst])           -- Needed givens
1681
1682 reduceContext env wanteds
1683   = do  { traceTc (text "reduceContext" <+> (vcat [
1684              text "----------------------",
1685              red_doc env,
1686              text "given" <+> ppr (red_givens env),
1687              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1688              text "----------------------"
1689              ]))
1690
1691         ; let givens                      = red_givens env
1692               (given_eqs0, given_dicts0)  = partition isEqInst givens
1693               (wanted_eqs0, wanted_dicts) = partition isEqInst wanteds
1694
1695           -- We want to add as wanted equalities those that (transitively) 
1696           -- occur in superclass contexts of wanted class constraints.
1697           -- See Note [Ancestor Equalities]
1698         ; ancestor_eqs <- ancestorEqualities wanted_dicts
1699         ; let wanted_eqs = wanted_eqs0 ++ ancestor_eqs
1700         ; traceTc $ text "reduceContext: ancestor eqs" <+> ppr ancestor_eqs
1701
1702           -- 1. Normalise the *given* *equality* constraints
1703         ; (given_eqs, eliminate_skolems) <- normaliseGivens given_eqs0
1704
1705           -- 2. Normalise the *given* *dictionary* constraints
1706           --    wrt. the toplevel and given equations
1707         ; (given_dicts, given_binds) <- normaliseGivenDicts given_eqs 
1708                                                             given_dicts0
1709
1710           -- 3. Solve the *wanted* *equation* constraints
1711         ; eq_irreds0 <- solveWanteds given_eqs wanted_eqs 
1712
1713           -- 4. Normalise the *wanted* equality constraints with respect to
1714           --    each other 
1715         ; eq_irreds <- normaliseWanteds eq_irreds0
1716
1717           -- 5. Build the Avail mapping from "given_dicts"
1718         ; init_state <- foldlM addGiven emptyAvails given_dicts
1719
1720           -- 6. Solve the *wanted* *dictionary* constraints
1721           --    This may expose some further equational constraints...
1722         ; wanted_dicts' <- zonkInsts wanted_dicts
1723         ; avails <- reduceList env wanted_dicts' init_state
1724         ; (binds, irreds0, needed_givens) <- extractResults avails wanted_dicts'
1725         ; traceTc $ text "reduceContext extractresults" <+> vcat
1726                       [ppr avails,ppr wanted_dicts',ppr binds,ppr needed_givens]
1727
1728           -- 7. Normalise the *wanted* *dictionary* constraints
1729           --    wrt. the toplevel and given equations
1730         ; (irreds1,normalise_binds1) <- normaliseWantedDicts given_eqs irreds0
1731
1732           -- 8. Substitute the wanted *equations* in the wanted *dictionaries*
1733         ; (irreds,normalise_binds2) <- substEqInDictInsts eq_irreds irreds1
1734                 
1735           -- 9. eliminate the artificial skolem constants introduced in 1.
1736         ; eliminate_skolems     
1737
1738           -- If there was some FD improvement,
1739           -- or new wanted equations have been exposed,
1740           -- we should have another go at solving.
1741         ; let improved = availsImproved avails 
1742                          || (not $ isEmptyBag normalise_binds1)
1743                          || (not $ isEmptyBag normalise_binds2)
1744                          || (any isEqInst irreds)
1745
1746         ; traceTc (text "reduceContext end" <+> (vcat [
1747              text "----------------------",
1748              red_doc env,
1749              text "given" <+> ppr (red_givens env),
1750              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1751              text "----",
1752              text "avails" <+> pprAvails avails,
1753              text "improved =" <+> ppr improved,
1754              text "irreds = " <+> ppr irreds,
1755              text "binds = " <+> ppr binds,
1756              text "needed givens = " <+> ppr needed_givens,
1757              text "----------------------"
1758              ]))
1759
1760         ; return (improved, 
1761                   given_binds `unionBags` normalise_binds1 
1762                               `unionBags` normalise_binds2 
1763                               `unionBags` binds, 
1764                   irreds ++ eq_irreds, 
1765                   needed_givens) 
1766         }
1767
1768 tcImproveOne :: Avails -> Inst -> TcM ImprovementDone
1769 tcImproveOne avails inst
1770   | not (isDict inst) = return False
1771   | otherwise
1772   = do  { inst_envs <- tcGetInstEnvs
1773         ; let eqns = improveOne (classInstances inst_envs)
1774                                 (dictPred inst, pprInstArising inst)
1775                                 [ (dictPred p, pprInstArising p)
1776                                 | p <- availsInsts avails, isDict p ]
1777                 -- Avails has all the superclasses etc (good)
1778                 -- It also has all the intermediates of the deduction (good)
1779                 -- It does not have duplicates (good)
1780                 -- NB that (?x::t1) and (?x::t2) will be held separately in avails
1781                 --    so that improve will see them separate
1782         ; traceTc (text "improveOne" <+> ppr inst)
1783         ; unifyEqns eqns }
1784
1785 unifyEqns :: [(Equation,(PredType,SDoc),(PredType,SDoc))] 
1786           -> TcM ImprovementDone
1787 unifyEqns [] = return False
1788 unifyEqns eqns
1789   = do  { traceTc (ptext SLIT("Improve:") <+> vcat (map pprEquationDoc eqns))
1790         ; mappM_ unify eqns
1791         ; return True }
1792   where
1793     unify ((qtvs, pairs), what1, what2)
1794          = addErrCtxtM (mkEqnMsg what1 what2)   $
1795            tcInstTyVars (varSetElems qtvs)      `thenM` \ (_, _, tenv) ->
1796            mapM_ (unif_pr tenv) pairs
1797     unif_pr tenv (ty1,ty2) =  unifyType (substTy tenv ty1) (substTy tenv ty2)
1798
1799 pprEquationDoc (eqn, (p1,w1), (p2,w2)) = vcat [pprEquation eqn, nest 2 (ppr p1), nest 2 (ppr p2)]
1800
1801 mkEqnMsg (pred1,from1) (pred2,from2) tidy_env
1802   = do  { pred1' <- zonkTcPredType pred1; pred2' <- zonkTcPredType pred2
1803         ; let { pred1'' = tidyPred tidy_env pred1'; pred2'' = tidyPred tidy_env pred2' }
1804         ; let msg = vcat [ptext SLIT("When using functional dependencies to combine"),
1805                           nest 2 (sep [ppr pred1'' <> comma, nest 2 from1]), 
1806                           nest 2 (sep [ppr pred2'' <> comma, nest 2 from2])]
1807         ; return (tidy_env, msg) }
1808 \end{code}
1809
1810 The main context-reduction function is @reduce@.  Here's its game plan.
1811
1812 \begin{code}
1813 reduceList :: RedEnv -> [Inst] -> Avails -> TcM Avails
1814 reduceList env@(RedEnv {red_stack = (n,stk)}) wanteds state
1815   = do  { dopts <- getDOpts
1816 #ifdef DEBUG
1817         ; if n > 8 then
1818                 dumpTcRn (hang (ptext SLIT("Interesting! Context reduction stack depth") <+> int n) 
1819                              2 (ifPprDebug (nest 2 (pprStack stk))))
1820           else return ()
1821 #endif
1822         ; if n >= ctxtStkDepth dopts then
1823             failWithTc (reduceDepthErr n stk)
1824           else
1825             go wanteds state }
1826   where
1827     go []     state = return state
1828     go (w:ws) state = do { traceTc (text "reduceList " <+> ppr (w:ws) <+> ppr state)
1829                          ; state' <- reduce (env {red_stack = (n+1, w:stk)}) w state
1830                          ; go ws state' }
1831
1832     -- Base case: we're done!
1833 reduce env wanted avails
1834     -- It's the same as an existing inst, or a superclass thereof
1835   | Just avail <- findAvail avails wanted
1836   = do { traceTc (text "reduce: found " <+> ppr wanted)
1837        ; returnM avails 
1838        }
1839
1840   | otherwise
1841   = do  { traceTc (text "reduce" <+> ppr avails <+> ppr wanted)
1842         ; case red_try_me env wanted of {
1843             Stop -> try_simple (addIrred NoSCs);
1844                         -- See Note [No superclasses for Stop]
1845
1846             ReduceMe want_scs -> do     -- It should be reduced
1847                 { (avails, lookup_result) <- reduceInst env avails wanted
1848                 ; case lookup_result of
1849                     NoInstance -> addIrred want_scs avails wanted
1850                              -- Add it and its superclasses
1851                              
1852                     GenInst [] rhs -> addWanted want_scs avails wanted rhs []
1853
1854                     GenInst wanteds' rhs 
1855                           -> do { avails1 <- addIrred NoSCs avails wanted
1856                                 ; avails2 <- reduceList env wanteds' avails1
1857                                 ; addWanted want_scs avails2 wanted rhs wanteds' } }
1858                 -- Temporarily do addIrred *before* the reduceList, 
1859                 -- which has the effect of adding the thing we are trying
1860                 -- to prove to the database before trying to prove the things it
1861                 -- needs.  See note [RECURSIVE DICTIONARIES]
1862                 -- NB: we must not do an addWanted before, because that adds the
1863                 --     superclasses too, and that can lead to a spurious loop; see
1864                 --     the examples in [SUPERCLASS-LOOP]
1865                 -- So we do an addIrred before, and then overwrite it afterwards with addWanted
1866     } }
1867   where
1868         -- First, see if the inst can be reduced to a constant in one step
1869         -- Works well for literals (1::Int) and constant dictionaries (d::Num Int)
1870         -- Don't bother for implication constraints, which take real work
1871     try_simple do_this_otherwise
1872       = do { res <- lookupSimpleInst wanted
1873            ; case res of
1874                 GenInst [] rhs -> addWanted AddSCs avails wanted rhs []
1875                 other          -> do_this_otherwise avails wanted }
1876 \end{code}
1877
1878
1879 Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
1880 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1881 But the above isn't enough.  Suppose we are *given* d1:Ord a,
1882 and want to deduce (d2:C [a]) where
1883
1884         class Ord a => C a where
1885         instance Ord [a] => C [a] where ...
1886
1887 Then we'll use the instance decl to deduce C [a] from Ord [a], and then add the
1888 superclasses of C [a] to avails.  But we must not overwrite the binding
1889 for Ord [a] (which is obtained from Ord a) with a superclass selection or we'll just
1890 build a loop! 
1891
1892 Here's another variant, immortalised in tcrun020
1893         class Monad m => C1 m
1894         class C1 m => C2 m x
1895         instance C2 Maybe Bool
1896 For the instance decl we need to build (C1 Maybe), and it's no good if
1897 we run around and add (C2 Maybe Bool) and its superclasses to the avails 
1898 before we search for C1 Maybe.
1899
1900 Here's another example 
1901         class Eq b => Foo a b
1902         instance Eq a => Foo [a] a
1903 If we are reducing
1904         (Foo [t] t)
1905
1906 we'll first deduce that it holds (via the instance decl).  We must not
1907 then overwrite the Eq t constraint with a superclass selection!
1908
1909 At first I had a gross hack, whereby I simply did not add superclass constraints
1910 in addWanted, though I did for addGiven and addIrred.  This was sub-optimal,
1911 becuase it lost legitimate superclass sharing, and it still didn't do the job:
1912 I found a very obscure program (now tcrun021) in which improvement meant the
1913 simplifier got two bites a the cherry... so something seemed to be an Stop
1914 first time, but reducible next time.
1915
1916 Now we implement the Right Solution, which is to check for loops directly 
1917 when adding superclasses.  It's a bit like the occurs check in unification.
1918
1919
1920 Note [RECURSIVE DICTIONARIES]
1921 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1922 Consider 
1923     data D r = ZeroD | SuccD (r (D r));
1924     
1925     instance (Eq (r (D r))) => Eq (D r) where
1926         ZeroD     == ZeroD     = True
1927         (SuccD a) == (SuccD b) = a == b
1928         _         == _         = False;
1929     
1930     equalDC :: D [] -> D [] -> Bool;
1931     equalDC = (==);
1932
1933 We need to prove (Eq (D [])).  Here's how we go:
1934
1935         d1 : Eq (D [])
1936
1937 by instance decl, holds if
1938         d2 : Eq [D []]
1939         where   d1 = dfEqD d2
1940
1941 by instance decl of Eq, holds if
1942         d3 : D []
1943         where   d2 = dfEqList d3
1944                 d1 = dfEqD d2
1945
1946 But now we can "tie the knot" to give
1947
1948         d3 = d1
1949         d2 = dfEqList d3
1950         d1 = dfEqD d2
1951
1952 and it'll even run!  The trick is to put the thing we are trying to prove
1953 (in this case Eq (D []) into the database before trying to prove its
1954 contributing clauses.
1955         
1956
1957 %************************************************************************
1958 %*                                                                      *
1959                 Reducing a single constraint
1960 %*                                                                      *
1961 %************************************************************************
1962
1963 \begin{code}
1964 ---------------------------------------------
1965 reduceInst :: RedEnv -> Avails -> Inst -> TcM (Avails, LookupInstResult)
1966 reduceInst env avails (ImplicInst { tci_tyvars = tvs, tci_reft = reft, tci_loc = loc,
1967                                     tci_given = extra_givens, tci_wanted = wanteds })
1968   = reduceImplication env avails reft tvs extra_givens wanteds loc
1969
1970 reduceInst env avails other_inst
1971   = do  { result <- lookupSimpleInst other_inst
1972         ; return (avails, result) }
1973 \end{code}
1974
1975 Note [Equational Constraints in Implication Constraints]
1976 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1977
1978 An equational constraint is of the form 
1979         Given => Wanted 
1980 where Given and Wanted may contain both equational and dictionary
1981 constraints. The delay and reduction of these two kinds of constraints
1982 is distinct:
1983
1984 -) In the generated code, wanted Dictionary constraints are wrapped up in an
1985    implication constraint that is created at the code site where the wanted
1986    dictionaries can be reduced via a let-binding. This let-bound implication
1987    constraint is deconstructed at the use-site of the wanted dictionaries.
1988
1989 -) While the reduction of equational constraints is also delayed, the delay
1990    is not manifest in the generated code. The required evidence is generated
1991    in the code directly at the use-site. There is no let-binding and deconstruction
1992    necessary. The main disadvantage is that we cannot exploit sharing as the
1993    same evidence may be generated at multiple use-sites. However, this disadvantage
1994    is limited because it only concerns coercions which are erased.
1995
1996 The different treatment is motivated by the different in representation. Dictionary
1997 constraints require manifest runtime dictionaries, while equations require coercions
1998 which are types.
1999
2000 \begin{code}
2001 ---------------------------------------------
2002 reduceImplication :: RedEnv
2003                  -> Avails
2004                  -> Refinement  -- May refine the givens; often empty
2005                  -> [TcTyVar]   -- Quantified type variables; all skolems
2006                  -> [Inst]      -- Extra givens; all rigid
2007                  -> [Inst]      -- Wanted
2008                  -> InstLoc
2009                  -> TcM (Avails, LookupInstResult)
2010 \end{code}
2011
2012 Suppose we are simplifying the constraint
2013         forall bs. extras => wanted
2014 in the context of an overall simplification problem with givens 'givens',
2015 and refinment 'reft'.
2016
2017 Note that
2018   * The refinement is often empty
2019
2020   * The 'extra givens' need not mention any of the quantified type variables
2021         e.g.    forall {}. Eq a => Eq [a]
2022                 forall {}. C Int => D (Tree Int)
2023
2024     This happens when you have something like
2025         data T a where
2026           T1 :: Eq a => a -> T a
2027
2028         f :: T a -> Int
2029         f x = ...(case x of { T1 v -> v==v })...
2030
2031 \begin{code}
2032         -- ToDo: should we instantiate tvs?  I think it's not necessary
2033         --
2034         -- Note on coercion variables:
2035         --
2036         --      The extra given coercion variables are bound at two different sites:
2037         --      -) in the creation context of the implication constraint        
2038         --              the solved equational constraints use these binders
2039         --
2040         --      -) at the solving site of the implication constraint
2041         --              the solved dictionaries use these binders               
2042         --              these binders are generated by reduceImplication
2043         --
2044 reduceImplication env orig_avails reft tvs extra_givens wanteds inst_loc
2045   = do  {       -- Add refined givens, and the extra givens
2046                 -- Todo fix this 
2047           (refined_red_givens,refined_avails)
2048                 <- if isEmptyRefinement reft then return (red_givens env,orig_avails)
2049                    else foldlM (addRefinedGiven reft) ([],orig_avails) (red_givens env)
2050
2051                 -- Solve the sub-problem
2052         ; let try_me inst = ReduceMe AddSCs     -- Note [Freeness and implications]
2053               env' = env { red_givens = refined_red_givens ++ extra_givens ++ availsInsts orig_avails
2054                          , red_try_me = try_me }
2055
2056         ; traceTc (text "reduceImplication" <+> vcat
2057                         [ ppr orig_avails,
2058                           ppr (red_givens env), ppr extra_givens, 
2059                           ppr reft, ppr wanteds])
2060         ; (irreds,binds,needed_givens0) <- checkLoop env' wanteds
2061         ; let needed_givens1 = [ng | ng <- needed_givens0, notElem ng extra_givens]
2062
2063                 -- Note [Reducing implication constraints]
2064                 -- Tom -- update note, put somewhere!
2065
2066         ; traceTc (text "reduceImplication result" <+> vcat
2067                         [ppr irreds, ppr binds, ppr needed_givens1])
2068 --      ; avails <- reduceList env' wanteds avails
2069 -- 
2070 --              -- Extract the binding
2071 --      ; (binds, irreds) <- extractResults avails wanteds
2072         ; (refinement_binds,needed_givens) <- extractLocalResults refined_avails needed_givens1
2073         ; traceTc (text "reduceImplication local results" <+> vcat
2074                         [ppr refinement_binds, ppr needed_givens])
2075
2076         ; -- extract superclass binds
2077           --  (sc_binds,_) <- extractResults avails []
2078 --      ; traceTc (text "reduceImplication sc_binds" <+> vcat
2079 --                      [ppr sc_binds, ppr avails])
2080 --  
2081
2082                 -- We always discard the extra avails we've generated;
2083                 -- but we remember if we have done any (global) improvement
2084 --      ; let ret_avails = avails
2085         ; let ret_avails = orig_avails
2086 --      ; let ret_avails = updateImprovement orig_avails avails
2087
2088         ; traceTc (text "reduceImplication condition" <+> ppr ((isEmptyLHsBinds binds) || (null irreds)))
2089
2090 --      Porgress is no longer measered by the number of bindings
2091 --      ; if isEmptyLHsBinds binds then         -- No progress
2092         ; if (isEmptyLHsBinds binds) && (not $ null irreds) then 
2093                 return (ret_avails, NoInstance)
2094           else do
2095         { 
2096         ; (implic_insts, bind) <- makeImplicationBind inst_loc tvs reft extra_givens irreds
2097                         -- This binding is useless if the recursive simplification
2098                         -- made no progress; but currently we don't try to optimise that
2099                         -- case.  After all, we only try hard to reduce at top level, or
2100                         -- when inferring types.
2101
2102         ; let   dict_wanteds = filter (not . isEqInst) wanteds
2103                 (extra_eq_givens, extra_dict_givens) = partition isEqInst extra_givens
2104                 dict_ids = map instToId extra_dict_givens 
2105                 -- TOMDO: given equational constraints bug!
2106                 --  we need a different evidence for given
2107                 --  equations depending on whether we solve
2108                 --  dictionary constraints or equational constraints
2109                 eq_tyvars = uniqSetToList $ tyVarsOfTypes $ map eqInstType extra_eq_givens
2110                 -- dict_ids = map instToId extra_givens
2111                 co  = mkWpTyLams tvs <.> mkWpTyLams eq_tyvars <.> mkWpLams dict_ids <.> WpLet (binds `unionBags` refinement_binds `unionBags` bind)
2112                 rhs = mkHsWrap co payload
2113                 loc = instLocSpan inst_loc
2114                 payload | [dict_wanted] <- dict_wanteds = HsVar (instToId dict_wanted)
2115                         | otherwise = ExplicitTuple (map (L loc . HsVar . instToId) dict_wanteds) Boxed
2116
2117         
2118         ; traceTc (text "reduceImplication ->"  <+> vcat
2119                         [ ppr ret_avails,
2120                           ppr implic_insts])
2121                 -- If there are any irreds, we back off and return NoInstance
2122         ; return (ret_avails, GenInst (implic_insts ++ needed_givens) (L loc rhs))
2123         } 
2124     }
2125 \end{code}
2126
2127 Note [Reducing implication constraints]
2128 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2129 Suppose we are trying to simplify
2130         (Ord a, forall b. C a b => (W [a] b, D c b))
2131 where
2132         instance (C a b, Ord a) => W [a] b
2133 When solving the implication constraint, we'll start with
2134         Ord a -> Irred
2135 in the Avails.  Then we add (C a b -> Given) and solve. Extracting
2136 the results gives us a binding for the (W [a] b), with an Irred of 
2137 (Ord a, D c b).  Now, the (Ord a) comes from "outside" the implication,
2138 but the (D d b) is from "inside".  So we want to generate a Rhs binding
2139 like this
2140
2141         ic = /\b \dc:C a b). (df a b dc do, ic' b dc)
2142            depending on
2143                 do :: Ord a
2144                 ic' :: forall b. C a b => D c b
2145
2146 The 'depending on' part of the Rhs is important, because it drives
2147 the extractResults code.
2148
2149 The "inside" and "outside" distinction is what's going on with 'inner' and
2150 'outer' in reduceImplication
2151
2152
2153 Note [Freeness and implications]
2154 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2155 It's hard to say when an implication constraint can be floated out.  Consider
2156         forall {} Eq a => Foo [a]
2157 The (Foo [a]) doesn't mention any of the quantified variables, but it
2158 still might be partially satisfied by the (Eq a). 
2159
2160 There is a useful special case when it *is* easy to partition the 
2161 constraints, namely when there are no 'givens'.  Consider
2162         forall {a}. () => Bar b
2163 There are no 'givens', and so there is no reason to capture (Bar b).
2164 We can let it float out.  But if there is even one constraint we
2165 must be much more careful:
2166         forall {a}. C a b => Bar (m b)
2167 because (C a b) might have a superclass (D b), from which we might 
2168 deduce (Bar [b]) when m later gets instantiated to [].  Ha!
2169
2170 Here is an even more exotic example
2171         class C a => D a b
2172 Now consider the constraint
2173         forall b. D Int b => C Int
2174 We can satisfy the (C Int) from the superclass of D, so we don't want
2175 to float the (C Int) out, even though it mentions no type variable in
2176 the constraints!
2177
2178 Note [Pruning the givens in an implication constraint]
2179 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2180 Suppose we are about to form the implication constraint
2181         forall tvs.  Eq a => Ord b
2182 The (Eq a) cannot contribute to the (Ord b), because it has no access to
2183 the type variable 'b'.  So we could filter out the (Eq a) from the givens.
2184
2185 Doing so would be a bit tidier, but all the implication constraints get
2186 simplified away by the optimiser, so it's no great win.   So I don't take
2187 advantage of that at the moment.
2188
2189 If you do, BE CAREFUL of wobbly type variables.
2190
2191
2192 %************************************************************************
2193 %*                                                                      *
2194                 Avails and AvailHow: the pool of evidence
2195 %*                                                                      *
2196 %************************************************************************
2197
2198
2199 \begin{code}
2200 data Avails = Avails !ImprovementDone !AvailEnv
2201
2202 type ImprovementDone = Bool     -- True <=> some unification has happened
2203                                 -- so some Irreds might now be reducible
2204                                 -- keys that are now 
2205
2206 type AvailEnv = FiniteMap Inst AvailHow
2207 data AvailHow
2208   = IsIrred             -- Used for irreducible dictionaries,
2209                         -- which are going to be lambda bound
2210
2211   | Given TcId          -- Used for dictionaries for which we have a binding
2212                         -- e.g. those "given" in a signature
2213
2214   | Rhs                 -- Used when there is a RHS
2215         (LHsExpr TcId)  -- The RHS
2216         [Inst]          -- Insts free in the RHS; we need these too
2217
2218 instance Outputable Avails where
2219   ppr = pprAvails
2220
2221 pprAvails (Avails imp avails)
2222   = vcat [ ptext SLIT("Avails") <> (if imp then ptext SLIT("[improved]") else empty)
2223          , nest 2 (vcat [sep [ppr inst, nest 2 (equals <+> ppr avail)]
2224                         | (inst,avail) <- fmToList avails ])]
2225
2226 instance Outputable AvailHow where
2227     ppr = pprAvail
2228
2229 -------------------------
2230 pprAvail :: AvailHow -> SDoc
2231 pprAvail IsIrred        = text "Irred"
2232 pprAvail (Given x)      = text "Given" <+> ppr x
2233 pprAvail (Rhs rhs bs)   = text "Rhs" <+> sep [ppr rhs, braces (ppr bs)]
2234
2235 -------------------------
2236 extendAvailEnv :: AvailEnv -> Inst -> AvailHow -> AvailEnv
2237 extendAvailEnv env inst avail = addToFM env inst avail
2238
2239 findAvailEnv :: AvailEnv -> Inst -> Maybe AvailHow
2240 findAvailEnv env wanted = lookupFM env wanted
2241         -- NB 1: the Ord instance of Inst compares by the class/type info
2242         --  *not* by unique.  So
2243         --      d1::C Int ==  d2::C Int
2244
2245 emptyAvails :: Avails
2246 emptyAvails = Avails False emptyFM
2247
2248 findAvail :: Avails -> Inst -> Maybe AvailHow
2249 findAvail (Avails _ avails) wanted = findAvailEnv avails wanted
2250
2251 elemAvails :: Inst -> Avails -> Bool
2252 elemAvails wanted (Avails _ avails) = wanted `elemFM` avails
2253
2254 extendAvails :: Avails -> Inst -> AvailHow -> TcM Avails
2255 -- Does improvement
2256 extendAvails avails@(Avails imp env) inst avail 
2257   = do  { imp1 <- tcImproveOne avails inst      -- Do any improvement
2258         ; return (Avails (imp || imp1) (extendAvailEnv env inst avail)) }
2259
2260 availsInsts :: Avails -> [Inst]
2261 availsInsts (Avails _ avails) = keysFM avails
2262
2263 availsImproved (Avails imp _) = imp
2264
2265 updateImprovement :: Avails -> Avails -> Avails
2266 -- (updateImprovement a1 a2) sets a1's improvement flag from a2
2267 updateImprovement (Avails _ avails1) (Avails imp2 _) = Avails imp2 avails1
2268 \end{code}
2269
2270 Extracting the bindings from a bunch of Avails.
2271 The bindings do *not* come back sorted in dependency order.
2272 We assume that they'll be wrapped in a big Rec, so that the
2273 dependency analyser can sort them out later
2274
2275 \begin{code}
2276 extractResults :: Avails
2277                -> [Inst]                -- Wanted
2278                -> TcM ( TcDictBinds,    -- Bindings
2279                         [Inst],         -- Irreducible ones
2280                         [Inst])         -- Needed givens, i.e. ones used in the bindings
2281
2282 extractResults (Avails _ avails) wanteds
2283   = go avails emptyBag [] [] wanteds
2284   where
2285     go :: AvailEnv -> TcDictBinds -> [Inst] -> [Inst] -> [Inst]
2286         -> TcM (TcDictBinds, [Inst], [Inst])
2287     go avails binds irreds givens [] 
2288       = returnM (binds, irreds, givens)
2289
2290     go avails binds irreds givens (w:ws)
2291       = case findAvailEnv avails w of
2292           Nothing -> pprTrace "Urk: extractResults" (ppr w) $
2293                      go avails binds irreds givens ws
2294
2295           Just (Given id) 
2296                 | id == w_id -> go avails binds irreds (w:givens) ws 
2297                 | otherwise  -> go avails (addBind binds w (nlHsVar id)) irreds (update_id w  id:givens) ws
2298                 -- The sought Id can be one of the givens, via a superclass chain
2299                 -- and then we definitely don't want to generate an x=x binding!
2300
2301           Just IsIrred -> go (add_given avails w) binds (w:irreds) givens ws
2302                 -- The add_given handles the case where we want (Ord a, Eq a), and we
2303                 -- don't want to emit *two* Irreds for Ord a, one via the superclass chain
2304                 -- This showed up in a dupliated Ord constraint in the error message for 
2305                 --      test tcfail043
2306
2307           Just (Rhs rhs ws') -> go (add_given avails w) new_binds irreds givens (ws' ++ ws)
2308                              where      
2309                                 new_binds = addBind binds w rhs
2310       where
2311         w_id = instToId w       
2312         update_id m@(Method{}) id = m {tci_id = id}
2313         update_id w            id = w {tci_name = idName id} 
2314
2315     add_given avails w = extendAvailEnv avails w (Given (instToId w))
2316
2317 extractLocalResults :: Avails
2318                -> [Inst]                -- Wanted
2319                -> TcM ( TcDictBinds,    -- Bindings
2320                         [Inst])         -- Needed givens, i.e. ones used in the bindings
2321
2322 extractLocalResults (Avails _ avails) wanteds
2323   = go avails emptyBag [] wanteds
2324   where
2325     go :: AvailEnv -> TcDictBinds -> [Inst] -> [Inst]
2326         -> TcM (TcDictBinds, [Inst])
2327     go avails binds givens [] 
2328       = returnM (binds, givens)
2329
2330     go avails binds givens (w:ws)
2331       = case findAvailEnv avails w of
2332           Nothing -> -- pprTrace "Urk: extractLocalResults" (ppr w) $
2333                      go avails binds givens ws
2334
2335           Just IsIrred ->
2336                      go avails binds givens ws
2337
2338           Just (Given id) 
2339                 | id == w_id -> go avails binds (w:givens) ws 
2340                 | otherwise  -> go avails binds (w{tci_name=idName id}:givens) ws
2341                 -- The sought Id can be one of the givens, via a superclass chain
2342                 -- and then we definitely don't want to generate an x=x binding!
2343
2344           Just (Rhs rhs ws') -> go (add_given avails w) new_binds givens (ws' ++ ws)
2345                              where      
2346                                 new_binds = addBind binds w rhs
2347       where
2348         w_id = instToId w       
2349
2350     add_given avails w = extendAvailEnv avails w (Given (instToId w))
2351 \end{code}
2352
2353
2354 Note [No superclasses for Stop]
2355 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2356 When we decide not to reduce an Inst -- the 'WhatToDo' --- we still
2357 add it to avails, so that any other equal Insts will be commoned up
2358 right here.  However, we do *not* add superclasses.  If we have
2359         df::Floating a
2360         dn::Num a
2361 but a is not bound here, then we *don't* want to derive dn from df
2362 here lest we lose sharing.
2363
2364 \begin{code}
2365 addWanted :: WantSCs -> Avails -> Inst -> LHsExpr TcId -> [Inst] -> TcM Avails
2366 addWanted want_scs avails wanted rhs_expr wanteds
2367   = addAvailAndSCs want_scs avails wanted avail
2368   where
2369     avail = Rhs rhs_expr wanteds
2370
2371 addGiven :: Avails -> Inst -> TcM Avails
2372 addGiven avails given = addAvailAndSCs AddSCs avails given (Given (instToId given))
2373         -- Always add superclasses for 'givens'
2374         --
2375         -- No ASSERT( not (given `elemAvails` avails) ) because in an instance
2376         -- decl for Ord t we can add both Ord t and Eq t as 'givens', 
2377         -- so the assert isn't true
2378
2379 addRefinedGiven :: Refinement -> ([Inst], Avails) -> Inst -> TcM ([Inst], Avails)
2380 addRefinedGiven reft (refined_givens, avails) given
2381   | isDict given        -- We sometimes have 'given' methods, but they
2382                         -- are always optional, so we can drop them
2383   , let pred = dictPred given
2384   , isRefineablePred pred       -- See Note [ImplicInst rigidity]
2385   , Just (co, pred) <- refinePred reft pred
2386   = do  { new_given <- newDictBndr (instLoc given) pred
2387         ; let rhs = L (instSpan given) $
2388                     HsWrap (WpCo co) (HsVar (instToId given))
2389         ; avails <- addAvailAndSCs AddSCs avails new_given (Rhs rhs [given])
2390         ; return (new_given:refined_givens, avails) }
2391             -- ToDo: the superclasses of the original given all exist in Avails 
2392             -- so we could really just cast them, but it's more awkward to do,
2393             -- and hopefully the optimiser will spot the duplicated work
2394   | otherwise
2395   = return (refined_givens, avails)
2396 \end{code}
2397
2398 Note [ImplicInst rigidity]
2399 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2400 Consider
2401         C :: forall ab. (Eq a, Ord b) => b -> T a
2402         
2403         ...(case x of C v -> <body>)...
2404
2405 From the case (where x::T ty) we'll get an implication constraint
2406         forall b. (Eq ty, Ord b) => <body-constraints>
2407 Now suppose <body-constraints> itself has an implication constraint 
2408 of form
2409         forall c. <reft> => <payload>
2410 Then, we can certainly apply the refinement <reft> to the Ord b, becuase it is
2411 existential, but we probably should not apply it to the (Eq ty) because it may
2412 be wobbly. Hence the isRigidInst
2413
2414 @Insts@ are ordered by their class/type info, rather than by their
2415 unique.  This allows the context-reduction mechanism to use standard finite
2416 maps to do their stuff.  It's horrible that this code is here, rather
2417 than with the Avails handling stuff in TcSimplify
2418
2419 \begin{code}
2420 addIrred :: WantSCs -> Avails -> Inst -> TcM Avails
2421 addIrred want_scs avails irred = ASSERT2( not (irred `elemAvails` avails), ppr irred $$ ppr avails )
2422                                  addAvailAndSCs want_scs avails irred IsIrred
2423
2424 addAvailAndSCs :: WantSCs -> Avails -> Inst -> AvailHow -> TcM Avails
2425 addAvailAndSCs want_scs avails inst avail
2426   | not (isClassDict inst) = extendAvails avails inst avail
2427   | NoSCs <- want_scs      = extendAvails avails inst avail
2428   | otherwise              = do { traceTc (text "addAvailAndSCs" <+> vcat [ppr inst, ppr deps])
2429                                 ; avails' <- extendAvails avails inst avail
2430                                 ; addSCs is_loop avails' inst }
2431   where
2432     is_loop pred = any (`tcEqType` mkPredTy pred) dep_tys
2433                         -- Note: this compares by *type*, not by Unique
2434     deps         = findAllDeps (unitVarSet (instToVar inst)) avail
2435     dep_tys      = map idType (varSetElems deps)
2436
2437     findAllDeps :: IdSet -> AvailHow -> IdSet
2438     -- Find all the Insts that this one depends on
2439     -- See Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
2440     -- Watch out, though.  Since the avails may contain loops 
2441     -- (see Note [RECURSIVE DICTIONARIES]), so we need to track the ones we've seen so far
2442     findAllDeps so_far (Rhs _ kids) = foldl find_all so_far kids
2443     findAllDeps so_far other        = so_far
2444
2445     find_all :: IdSet -> Inst -> IdSet
2446     find_all so_far kid
2447       | kid_id `elemVarSet` so_far         = so_far
2448       | Just avail <- findAvail avails kid = findAllDeps so_far' avail
2449       | otherwise                          = so_far'
2450       where
2451         so_far' = extendVarSet so_far kid_id    -- Add the new kid to so_far
2452         kid_id = instToId kid
2453
2454 addSCs :: (TcPredType -> Bool) -> Avails -> Inst -> TcM Avails
2455         -- Add all the superclasses of the Inst to Avails
2456         -- The first param says "dont do this because the original thing
2457         --      depends on this one, so you'd build a loop"
2458         -- Invariant: the Inst is already in Avails.
2459
2460 addSCs is_loop avails dict
2461   = ASSERT( isDict dict )
2462     do  { sc_dicts <- newDictBndrs (instLoc dict) sc_theta'
2463         ; foldlM add_sc avails (zipEqual "add_scs" sc_dicts sc_sels) }
2464   where
2465     (clas, tys) = getDictClassTys dict
2466     (tyvars, sc_theta, sc_sels, _) = classBigSig clas
2467     sc_theta' = substTheta (zipTopTvSubst tyvars tys) sc_theta
2468
2469     add_sc avails (sc_dict, sc_sel)
2470       | is_loop (dictPred sc_dict) = return avails      -- See Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
2471       | is_given sc_dict           = return avails
2472       | otherwise                  = do { avails' <- extendAvails avails sc_dict (Rhs sc_sel_rhs [dict])
2473                                         ; addSCs is_loop avails' sc_dict }
2474       where
2475         sc_sel_rhs = L (instSpan dict) (HsWrap co_fn (HsVar sc_sel))
2476         co_fn      = WpApp (instToVar dict) <.> mkWpTyApps tys
2477
2478     is_given :: Inst -> Bool
2479     is_given sc_dict = case findAvail avails sc_dict of
2480                           Just (Given _) -> True        -- Given is cheaper than superclass selection
2481                           other          -> False       
2482
2483 -- From the a set of insts obtain all equalities that (transitively) occur in
2484 -- superclass contexts of class constraints (aka the ancestor equalities). 
2485 --
2486 ancestorEqualities :: [Inst] -> TcM [Inst]
2487 ancestorEqualities
2488   =   mapM mkWantedEqInst               -- turn only equality predicates..
2489     . filter isEqPred                   -- ..into wanted equality insts
2490     . bagToList 
2491     . addAEsToBag emptyBag              -- collect the superclass constraints..
2492     . map dictPred                      -- ..of all predicates in a bag
2493     . filter isClassDict
2494   where
2495     addAEsToBag :: Bag PredType -> [PredType] -> Bag PredType
2496     addAEsToBag bag []           = bag
2497     addAEsToBag bag (pred:preds)
2498       | pred `elemBag` bag = addAEsToBag bag         preds
2499       | isEqPred pred      = addAEsToBag bagWithPred preds
2500       | isClassPred pred   = addAEsToBag bagWithPred predsWithSCs
2501       | otherwise          = addAEsToBag bag         preds
2502       where
2503         bagWithPred  = bag `snocBag` pred
2504         predsWithSCs = preds ++ substTheta (zipTopTvSubst tyvars tys) sc_theta
2505         --
2506         (tyvars, sc_theta, _, _) = classBigSig clas
2507         (clas, tys)              = getClassPredTys pred 
2508 \end{code}
2509
2510
2511 %************************************************************************
2512 %*                                                                      *
2513 \section{tcSimplifyTop: defaulting}
2514 %*                                                                      *
2515 %************************************************************************
2516
2517
2518 @tcSimplifyTop@ is called once per module to simplify all the constant
2519 and ambiguous Insts.
2520
2521 We need to be careful of one case.  Suppose we have
2522
2523         instance Num a => Num (Foo a b) where ...
2524
2525 and @tcSimplifyTop@ is given a constraint (Num (Foo x y)).  Then it'll simplify
2526 to (Num x), and default x to Int.  But what about y??
2527
2528 It's OK: the final zonking stage should zap y to (), which is fine.
2529
2530
2531 \begin{code}
2532 tcSimplifyTop, tcSimplifyInteractive :: [Inst] -> TcM TcDictBinds
2533 tcSimplifyTop wanteds
2534   = tc_simplify_top doc False wanteds
2535   where 
2536     doc = text "tcSimplifyTop"
2537
2538 tcSimplifyInteractive wanteds
2539   = tc_simplify_top doc True wanteds
2540   where 
2541     doc = text "tcSimplifyInteractive"
2542
2543 -- The TcLclEnv should be valid here, solely to improve
2544 -- error message generation for the monomorphism restriction
2545 tc_simplify_top doc interactive wanteds
2546   = do  { dflags <- getDOpts
2547         ; wanteds <- zonkInsts wanteds
2548         ; mapM_ zonkTopTyVar (varSetElems (tyVarsOfInsts wanteds))
2549
2550         ; traceTc (text "tc_simplify_top 0: " <+> ppr wanteds)
2551         ; (irreds1, binds1) <- tryHardCheckLoop doc1 wanteds
2552         ; traceTc (text "tc_simplify_top 1: " <+> ppr irreds1)
2553         ; (irreds2, binds2) <- approximateImplications doc2 (\d -> True) irreds1
2554         ; traceTc (text "tc_simplify_top 2: " <+> ppr irreds2)
2555
2556                 -- Use the defaulting rules to do extra unification
2557                 -- NB: irreds2 are already zonked
2558         ; (irreds3, binds3) <- disambiguate doc3 interactive dflags irreds2
2559
2560                 -- Deal with implicit parameters
2561         ; let (bad_ips, non_ips) = partition isIPDict irreds3
2562               (ambigs, others)   = partition isTyVarDict non_ips
2563
2564         ; topIPErrs bad_ips     -- Can arise from   f :: Int -> Int
2565                                 --                  f x = x + ?y
2566         ; addNoInstanceErrs others
2567         ; addTopAmbigErrs ambigs        
2568
2569         ; return (binds1 `unionBags` binds2 `unionBags` binds3) }
2570   where
2571     doc1 = doc <+> ptext SLIT("(first round)")
2572     doc2 = doc <+> ptext SLIT("(approximate)")
2573     doc3 = doc <+> ptext SLIT("(disambiguate)")
2574 \end{code}
2575
2576 If a dictionary constrains a type variable which is
2577         * not mentioned in the environment
2578         * and not mentioned in the type of the expression
2579 then it is ambiguous. No further information will arise to instantiate
2580 the type variable; nor will it be generalised and turned into an extra
2581 parameter to a function.
2582
2583 It is an error for this to occur, except that Haskell provided for
2584 certain rules to be applied in the special case of numeric types.
2585 Specifically, if
2586         * at least one of its classes is a numeric class, and
2587         * all of its classes are numeric or standard
2588 then the type variable can be defaulted to the first type in the
2589 default-type list which is an instance of all the offending classes.
2590
2591 So here is the function which does the work.  It takes the ambiguous
2592 dictionaries and either resolves them (producing bindings) or
2593 complains.  It works by splitting the dictionary list by type
2594 variable, and using @disambigOne@ to do the real business.
2595
2596 @disambigOne@ assumes that its arguments dictionaries constrain all
2597 the same type variable.
2598
2599 ADR Comment 20/6/94: I've changed the @CReturnable@ case to default to
2600 @()@ instead of @Int@.  I reckon this is the Right Thing to do since
2601 the most common use of defaulting is code like:
2602 \begin{verbatim}
2603         _ccall_ foo     `seqPrimIO` bar
2604 \end{verbatim}
2605 Since we're not using the result of @foo@, the result if (presumably)
2606 @void@.
2607
2608 \begin{code}
2609 disambiguate :: SDoc -> Bool -> DynFlags -> [Inst] -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
2610         -- Just does unification to fix the default types
2611         -- The Insts are assumed to be pre-zonked
2612 disambiguate doc interactive dflags insts
2613   | null insts
2614   = return (insts, emptyBag)
2615
2616   | null defaultable_groups
2617   = do  { traceTc (text "disambigutate, no defaultable groups" <+> vcat [ppr unaries, ppr insts, ppr bad_tvs, ppr defaultable_groups])
2618         ; return (insts, emptyBag) }
2619
2620   | otherwise
2621   = do  {       -- Figure out what default types to use
2622           default_tys <- getDefaultTys extended_defaulting ovl_strings
2623
2624         ; traceTc (text "disambiguate1" <+> vcat [ppr insts, ppr unaries, ppr bad_tvs, ppr defaultable_groups])
2625         ; mapM_ (disambigGroup default_tys) defaultable_groups
2626
2627         -- disambigGroup does unification, hence try again
2628         ; tryHardCheckLoop doc insts }
2629
2630   where
2631    extended_defaulting = interactive || dopt Opt_ExtendedDefaultRules dflags
2632    ovl_strings = dopt Opt_OverloadedStrings dflags
2633
2634    unaries :: [(Inst, Class, TcTyVar)]  -- (C tv) constraints
2635    bad_tvs :: TcTyVarSet  -- Tyvars mentioned by *other* constraints
2636    (unaries, bad_tvs_s) = partitionWith find_unary insts 
2637    bad_tvs              = unionVarSets bad_tvs_s
2638
2639         -- Finds unary type-class constraints
2640    find_unary d@(Dict {tci_pred = ClassP cls [ty]})
2641         | Just tv <- tcGetTyVar_maybe ty = Left (d,cls,tv)
2642    find_unary inst                       = Right (tyVarsOfInst inst)
2643
2644                 -- Group by type variable
2645    defaultable_groups :: [[(Inst,Class,TcTyVar)]]
2646    defaultable_groups = filter defaultable_group (equivClasses cmp_tv unaries)
2647    cmp_tv (_,_,tv1) (_,_,tv2) = tv1 `compare` tv2
2648
2649    defaultable_group :: [(Inst,Class,TcTyVar)] -> Bool
2650    defaultable_group ds@((_,_,tv):_)
2651         =  isTyConableTyVar tv  -- Note [Avoiding spurious errors]
2652         && not (tv `elemVarSet` bad_tvs)
2653         && defaultable_classes [c | (_,c,_) <- ds]
2654    defaultable_group [] = panic "defaultable_group"
2655
2656    defaultable_classes clss 
2657         | extended_defaulting = any isInteractiveClass clss
2658         | otherwise           = all is_std_class clss && (any is_num_class clss)
2659
2660         -- In interactive mode, or with -fextended-default-rules,
2661         -- we default Show a to Show () to avoid graututious errors on "show []"
2662    isInteractiveClass cls 
2663         = is_num_class cls || (classKey cls `elem` [showClassKey, eqClassKey, ordClassKey])
2664
2665    is_num_class cls = isNumericClass cls || (ovl_strings && (cls `hasKey` isStringClassKey))
2666         -- is_num_class adds IsString to the standard numeric classes, 
2667         -- when -foverloaded-strings is enabled
2668
2669    is_std_class cls = isStandardClass cls || (ovl_strings && (cls `hasKey` isStringClassKey))
2670         -- Similarly is_std_class
2671
2672 -----------------------
2673 disambigGroup :: [Type]                 -- The default types
2674               -> [(Inst,Class,TcTyVar)] -- All standard classes of form (C a)
2675               -> TcM () -- Just does unification, to fix the default types
2676
2677 disambigGroup default_tys dicts
2678   = try_default default_tys
2679   where
2680     (_,_,tyvar) = ASSERT(not (null dicts)) head dicts   -- Should be non-empty
2681     classes = [c | (_,c,_) <- dicts]
2682
2683     try_default [] = return ()
2684     try_default (default_ty : default_tys)
2685       = tryTcLIE_ (try_default default_tys) $
2686         do { tcSimplifyDefault [mkClassPred clas [default_ty] | clas <- classes]
2687                 -- This may fail; then the tryTcLIE_ kicks in
2688                 -- Failure here is caused by there being no type in the
2689                 -- default list which can satisfy all the ambiguous classes.
2690                 -- For example, if Real a is reqd, but the only type in the
2691                 -- default list is Int.
2692
2693                 -- After this we can't fail
2694            ; warnDefault dicts default_ty
2695            ; unifyType default_ty (mkTyVarTy tyvar) 
2696            ; return () -- TOMDO: do something with the coercion
2697            }
2698
2699
2700 -----------------------
2701 getDefaultTys :: Bool -> Bool -> TcM [Type]
2702 getDefaultTys extended_deflts ovl_strings
2703   = do  { mb_defaults <- getDeclaredDefaultTys
2704         ; case mb_defaults of {
2705            Just tys -> return tys ;     -- User-supplied defaults
2706            Nothing  -> do
2707
2708         -- No use-supplied default
2709         -- Use [Integer, Double], plus modifications
2710         { integer_ty <- tcMetaTy integerTyConName
2711         ; checkWiredInTyCon doubleTyCon
2712         ; string_ty <- tcMetaTy stringTyConName
2713         ; return (opt_deflt extended_deflts unitTy
2714                         -- Note [Default unitTy]
2715                         ++
2716                   [integer_ty,doubleTy]
2717                         ++
2718                   opt_deflt ovl_strings string_ty) } } }
2719   where
2720     opt_deflt True  ty = [ty]
2721     opt_deflt False ty = []
2722 \end{code}
2723
2724 Note [Default unitTy]
2725 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2726 In interative mode (or with -fextended-default-rules) we add () as the first type we
2727 try when defaulting.  This has very little real impact, except in the following case.
2728 Consider: 
2729         Text.Printf.printf "hello"
2730 This has type (forall a. IO a); it prints "hello", and returns 'undefined'.  We don't
2731 want the GHCi repl loop to try to print that 'undefined'.  The neatest thing is to
2732 default the 'a' to (), rather than to Integer (which is what would otherwise happen;
2733 and then GHCi doesn't attempt to print the ().  So in interactive mode, we add
2734 () to the list of defaulting types.  See Trac #1200.
2735
2736 Note [Avoiding spurious errors]
2737 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2738 When doing the unification for defaulting, we check for skolem
2739 type variables, and simply don't default them.  For example:
2740    f = (*)      -- Monomorphic
2741    g :: Num a => a -> a
2742    g x = f x x
2743 Here, we get a complaint when checking the type signature for g,
2744 that g isn't polymorphic enough; but then we get another one when
2745 dealing with the (Num a) context arising from f's definition;
2746 we try to unify a with Int (to default it), but find that it's
2747 already been unified with the rigid variable from g's type sig
2748
2749
2750 %************************************************************************
2751 %*                                                                      *
2752 \subsection[simple]{@Simple@ versions}
2753 %*                                                                      *
2754 %************************************************************************
2755
2756 Much simpler versions when there are no bindings to make!
2757
2758 @tcSimplifyThetas@ simplifies class-type constraints formed by
2759 @deriving@ declarations and when specialising instances.  We are
2760 only interested in the simplified bunch of class/type constraints.
2761
2762 It simplifies to constraints of the form (C a b c) where
2763 a,b,c are type variables.  This is required for the context of
2764 instance declarations.
2765
2766 \begin{code}
2767 tcSimplifyDeriv :: InstOrigin
2768                 -> [TyVar]      
2769                 -> ThetaType            -- Wanted
2770                 -> TcM ThetaType        -- Needed
2771 -- Given  instance (wanted) => C inst_ty 
2772 -- Simplify 'wanted' as much as possible
2773
2774 tcSimplifyDeriv orig tyvars theta
2775   = do  { (tvs, _, tenv) <- tcInstTyVars tyvars
2776         -- The main loop may do unification, and that may crash if 
2777         -- it doesn't see a TcTyVar, so we have to instantiate. Sigh
2778         -- ToDo: what if two of them do get unified?
2779         ; wanteds <- newDictBndrsO orig (substTheta tenv theta)
2780         ; (irreds, _) <- tryHardCheckLoop doc wanteds
2781
2782         ; let (tv_dicts, others) = partition ok irreds
2783         ; addNoInstanceErrs others
2784         -- See Note [Exotic derived instance contexts] in TcMType
2785
2786         ; let rev_env = zipTopTvSubst tvs (mkTyVarTys tyvars)
2787               simpl_theta = substTheta rev_env (map dictPred tv_dicts)
2788                 -- This reverse-mapping is a pain, but the result
2789                 -- should mention the original TyVars not TcTyVars
2790
2791         ; return simpl_theta }
2792   where
2793     doc = ptext SLIT("deriving classes for a data type")
2794
2795     ok dict | isDict dict = validDerivPred (dictPred dict)
2796             | otherwise   = False
2797 \end{code}
2798
2799
2800 @tcSimplifyDefault@ just checks class-type constraints, essentially;
2801 used with \tr{default} declarations.  We are only interested in
2802 whether it worked or not.
2803
2804 \begin{code}
2805 tcSimplifyDefault :: ThetaType  -- Wanted; has no type variables in it
2806                   -> TcM ()
2807
2808 tcSimplifyDefault theta
2809   = newDictBndrsO DefaultOrigin theta   `thenM` \ wanteds ->
2810     tryHardCheckLoop doc wanteds        `thenM` \ (irreds, _) ->
2811     addNoInstanceErrs  irreds           `thenM_`
2812     if null irreds then
2813         returnM ()
2814     else
2815         failM
2816   where
2817     doc = ptext SLIT("default declaration")
2818 \end{code}
2819
2820
2821 %************************************************************************
2822 %*                                                                      *
2823 \section{Errors and contexts}
2824 %*                                                                      *
2825 %************************************************************************
2826
2827 ToDo: for these error messages, should we note the location as coming
2828 from the insts, or just whatever seems to be around in the monad just
2829 now?
2830
2831 \begin{code}
2832 groupErrs :: ([Inst] -> TcM ()) -- Deal with one group
2833           -> [Inst]             -- The offending Insts
2834           -> TcM ()
2835 -- Group together insts with the same origin
2836 -- We want to report them together in error messages
2837
2838 groupErrs report_err [] 
2839   = returnM ()
2840 groupErrs report_err (inst:insts) 
2841   = do_one (inst:friends)               `thenM_`
2842     groupErrs report_err others
2843
2844   where
2845         -- (It may seem a bit crude to compare the error messages,
2846         --  but it makes sure that we combine just what the user sees,
2847         --  and it avoids need equality on InstLocs.)
2848    (friends, others) = partition is_friend insts
2849    loc_msg           = showSDoc (pprInstLoc (instLoc inst))
2850    is_friend friend  = showSDoc (pprInstLoc (instLoc friend)) == loc_msg
2851    do_one insts = addInstCtxt (instLoc (head insts)) (report_err insts)
2852                 -- Add location and context information derived from the Insts
2853
2854 -- Add the "arising from..." part to a message about bunch of dicts
2855 addInstLoc :: [Inst] -> Message -> Message
2856 addInstLoc insts msg = msg $$ nest 2 (pprInstArising (head insts))
2857
2858 addTopIPErrs :: [Name] -> [Inst] -> TcM ()
2859 addTopIPErrs bndrs [] 
2860   = return ()
2861 addTopIPErrs bndrs ips
2862   = do  { dflags <- getDOpts
2863         ; addErrTcM (tidy_env, mk_msg dflags tidy_ips) }
2864   where
2865     (tidy_env, tidy_ips) = tidyInsts ips
2866     mk_msg dflags ips 
2867         = vcat [sep [ptext SLIT("Implicit parameters escape from"),
2868                 nest 2 (ptext SLIT("the monomorphic top-level binding") 
2869                                             <> plural bndrs <+> ptext SLIT("of")
2870                                             <+> pprBinders bndrs <> colon)],
2871                 nest 2 (vcat (map ppr_ip ips)),
2872                 monomorphism_fix dflags]
2873     ppr_ip ip = pprPred (dictPred ip) <+> pprInstArising ip
2874
2875 topIPErrs :: [Inst] -> TcM ()
2876 topIPErrs dicts
2877   = groupErrs report tidy_dicts
2878   where
2879     (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
2880     report dicts = addErrTcM (tidy_env, mk_msg dicts)
2881     mk_msg dicts = addInstLoc dicts (ptext SLIT("Unbound implicit parameter") <> 
2882                                      plural tidy_dicts <+> pprDictsTheta tidy_dicts)
2883
2884 addNoInstanceErrs :: [Inst]     -- Wanted (can include implications)
2885                   -> TcM ()     
2886 addNoInstanceErrs insts
2887   = do  { let (tidy_env, tidy_insts) = tidyInsts insts
2888         ; reportNoInstances tidy_env Nothing tidy_insts }
2889
2890 reportNoInstances 
2891         :: TidyEnv
2892         -> Maybe (InstLoc, [Inst])      -- Context
2893                         -- Nothing => top level
2894                         -- Just (d,g) => d describes the construct
2895                         --               with givens g
2896         -> [Inst]       -- What is wanted (can include implications)
2897         -> TcM ()       
2898
2899 reportNoInstances tidy_env mb_what insts 
2900   = groupErrs (report_no_instances tidy_env mb_what) insts
2901
2902 report_no_instances tidy_env mb_what insts
2903   = do { inst_envs <- tcGetInstEnvs
2904        ; let (implics, insts1)  = partition isImplicInst insts
2905              (insts2, overlaps) = partitionWith (check_overlap inst_envs) insts1
2906              (eqInsts, insts3)  = partition isEqInst insts2
2907        ; traceTc (text "reportNoInstances" <+> vcat 
2908                        [ppr implics, ppr insts1, ppr insts2])
2909        ; mapM_ complain_implic implics
2910        ; mapM_ (\doc -> addErrTcM (tidy_env, doc)) overlaps
2911        ; groupErrs complain_no_inst insts3 
2912        ; mapM_ complain_eq eqInsts
2913        }
2914   where
2915     complain_no_inst insts = addErrTcM (tidy_env, mk_no_inst_err insts)
2916
2917     complain_implic inst        -- Recurse!
2918       = reportNoInstances tidy_env 
2919                           (Just (tci_loc inst, tci_given inst)) 
2920                           (tci_wanted inst)
2921
2922     complain_eq EqInst {tci_left = lty, tci_right = rty, 
2923                         tci_loc = InstLoc _ _ ctxt}
2924       = do { (env, msg) <- misMatchMsg lty rty
2925            ; setErrCtxt ctxt $
2926                failWithTcM (env, msg)
2927            }
2928
2929     check_overlap :: (InstEnv,InstEnv) -> Inst -> Either Inst SDoc
2930         -- Right msg  => overlap message
2931         -- Left  inst => no instance
2932     check_overlap inst_envs wanted
2933         | not (isClassDict wanted) = Left wanted
2934         | otherwise
2935         = case lookupInstEnv inst_envs clas tys of
2936                 -- The case of exactly one match and no unifiers means a
2937                 -- successful lookup.  That can't happen here, because dicts
2938                 -- only end up here if they didn't match in Inst.lookupInst
2939 #ifdef DEBUG
2940                 ([m],[]) -> pprPanic "reportNoInstance" (ppr wanted)
2941 #endif
2942                 ([], _)  -> Left wanted         -- No match
2943                 res      -> Right (mk_overlap_msg wanted res)
2944           where
2945             (clas,tys) = getDictClassTys wanted
2946
2947     mk_overlap_msg dict (matches, unifiers)
2948       = ASSERT( not (null matches) )
2949         vcat [  addInstLoc [dict] ((ptext SLIT("Overlapping instances for") 
2950                                         <+> pprPred (dictPred dict))),
2951                 sep [ptext SLIT("Matching instances") <> colon,
2952                      nest 2 (vcat [pprInstances ispecs, pprInstances unifiers])],
2953                 if not (isSingleton matches)
2954                 then    -- Two or more matches
2955                      empty
2956                 else    -- One match, plus some unifiers
2957                 ASSERT( not (null unifiers) )
2958                 parens (vcat [ptext SLIT("The choice depends on the instantiation of") <+>
2959                                  quotes (pprWithCommas ppr (varSetElems (tyVarsOfInst dict))),
2960                               ptext SLIT("To pick the first instance above, use -fallow-incoherent-instances"),
2961                               ptext SLIT("when compiling the other instance declarations")])]
2962       where
2963         ispecs = [ispec | (ispec, _) <- matches]
2964
2965     mk_no_inst_err insts
2966       | null insts = empty
2967
2968       | Just (loc, givens) <- mb_what,   -- Nested (type signatures, instance decls)
2969         not (isEmptyVarSet (tyVarsOfInsts insts))
2970       = vcat [ addInstLoc insts $
2971                sep [ ptext SLIT("Could not deduce") <+> pprDictsTheta insts
2972                    , nest 2 $ ptext SLIT("from the context") <+> pprDictsTheta givens]
2973              , show_fixes (fix1 loc : fixes2) ]
2974
2975       | otherwise       -- Top level 
2976       = vcat [ addInstLoc insts $
2977                ptext SLIT("No instance") <> plural insts
2978                     <+> ptext SLIT("for") <+> pprDictsTheta insts
2979              , show_fixes fixes2 ]
2980
2981       where
2982         fix1 loc = sep [ ptext SLIT("add") <+> pprDictsTheta insts
2983                                  <+> ptext SLIT("to the context of"),
2984                          nest 2 (ppr (instLocOrigin loc)) ]
2985                          -- I'm not sure it helps to add the location
2986                          -- nest 2 (ptext SLIT("at") <+> ppr (instLocSpan loc)) ]
2987
2988         fixes2 | null instance_dicts = []
2989                | otherwise           = [sep [ptext SLIT("add an instance declaration for"),
2990                                         pprDictsTheta instance_dicts]]
2991         instance_dicts = [d | d <- insts, isClassDict d, not (isTyVarDict d)]
2992                 -- Insts for which it is worth suggesting an adding an instance declaration
2993                 -- Exclude implicit parameters, and tyvar dicts
2994
2995         show_fixes :: [SDoc] -> SDoc
2996         show_fixes []     = empty
2997         show_fixes (f:fs) = sep [ptext SLIT("Possible fix:"), 
2998                                  nest 2 (vcat (f : map (ptext SLIT("or") <+>) fs))]
2999
3000 addTopAmbigErrs dicts
3001 -- Divide into groups that share a common set of ambiguous tyvars
3002   = ifErrsM (return ()) $       -- Only report ambiguity if no other errors happened
3003                                 -- See Note [Avoiding spurious errors]
3004     mapM_ report (equivClasses cmp [(d, tvs_of d) | d <- tidy_dicts])
3005   where
3006     (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
3007
3008     tvs_of :: Inst -> [TcTyVar]
3009     tvs_of d = varSetElems (tyVarsOfInst d)
3010     cmp (_,tvs1) (_,tvs2) = tvs1 `compare` tvs2
3011     
3012     report :: [(Inst,[TcTyVar])] -> TcM ()
3013     report pairs@((inst,tvs) : _)       -- The pairs share a common set of ambiguous tyvars
3014         = mkMonomorphismMsg tidy_env tvs        `thenM` \ (tidy_env, mono_msg) ->
3015           setSrcSpan (instSpan inst) $
3016                 -- the location of the first one will do for the err message
3017           addErrTcM (tidy_env, msg $$ mono_msg)
3018         where
3019           dicts = map fst pairs
3020           msg = sep [text "Ambiguous type variable" <> plural tvs <+> 
3021                           pprQuotedList tvs <+> in_msg,
3022                      nest 2 (pprDictsInFull dicts)]
3023           in_msg = text "in the constraint" <> plural dicts <> colon
3024     report [] = panic "addTopAmbigErrs"
3025
3026
3027 mkMonomorphismMsg :: TidyEnv -> [TcTyVar] -> TcM (TidyEnv, Message)
3028 -- There's an error with these Insts; if they have free type variables
3029 -- it's probably caused by the monomorphism restriction. 
3030 -- Try to identify the offending variable
3031 -- ASSUMPTION: the Insts are fully zonked
3032 mkMonomorphismMsg tidy_env inst_tvs
3033   = do  { dflags <- getDOpts
3034         ; (tidy_env, docs) <- findGlobals (mkVarSet inst_tvs) tidy_env
3035         ; return (tidy_env, mk_msg dflags docs) }
3036   where
3037     mk_msg _ _ | any isRuntimeUnk inst_tvs
3038         =  vcat [ptext SLIT("Cannot resolve unknown runtime types:") <+>
3039                    (pprWithCommas ppr inst_tvs),
3040                 ptext SLIT("Use :print or :force to determine these types")]
3041     mk_msg _ []   = ptext SLIT("Probable fix: add a type signature that fixes these type variable(s)")
3042                         -- This happens in things like
3043                         --      f x = show (read "foo")
3044                         -- where monomorphism doesn't play any role
3045     mk_msg dflags docs 
3046         = vcat [ptext SLIT("Possible cause: the monomorphism restriction applied to the following:"),
3047                 nest 2 (vcat docs),
3048                 monomorphism_fix dflags]
3049
3050 isRuntimeUnk :: TcTyVar -> Bool
3051 isRuntimeUnk x | SkolemTv RuntimeUnkSkol <- tcTyVarDetails x = True
3052                | otherwise = False
3053
3054 monomorphism_fix :: DynFlags -> SDoc
3055 monomorphism_fix dflags
3056   = ptext SLIT("Probable fix:") <+> vcat
3057         [ptext SLIT("give these definition(s) an explicit type signature"),
3058          if dopt Opt_MonomorphismRestriction dflags
3059            then ptext SLIT("or use -fno-monomorphism-restriction")
3060            else empty]  -- Only suggest adding "-fno-monomorphism-restriction"
3061                         -- if it is not already set!
3062     
3063 warnDefault ups default_ty
3064   = doptM Opt_WarnTypeDefaults  `thenM` \ warn_flag ->
3065     addInstCtxt (instLoc (head (dicts))) (warnTc warn_flag warn_msg)
3066   where
3067     dicts = [d | (d,_,_) <- ups]
3068
3069         -- Tidy them first
3070     (_, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
3071     warn_msg  = vcat [ptext SLIT("Defaulting the following constraint(s) to type") <+>
3072                                 quotes (ppr default_ty),
3073                       pprDictsInFull tidy_dicts]
3074
3075 reduceDepthErr n stack
3076   = vcat [ptext SLIT("Context reduction stack overflow; size =") <+> int n,
3077           ptext SLIT("Use -fcontext-stack=N to increase stack size to N"),
3078           nest 4 (pprStack stack)]
3079
3080 pprStack stack = vcat (map pprInstInFull stack)
3081
3082 -----------------------
3083 misMatchMsg :: TcType -> TcType -> TcM (TidyEnv, SDoc)
3084 -- Generate the message when two types fail to match,
3085 -- going to some trouble to make it helpful.
3086 -- The argument order is: actual type, expected type
3087 misMatchMsg ty_act ty_exp
3088   = do  { env0 <- tcInitTidyEnv
3089         ; ty_exp <- zonkTcType ty_exp
3090         ; ty_act <- zonkTcType ty_act
3091         ; (env1, pp_exp, extra_exp) <- ppr_ty env0 ty_exp
3092         ; (env2, pp_act, extra_act) <- ppr_ty env1 ty_act
3093         ; return (env2, 
3094                   sep [sep [ptext SLIT("Couldn't match expected type") <+> pp_exp, 
3095                             nest 7 $
3096                               ptext SLIT("against inferred type") <+> pp_act],
3097                        nest 2 (extra_exp $$ extra_act)]) }
3098
3099 ppr_ty :: TidyEnv -> TcType -> TcM (TidyEnv, SDoc, SDoc)
3100 ppr_ty env ty
3101   = do  { let (env1, tidy_ty) = tidyOpenType env ty
3102         ; (env2, extra) <- ppr_extra env1 tidy_ty
3103         ; return (env2, quotes (ppr tidy_ty), extra) }
3104
3105 -- (ppr_extra env ty) shows extra info about 'ty'
3106 ppr_extra env (TyVarTy tv)
3107   | isSkolemTyVar tv || isSigTyVar tv
3108   = return (env1, pprSkolTvBinding tv1)
3109   where
3110     (env1, tv1) = tidySkolemTyVar env tv
3111
3112 ppr_extra env ty = return (env, empty)          -- Normal case
3113 \end{code}