Split the Id related functions out from Var into Id, document Var and some of Id
[ghc-hetmet.git] / compiler / typecheck / TcSimplify.lhs
1 %
2 % (c) The University of Glasgow 2006
3 % (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
4 %
5
6 TcSimplify
7
8 \begin{code}
9 module TcSimplify (
10         tcSimplifyInfer, tcSimplifyInferCheck,
11         tcSimplifyCheck, tcSimplifyRestricted,
12         tcSimplifyRuleLhs, tcSimplifyIPs, 
13         tcSimplifySuperClasses,
14         tcSimplifyTop, tcSimplifyInteractive,
15         tcSimplifyBracket, tcSimplifyCheckPat,
16
17         tcSimplifyDeriv, tcSimplifyDefault,
18         bindInstsOfLocalFuns, 
19
20         misMatchMsg
21     ) where
22
23 #include "HsVersions.h"
24
25 import {-# SOURCE #-} TcUnify( unifyType )
26 import HsSyn
27
28 import TcRnMonad
29 import TcHsSyn  ( hsLPatType )
30 import Inst
31 import TcEnv
32 import InstEnv
33 import TcType
34 import TcMType
35 import TcIface
36 import TcTyFuns
37 import DsUtils  -- Big-tuple functions
38 import Var
39 import Id
40 import Name
41 import NameSet
42 import Class
43 import FunDeps
44 import PrelInfo
45 import PrelNames
46 import Type
47 import TysWiredIn
48 import ErrUtils
49 import BasicTypes
50 import VarSet
51 import VarEnv
52 import FiniteMap
53 import Bag
54 import Outputable
55 import Maybes
56 import ListSetOps
57 import Util
58 import SrcLoc
59 import DynFlags
60 import FastString
61
62 import Control.Monad
63 import Data.List
64 \end{code}
65
66
67 %************************************************************************
68 %*                                                                      *
69 \subsection{NOTES}
70 %*                                                                      *
71 %************************************************************************
72
73         --------------------------------------
74         Notes on functional dependencies (a bug)
75         --------------------------------------
76
77 Consider this:
78
79         class C a b | a -> b
80         class D a b | a -> b
81
82         instance D a b => C a b -- Undecidable 
83                                 -- (Not sure if it's crucial to this eg)
84         f :: C a b => a -> Bool
85         f _ = True
86         
87         g :: C a b => a -> Bool
88         g = f
89
90 Here f typechecks, but g does not!!  Reason: before doing improvement,
91 we reduce the (C a b1) constraint from the call of f to (D a b1).
92
93 Here is a more complicated example:
94
95 @
96   > class Foo a b | a->b
97   >
98   > class Bar a b | a->b
99   >
100   > data Obj = Obj
101   >
102   > instance Bar Obj Obj
103   >
104   > instance (Bar a b) => Foo a b
105   >
106   > foo:: (Foo a b) => a -> String
107   > foo _ = "works"
108   >
109   > runFoo:: (forall a b. (Foo a b) => a -> w) -> w
110   > runFoo f = f Obj
111
112   *Test> runFoo foo
113
114   <interactive>:1:
115       Could not deduce (Bar a b) from the context (Foo a b)
116         arising from use of `foo' at <interactive>:1
117       Probable fix:
118           Add (Bar a b) to the expected type of an expression
119       In the first argument of `runFoo', namely `foo'
120       In the definition of `it': it = runFoo foo
121
122   Why all of the sudden does GHC need the constraint Bar a b? The
123   function foo didn't ask for that...
124 @
125
126 The trouble is that to type (runFoo foo), GHC has to solve the problem:
127
128         Given constraint        Foo a b
129         Solve constraint        Foo a b'
130
131 Notice that b and b' aren't the same.  To solve this, just do
132 improvement and then they are the same.  But GHC currently does
133         simplify constraints
134         apply improvement
135         and loop
136
137 That is usually fine, but it isn't here, because it sees that Foo a b is
138 not the same as Foo a b', and so instead applies the instance decl for
139 instance Bar a b => Foo a b.  And that's where the Bar constraint comes
140 from.
141
142 The Right Thing is to improve whenever the constraint set changes at
143 all.  Not hard in principle, but it'll take a bit of fiddling to do.  
144
145 Note [Choosing which variables to quantify]
146 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
147 Suppose we are about to do a generalisation step.  We have in our hand
148
149         G       the environment
150         T       the type of the RHS
151         C       the constraints from that RHS
152
153 The game is to figure out
154
155         Q       the set of type variables over which to quantify
156         Ct      the constraints we will *not* quantify over
157         Cq      the constraints we will quantify over
158
159 So we're going to infer the type
160
161         forall Q. Cq => T
162
163 and float the constraints Ct further outwards.
164
165 Here are the things that *must* be true:
166
167  (A)    Q intersect fv(G) = EMPTY                       limits how big Q can be
168  (B)    Q superset fv(Cq union T) \ oclose(fv(G),C)     limits how small Q can be
169
170  (A) says we can't quantify over a variable that's free in the environment. 
171  (B) says we must quantify over all the truly free variables in T, else 
172      we won't get a sufficiently general type.  
173
174 We do not *need* to quantify over any variable that is fixed by the
175 free vars of the environment G.
176
177         BETWEEN THESE TWO BOUNDS, ANY Q WILL DO!
178
179 Example:        class H x y | x->y where ...
180
181         fv(G) = {a}     C = {H a b, H c d}
182                         T = c -> b
183
184         (A)  Q intersect {a} is empty
185         (B)  Q superset {a,b,c,d} \ oclose({a}, C) = {a,b,c,d} \ {a,b} = {c,d}
186
187         So Q can be {c,d}, {b,c,d}
188
189 In particular, it's perfectly OK to quantify over more type variables
190 than strictly necessary; there is no need to quantify over 'b', since
191 it is determined by 'a' which is free in the envt, but it's perfectly
192 OK to do so.  However we must not quantify over 'a' itself.
193
194 Other things being equal, however, we'd like to quantify over as few
195 variables as possible: smaller types, fewer type applications, more
196 constraints can get into Ct instead of Cq.  Here's a good way to
197 choose Q:
198
199         Q = grow( fv(T), C ) \ oclose( fv(G), C )
200
201 That is, quantify over all variable that that MIGHT be fixed by the
202 call site (which influences T), but which aren't DEFINITELY fixed by
203 G.  This choice definitely quantifies over enough type variables,
204 albeit perhaps too many.
205
206 Why grow( fv(T), C ) rather than fv(T)?  Consider
207
208         class H x y | x->y where ...
209
210         T = c->c
211         C = (H c d)
212
213   If we used fv(T) = {c} we'd get the type
214
215         forall c. H c d => c -> b
216
217   And then if the fn was called at several different c's, each of
218   which fixed d differently, we'd get a unification error, because
219   d isn't quantified.  Solution: quantify d.  So we must quantify
220   everything that might be influenced by c.
221
222 Why not oclose( fv(T), C )?  Because we might not be able to see
223 all the functional dependencies yet:
224
225         class H x y | x->y where ...
226         instance H x y => Eq (T x y) where ...
227
228         T = c->c
229         C = (Eq (T c d))
230
231 Now oclose(fv(T),C) = {c}, because the functional dependency isn't
232 apparent yet, and that's wrong.  We must really quantify over d too.
233
234 There really isn't any point in quantifying over any more than
235 grow( fv(T), C ), because the call sites can't possibly influence
236 any other type variables.
237
238
239
240 -------------------------------------
241         Note [Ambiguity]
242 -------------------------------------
243
244 It's very hard to be certain when a type is ambiguous.  Consider
245
246         class K x
247         class H x y | x -> y
248         instance H x y => K (x,y)
249
250 Is this type ambiguous?
251         forall a b. (K (a,b), Eq b) => a -> a
252
253 Looks like it!  But if we simplify (K (a,b)) we get (H a b) and
254 now we see that a fixes b.  So we can't tell about ambiguity for sure
255 without doing a full simplification.  And even that isn't possible if
256 the context has some free vars that may get unified.  Urgle!
257
258 Here's another example: is this ambiguous?
259         forall a b. Eq (T b) => a -> a
260 Not if there's an insance decl (with no context)
261         instance Eq (T b) where ...
262
263 You may say of this example that we should use the instance decl right
264 away, but you can't always do that:
265
266         class J a b where ...
267         instance J Int b where ...
268
269         f :: forall a b. J a b => a -> a
270
271 (Notice: no functional dependency in J's class decl.)
272 Here f's type is perfectly fine, provided f is only called at Int.
273 It's premature to complain when meeting f's signature, or even
274 when inferring a type for f.
275
276
277
278 However, we don't *need* to report ambiguity right away.  It'll always
279 show up at the call site.... and eventually at main, which needs special
280 treatment.  Nevertheless, reporting ambiguity promptly is an excellent thing.
281
282 So here's the plan.  We WARN about probable ambiguity if
283
284         fv(Cq) is not a subset of  oclose(fv(T) union fv(G), C)
285
286 (all tested before quantification).
287 That is, all the type variables in Cq must be fixed by the the variables
288 in the environment, or by the variables in the type.
289
290 Notice that we union before calling oclose.  Here's an example:
291
292         class J a b c | a b -> c
293         fv(G) = {a}
294
295 Is this ambiguous?
296         forall b c. (J a b c) => b -> b
297
298 Only if we union {a} from G with {b} from T before using oclose,
299 do we see that c is fixed.
300
301 It's a bit vague exactly which C we should use for this oclose call.  If we
302 don't fix enough variables we might complain when we shouldn't (see
303 the above nasty example).  Nothing will be perfect.  That's why we can
304 only issue a warning.
305
306
307 Can we ever be *certain* about ambiguity?  Yes: if there's a constraint
308
309         c in C such that fv(c) intersect (fv(G) union fv(T)) = EMPTY
310
311 then c is a "bubble"; there's no way it can ever improve, and it's
312 certainly ambiguous.  UNLESS it is a constant (sigh).  And what about
313 the nasty example?
314
315         class K x
316         class H x y | x -> y
317         instance H x y => K (x,y)
318
319 Is this type ambiguous?
320         forall a b. (K (a,b), Eq b) => a -> a
321
322 Urk.  The (Eq b) looks "definitely ambiguous" but it isn't.  What we are after
323 is a "bubble" that's a set of constraints
324
325         Cq = Ca union Cq'  st  fv(Ca) intersect (fv(Cq') union fv(T) union fv(G)) = EMPTY
326
327 Hence another idea.  To decide Q start with fv(T) and grow it
328 by transitive closure in Cq (no functional dependencies involved).
329 Now partition Cq using Q, leaving the definitely-ambiguous and probably-ok.
330 The definitely-ambiguous can then float out, and get smashed at top level
331 (which squashes out the constants, like Eq (T a) above)
332
333
334         --------------------------------------
335                 Notes on principal types
336         --------------------------------------
337
338     class C a where
339       op :: a -> a
340
341     f x = let g y = op (y::Int) in True
342
343 Here the principal type of f is (forall a. a->a)
344 but we'll produce the non-principal type
345     f :: forall a. C Int => a -> a
346
347
348         --------------------------------------
349         The need for forall's in constraints
350         --------------------------------------
351
352 [Exchange on Haskell Cafe 5/6 Dec 2000]
353
354   class C t where op :: t -> Bool
355   instance C [t] where op x = True
356
357   p y = (let f :: c -> Bool; f x = op (y >> return x) in f, y ++ [])
358   q y = (y ++ [], let f :: c -> Bool; f x = op (y >> return x) in f)
359
360 The definitions of p and q differ only in the order of the components in
361 the pair on their right-hand sides.  And yet:
362
363   ghc and "Typing Haskell in Haskell" reject p, but accept q;
364   Hugs rejects q, but accepts p;
365   hbc rejects both p and q;
366   nhc98 ... (Malcolm, can you fill in the blank for us!).
367
368 The type signature for f forces context reduction to take place, and
369 the results of this depend on whether or not the type of y is known,
370 which in turn depends on which component of the pair the type checker
371 analyzes first.  
372
373 Solution: if y::m a, float out the constraints
374         Monad m, forall c. C (m c)
375 When m is later unified with [], we can solve both constraints.
376
377
378         --------------------------------------
379                 Notes on implicit parameters
380         --------------------------------------
381
382 Note [Inheriting implicit parameters]
383 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
384 Consider this:
385
386         f x = (x::Int) + ?y
387
388 where f is *not* a top-level binding.
389 From the RHS of f we'll get the constraint (?y::Int).
390 There are two types we might infer for f:
391
392         f :: Int -> Int
393
394 (so we get ?y from the context of f's definition), or
395
396         f :: (?y::Int) => Int -> Int
397
398 At first you might think the first was better, becuase then
399 ?y behaves like a free variable of the definition, rather than
400 having to be passed at each call site.  But of course, the WHOLE
401 IDEA is that ?y should be passed at each call site (that's what
402 dynamic binding means) so we'd better infer the second.
403
404 BOTTOM LINE: when *inferring types* you *must* quantify 
405 over implicit parameters. See the predicate isFreeWhenInferring.
406
407
408 Note [Implicit parameters and ambiguity] 
409 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
410 Only a *class* predicate can give rise to ambiguity
411 An *implicit parameter* cannot.  For example:
412         foo :: (?x :: [a]) => Int
413         foo = length ?x
414 is fine.  The call site will suppply a particular 'x'
415
416 Furthermore, the type variables fixed by an implicit parameter
417 propagate to the others.  E.g.
418         foo :: (Show a, ?x::[a]) => Int
419         foo = show (?x++?x)
420 The type of foo looks ambiguous.  But it isn't, because at a call site
421 we might have
422         let ?x = 5::Int in foo
423 and all is well.  In effect, implicit parameters are, well, parameters,
424 so we can take their type variables into account as part of the
425 "tau-tvs" stuff.  This is done in the function 'FunDeps.grow'.
426
427
428 Question 2: type signatures
429 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
430 BUT WATCH OUT: When you supply a type signature, we can't force you
431 to quantify over implicit parameters.  For example:
432
433         (?x + 1) :: Int
434
435 This is perfectly reasonable.  We do not want to insist on
436
437         (?x + 1) :: (?x::Int => Int)
438
439 That would be silly.  Here, the definition site *is* the occurrence site,
440 so the above strictures don't apply.  Hence the difference between
441 tcSimplifyCheck (which *does* allow implicit paramters to be inherited)
442 and tcSimplifyCheckBind (which does not).
443
444 What about when you supply a type signature for a binding?
445 Is it legal to give the following explicit, user type 
446 signature to f, thus:
447
448         f :: Int -> Int
449         f x = (x::Int) + ?y
450
451 At first sight this seems reasonable, but it has the nasty property
452 that adding a type signature changes the dynamic semantics.
453 Consider this:
454
455         (let f x = (x::Int) + ?y
456          in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
457
458                 returns (3+6, 3+5)
459 vs
460         (let f :: Int -> Int
461              f x = x + ?y
462          in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
463
464                 returns (3+6, 3+6)
465
466 Indeed, simply inlining f (at the Haskell source level) would change the
467 dynamic semantics.
468
469 Nevertheless, as Launchbury says (email Oct 01) we can't really give the
470 semantics for a Haskell program without knowing its typing, so if you 
471 change the typing you may change the semantics.
472
473 To make things consistent in all cases where we are *checking* against
474 a supplied signature (as opposed to inferring a type), we adopt the
475 rule: 
476
477         a signature does not need to quantify over implicit params.
478
479 [This represents a (rather marginal) change of policy since GHC 5.02,
480 which *required* an explicit signature to quantify over all implicit
481 params for the reasons mentioned above.]
482
483 But that raises a new question.  Consider 
484
485         Given (signature)       ?x::Int
486         Wanted (inferred)       ?x::Int, ?y::Bool
487
488 Clearly we want to discharge the ?x and float the ?y out.  But
489 what is the criterion that distinguishes them?  Clearly it isn't
490 what free type variables they have.  The Right Thing seems to be
491 to float a constraint that
492         neither mentions any of the quantified type variables
493         nor any of the quantified implicit parameters
494
495 See the predicate isFreeWhenChecking.
496
497
498 Question 3: monomorphism
499 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
500 There's a nasty corner case when the monomorphism restriction bites:
501
502         z = (x::Int) + ?y
503
504 The argument above suggests that we *must* generalise
505 over the ?y parameter, to get
506         z :: (?y::Int) => Int,
507 but the monomorphism restriction says that we *must not*, giving
508         z :: Int.
509 Why does the momomorphism restriction say this?  Because if you have
510
511         let z = x + ?y in z+z
512
513 you might not expect the addition to be done twice --- but it will if
514 we follow the argument of Question 2 and generalise over ?y.
515
516
517 Question 4: top level
518 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
519 At the top level, monomorhism makes no sense at all.
520
521     module Main where
522         main = let ?x = 5 in print foo
523
524         foo = woggle 3
525
526         woggle :: (?x :: Int) => Int -> Int
527         woggle y = ?x + y
528
529 We definitely don't want (foo :: Int) with a top-level implicit parameter
530 (?x::Int) becuase there is no way to bind it.  
531
532
533 Possible choices
534 ~~~~~~~~~~~~~~~~
535 (A) Always generalise over implicit parameters
536     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
537         be generalised
538
539     Consequences:
540         * Inlining remains valid
541         * No unexpected loss of sharing
542         * But simple bindings like
543                 z = ?y + 1
544           will be rejected, unless you add an explicit type signature
545           (to avoid the monomorphism restriction)
546                 z :: (?y::Int) => Int
547                 z = ?y + 1
548           This seems unacceptable
549
550 (B) Monomorphism restriction "wins"
551     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
552         be generalised
553     Always generalise over implicit parameters *except* for bindings
554         that fall under the monomorphism restriction
555
556     Consequences
557         * Inlining isn't valid in general
558         * No unexpected loss of sharing
559         * Simple bindings like
560                 z = ?y + 1
561           accepted (get value of ?y from binding site)
562
563 (C) Always generalise over implicit parameters
564     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
565         be generalised, EXCEPT for implicit parameters
566     Consequences
567         * Inlining remains valid
568         * Unexpected loss of sharing (from the extra generalisation)
569         * Simple bindings like
570                 z = ?y + 1
571           accepted (get value of ?y from occurrence sites)
572
573
574 Discussion
575 ~~~~~~~~~~
576 None of these choices seems very satisfactory.  But at least we should
577 decide which we want to do.
578
579 It's really not clear what is the Right Thing To Do.  If you see
580
581         z = (x::Int) + ?y
582
583 would you expect the value of ?y to be got from the *occurrence sites*
584 of 'z', or from the valuue of ?y at the *definition* of 'z'?  In the
585 case of function definitions, the answer is clearly the former, but
586 less so in the case of non-fucntion definitions.   On the other hand,
587 if we say that we get the value of ?y from the definition site of 'z',
588 then inlining 'z' might change the semantics of the program.
589
590 Choice (C) really says "the monomorphism restriction doesn't apply
591 to implicit parameters".  Which is fine, but remember that every
592 innocent binding 'x = ...' that mentions an implicit parameter in
593 the RHS becomes a *function* of that parameter, called at each
594 use of 'x'.  Now, the chances are that there are no intervening 'with'
595 clauses that bind ?y, so a decent compiler should common up all
596 those function calls.  So I think I strongly favour (C).  Indeed,
597 one could make a similar argument for abolishing the monomorphism
598 restriction altogether.
599
600 BOTTOM LINE: we choose (B) at present.  See tcSimplifyRestricted
601
602
603
604 %************************************************************************
605 %*                                                                      *
606 \subsection{tcSimplifyInfer}
607 %*                                                                      *
608 %************************************************************************
609
610 tcSimplify is called when we *inferring* a type.  Here's the overall game plan:
611
612     1. Compute Q = grow( fvs(T), C )
613
614     2. Partition C based on Q into Ct and Cq.  Notice that ambiguous
615        predicates will end up in Ct; we deal with them at the top level
616
617     3. Try improvement, using functional dependencies
618
619     4. If Step 3 did any unification, repeat from step 1
620        (Unification can change the result of 'grow'.)
621
622 Note: we don't reduce dictionaries in step 2.  For example, if we have
623 Eq (a,b), we don't simplify to (Eq a, Eq b).  So Q won't be different
624 after step 2.  However note that we may therefore quantify over more
625 type variables than we absolutely have to.
626
627 For the guts, we need a loop, that alternates context reduction and
628 improvement with unification.  E.g. Suppose we have
629
630         class C x y | x->y where ...
631
632 and tcSimplify is called with:
633         (C Int a, C Int b)
634 Then improvement unifies a with b, giving
635         (C Int a, C Int a)
636
637 If we need to unify anything, we rattle round the whole thing all over
638 again.
639
640
641 \begin{code}
642 tcSimplifyInfer
643         :: SDoc
644         -> TcTyVarSet           -- fv(T); type vars
645         -> [Inst]               -- Wanted
646         -> TcM ([TcTyVar],      -- Tyvars to quantify (zonked and quantified)
647                 [Inst],         -- Dict Ids that must be bound here (zonked)
648                 TcDictBinds)    -- Bindings
649         -- Any free (escaping) Insts are tossed into the environment
650 \end{code}
651
652
653 \begin{code}
654 tcSimplifyInfer doc tau_tvs wanted
655   = do  { tau_tvs1 <- zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs)
656         ; wanted'  <- mapM zonkInst wanted      -- Zonk before deciding quantified tyvars
657         ; gbl_tvs  <- tcGetGlobalTyVars
658         ; let preds1   = fdPredsOfInsts wanted'
659               gbl_tvs1 = oclose preds1 gbl_tvs
660               qtvs     = grow preds1 tau_tvs1 `minusVarSet` gbl_tvs1
661                         -- See Note [Choosing which variables to quantify]
662
663                 -- To maximise sharing, remove from consideration any 
664                 -- constraints that don't mention qtvs at all
665         ; let (free, bound) = partition (isFreeWhenInferring qtvs) wanted'
666         ; extendLIEs free
667
668                 -- To make types simple, reduce as much as possible
669         ; traceTc (text "infer" <+> (ppr preds1 $$ ppr (grow preds1 tau_tvs1) $$ ppr gbl_tvs $$ 
670                    ppr gbl_tvs1 $$ ppr free $$ ppr bound))
671         ; (irreds1, binds1) <- tryHardCheckLoop doc bound
672
673                 -- Note [Inference and implication constraints]
674         ; let want_dict d = tyVarsOfInst d `intersectsVarSet` qtvs
675         ; (irreds2, binds2) <- approximateImplications doc want_dict irreds1
676
677                 -- Now work out all over again which type variables to quantify,
678                 -- exactly in the same way as before, but starting from irreds2.  Why?
679                 -- a) By now improvment may have taken place, and we must *not*
680                 --    quantify over any variable free in the environment
681                 --    tc137 (function h inside g) is an example
682                 --
683                 -- b) Do not quantify over constraints that *now* do not
684                 --    mention quantified type variables, because they are
685                 --    simply ambiguous (or might be bound further out).  Example:
686                 --      f :: Eq b => a -> (a, b)
687                 --      g x = fst (f x)
688                 --    From the RHS of g we get the MethodInst f77 :: alpha -> (alpha, beta)
689                 --    We decide to quantify over 'alpha' alone, but free1 does not include f77
690                 --    because f77 mentions 'alpha'.  Then reducing leaves only the (ambiguous)
691                 --    constraint (Eq beta), which we dump back into the free set
692                 --    See test tcfail181
693                 --
694                 -- c) irreds may contain type variables not previously mentioned,
695                 --    e.g.  instance D a x => Foo [a] 
696                 --          wanteds = Foo [a]
697                 --       Then after simplifying we'll get (D a x), and x is fresh
698                 --       We must quantify over x else it'll be totally unbound
699         ; tau_tvs2 <- zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs1)
700         ; gbl_tvs2 <- zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems gbl_tvs1)
701                 -- Note that we start from gbl_tvs1
702                 -- We use tcGetGlobalTyVars, then oclose wrt preds2, because
703                 -- we've already put some of the original preds1 into frees
704                 -- E.g.         wanteds = C a b   (where a->b)
705                 --              gbl_tvs = {a}
706                 --              tau_tvs = {b}
707                 -- Then b is fixed by gbl_tvs, so (C a b) will be in free, and
708                 -- irreds2 will be empty.  But we don't want to generalise over b!
709         ; let preds2 = fdPredsOfInsts irreds2   -- irreds2 is zonked
710               qtvs   = grow preds2 tau_tvs2 `minusVarSet` oclose preds2 gbl_tvs2
711         ; let (free, irreds3) = partition (isFreeWhenInferring qtvs) irreds2
712         ; extendLIEs free
713
714                 -- Turn the quantified meta-type variables into real type variables
715         ; qtvs2 <- zonkQuantifiedTyVars (varSetElems qtvs)
716
717                 -- We can't abstract over any remaining unsolved 
718                 -- implications so instead just float them outwards. Ugh.
719         ; let (q_dicts0, implics) = partition isAbstractableInst irreds3
720         ; loc <- getInstLoc (ImplicOrigin doc)
721         ; implic_bind <- bindIrreds loc qtvs2 q_dicts0 implics
722
723                 -- Prepare equality instances for quantification
724         ; let (q_eqs0,q_dicts) = partition isEqInst q_dicts0
725         ; q_eqs <- mapM finalizeEqInst q_eqs0
726
727         ; return (qtvs2, q_eqs ++ q_dicts, binds1 `unionBags` binds2 `unionBags` implic_bind) }
728         -- NB: when we are done, we might have some bindings, but
729         -- the final qtvs might be empty.  See Note [NO TYVARS] below.
730
731 approximateImplications :: SDoc -> (Inst -> Bool) -> [Inst] -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
732 -- Note [Inference and implication constraints]
733 -- Given a bunch of Dict and ImplicInsts, try to approximate the implications by
734 --      - fetching any dicts inside them that are free
735 --      - using those dicts as cruder constraints, to solve the implications
736 --      - returning the extra ones too
737
738 approximateImplications doc want_dict irreds
739   | null extra_dicts 
740   = return (irreds, emptyBag)
741   | otherwise
742   = do  { extra_dicts' <- mapM cloneDict extra_dicts
743         ; tryHardCheckLoop doc (extra_dicts' ++ irreds) }
744                 -- By adding extra_dicts', we make them 
745                 -- available to solve the implication constraints
746   where 
747     extra_dicts = get_dicts (filter isImplicInst irreds)
748
749     get_dicts :: [Inst] -> [Inst]       -- Returns only Dicts
750         -- Find the wanted constraints in implication constraints that satisfy
751         -- want_dict, and are not bound by forall's in the constraint itself
752     get_dicts ds = concatMap get_dict ds
753
754     get_dict d@(Dict {}) | want_dict d = [d]
755                          | otherwise   = []
756     get_dict (ImplicInst {tci_tyvars = tvs, tci_wanted = wanteds})
757         = [ d | let tv_set = mkVarSet tvs
758               , d <- get_dicts wanteds 
759               , not (tyVarsOfInst d `intersectsVarSet` tv_set)]
760     get_dict i@(EqInst {}) | want_dict i = [i]
761                            | otherwise   = [] 
762     get_dict other = pprPanic "approximateImplications" (ppr other)
763 \end{code}
764
765 Note [Inference and implication constraints]
766 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 
767 Suppose we have a wanted implication constraint (perhaps arising from
768 a nested pattern match) like
769         C a => D [a]
770 and we are now trying to quantify over 'a' when inferring the type for
771 a function.  In principle it's possible that there might be an instance
772         instance (C a, E a) => D [a]
773 so the context (E a) would suffice.  The Right Thing is to abstract over
774 the implication constraint, but we don't do that (a) because it'll be
775 surprising to programmers and (b) because we don't have the machinery to deal
776 with 'given' implications.
777
778 So our best approximation is to make (D [a]) part of the inferred
779 context, so we can use that to discharge the implication. Hence
780 the strange function get_dicts in approximateImplications.
781
782 The common cases are more clear-cut, when we have things like
783         forall a. C a => C b
784 Here, abstracting over (C b) is not an approximation at all -- but see
785 Note [Freeness and implications].
786  
787 See Trac #1430 and test tc228.
788
789
790 \begin{code}
791 -----------------------------------------------------------
792 -- tcSimplifyInferCheck is used when we know the constraints we are to simplify
793 -- against, but we don't know the type variables over which we are going to quantify.
794 -- This happens when we have a type signature for a mutually recursive group
795 tcSimplifyInferCheck
796          :: InstLoc
797          -> TcTyVarSet          -- fv(T)
798          -> [Inst]              -- Given
799          -> [Inst]              -- Wanted
800          -> TcM ([TyVar],       -- Fully zonked, and quantified
801                  TcDictBinds)   -- Bindings
802
803 tcSimplifyInferCheck loc tau_tvs givens wanteds
804   = do  { traceTc (text "tcSimplifyInferCheck <-" <+> ppr wanteds)
805         ; (irreds, binds) <- gentleCheckLoop loc givens wanteds
806
807         -- Figure out which type variables to quantify over
808         -- You might think it should just be the signature tyvars,
809         -- but in bizarre cases you can get extra ones
810         --      f :: forall a. Num a => a -> a
811         --      f x = fst (g (x, head [])) + 1
812         --      g a b = (b,a)
813         -- Here we infer g :: forall a b. a -> b -> (b,a)
814         -- We don't want g to be monomorphic in b just because
815         -- f isn't quantified over b.
816         ; let all_tvs = varSetElems (tau_tvs `unionVarSet` tyVarsOfInsts givens)
817         ; all_tvs <- zonkTcTyVarsAndFV all_tvs
818         ; gbl_tvs <- tcGetGlobalTyVars
819         ; let qtvs = varSetElems (all_tvs `minusVarSet` gbl_tvs)
820                 -- We could close gbl_tvs, but its not necessary for
821                 -- soundness, and it'll only affect which tyvars, not which
822                 -- dictionaries, we quantify over
823
824         ; qtvs' <- zonkQuantifiedTyVars qtvs
825
826                 -- Now we are back to normal (c.f. tcSimplCheck)
827         ; implic_bind <- bindIrreds loc qtvs' givens irreds
828
829         ; traceTc (text "tcSimplifyInferCheck ->" <+> ppr (implic_bind))
830         ; return (qtvs', binds `unionBags` implic_bind) }
831 \end{code}
832
833 Note [Squashing methods]
834 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
835 Be careful if you want to float methods more:
836         truncate :: forall a. RealFrac a => forall b. Integral b => a -> b
837 From an application (truncate f i) we get
838         t1 = truncate at f
839         t2 = t1 at i
840 If we have also have a second occurrence of truncate, we get
841         t3 = truncate at f
842         t4 = t3 at i
843 When simplifying with i,f free, we might still notice that
844 t1=t3; but alas, the binding for t2 (which mentions t1)
845 may continue to float out!
846
847
848 Note [NO TYVARS]
849 ~~~~~~~~~~~~~~~~~
850         class Y a b | a -> b where
851             y :: a -> X b
852         
853         instance Y [[a]] a where
854             y ((x:_):_) = X x
855         
856         k :: X a -> X a -> X a
857
858         g :: Num a => [X a] -> [X a]
859         g xs = h xs
860             where
861             h ys = ys ++ map (k (y [[0]])) xs
862
863 The excitement comes when simplifying the bindings for h.  Initially
864 try to simplify {y @ [[t1]] t2, 0 @ t1}, with initial qtvs = {t2}.
865 From this we get t1:=:t2, but also various bindings.  We can't forget
866 the bindings (because of [LOOP]), but in fact t1 is what g is
867 polymorphic in.  
868
869 The net effect of [NO TYVARS] 
870
871 \begin{code}
872 isFreeWhenInferring :: TyVarSet -> Inst -> Bool
873 isFreeWhenInferring qtvs inst
874   =  isFreeWrtTyVars qtvs inst  -- Constrains no quantified vars
875   && isInheritableInst inst     -- and no implicit parameter involved
876                                 --   see Note [Inheriting implicit parameters]
877
878 {-      No longer used (with implication constraints)
879 isFreeWhenChecking :: TyVarSet  -- Quantified tyvars
880                    -> NameSet   -- Quantified implicit parameters
881                    -> Inst -> Bool
882 isFreeWhenChecking qtvs ips inst
883   =  isFreeWrtTyVars qtvs inst
884   && isFreeWrtIPs    ips inst
885 -}
886
887 isFreeWrtTyVars :: VarSet -> Inst -> Bool
888 isFreeWrtTyVars qtvs inst = tyVarsOfInst inst `disjointVarSet` qtvs
889 isFreeWrtIPs :: NameSet -> Inst -> Bool
890 isFreeWrtIPs     ips inst = not (any (`elemNameSet` ips) (ipNamesOfInst inst))
891 \end{code}
892
893
894 %************************************************************************
895 %*                                                                      *
896 \subsection{tcSimplifyCheck}
897 %*                                                                      *
898 %************************************************************************
899
900 @tcSimplifyCheck@ is used when we know exactly the set of variables
901 we are going to quantify over.  For example, a class or instance declaration.
902
903 \begin{code}
904 -----------------------------------------------------------
905 -- tcSimplifyCheck is used when checking expression type signatures,
906 -- class decls, instance decls etc.
907 tcSimplifyCheck :: InstLoc
908                 -> [TcTyVar]            -- Quantify over these
909                 -> [Inst]               -- Given
910                 -> [Inst]               -- Wanted
911                 -> TcM TcDictBinds      -- Bindings
912 tcSimplifyCheck loc qtvs givens wanteds 
913   = ASSERT( all isTcTyVar qtvs && all isSkolemTyVar qtvs )
914     do  { traceTc (text "tcSimplifyCheck")
915         ; (irreds, binds) <- gentleCheckLoop loc givens wanteds
916         ; implic_bind <- bindIrreds loc qtvs givens irreds
917         ; return (binds `unionBags` implic_bind) }
918
919 -----------------------------------------------------------
920 -- tcSimplifyCheckPat is used for existential pattern match
921 tcSimplifyCheckPat :: InstLoc
922                    -> [TcTyVar]         -- Quantify over these
923                    -> [Inst]            -- Given
924                    -> [Inst]            -- Wanted
925                    -> TcM TcDictBinds   -- Bindings
926 tcSimplifyCheckPat loc qtvs givens wanteds
927   = ASSERT( all isTcTyVar qtvs && all isSkolemTyVar qtvs )
928     do  { traceTc (text "tcSimplifyCheckPat")
929         ; (irreds, binds) <- gentleCheckLoop loc givens wanteds
930         ; implic_bind <- bindIrredsR loc qtvs givens irreds
931         ; return (binds `unionBags` implic_bind) }
932
933 -----------------------------------------------------------
934 bindIrreds :: InstLoc -> [TcTyVar]
935            -> [Inst] -> [Inst]
936            -> TcM TcDictBinds
937 bindIrreds loc qtvs givens irreds 
938   = bindIrredsR loc qtvs givens irreds
939
940 bindIrredsR :: InstLoc -> [TcTyVar] -> [Inst] -> [Inst] -> TcM TcDictBinds      
941 -- Make a binding that binds 'irreds', by generating an implication
942 -- constraint for them, *and* throwing the constraint into the LIE
943 bindIrredsR loc qtvs givens irreds
944   | null irreds
945   = return emptyBag
946   | otherwise
947   = do  { let givens' = filter isAbstractableInst givens
948                 -- The givens can (redundantly) include methods
949                 -- We want to retain both EqInsts and Dicts
950                 -- There should be no implicadtion constraints
951                 -- See Note [Pruning the givens in an implication constraint]
952
953            -- If there are no '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'
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         ; (implics, bind) <- makeImplicationBind loc qtvs givens' irreds'
965                         -- This call does the real work
966                         -- If irreds' is empty, it does something sensible
967         ; extendLIEs implics
968         ; return bind } 
969
970
971 makeImplicationBind :: InstLoc -> [TcTyVar]
972                     -> [Inst] -> [Inst]
973                     -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
974 -- Make a binding that binds 'irreds', by generating an implication
975 -- constraint for them, *and* throwing the constraint into the LIE
976 -- The binding looks like
977 --      (ir1, .., irn) = f qtvs givens
978 -- where f is (evidence for) the new implication constraint
979 --      f :: forall qtvs. {reft} givens => (ir1, .., irn)
980 -- qtvs includes coercion variables
981 --
982 -- This binding must line up the 'rhs' in reduceImplication
983 makeImplicationBind loc all_tvs
984                     givens      -- Guaranteed all Dicts
985                                 -- or EqInsts
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 = mkTyVarTys (varSetElems $ tyVarsOfTypes $ map eqInstType eq_givens)
994                 -- Urgh! See line 2187 or thereabouts.  I believe that all these
995                 -- 'givens' must be a simple CoVar.  This MUST be cleaned up.
996
997         ; let name = mkInternalName uniq (mkVarOcc "ic") span
998               implic_inst = ImplicInst { tci_name = name,
999                                          tci_tyvars = all_tvs, 
1000                                          tci_given = (eq_givens ++ dict_givens),
1001                                          tci_wanted = irreds, tci_loc = loc }
1002         ; let   -- only create binder for dict_irreds
1003               (_, dict_irreds) = partition isEqInst irreds
1004               dict_irred_ids = map instToId dict_irreds
1005               lpat = mkBigLHsPatTup (map (L span . VarPat) dict_irred_ids)
1006               rhs = L span (mkHsWrap co (HsVar (instToId implic_inst)))
1007               co  = mkWpApps (map instToId dict_givens)
1008                     <.> mkWpTyApps eq_tyvar_cos
1009                     <.> mkWpTyApps (mkTyVarTys all_tvs)
1010               bind | [dict_irred_id] <- dict_irred_ids  = VarBind dict_irred_id rhs
1011                    | otherwise        = PatBind { pat_lhs = lpat, 
1012                                                   pat_rhs = unguardedGRHSs rhs, 
1013                                                   pat_rhs_ty = hsLPatType lpat,
1014                                                   bind_fvs = placeHolderNames }
1015         ; traceTc $ text "makeImplicationBind" <+> ppr implic_inst
1016         ; return ([implic_inst], unitBag (L span bind)) 
1017         }
1018
1019 -----------------------------------------------------------
1020 tryHardCheckLoop :: SDoc
1021              -> [Inst]                  -- Wanted
1022              -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
1023
1024 tryHardCheckLoop doc wanteds
1025   = do { (irreds,binds) <- checkLoop (mkRedEnv doc try_me []) wanteds
1026        ; return (irreds,binds)
1027        }
1028   where
1029     try_me _ = ReduceMe AddSCs
1030         -- Here's the try-hard bit
1031
1032 -----------------------------------------------------------
1033 gentleCheckLoop :: InstLoc
1034                -> [Inst]                -- Given
1035                -> [Inst]                -- Wanted
1036                -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
1037
1038 gentleCheckLoop inst_loc givens wanteds
1039   = do { (irreds,binds) <- checkLoop env wanteds
1040        ; return (irreds,binds)
1041        }
1042   where
1043     env = mkRedEnv (pprInstLoc inst_loc) try_me givens
1044
1045     try_me inst | isMethodOrLit inst = ReduceMe AddSCs
1046                 | otherwise          = Stop
1047         -- When checking against a given signature 
1048         -- we MUST be very gentle: Note [Check gently]
1049
1050 gentleInferLoop :: SDoc -> [Inst]
1051                 -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
1052 gentleInferLoop doc wanteds
1053   = do  { (irreds, binds) <- checkLoop env wanteds
1054         ; return (irreds, binds) }
1055   where
1056     env = mkRedEnv doc try_me []
1057     try_me inst | isMethodOrLit inst = ReduceMe AddSCs
1058                 | otherwise          = Stop
1059 \end{code}
1060
1061 Note [Check gently]
1062 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1063 We have to very careful about not simplifying too vigorously
1064 Example:  
1065   data T a where
1066     MkT :: a -> T [a]
1067
1068   f :: Show b => T b -> b
1069   f (MkT x) = show [x]
1070
1071 Inside the pattern match, which binds (a:*, x:a), we know that
1072         b ~ [a]
1073 Hence we have a dictionary for Show [a] available; and indeed we 
1074 need it.  We are going to build an implication contraint
1075         forall a. (b~[a]) => Show [a]
1076 Later, we will solve this constraint using the knowledge (Show b)
1077         
1078 But we MUST NOT reduce (Show [a]) to (Show a), else the whole
1079 thing becomes insoluble.  So we simplify gently (get rid of literals
1080 and methods only, plus common up equal things), deferring the real
1081 work until top level, when we solve the implication constraint
1082 with tryHardCheckLooop.
1083
1084
1085 \begin{code}
1086 -----------------------------------------------------------
1087 checkLoop :: RedEnv
1088           -> [Inst]                     -- Wanted
1089           -> TcM ([Inst], TcDictBinds) 
1090 -- Precondition: givens are completely rigid
1091 -- Postcondition: returned Insts are zonked
1092
1093 checkLoop env wanteds
1094   = go env wanteds (return ())
1095   where go env wanteds elim_skolems
1096           = do  {  -- We do need to zonk the givens; cf Note [Zonking RedEnv]
1097                 ; env'     <- zonkRedEnv env
1098                 ; wanteds' <- zonkInsts  wanteds
1099         
1100                 ; (improved, binds, irreds, elim_more_skolems)
1101                     <- reduceContext env' wanteds'
1102                 ; let elim_skolems' = elim_skolems >> elim_more_skolems
1103
1104                 ; if not improved then
1105                     elim_skolems' >> return (irreds, binds)
1106                   else do
1107         
1108                 -- If improvement did some unification, we go round again.
1109                 -- We start again with irreds, not wanteds
1110                 -- Using an instance decl might have introduced a fresh type
1111                 -- variable which might have been unified, so we'd get an 
1112                 -- infinite loop if we started again with wanteds!  
1113                 -- See Note [LOOP]
1114                 { (irreds1, binds1) <- go env' irreds elim_skolems'
1115                 ; return (irreds1, binds `unionBags` binds1) } }
1116 \end{code}
1117
1118 Note [Zonking RedEnv]
1119 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1120 It might appear as if the givens in RedEnv are always rigid, but that is not
1121 necessarily the case for programs involving higher-rank types that have class
1122 contexts constraining the higher-rank variables.  An example from tc237 in the
1123 testsuite is
1124
1125   class Modular s a | s -> a
1126
1127   wim ::  forall a w. Integral a 
1128                         => a -> (forall s. Modular s a => M s w) -> w
1129   wim i k = error "urk"
1130
1131   test5  ::  (Modular s a, Integral a) => M s a
1132   test5  =   error "urk"
1133
1134   test4   =   wim 4 test4'
1135
1136 Notice how the variable 'a' of (Modular s a) in the rank-2 type of wim is
1137 quantified further outside.  When type checking test4, we have to check
1138 whether the signature of test5 is an instance of 
1139
1140   (forall s. Modular s a => M s w)
1141
1142 Consequently, we will get (Modular s t_a), where t_a is a TauTv into the
1143 givens. 
1144
1145 Given the FD of Modular in this example, class improvement will instantiate
1146 t_a to 'a', where 'a' is the skolem from test5's signatures (due to the
1147 Modular s a predicate in that signature).  If we don't zonk (Modular s t_a) in
1148 the givens, we will get into a loop as improveOne uses the unification engine
1149 Unify.tcUnifyTys, which doesn't know about mutable type variables.
1150
1151
1152 Note [LOOP]
1153 ~~~~~~~~~~~
1154         class If b t e r | b t e -> r
1155         instance If T t e t
1156         instance If F t e e
1157         class Lte a b c | a b -> c where lte :: a -> b -> c
1158         instance Lte Z b T
1159         instance (Lte a b l,If l b a c) => Max a b c
1160
1161 Wanted: Max Z (S x) y
1162
1163 Then we'll reduce using the Max instance to:
1164         (Lte Z (S x) l, If l (S x) Z y)
1165 and improve by binding l->T, after which we can do some reduction
1166 on both the Lte and If constraints.  What we *can't* do is start again
1167 with (Max Z (S x) y)!
1168
1169
1170
1171 %************************************************************************
1172 %*                                                                      *
1173                 tcSimplifySuperClasses
1174 %*                                                                      *
1175 %************************************************************************
1176
1177 Note [SUPERCLASS-LOOP 1]
1178 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1179 We have to be very, very careful when generating superclasses, lest we
1180 accidentally build a loop. Here's an example:
1181
1182   class S a
1183
1184   class S a => C a where { opc :: a -> a }
1185   class S b => D b where { opd :: b -> b }
1186   
1187   instance C Int where
1188      opc = opd
1189   
1190   instance D Int where
1191      opd = opc
1192
1193 From (instance C Int) we get the constraint set {ds1:S Int, dd:D Int}
1194 Simplifying, we may well get:
1195         $dfCInt = :C ds1 (opd dd)
1196         dd  = $dfDInt
1197         ds1 = $p1 dd
1198 Notice that we spot that we can extract ds1 from dd.  
1199
1200 Alas!  Alack! We can do the same for (instance D Int):
1201
1202         $dfDInt = :D ds2 (opc dc)
1203         dc  = $dfCInt
1204         ds2 = $p1 dc
1205
1206 And now we've defined the superclass in terms of itself.
1207
1208 Solution: never generate a superclass selectors at all when
1209 satisfying the superclass context of an instance declaration.
1210
1211 Two more nasty cases are in
1212         tcrun021
1213         tcrun033
1214
1215 \begin{code}
1216 tcSimplifySuperClasses 
1217         :: InstLoc 
1218         -> [Inst]       -- Given 
1219         -> [Inst]       -- Wanted
1220         -> TcM TcDictBinds
1221 tcSimplifySuperClasses loc givens sc_wanteds
1222   = do  { traceTc (text "tcSimplifySuperClasses")
1223         ; (irreds,binds1) <- checkLoop env sc_wanteds
1224         ; let (tidy_env, tidy_irreds) = tidyInsts irreds
1225         ; reportNoInstances tidy_env (Just (loc, givens)) tidy_irreds
1226         ; return binds1 }
1227   where
1228     env = mkRedEnv (pprInstLoc loc) try_me givens
1229     try_me _ = ReduceMe NoSCs
1230         -- Like tryHardCheckLoop, but with NoSCs
1231 \end{code}
1232
1233
1234 %************************************************************************
1235 %*                                                                      *
1236 \subsection{tcSimplifyRestricted}
1237 %*                                                                      *
1238 %************************************************************************
1239
1240 tcSimplifyRestricted infers which type variables to quantify for a 
1241 group of restricted bindings.  This isn't trivial.
1242
1243 Eg1:    id = \x -> x
1244         We want to quantify over a to get id :: forall a. a->a
1245         
1246 Eg2:    eq = (==)
1247         We do not want to quantify over a, because there's an Eq a 
1248         constraint, so we get eq :: a->a->Bool  (notice no forall)
1249
1250 So, assume:
1251         RHS has type 'tau', whose free tyvars are tau_tvs
1252         RHS has constraints 'wanteds'
1253
1254 Plan A (simple)
1255   Quantify over (tau_tvs \ ftvs(wanteds))
1256   This is bad. The constraints may contain (Monad (ST s))
1257   where we have         instance Monad (ST s) where...
1258   so there's no need to be monomorphic in s!
1259
1260   Also the constraint might be a method constraint,
1261   whose type mentions a perfectly innocent tyvar:
1262           op :: Num a => a -> b -> a
1263   Here, b is unconstrained.  A good example would be
1264         foo = op (3::Int)
1265   We want to infer the polymorphic type
1266         foo :: forall b. b -> b
1267
1268
1269 Plan B (cunning, used for a long time up to and including GHC 6.2)
1270   Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
1271   with Plan A's problem).  Then set
1272         qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
1273
1274   Step 2: Now simplify again, treating the constraint as 'free' if 
1275   it does not mention qtvs, and trying to reduce it otherwise.
1276   The reasons for this is to maximise sharing.
1277
1278   This fails for a very subtle reason.  Suppose that in the Step 2
1279   a constraint (Foo (Succ Zero) (Succ Zero) b) gets thrown upstairs as 'free'.
1280   In the Step 1 this constraint might have been simplified, perhaps to
1281   (Foo Zero Zero b), AND THEN THAT MIGHT BE IMPROVED, to bind 'b' to 'T'.
1282   This won't happen in Step 2... but that in turn might prevent some other
1283   constraint (Baz [a] b) being simplified (e.g. via instance Baz [a] T where {..}) 
1284   and that in turn breaks the invariant that no constraints are quantified over.
1285
1286   Test typecheck/should_compile/tc177 (which failed in GHC 6.2) demonstrates
1287   the problem.
1288
1289
1290 Plan C (brutal)
1291   Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
1292   with Plan A's problem).  Then set
1293         qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
1294   Return the bindings from Step 1.
1295   
1296
1297 A note about Plan C (arising from "bug" reported by George Russel March 2004)
1298 Consider this:
1299
1300       instance (HasBinary ty IO) => HasCodedValue ty
1301
1302       foo :: HasCodedValue a => String -> IO a
1303
1304       doDecodeIO :: HasCodedValue a => () -> () -> IO a
1305       doDecodeIO codedValue view  
1306         = let { act = foo "foo" } in  act
1307
1308 You might think this should work becuase the call to foo gives rise to a constraint
1309 (HasCodedValue t), which can be satisfied by the type sig for doDecodeIO.  But the
1310 restricted binding act = ... calls tcSimplifyRestricted, and PlanC simplifies the
1311 constraint using the (rather bogus) instance declaration, and now we are stuffed.
1312
1313 I claim this is not really a bug -- but it bit Sergey as well as George.  So here's
1314 plan D
1315
1316
1317 Plan D (a variant of plan B)
1318   Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
1319   with Plan A's problem), BUT DO NO IMPROVEMENT.  Then set
1320         qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
1321
1322   Step 2: Now simplify again, treating the constraint as 'free' if 
1323   it does not mention qtvs, and trying to reduce it otherwise.
1324
1325   The point here is that it's generally OK to have too few qtvs; that is,
1326   to make the thing more monomorphic than it could be.  We don't want to
1327   do that in the common cases, but in wierd cases it's ok: the programmer
1328   can always add a signature.  
1329
1330   Too few qtvs => too many wanteds, which is what happens if you do less
1331   improvement.
1332
1333
1334 \begin{code}
1335 tcSimplifyRestricted    -- Used for restricted binding groups
1336                         -- i.e. ones subject to the monomorphism restriction
1337         :: SDoc
1338         -> TopLevelFlag
1339         -> [Name]               -- Things bound in this group
1340         -> TcTyVarSet           -- Free in the type of the RHSs
1341         -> [Inst]               -- Free in the RHSs
1342         -> TcM ([TyVar],        -- Tyvars to quantify (zonked and quantified)
1343                 TcDictBinds)    -- Bindings
1344         -- tcSimpifyRestricted returns no constraints to
1345         -- quantify over; by definition there are none.
1346         -- They are all thrown back in the LIE
1347
1348 tcSimplifyRestricted doc top_lvl bndrs tau_tvs wanteds
1349         -- Zonk everything in sight
1350   = do  { traceTc (text "tcSimplifyRestricted")
1351         ; wanteds' <- zonkInsts wanteds
1352
1353         -- 'ReduceMe': Reduce as far as we can.  Don't stop at
1354         -- dicts; the idea is to get rid of as many type
1355         -- variables as possible, and we don't want to stop
1356         -- at (say) Monad (ST s), because that reduces
1357         -- immediately, with no constraint on s.
1358         --
1359         -- BUT do no improvement!  See Plan D above
1360         -- HOWEVER, some unification may take place, if we instantiate
1361         --          a method Inst with an equality constraint
1362         ; let env = mkNoImproveRedEnv doc (\_ -> ReduceMe AddSCs)
1363         ; (_imp, _binds, constrained_dicts, elim_skolems) 
1364             <- reduceContext env wanteds'
1365         ; elim_skolems
1366
1367         -- Next, figure out the tyvars we will quantify over
1368         ; tau_tvs' <- zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs)
1369         ; gbl_tvs' <- tcGetGlobalTyVars
1370         ; constrained_dicts' <- zonkInsts constrained_dicts
1371
1372         ; let qtvs1 = tau_tvs' `minusVarSet` oclose (fdPredsOfInsts constrained_dicts) gbl_tvs'
1373                                 -- As in tcSimplifyInfer
1374
1375                 -- Do not quantify over constrained type variables:
1376                 -- this is the monomorphism restriction
1377               constrained_tvs' = tyVarsOfInsts constrained_dicts'
1378               qtvs = qtvs1 `minusVarSet` constrained_tvs'
1379               pp_bndrs = pprWithCommas (quotes . ppr) bndrs
1380
1381         -- Warn in the mono
1382         ; warn_mono <- doptM Opt_WarnMonomorphism
1383         ; warnTc (warn_mono && (constrained_tvs' `intersectsVarSet` qtvs1))
1384                  (vcat[ ptext (sLit "the Monomorphism Restriction applies to the binding")
1385                                 <> plural bndrs <+> ptext (sLit "for") <+> pp_bndrs,
1386                         ptext (sLit "Consider giving a type signature for") <+> pp_bndrs])
1387
1388         ; traceTc (text "tcSimplifyRestricted" <+> vcat [
1389                 pprInsts wanteds, pprInsts constrained_dicts',
1390                 ppr _binds,
1391                 ppr constrained_tvs', ppr tau_tvs', ppr qtvs ])
1392
1393         -- The first step may have squashed more methods than
1394         -- necessary, so try again, this time more gently, knowing the exact
1395         -- set of type variables to quantify over.
1396         --
1397         -- We quantify only over constraints that are captured by qtvs;
1398         -- these will just be a subset of non-dicts.  This in contrast
1399         -- to normal inference (using isFreeWhenInferring) in which we quantify over
1400         -- all *non-inheritable* constraints too.  This implements choice
1401         -- (B) under "implicit parameter and monomorphism" above.
1402         --
1403         -- Remember that we may need to do *some* simplification, to
1404         -- (for example) squash {Monad (ST s)} into {}.  It's not enough
1405         -- just to float all constraints
1406         --
1407         -- At top level, we *do* squash methods becuase we want to 
1408         -- expose implicit parameters to the test that follows
1409         ; let is_nested_group = isNotTopLevel top_lvl
1410               try_me inst | isFreeWrtTyVars qtvs inst,
1411                            (is_nested_group || isDict inst) = Stop
1412                           | otherwise            = ReduceMe AddSCs
1413               env = mkNoImproveRedEnv doc try_me
1414         ; (_imp, binds, irreds, elim_skolems) <- reduceContext env wanteds'
1415         ; elim_skolems
1416
1417         -- See "Notes on implicit parameters, Question 4: top level"
1418         ; ASSERT( all (isFreeWrtTyVars qtvs) irreds )   -- None should be captured
1419           if is_nested_group then
1420                 extendLIEs irreds
1421           else do { let (bad_ips, non_ips) = partition isIPDict irreds
1422                   ; addTopIPErrs bndrs bad_ips
1423                   ; extendLIEs non_ips }
1424
1425         ; qtvs' <- zonkQuantifiedTyVars (varSetElems qtvs)
1426         ; return (qtvs', binds) }
1427 \end{code}
1428
1429
1430 %************************************************************************
1431 %*                                                                      *
1432                 tcSimplifyRuleLhs
1433 %*                                                                      *
1434 %************************************************************************
1435
1436 On the LHS of transformation rules we only simplify methods and constants,
1437 getting dictionaries.  We want to keep all of them unsimplified, to serve
1438 as the available stuff for the RHS of the rule.
1439
1440 Example.  Consider the following left-hand side of a rule
1441         
1442         f (x == y) (y > z) = ...
1443
1444 If we typecheck this expression we get constraints
1445
1446         d1 :: Ord a, d2 :: Eq a
1447
1448 We do NOT want to "simplify" to the LHS
1449
1450         forall x::a, y::a, z::a, d1::Ord a.
1451           f ((==) (eqFromOrd d1) x y) ((>) d1 y z) = ...
1452
1453 Instead we want 
1454
1455         forall x::a, y::a, z::a, d1::Ord a, d2::Eq a.
1456           f ((==) d2 x y) ((>) d1 y z) = ...
1457
1458 Here is another example:
1459
1460         fromIntegral :: (Integral a, Num b) => a -> b
1461         {-# RULES "foo"  fromIntegral = id :: Int -> Int #-}
1462
1463 In the rule, a=b=Int, and Num Int is a superclass of Integral Int. But
1464 we *dont* want to get
1465
1466         forall dIntegralInt.
1467            fromIntegral Int Int dIntegralInt (scsel dIntegralInt) = id Int
1468
1469 because the scsel will mess up RULE matching.  Instead we want
1470
1471         forall dIntegralInt, dNumInt.
1472           fromIntegral Int Int dIntegralInt dNumInt = id Int
1473
1474 Even if we have 
1475
1476         g (x == y) (y == z) = ..
1477
1478 where the two dictionaries are *identical*, we do NOT WANT
1479
1480         forall x::a, y::a, z::a, d1::Eq a
1481           f ((==) d1 x y) ((>) d1 y z) = ...
1482
1483 because that will only match if the dict args are (visibly) equal.
1484 Instead we want to quantify over the dictionaries separately.
1485
1486 In short, tcSimplifyRuleLhs must *only* squash LitInst and MethInts, leaving
1487 all dicts unchanged, with absolutely no sharing.  It's simpler to do this
1488 from scratch, rather than further parameterise simpleReduceLoop etc
1489
1490 \begin{code}
1491 tcSimplifyRuleLhs :: [Inst] -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
1492 tcSimplifyRuleLhs wanteds
1493   = go [] emptyBag wanteds
1494   where
1495     go dicts binds []
1496         = return (dicts, binds)
1497     go dicts binds (w:ws)
1498         | isDict w
1499         = go (w:dicts) binds ws
1500         | otherwise
1501         = do { w' <- zonkInst w  -- So that (3::Int) does not generate a call
1502                                  -- to fromInteger; this looks fragile to me
1503              ; lookup_result <- lookupSimpleInst w'
1504              ; case lookup_result of
1505                  GenInst ws' rhs -> 
1506                    go dicts (addInstToDictBind binds w rhs) (ws' ++ ws)
1507                  NoInstance      -> pprPanic "tcSimplifyRuleLhs" (ppr w)
1508           }
1509 \end{code}
1510
1511 tcSimplifyBracket is used when simplifying the constraints arising from
1512 a Template Haskell bracket [| ... |].  We want to check that there aren't
1513 any constraints that can't be satisfied (e.g. Show Foo, where Foo has no
1514 Show instance), but we aren't otherwise interested in the results.
1515 Nor do we care about ambiguous dictionaries etc.  We will type check
1516 this bracket again at its usage site.
1517
1518 \begin{code}
1519 tcSimplifyBracket :: [Inst] -> TcM ()
1520 tcSimplifyBracket wanteds
1521   = do  { tryHardCheckLoop doc wanteds
1522         ; return () }
1523   where
1524     doc = text "tcSimplifyBracket"
1525 \end{code}
1526
1527
1528 %************************************************************************
1529 %*                                                                      *
1530 \subsection{Filtering at a dynamic binding}
1531 %*                                                                      *
1532 %************************************************************************
1533
1534 When we have
1535         let ?x = R in B
1536
1537 we must discharge all the ?x constraints from B.  We also do an improvement
1538 step; if we have ?x::t1 and ?x::t2 we must unify t1, t2.
1539
1540 Actually, the constraints from B might improve the types in ?x. For example
1541
1542         f :: (?x::Int) => Char -> Char
1543         let ?x = 3 in f 'c'
1544
1545 then the constraint (?x::Int) arising from the call to f will
1546 force the binding for ?x to be of type Int.
1547
1548 \begin{code}
1549 tcSimplifyIPs :: [Inst]         -- The implicit parameters bound here
1550               -> [Inst]         -- Wanted
1551               -> TcM TcDictBinds
1552         -- We need a loop so that we do improvement, and then
1553         -- (next time round) generate a binding to connect the two
1554         --      let ?x = e in ?x
1555         -- Here the two ?x's have different types, and improvement 
1556         -- makes them the same.
1557
1558 tcSimplifyIPs given_ips wanteds
1559   = do  { wanteds'   <- zonkInsts wanteds
1560         ; given_ips' <- zonkInsts given_ips
1561                 -- Unusually for checking, we *must* zonk the given_ips
1562
1563         ; let env = mkRedEnv doc try_me given_ips'
1564         ; (improved, binds, irreds, elim_skolems) <- reduceContext env wanteds'
1565         ; elim_skolems
1566
1567         ; if not improved then 
1568                 ASSERT( all is_free irreds )
1569                 do { extendLIEs irreds
1570                    ; return binds }
1571           else
1572                 tcSimplifyIPs given_ips wanteds }
1573   where
1574     doc    = text "tcSimplifyIPs" <+> ppr given_ips
1575     ip_set = mkNameSet (ipNamesOfInsts given_ips)
1576     is_free inst = isFreeWrtIPs ip_set inst
1577
1578         -- Simplify any methods that mention the implicit parameter
1579     try_me inst | is_free inst = Stop
1580                 | otherwise    = ReduceMe NoSCs
1581 \end{code}
1582
1583
1584 %************************************************************************
1585 %*                                                                      *
1586 \subsection[binds-for-local-funs]{@bindInstsOfLocalFuns@}
1587 %*                                                                      *
1588 %************************************************************************
1589
1590 When doing a binding group, we may have @Insts@ of local functions.
1591 For example, we might have...
1592 \begin{verbatim}
1593 let f x = x + 1     -- orig local function (overloaded)
1594     f.1 = f Int     -- two instances of f
1595     f.2 = f Float
1596  in
1597     (f.1 5, f.2 6.7)
1598 \end{verbatim}
1599 The point is: we must drop the bindings for @f.1@ and @f.2@ here,
1600 where @f@ is in scope; those @Insts@ must certainly not be passed
1601 upwards towards the top-level.  If the @Insts@ were binding-ified up
1602 there, they would have unresolvable references to @f@.
1603
1604 We pass in an @init_lie@ of @Insts@ and a list of locally-bound @Ids@.
1605 For each method @Inst@ in the @init_lie@ that mentions one of the
1606 @Ids@, we create a binding.  We return the remaining @Insts@ (in an
1607 @LIE@), as well as the @HsBinds@ generated.
1608
1609 \begin{code}
1610 bindInstsOfLocalFuns :: [Inst] -> [TcId] -> TcM TcDictBinds
1611 -- Simlifies only MethodInsts, and generate only bindings of form 
1612 --      fm = f tys dicts
1613 -- We're careful not to even generate bindings of the form
1614 --      d1 = d2
1615 -- You'd think that'd be fine, but it interacts with what is
1616 -- arguably a bug in Match.tidyEqnInfo (see notes there)
1617
1618 bindInstsOfLocalFuns wanteds local_ids
1619   | null overloaded_ids = do
1620         -- Common case
1621     extendLIEs wanteds
1622     return emptyLHsBinds
1623
1624   | otherwise
1625   = do  { (irreds, binds) <- gentleInferLoop doc for_me
1626         ; extendLIEs not_for_me 
1627         ; extendLIEs irreds
1628         ; return binds }
1629   where
1630     doc              = text "bindInsts" <+> ppr local_ids
1631     overloaded_ids   = filter is_overloaded local_ids
1632     is_overloaded id = isOverloadedTy (idType id)
1633     (for_me, not_for_me) = partition (isMethodFor overloaded_set) wanteds
1634
1635     overloaded_set = mkVarSet overloaded_ids    -- There can occasionally be a lot of them
1636                                                 -- so it's worth building a set, so that
1637                                                 -- lookup (in isMethodFor) is faster
1638 \end{code}
1639
1640
1641 %************************************************************************
1642 %*                                                                      *
1643 \subsection{Data types for the reduction mechanism}
1644 %*                                                                      *
1645 %************************************************************************
1646
1647 The main control over context reduction is here
1648
1649 \begin{code}
1650 data RedEnv 
1651   = RedEnv { red_doc    :: SDoc                 -- The context
1652            , red_try_me :: Inst -> WhatToDo
1653            , red_improve :: Bool                -- True <=> do improvement
1654            , red_givens :: [Inst]               -- All guaranteed rigid
1655                                                 -- Always dicts
1656                                                 -- but see Note [Rigidity]
1657            , red_stack  :: (Int, [Inst])        -- Recursion stack (for err msg)
1658                                                 -- See Note [RedStack]
1659   }
1660
1661 -- Note [Rigidity]
1662 -- The red_givens are rigid so far as cmpInst is concerned.
1663 -- There is one case where they are not totally rigid, namely in tcSimplifyIPs
1664 --      let ?x = e in ...
1665 -- Here, the given is (?x::a), where 'a' is not necy a rigid type
1666 -- But that doesn't affect the comparison, which is based only on mame.
1667
1668 -- Note [RedStack]
1669 -- The red_stack pair (n,insts) pair is just used for error reporting.
1670 -- 'n' is always the depth of the stack.
1671 -- The 'insts' is the stack of Insts being reduced: to produce X
1672 -- I had to produce Y, to produce Y I had to produce Z, and so on.
1673
1674
1675 mkRedEnv :: SDoc -> (Inst -> WhatToDo) -> [Inst] -> RedEnv
1676 mkRedEnv doc try_me givens
1677   = RedEnv { red_doc = doc, red_try_me = try_me,
1678              red_givens = givens, 
1679              red_stack = (0,[]),
1680              red_improve = True }       
1681
1682 mkNoImproveRedEnv :: SDoc -> (Inst -> WhatToDo) -> RedEnv
1683 -- Do not do improvement; no givens
1684 mkNoImproveRedEnv doc try_me
1685   = RedEnv { red_doc = doc, red_try_me = try_me,
1686              red_givens = [], 
1687              red_stack = (0,[]),
1688              red_improve = True }       
1689
1690 data WhatToDo
1691  = ReduceMe WantSCs     -- Try to reduce this
1692                         -- If there's no instance, add the inst to the 
1693                         -- irreductible ones, but don't produce an error 
1694                         -- message of any kind.
1695                         -- It might be quite legitimate such as (Eq a)!
1696
1697  | Stop         -- Return as irreducible unless it can
1698                         -- be reduced to a constant in one step
1699                         -- Do not add superclasses; see 
1700
1701 data WantSCs = NoSCs | AddSCs   -- Tells whether we should add the superclasses
1702                                 -- of a predicate when adding it to the avails
1703         -- The reason for this flag is entirely the super-class loop problem
1704         -- Note [SUPER-CLASS LOOP 1]
1705
1706 zonkRedEnv :: RedEnv -> TcM RedEnv
1707 zonkRedEnv env
1708   = do { givens' <- mapM zonkInst (red_givens env)
1709        ; return $ env {red_givens = givens'}
1710        }
1711 \end{code}
1712
1713
1714 %************************************************************************
1715 %*                                                                      *
1716 \subsection[reduce]{@reduce@}
1717 %*                                                                      *
1718 %************************************************************************
1719
1720 Note [Ancestor Equalities]
1721 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1722 During context reduction, we add to the wanted equalities also those
1723 equalities that (transitively) occur in superclass contexts of wanted
1724 class constraints.  Consider the following code
1725
1726   class a ~ Int => C a
1727   instance C Int
1728
1729 If (C a) is wanted, we want to add (a ~ Int), which will be discharged by
1730 substituting Int for a.  Hence, we ultimately want (C Int), which we
1731 discharge with the explicit instance.
1732
1733 \begin{code}
1734 reduceContext :: RedEnv
1735               -> [Inst]                 -- Wanted
1736               -> TcM (ImprovementDone,
1737                       TcDictBinds,      -- Dictionary bindings
1738                       [Inst],           -- Irreducible
1739                       TcM ())           -- Undo skolems from SkolemOccurs
1740
1741 reduceContext env wanteds
1742   = do  { traceTc (text "reduceContext" <+> (vcat [
1743              text "----------------------",
1744              red_doc env,
1745              text "given" <+> ppr (red_givens env),
1746              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1747              text "----------------------"
1748              ]))
1749
1750
1751         ; let givens                       = red_givens env
1752               (given_eqs0, given_dicts0)   = partition isEqInst givens
1753               (wanted_eqs0, wanted_non_eqs) = partition isEqInst wanteds
1754               (wanted_implics0, wanted_dicts) = partition isImplicInst wanted_non_eqs
1755
1756           -- We want to add as wanted equalities those that (transitively) 
1757           -- occur in superclass contexts of wanted class constraints.
1758           -- See Note [Ancestor Equalities]
1759         ; ancestor_eqs <- ancestorEqualities wanted_dicts
1760         ; let wanted_eqs = wanted_eqs0 ++ ancestor_eqs
1761         ; traceTc $ text "reduceContext: ancestor eqs" <+> ppr ancestor_eqs
1762
1763           -- 1. Normalise the *given* *equality* constraints
1764         ; (given_eqs, eliminate_skolems) <- normaliseGivenEqs given_eqs0
1765
1766           -- 2. Normalise the *given* *dictionary* constraints
1767           --    wrt. the toplevel and given equations
1768         ; (given_dicts, given_binds) <- normaliseGivenDicts given_eqs
1769                                                             given_dicts0
1770
1771           -- 5. Build the Avail mapping from "given_dicts"
1772         ; (init_state, _) <- getLIE $ do 
1773                 { init_state <- foldlM addGiven emptyAvails given_dicts
1774                 ; return init_state
1775                 }
1776
1777         -- !!! ToDo: what to do with the "extra_givens"?  For the
1778         -- moment I'm simply discarding them, which is probably wrong
1779
1780           -- 6. Solve the *wanted* *dictionary* constraints (not implications)
1781           --    This may expose some further equational constraints...
1782         ; (avails, extra_eqs) <- getLIE (reduceList env wanted_dicts init_state)
1783         ; (dict_binds, bound_dicts, dict_irreds) 
1784             <- extractResults avails wanted_dicts
1785         ; traceTc $ text "reduceContext extractresults" <+> vcat
1786                       [ppr avails, ppr wanted_dicts, ppr dict_binds]
1787
1788           -- Solve the wanted *implications*.  In doing so, we can provide
1789           -- as "given"   all the dicts that were originally given, 
1790           --              *or* for which we now have bindings, 
1791           --              *or* which are now irreds
1792         ; let implic_env = env { red_givens = givens ++ bound_dicts 
1793                                               ++ dict_irreds }
1794         ; (implic_binds_s, implic_irreds_s) 
1795             <- mapAndUnzipM (reduceImplication implic_env) wanted_implics0
1796         ; let implic_binds  = unionManyBags implic_binds_s
1797               implic_irreds = concat implic_irreds_s
1798
1799           -- Normalise the wanted equality constraints
1800         ; eq_irreds <- normaliseWantedEqs given_eqs (wanted_eqs ++ extra_eqs)
1801
1802           -- Normalise the wanted dictionaries
1803         ; let irreds = dict_irreds ++ implic_irreds
1804               eqs    = eq_irreds ++ given_eqs
1805         ; (norm_irreds, normalise_binds) <- normaliseWantedDicts eqs irreds
1806                 
1807           -- Figure out whether we should go round again.  We do so in either
1808           -- two cases:
1809           -- (1) If any of the mutable tyvars in givens or irreds has been
1810           --     filled in by improvement, there is merit in going around 
1811           --     again, because we may make further progress.
1812           -- (2) If we managed to normalise any dicts, there is merit in going
1813           --     around gain, because reduceList may be able to get further.
1814           -- 
1815           -- ToDo: We may have exposed new
1816           --       equality constraints and should probably go round again
1817           --       then as well.  But currently we are dropping them on the
1818           --       floor anyway.
1819
1820         ; let all_irreds = norm_irreds ++ eq_irreds
1821         ; improvedMetaTy <- anyM isFilledMetaTyVar $ varSetElems $
1822                             tyVarsOfInsts (givens ++ all_irreds)
1823         ; let improvedDicts = not $ isEmptyBag normalise_binds
1824               improved      = improvedMetaTy || improvedDicts
1825
1826         -- The old plan (fragile)
1827         -- improveed   = availsImproved avails 
1828         --               || (not $ isEmptyBag normalise_binds1)
1829         --               || (not $ isEmptyBag normalise_binds2)
1830         --               || (any isEqInst irreds)
1831
1832         ; traceTc (text "reduceContext end" <+> (vcat [
1833              text "----------------------",
1834              red_doc env,
1835              text "given" <+> ppr givens,
1836              text "given_eqs" <+> ppr given_eqs,
1837              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1838              text "wanted_dicts" <+> ppr wanted_dicts,
1839              text "----",
1840              text "avails" <+> pprAvails avails,
1841              text "improved =" <+> ppr improved,
1842              text "(all) irreds = " <+> ppr all_irreds,
1843              text "dict-binds = " <+> ppr dict_binds,
1844              text "implic-binds = " <+> ppr implic_binds,
1845              text "----------------------"
1846              ]))
1847
1848         ; return (improved, 
1849                   given_binds `unionBags` normalise_binds
1850                               `unionBags` dict_binds 
1851                               `unionBags` implic_binds, 
1852                   all_irreds,
1853                   eliminate_skolems) 
1854         }
1855
1856 tcImproveOne :: Avails -> Inst -> TcM ImprovementDone
1857 tcImproveOne avails inst
1858   | not (isDict inst) = return False
1859   | otherwise
1860   = do  { inst_envs <- tcGetInstEnvs
1861         ; let eqns = improveOne (classInstances inst_envs)
1862                                 (dictPred inst, pprInstArising inst)
1863                                 [ (dictPred p, pprInstArising p)
1864                                 | p <- availsInsts avails, isDict p ]
1865                 -- Avails has all the superclasses etc (good)
1866                 -- It also has all the intermediates of the deduction (good)
1867                 -- It does not have duplicates (good)
1868                 -- NB that (?x::t1) and (?x::t2) will be held separately in avails
1869                 --    so that improve will see them separate
1870         ; traceTc (text "improveOne" <+> ppr inst)
1871         ; unifyEqns eqns }
1872
1873 unifyEqns :: [(Equation,(PredType,SDoc),(PredType,SDoc))] 
1874           -> TcM ImprovementDone
1875 unifyEqns [] = return False
1876 unifyEqns eqns
1877   = do  { traceTc (ptext (sLit "Improve:") <+> vcat (map pprEquationDoc eqns))
1878         ; mapM_ unify eqns
1879         ; return True }
1880   where
1881     unify ((qtvs, pairs), what1, what2)
1882          = addErrCtxtM (mkEqnMsg what1 what2) $ do
1883            (_, _, tenv) <- tcInstTyVars (varSetElems qtvs)
1884            mapM_ (unif_pr tenv) pairs
1885     unif_pr tenv (ty1,ty2) =  unifyType (substTy tenv ty1) (substTy tenv ty2)
1886
1887 pprEquationDoc :: (Equation, (PredType, SDoc), (PredType, SDoc)) -> SDoc
1888 pprEquationDoc (eqn, (p1, _), (p2, _)) = vcat [pprEquation eqn, nest 2 (ppr p1), nest 2 (ppr p2)]
1889
1890 mkEqnMsg :: (TcPredType, SDoc) -> (TcPredType, SDoc) -> TidyEnv
1891          -> TcM (TidyEnv, SDoc)
1892 mkEqnMsg (pred1,from1) (pred2,from2) tidy_env
1893   = do  { pred1' <- zonkTcPredType pred1; pred2' <- zonkTcPredType pred2
1894         ; let { pred1'' = tidyPred tidy_env pred1'; pred2'' = tidyPred tidy_env pred2' }
1895         ; let msg = vcat [ptext (sLit "When using functional dependencies to combine"),
1896                           nest 2 (sep [ppr pred1'' <> comma, nest 2 from1]), 
1897                           nest 2 (sep [ppr pred2'' <> comma, nest 2 from2])]
1898         ; return (tidy_env, msg) }
1899 \end{code}
1900
1901 The main context-reduction function is @reduce@.  Here's its game plan.
1902
1903 \begin{code}
1904 reduceList :: RedEnv -> [Inst] -> Avails -> TcM Avails
1905 reduceList env@(RedEnv {red_stack = (n,stk)}) wanteds state
1906   = do  { traceTc (text "reduceList " <+> (ppr wanteds $$ ppr state))
1907         ; dopts <- getDOpts
1908         ; when (debugIsOn && (n > 8)) $ do
1909                 debugDumpTcRn (hang (ptext (sLit "Interesting! Context reduction stack depth") <+> int n) 
1910                              2 (ifPprDebug (nest 2 (pprStack stk))))
1911         ; if n >= ctxtStkDepth dopts then
1912             failWithTc (reduceDepthErr n stk)
1913           else
1914             go wanteds state }
1915   where
1916     go []     state = return state
1917     go (w:ws) state = do { state' <- reduce (env {red_stack = (n+1, w:stk)}) w state
1918                          ; go ws state' }
1919
1920     -- Base case: we're done!
1921 reduce :: RedEnv -> Inst -> Avails -> TcM Avails
1922 reduce env wanted avails
1923     -- It's the same as an existing inst, or a superclass thereof
1924   | Just _ <- findAvail avails wanted
1925   = do { traceTc (text "reduce: found " <+> ppr wanted)
1926        ; return avails
1927        }
1928
1929   | otherwise
1930   = do  { traceTc (text "reduce" <+> ppr wanted $$ ppr avails)
1931         ; case red_try_me env wanted of {
1932             Stop -> try_simple (addIrred NoSCs);
1933                         -- See Note [No superclasses for Stop]
1934
1935             ReduceMe want_scs -> do     -- It should be reduced
1936                 { (avails, lookup_result) <- reduceInst env avails wanted
1937                 ; case lookup_result of
1938                     NoInstance -> addIrred want_scs avails wanted
1939                              -- Add it and its superclasses
1940                              
1941                     GenInst [] rhs -> addWanted want_scs avails wanted rhs []
1942
1943                     GenInst wanteds' rhs
1944                           -> do { avails1 <- addIrred NoSCs avails wanted
1945                                 ; avails2 <- reduceList env wanteds' avails1
1946                                 ; addWanted want_scs avails2 wanted rhs wanteds' } }
1947                 -- Temporarily do addIrred *before* the reduceList, 
1948                 -- which has the effect of adding the thing we are trying
1949                 -- to prove to the database before trying to prove the things it
1950                 -- needs.  See note [RECURSIVE DICTIONARIES]
1951                 -- NB: we must not do an addWanted before, because that adds the
1952                 --     superclasses too, and that can lead to a spurious loop; see
1953                 --     the examples in [SUPERCLASS-LOOP]
1954                 -- So we do an addIrred before, and then overwrite it afterwards with addWanted
1955     } }
1956   where
1957         -- First, see if the inst can be reduced to a constant in one step
1958         -- Works well for literals (1::Int) and constant dictionaries (d::Num Int)
1959         -- Don't bother for implication constraints, which take real work
1960     try_simple do_this_otherwise
1961       = do { res <- lookupSimpleInst wanted
1962            ; case res of
1963                 GenInst [] rhs -> addWanted AddSCs avails wanted rhs []
1964                 _              -> do_this_otherwise avails wanted }
1965 \end{code}
1966
1967
1968 Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
1969 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1970 But the above isn't enough.  Suppose we are *given* d1:Ord a,
1971 and want to deduce (d2:C [a]) where
1972
1973         class Ord a => C a where
1974         instance Ord [a] => C [a] where ...
1975
1976 Then we'll use the instance decl to deduce C [a] from Ord [a], and then add the
1977 superclasses of C [a] to avails.  But we must not overwrite the binding
1978 for Ord [a] (which is obtained from Ord a) with a superclass selection or we'll just
1979 build a loop! 
1980
1981 Here's another variant, immortalised in tcrun020
1982         class Monad m => C1 m
1983         class C1 m => C2 m x
1984         instance C2 Maybe Bool
1985 For the instance decl we need to build (C1 Maybe), and it's no good if
1986 we run around and add (C2 Maybe Bool) and its superclasses to the avails 
1987 before we search for C1 Maybe.
1988
1989 Here's another example 
1990         class Eq b => Foo a b
1991         instance Eq a => Foo [a] a
1992 If we are reducing
1993         (Foo [t] t)
1994
1995 we'll first deduce that it holds (via the instance decl).  We must not
1996 then overwrite the Eq t constraint with a superclass selection!
1997
1998 At first I had a gross hack, whereby I simply did not add superclass constraints
1999 in addWanted, though I did for addGiven and addIrred.  This was sub-optimal,
2000 becuase it lost legitimate superclass sharing, and it still didn't do the job:
2001 I found a very obscure program (now tcrun021) in which improvement meant the
2002 simplifier got two bites a the cherry... so something seemed to be an Stop
2003 first time, but reducible next time.
2004
2005 Now we implement the Right Solution, which is to check for loops directly 
2006 when adding superclasses.  It's a bit like the occurs check in unification.
2007
2008
2009 Note [RECURSIVE DICTIONARIES]
2010 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2011 Consider 
2012     data D r = ZeroD | SuccD (r (D r));
2013     
2014     instance (Eq (r (D r))) => Eq (D r) where
2015         ZeroD     == ZeroD     = True
2016         (SuccD a) == (SuccD b) = a == b
2017         _         == _         = False;
2018     
2019     equalDC :: D [] -> D [] -> Bool;
2020     equalDC = (==);
2021
2022 We need to prove (Eq (D [])).  Here's how we go:
2023
2024         d1 : Eq (D [])
2025
2026 by instance decl, holds if
2027         d2 : Eq [D []]
2028         where   d1 = dfEqD d2
2029
2030 by instance decl of Eq, holds if
2031         d3 : D []
2032         where   d2 = dfEqList d3
2033                 d1 = dfEqD d2
2034
2035 But now we can "tie the knot" to give
2036
2037         d3 = d1
2038         d2 = dfEqList d3
2039         d1 = dfEqD d2
2040
2041 and it'll even run!  The trick is to put the thing we are trying to prove
2042 (in this case Eq (D []) into the database before trying to prove its
2043 contributing clauses.
2044         
2045
2046 %************************************************************************
2047 %*                                                                      *
2048                 Reducing a single constraint
2049 %*                                                                      *
2050 %************************************************************************
2051
2052 \begin{code}
2053 ---------------------------------------------
2054 reduceInst :: RedEnv -> Avails -> Inst -> TcM (Avails, LookupInstResult)
2055 reduceInst _ avails other_inst
2056   = do  { result <- lookupSimpleInst other_inst
2057         ; return (avails, result) }
2058 \end{code}
2059
2060 Note [Equational Constraints in Implication Constraints]
2061 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2062
2063 An implication constraint is of the form 
2064         Given => Wanted 
2065 where Given and Wanted may contain both equational and dictionary
2066 constraints. The delay and reduction of these two kinds of constraints
2067 is distinct:
2068
2069 -) In the generated code, wanted Dictionary constraints are wrapped up in an
2070    implication constraint that is created at the code site where the wanted
2071    dictionaries can be reduced via a let-binding. This let-bound implication
2072    constraint is deconstructed at the use-site of the wanted dictionaries.
2073
2074 -) While the reduction of equational constraints is also delayed, the delay
2075    is not manifest in the generated code. The required evidence is generated
2076    in the code directly at the use-site. There is no let-binding and deconstruction
2077    necessary. The main disadvantage is that we cannot exploit sharing as the
2078    same evidence may be generated at multiple use-sites. However, this disadvantage
2079    is limited because it only concerns coercions which are erased.
2080
2081 The different treatment is motivated by the different in representation. Dictionary
2082 constraints require manifest runtime dictionaries, while equations require coercions
2083 which are types.
2084
2085 \begin{code}
2086 ---------------------------------------------
2087 reduceImplication :: RedEnv
2088                   -> Inst
2089                   -> TcM (TcDictBinds, [Inst])
2090 \end{code}
2091
2092 Suppose we are simplifying the constraint
2093         forall bs. extras => wanted
2094 in the context of an overall simplification problem with givens 'givens'.
2095
2096 Note that
2097   * The 'givens' need not mention any of the quantified type variables
2098         e.g.    forall {}. Eq a => Eq [a]
2099                 forall {}. C Int => D (Tree Int)
2100
2101     This happens when you have something like
2102         data T a where
2103           T1 :: Eq a => a -> T a
2104
2105         f :: T a -> Int
2106         f x = ...(case x of { T1 v -> v==v })...
2107
2108 \begin{code}
2109         -- ToDo: should we instantiate tvs?  I think it's not necessary
2110         --
2111         -- Note on coercion variables:
2112         --
2113         --      The extra given coercion variables are bound at two different sites:
2114         --      -) in the creation context of the implication constraint        
2115         --              the solved equational constraints use these binders
2116         --
2117         --      -) at the solving site of the implication constraint
2118         --              the solved dictionaries use these binders               
2119         --              these binders are generated by reduceImplication
2120         --
2121 reduceImplication env
2122         orig_implic@(ImplicInst { tci_name = name, tci_loc = inst_loc,
2123                                   tci_tyvars = tvs,
2124                                   tci_given = extra_givens, tci_wanted = wanteds })
2125   = do  {       -- Solve the sub-problem
2126         ; let try_me _ = ReduceMe AddSCs  -- Note [Freeness and implications]
2127               env' = env { red_givens = extra_givens ++ red_givens env
2128                          , red_doc = sep [ptext (sLit "reduceImplication for") 
2129                                             <+> ppr name,
2130                                           nest 2 (parens $ ptext (sLit "within")
2131                                                            <+> red_doc env)]
2132                          , red_try_me = try_me }
2133
2134         ; traceTc (text "reduceImplication" <+> vcat
2135                         [ ppr (red_givens env), ppr extra_givens, 
2136                           ppr wanteds])
2137         ; (irreds, binds) <- checkLoop env' wanteds
2138         ; let   (extra_eq_givens, extra_dict_givens) = partition isEqInst extra_givens
2139                         -- SLPJ Sept 07: I think this is bogus; currently
2140                         -- there are no Eqinsts in extra_givens
2141                 dict_ids = map instToId extra_dict_givens 
2142
2143                 -- Note [Reducing implication constraints]
2144                 -- Tom -- update note, put somewhere!
2145
2146         ; traceTc (text "reduceImplication result" <+> vcat
2147                         [ppr irreds, ppr binds])
2148
2149         ; -- extract superclass binds
2150           --  (sc_binds,_) <- extractResults avails []
2151 --      ; traceTc (text "reduceImplication sc_binds" <+> vcat
2152 --                      [ppr sc_binds, ppr avails])
2153 --  
2154
2155         -- SLPJ Sept 07: what if improvement happened inside the checkLoop?
2156         -- Then we must iterate the outer loop too!
2157
2158         ; traceTc (text "reduceImplication condition" <+> ppr ((isEmptyLHsBinds binds) || (null irreds)))
2159
2160 --      Progress is no longer measered by the number of bindings
2161         ; if (isEmptyLHsBinds binds) && (not $ null irreds) then        -- No progress
2162                 -- If there are any irreds, we back off and do nothing
2163                 return (emptyBag, [orig_implic])
2164           else do
2165         { (simpler_implic_insts, bind) 
2166             <- makeImplicationBind inst_loc tvs extra_givens irreds
2167                 -- This binding is useless if the recursive simplification
2168                 -- made no progress; but currently we don't try to optimise that
2169                 -- case.  After all, we only try hard to reduce at top level, or
2170                 -- when inferring types.
2171
2172         ; let   dict_wanteds = filter (not . isEqInst) wanteds
2173                 -- TOMDO: given equational constraints bug!
2174                 --  we need a different evidence for given
2175                 --  equations depending on whether we solve
2176                 --  dictionary constraints or equational constraints
2177
2178                 eq_tyvars = varSetElems $ tyVarsOfTypes $ map eqInstType extra_eq_givens
2179                         -- SLPJ Sept07: this looks Utterly Wrong to me, but I think
2180                         --              that current extra_givens has no EqInsts, so
2181                         --              it makes no difference
2182                 co  = wrap_inline       -- Note [Always inline implication constraints]
2183                       <.> mkWpTyLams tvs
2184                       <.> mkWpLams eq_tyvars
2185                       <.> mkWpLams dict_ids
2186                       <.> WpLet (binds `unionBags` bind)
2187                 wrap_inline | null dict_ids = idHsWrapper
2188                             | otherwise     = WpInline
2189                 rhs = mkLHsWrap co payload
2190                 loc = instLocSpan inst_loc
2191                 payload = mkBigLHsTup (map (L loc . HsVar . instToId) dict_wanteds)
2192
2193         
2194         ; traceTc (vcat [text "reduceImplication" <+> ppr name,
2195                          ppr simpler_implic_insts,
2196                          text "->" <+> ppr rhs])
2197         ; return (unitBag (L loc (VarBind (instToId orig_implic) rhs)),
2198                   simpler_implic_insts)
2199         } 
2200     }
2201 reduceImplication _ i = pprPanic "reduceImplication" (ppr i)
2202 \end{code}
2203
2204 Note [Always inline implication constraints]
2205 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2206 Suppose an implication constraint floats out of an INLINE function.
2207 Then although the implication has a single call site, it won't be 
2208 inlined.  And that is bad because it means that even if there is really
2209 *no* overloading (type signatures specify the exact types) there will
2210 still be dictionary passing in the resulting code.  To avert this,
2211 we mark the implication constraints themselves as INLINE, at least when
2212 there is no loss of sharing as a result.
2213
2214 Note [Freeness and implications]
2215 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2216 It's hard to say when an implication constraint can be floated out.  Consider
2217         forall {} Eq a => Foo [a]
2218 The (Foo [a]) doesn't mention any of the quantified variables, but it
2219 still might be partially satisfied by the (Eq a). 
2220
2221 There is a useful special case when it *is* easy to partition the 
2222 constraints, namely when there are no 'givens'.  Consider
2223         forall {a}. () => Bar b
2224 There are no 'givens', and so there is no reason to capture (Bar b).
2225 We can let it float out.  But if there is even one constraint we
2226 must be much more careful:
2227         forall {a}. C a b => Bar (m b)
2228 because (C a b) might have a superclass (D b), from which we might 
2229 deduce (Bar [b]) when m later gets instantiated to [].  Ha!
2230
2231 Here is an even more exotic example
2232         class C a => D a b
2233 Now consider the constraint
2234         forall b. D Int b => C Int
2235 We can satisfy the (C Int) from the superclass of D, so we don't want
2236 to float the (C Int) out, even though it mentions no type variable in
2237 the constraints!
2238
2239 One more example: the constraint
2240         class C a => D a b
2241         instance (C a, E c) => E (a,c)
2242
2243         constraint: forall b. D Int b => E (Int,c)
2244
2245 You might think that the (D Int b) can't possibly contribute
2246 to solving (E (Int,c)), since the latter mentions 'c'.  But 
2247 in fact it can, because solving the (E (Int,c)) constraint needs 
2248 dictionaries
2249         C Int, E c
2250 and the (C Int) can be satisfied from the superclass of (D Int b).
2251 So we must still not float (E (Int,c)) out.
2252
2253 To think about: special cases for unary type classes?
2254
2255 Note [Pruning the givens in an implication constraint]
2256 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2257 Suppose we are about to form the implication constraint
2258         forall tvs.  Eq a => Ord b
2259 The (Eq a) cannot contribute to the (Ord b), because it has no access to
2260 the type variable 'b'.  So we could filter out the (Eq a) from the givens.
2261 But BE CAREFUL of the examples above in [Freeness and implications].
2262
2263 Doing so would be a bit tidier, but all the implication constraints get
2264 simplified away by the optimiser, so it's no great win.   So I don't take
2265 advantage of that at the moment.
2266
2267 If you do, BE CAREFUL of wobbly type variables.
2268
2269
2270 %************************************************************************
2271 %*                                                                      *
2272                 Avails and AvailHow: the pool of evidence
2273 %*                                                                      *
2274 %************************************************************************
2275
2276
2277 \begin{code}
2278 data Avails = Avails !ImprovementDone !AvailEnv
2279
2280 type ImprovementDone = Bool     -- True <=> some unification has happened
2281                                 -- so some Irreds might now be reducible
2282                                 -- keys that are now 
2283
2284 type AvailEnv = FiniteMap Inst AvailHow
2285 data AvailHow
2286   = IsIrred             -- Used for irreducible dictionaries,
2287                         -- which are going to be lambda bound
2288
2289   | Given Inst          -- Used for dictionaries for which we have a binding
2290                         -- e.g. those "given" in a signature
2291
2292   | Rhs                 -- Used when there is a RHS
2293         (LHsExpr TcId)  -- The RHS
2294         [Inst]          -- Insts free in the RHS; we need these too
2295
2296 instance Outputable Avails where
2297   ppr = pprAvails
2298
2299 pprAvails :: Avails -> SDoc
2300 pprAvails (Avails imp avails)
2301   = vcat [ ptext (sLit "Avails") <> (if imp then ptext (sLit "[improved]") else empty)
2302          , nest 2 $ braces $ 
2303            vcat [ sep [ppr inst, nest 2 (equals <+> ppr avail)]
2304                 | (inst,avail) <- fmToList avails ]]
2305
2306 instance Outputable AvailHow where
2307     ppr = pprAvail
2308
2309 -------------------------
2310 pprAvail :: AvailHow -> SDoc
2311 pprAvail IsIrred        = text "Irred"
2312 pprAvail (Given x)      = text "Given" <+> ppr x
2313 pprAvail (Rhs rhs bs)   = sep [text "Rhs" <+> ppr bs,
2314                                nest 2 (ppr rhs)]
2315
2316 -------------------------
2317 extendAvailEnv :: AvailEnv -> Inst -> AvailHow -> AvailEnv
2318 extendAvailEnv env inst avail = addToFM env inst avail
2319
2320 findAvailEnv :: AvailEnv -> Inst -> Maybe AvailHow
2321 findAvailEnv env wanted = lookupFM env wanted
2322         -- NB 1: the Ord instance of Inst compares by the class/type info
2323         --  *not* by unique.  So
2324         --      d1::C Int ==  d2::C Int
2325
2326 emptyAvails :: Avails
2327 emptyAvails = Avails False emptyFM
2328
2329 findAvail :: Avails -> Inst -> Maybe AvailHow
2330 findAvail (Avails _ avails) wanted = findAvailEnv avails wanted
2331
2332 elemAvails :: Inst -> Avails -> Bool
2333 elemAvails wanted (Avails _ avails) = wanted `elemFM` avails
2334
2335 extendAvails :: Avails -> Inst -> AvailHow -> TcM Avails
2336 -- Does improvement
2337 extendAvails avails@(Avails imp env) inst avail
2338   = do  { imp1 <- tcImproveOne avails inst      -- Do any improvement
2339         ; return (Avails (imp || imp1) (extendAvailEnv env inst avail)) }
2340
2341 availsInsts :: Avails -> [Inst]
2342 availsInsts (Avails _ avails) = keysFM avails
2343
2344 _availsImproved :: Avails -> ImprovementDone
2345 _availsImproved (Avails imp _) = imp
2346 \end{code}
2347
2348 Extracting the bindings from a bunch of Avails.
2349 The bindings do *not* come back sorted in dependency order.
2350 We assume that they'll be wrapped in a big Rec, so that the
2351 dependency analyser can sort them out later
2352
2353 \begin{code}
2354 type DoneEnv = FiniteMap Inst [Id]
2355 -- Tracks which things we have evidence for
2356
2357 extractResults :: Avails
2358                -> [Inst]                -- Wanted
2359                -> TcM (TcDictBinds,     -- Bindings
2360                        [Inst],          -- The insts bound by the bindings
2361                        [Inst])          -- Irreducible ones
2362                         -- Note [Reducing implication constraints]
2363
2364 extractResults (Avails _ avails) wanteds
2365   = go emptyBag [] [] emptyFM wanteds
2366   where
2367     go  :: TcDictBinds  -- Bindings for dicts
2368         -> [Inst]       -- Bound by the bindings
2369         -> [Inst]       -- Irreds
2370         -> DoneEnv      -- Has an entry for each inst in the above three sets
2371         -> [Inst]       -- Wanted
2372         -> TcM (TcDictBinds, [Inst], [Inst])
2373     go binds bound_dicts irreds _ [] 
2374       = return (binds, bound_dicts, irreds)
2375
2376     go binds bound_dicts irreds done (w:ws)
2377       | Just done_ids@(done_id : rest_done_ids) <- lookupFM done w
2378       = if w_id `elem` done_ids then
2379            go binds bound_dicts irreds done ws
2380         else
2381            go (add_bind (nlHsVar done_id)) bound_dicts irreds
2382               (addToFM done w (done_id : w_id : rest_done_ids)) ws
2383
2384       | otherwise       -- Not yet done
2385       = case findAvailEnv avails w of
2386           Nothing -> pprTrace "Urk: extractResults" (ppr w) $
2387                      go binds bound_dicts irreds done ws
2388
2389           Just IsIrred -> go binds bound_dicts (w:irreds) done' ws
2390
2391           Just (Rhs rhs ws') -> go (add_bind rhs) (w:bound_dicts) irreds done' (ws' ++ ws)
2392
2393           Just (Given g) -> go binds' bound_dicts irreds (addToFM done w [g_id]) ws 
2394                 where
2395                   g_id = instToId g
2396                   binds' | w_id == g_id = binds
2397                          | otherwise    = add_bind (nlHsVar g_id)
2398       where
2399         w_id  = instToId w      
2400         done' = addToFM done w [w_id]
2401         add_bind rhs = addInstToDictBind binds w rhs
2402 \end{code}
2403
2404
2405 Note [No superclasses for Stop]
2406 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2407 When we decide not to reduce an Inst -- the 'WhatToDo' --- we still
2408 add it to avails, so that any other equal Insts will be commoned up
2409 right here.  However, we do *not* add superclasses.  If we have
2410         df::Floating a
2411         dn::Num a
2412 but a is not bound here, then we *don't* want to derive dn from df
2413 here lest we lose sharing.
2414
2415 \begin{code}
2416 addWanted :: WantSCs -> Avails -> Inst -> LHsExpr TcId -> [Inst] -> TcM Avails
2417 addWanted want_scs avails wanted rhs_expr wanteds
2418   = addAvailAndSCs want_scs avails wanted avail
2419   where
2420     avail = Rhs rhs_expr wanteds
2421
2422 addGiven :: Avails -> Inst -> TcM Avails
2423 addGiven avails given = addAvailAndSCs AddSCs avails given (Given given)
2424         -- Always add superclasses for 'givens'
2425         --
2426         -- No ASSERT( not (given `elemAvails` avails) ) because in an instance
2427         -- decl for Ord t we can add both Ord t and Eq t as 'givens', 
2428         -- so the assert isn't true
2429 \end{code}
2430
2431 \begin{code}
2432 addIrred :: WantSCs -> Avails -> Inst -> TcM Avails
2433 addIrred want_scs avails irred = ASSERT2( not (irred `elemAvails` avails), ppr irred $$ ppr avails )
2434                                  addAvailAndSCs want_scs avails irred IsIrred
2435
2436 addAvailAndSCs :: WantSCs -> Avails -> Inst -> AvailHow -> TcM Avails
2437 addAvailAndSCs want_scs avails inst avail
2438   | not (isClassDict inst) = extendAvails avails inst avail
2439   | NoSCs <- want_scs      = extendAvails avails inst avail
2440   | otherwise              = do { traceTc (text "addAvailAndSCs" <+> vcat [ppr inst, ppr deps])
2441                                 ; avails' <- extendAvails avails inst avail
2442                                 ; addSCs is_loop avails' inst }
2443   where
2444     is_loop pred = any (`tcEqType` mkPredTy pred) dep_tys
2445                         -- Note: this compares by *type*, not by Unique
2446     deps         = findAllDeps (unitVarSet (instToVar inst)) avail
2447     dep_tys      = map idType (varSetElems deps)
2448
2449     findAllDeps :: IdSet -> AvailHow -> IdSet
2450     -- Find all the Insts that this one depends on
2451     -- See Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
2452     -- Watch out, though.  Since the avails may contain loops 
2453     -- (see Note [RECURSIVE DICTIONARIES]), so we need to track the ones we've seen so far
2454     findAllDeps so_far (Rhs _ kids) = foldl find_all so_far kids
2455     findAllDeps so_far _            = so_far
2456
2457     find_all :: IdSet -> Inst -> IdSet
2458     find_all so_far kid
2459       | isEqInst kid                       = so_far
2460       | kid_id `elemVarSet` so_far         = so_far
2461       | Just avail <- findAvail avails kid = findAllDeps so_far' avail
2462       | otherwise                          = so_far'
2463       where
2464         so_far' = extendVarSet so_far kid_id    -- Add the new kid to so_far
2465         kid_id = instToId kid
2466
2467 addSCs :: (TcPredType -> Bool) -> Avails -> Inst -> TcM Avails
2468         -- Add all the superclasses of the Inst to Avails
2469         -- The first param says "don't do this because the original thing
2470         --      depends on this one, so you'd build a loop"
2471         -- Invariant: the Inst is already in Avails.
2472
2473 addSCs is_loop avails dict
2474   = ASSERT( isDict dict )
2475     do  { sc_dicts <- newDictBndrs (instLoc dict) sc_theta'
2476         ; foldlM add_sc avails (zipEqual "add_scs" sc_dicts sc_sels) }
2477   where
2478     (clas, tys) = getDictClassTys dict
2479     (tyvars, sc_theta, sc_sels, _) = classBigSig clas
2480     sc_theta' = filter (not . isEqPred) $
2481                   substTheta (zipTopTvSubst tyvars tys) sc_theta
2482
2483     add_sc avails (sc_dict, sc_sel)
2484       | is_loop (dictPred sc_dict) = return avails      -- See Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
2485       | is_given sc_dict           = return avails
2486       | otherwise                  = do { avails' <- extendAvails avails sc_dict (Rhs sc_sel_rhs [dict])
2487                                         ; addSCs is_loop avails' sc_dict }
2488       where
2489         sc_sel_rhs = L (instSpan dict) (HsWrap co_fn (HsVar sc_sel))
2490         co_fn      = WpApp (instToVar dict) <.> mkWpTyApps tys
2491
2492     is_given :: Inst -> Bool
2493     is_given sc_dict = case findAvail avails sc_dict of
2494                           Just (Given _) -> True        -- Given is cheaper than superclass selection
2495                           _              -> False
2496
2497 -- From the a set of insts obtain all equalities that (transitively) occur in
2498 -- superclass contexts of class constraints (aka the ancestor equalities). 
2499 --
2500 ancestorEqualities :: [Inst] -> TcM [Inst]
2501 ancestorEqualities
2502   =   mapM mkWantedEqInst               -- turn only equality predicates..
2503     . filter isEqPred                   -- ..into wanted equality insts
2504     . bagToList 
2505     . addAEsToBag emptyBag              -- collect the superclass constraints..
2506     . map dictPred                      -- ..of all predicates in a bag
2507     . filter isClassDict
2508   where
2509     addAEsToBag :: Bag PredType -> [PredType] -> Bag PredType
2510     addAEsToBag bag []           = bag
2511     addAEsToBag bag (pred:preds)
2512       | pred `elemBag` bag = addAEsToBag bag         preds
2513       | isEqPred pred      = addAEsToBag bagWithPred preds
2514       | isClassPred pred   = addAEsToBag bagWithPred predsWithSCs
2515       | otherwise          = addAEsToBag bag         preds
2516       where
2517         bagWithPred  = bag `snocBag` pred
2518         predsWithSCs = preds ++ substTheta (zipTopTvSubst tyvars tys) sc_theta
2519         --
2520         (tyvars, sc_theta, _, _) = classBigSig clas
2521         (clas, tys)              = getClassPredTys pred 
2522 \end{code}
2523
2524
2525 %************************************************************************
2526 %*                                                                      *
2527 \section{tcSimplifyTop: defaulting}
2528 %*                                                                      *
2529 %************************************************************************
2530
2531
2532 @tcSimplifyTop@ is called once per module to simplify all the constant
2533 and ambiguous Insts.
2534
2535 We need to be careful of one case.  Suppose we have
2536
2537         instance Num a => Num (Foo a b) where ...
2538
2539 and @tcSimplifyTop@ is given a constraint (Num (Foo x y)).  Then it'll simplify
2540 to (Num x), and default x to Int.  But what about y??
2541
2542 It's OK: the final zonking stage should zap y to (), which is fine.
2543
2544
2545 \begin{code}
2546 tcSimplifyTop, tcSimplifyInteractive :: [Inst] -> TcM TcDictBinds
2547 tcSimplifyTop wanteds
2548   = tc_simplify_top doc False wanteds
2549   where 
2550     doc = text "tcSimplifyTop"
2551
2552 tcSimplifyInteractive wanteds
2553   = tc_simplify_top doc True wanteds
2554   where 
2555     doc = text "tcSimplifyInteractive"
2556
2557 -- The TcLclEnv should be valid here, solely to improve
2558 -- error message generation for the monomorphism restriction
2559 tc_simplify_top :: SDoc -> Bool -> [Inst] -> TcM (Bag (LHsBind TcId))
2560 tc_simplify_top doc interactive wanteds
2561   = do  { dflags <- getDOpts
2562         ; wanteds <- zonkInsts wanteds
2563         ; mapM_ zonkTopTyVar (varSetElems (tyVarsOfInsts wanteds))
2564
2565         ; traceTc (text "tc_simplify_top 0: " <+> ppr wanteds)
2566         ; (irreds1, binds1) <- tryHardCheckLoop doc1 wanteds
2567 --      ; (irreds1, binds1) <- gentleInferLoop doc1 wanteds
2568         ; traceTc (text "tc_simplify_top 1: " <+> ppr irreds1)
2569         ; (irreds2, binds2) <- approximateImplications doc2 (\_ -> True) irreds1
2570         ; traceTc (text "tc_simplify_top 2: " <+> ppr irreds2)
2571
2572                 -- Use the defaulting rules to do extra unification
2573                 -- NB: irreds2 are already zonked
2574         ; (irreds3, binds3) <- disambiguate doc3 interactive dflags irreds2
2575
2576                 -- Deal with implicit parameters
2577         ; let (bad_ips, non_ips) = partition isIPDict irreds3
2578               (ambigs, others)   = partition isTyVarDict non_ips
2579
2580         ; topIPErrs bad_ips     -- Can arise from   f :: Int -> Int
2581                                 --                  f x = x + ?y
2582         ; addNoInstanceErrs others
2583         ; addTopAmbigErrs ambigs        
2584
2585         ; return (binds1 `unionBags` binds2 `unionBags` binds3) }
2586   where
2587     doc1 = doc <+> ptext (sLit "(first round)")
2588     doc2 = doc <+> ptext (sLit "(approximate)")
2589     doc3 = doc <+> ptext (sLit "(disambiguate)")
2590 \end{code}
2591
2592 If a dictionary constrains a type variable which is
2593         * not mentioned in the environment
2594         * and not mentioned in the type of the expression
2595 then it is ambiguous. No further information will arise to instantiate
2596 the type variable; nor will it be generalised and turned into an extra
2597 parameter to a function.
2598
2599 It is an error for this to occur, except that Haskell provided for
2600 certain rules to be applied in the special case of numeric types.
2601 Specifically, if
2602         * at least one of its classes is a numeric class, and
2603         * all of its classes are numeric or standard
2604 then the type variable can be defaulted to the first type in the
2605 default-type list which is an instance of all the offending classes.
2606
2607 So here is the function which does the work.  It takes the ambiguous
2608 dictionaries and either resolves them (producing bindings) or
2609 complains.  It works by splitting the dictionary list by type
2610 variable, and using @disambigOne@ to do the real business.
2611
2612 @disambigOne@ assumes that its arguments dictionaries constrain all
2613 the same type variable.
2614
2615 ADR Comment 20/6/94: I've changed the @CReturnable@ case to default to
2616 @()@ instead of @Int@.  I reckon this is the Right Thing to do since
2617 the most common use of defaulting is code like:
2618 \begin{verbatim}
2619         _ccall_ foo     `seqPrimIO` bar
2620 \end{verbatim}
2621 Since we're not using the result of @foo@, the result if (presumably)
2622 @void@.
2623
2624 \begin{code}
2625 disambiguate :: SDoc -> Bool -> DynFlags -> [Inst] -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
2626         -- Just does unification to fix the default types
2627         -- The Insts are assumed to be pre-zonked
2628 disambiguate doc interactive dflags insts
2629   | null insts
2630   = return (insts, emptyBag)
2631
2632   | null defaultable_groups
2633   = do  { traceTc (text "disambigutate, no defaultable groups" <+> vcat [ppr unaries, ppr insts, ppr bad_tvs, ppr defaultable_groups])
2634         ; return (insts, emptyBag) }
2635
2636   | otherwise
2637   = do  {       -- Figure out what default types to use
2638           default_tys <- getDefaultTys extended_defaulting ovl_strings
2639
2640         ; traceTc (text "disambiguate1" <+> vcat [ppr insts, ppr unaries, ppr bad_tvs, ppr defaultable_groups])
2641         ; mapM_ (disambigGroup default_tys) defaultable_groups
2642
2643         -- disambigGroup does unification, hence try again
2644         ; tryHardCheckLoop doc insts }
2645
2646   where
2647    extended_defaulting = interactive || dopt Opt_ExtendedDefaultRules dflags
2648    ovl_strings = dopt Opt_OverloadedStrings dflags
2649
2650    unaries :: [(Inst, Class, TcTyVar)]  -- (C tv) constraints
2651    bad_tvs :: TcTyVarSet  -- Tyvars mentioned by *other* constraints
2652    (unaries, bad_tvs_s) = partitionWith find_unary insts 
2653    bad_tvs              = unionVarSets bad_tvs_s
2654
2655         -- Finds unary type-class constraints
2656    find_unary d@(Dict {tci_pred = ClassP cls [ty]})
2657         | Just tv <- tcGetTyVar_maybe ty = Left (d,cls,tv)
2658    find_unary inst                       = Right (tyVarsOfInst inst)
2659
2660                 -- Group by type variable
2661    defaultable_groups :: [[(Inst,Class,TcTyVar)]]
2662    defaultable_groups = filter defaultable_group (equivClasses cmp_tv unaries)
2663    cmp_tv (_,_,tv1) (_,_,tv2) = tv1 `compare` tv2
2664
2665    defaultable_group :: [(Inst,Class,TcTyVar)] -> Bool
2666    defaultable_group ds@((_,_,tv):_)
2667         =  isTyConableTyVar tv  -- Note [Avoiding spurious errors]
2668         && not (tv `elemVarSet` bad_tvs)
2669         && defaultable_classes [c | (_,c,_) <- ds]
2670    defaultable_group [] = panic "defaultable_group"
2671
2672    defaultable_classes clss 
2673         | extended_defaulting = any isInteractiveClass clss
2674         | otherwise           = all is_std_class clss && (any is_num_class clss)
2675
2676         -- In interactive mode, or with -XExtendedDefaultRules,
2677         -- we default Show a to Show () to avoid graututious errors on "show []"
2678    isInteractiveClass cls 
2679         = is_num_class cls || (classKey cls `elem` [showClassKey, eqClassKey, ordClassKey])
2680
2681    is_num_class cls = isNumericClass cls || (ovl_strings && (cls `hasKey` isStringClassKey))
2682         -- is_num_class adds IsString to the standard numeric classes, 
2683         -- when -foverloaded-strings is enabled
2684
2685    is_std_class cls = isStandardClass cls || (ovl_strings && (cls `hasKey` isStringClassKey))
2686         -- Similarly is_std_class
2687
2688 -----------------------
2689 disambigGroup :: [Type]                 -- The default types
2690               -> [(Inst,Class,TcTyVar)] -- All standard classes of form (C a)
2691               -> TcM () -- Just does unification, to fix the default types
2692
2693 disambigGroup default_tys dicts
2694   = try_default default_tys
2695   where
2696     (_,_,tyvar) = ASSERT(not (null dicts)) head dicts   -- Should be non-empty
2697     classes = [c | (_,c,_) <- dicts]
2698
2699     try_default [] = return ()
2700     try_default (default_ty : default_tys)
2701       = tryTcLIE_ (try_default default_tys) $
2702         do { tcSimplifyDefault [mkClassPred clas [default_ty] | clas <- classes]
2703                 -- This may fail; then the tryTcLIE_ kicks in
2704                 -- Failure here is caused by there being no type in the
2705                 -- default list which can satisfy all the ambiguous classes.
2706                 -- For example, if Real a is reqd, but the only type in the
2707                 -- default list is Int.
2708
2709                 -- After this we can't fail
2710            ; warnDefault dicts default_ty
2711            ; unifyType default_ty (mkTyVarTy tyvar) 
2712            ; return () -- TOMDO: do something with the coercion
2713            }
2714
2715
2716 -----------------------
2717 getDefaultTys :: Bool -> Bool -> TcM [Type]
2718 getDefaultTys extended_deflts ovl_strings
2719   = do  { mb_defaults <- getDeclaredDefaultTys
2720         ; case mb_defaults of {
2721            Just tys -> return tys ;     -- User-supplied defaults
2722            Nothing  -> do
2723
2724         -- No use-supplied default
2725         -- Use [Integer, Double], plus modifications
2726         { integer_ty <- tcMetaTy integerTyConName
2727         ; checkWiredInTyCon doubleTyCon
2728         ; string_ty <- tcMetaTy stringTyConName
2729         ; return (opt_deflt extended_deflts unitTy
2730                         -- Note [Default unitTy]
2731                         ++
2732                   [integer_ty,doubleTy]
2733                         ++
2734                   opt_deflt ovl_strings string_ty) } } }
2735   where
2736     opt_deflt True  ty = [ty]
2737     opt_deflt False _  = []
2738 \end{code}
2739
2740 Note [Default unitTy]
2741 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2742 In interative mode (or with -XExtendedDefaultRules) we add () as the first type we
2743 try when defaulting.  This has very little real impact, except in the following case.
2744 Consider: 
2745         Text.Printf.printf "hello"
2746 This has type (forall a. IO a); it prints "hello", and returns 'undefined'.  We don't
2747 want the GHCi repl loop to try to print that 'undefined'.  The neatest thing is to
2748 default the 'a' to (), rather than to Integer (which is what would otherwise happen;
2749 and then GHCi doesn't attempt to print the ().  So in interactive mode, we add
2750 () to the list of defaulting types.  See Trac #1200.
2751
2752 Note [Avoiding spurious errors]
2753 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2754 When doing the unification for defaulting, we check for skolem
2755 type variables, and simply don't default them.  For example:
2756    f = (*)      -- Monomorphic
2757    g :: Num a => a -> a
2758    g x = f x x
2759 Here, we get a complaint when checking the type signature for g,
2760 that g isn't polymorphic enough; but then we get another one when
2761 dealing with the (Num a) context arising from f's definition;
2762 we try to unify a with Int (to default it), but find that it's
2763 already been unified with the rigid variable from g's type sig
2764
2765
2766 %************************************************************************
2767 %*                                                                      *
2768 \subsection[simple]{@Simple@ versions}
2769 %*                                                                      *
2770 %************************************************************************
2771
2772 Much simpler versions when there are no bindings to make!
2773
2774 @tcSimplifyThetas@ simplifies class-type constraints formed by
2775 @deriving@ declarations and when specialising instances.  We are
2776 only interested in the simplified bunch of class/type constraints.
2777
2778 It simplifies to constraints of the form (C a b c) where
2779 a,b,c are type variables.  This is required for the context of
2780 instance declarations.
2781
2782 \begin{code}
2783 tcSimplifyDeriv :: InstOrigin
2784                 -> [TyVar]      
2785                 -> ThetaType            -- Wanted
2786                 -> TcM ThetaType        -- Needed
2787 -- Given  instance (wanted) => C inst_ty 
2788 -- Simplify 'wanted' as much as possible
2789
2790 tcSimplifyDeriv orig tyvars theta
2791   = do  { (tvs, _, tenv) <- tcInstTyVars tyvars
2792         -- The main loop may do unification, and that may crash if 
2793         -- it doesn't see a TcTyVar, so we have to instantiate. Sigh
2794         -- ToDo: what if two of them do get unified?
2795         ; wanteds <- newDictBndrsO orig (substTheta tenv theta)
2796         ; (irreds, _) <- tryHardCheckLoop doc wanteds
2797
2798         ; let (tv_dicts, others) = partition ok irreds
2799         ; addNoInstanceErrs others
2800         -- See Note [Exotic derived instance contexts] in TcMType
2801
2802         ; let rev_env = zipTopTvSubst tvs (mkTyVarTys tyvars)
2803               simpl_theta = substTheta rev_env (map dictPred tv_dicts)
2804                 -- This reverse-mapping is a pain, but the result
2805                 -- should mention the original TyVars not TcTyVars
2806
2807         ; return simpl_theta }
2808   where
2809     doc = ptext (sLit "deriving classes for a data type")
2810
2811     ok dict | isDict dict = validDerivPred (dictPred dict)
2812             | otherwise   = False
2813 \end{code}
2814
2815
2816 @tcSimplifyDefault@ just checks class-type constraints, essentially;
2817 used with \tr{default} declarations.  We are only interested in
2818 whether it worked or not.
2819
2820 \begin{code}
2821 tcSimplifyDefault :: ThetaType  -- Wanted; has no type variables in it
2822                   -> TcM ()
2823
2824 tcSimplifyDefault theta = do
2825     wanteds <- newDictBndrsO DefaultOrigin theta
2826     (irreds, _) <- tryHardCheckLoop doc wanteds
2827     addNoInstanceErrs  irreds
2828     if null irreds then
2829         return ()
2830      else
2831         traceTc (ptext (sLit "tcSimplifyDefault failing")) >> failM
2832   where
2833     doc = ptext (sLit "default declaration")
2834 \end{code}
2835
2836
2837 %************************************************************************
2838 %*                                                                      *
2839 \section{Errors and contexts}
2840 %*                                                                      *
2841 %************************************************************************
2842
2843 ToDo: for these error messages, should we note the location as coming
2844 from the insts, or just whatever seems to be around in the monad just
2845 now?
2846
2847 \begin{code}
2848 groupErrs :: ([Inst] -> TcM ()) -- Deal with one group
2849           -> [Inst]             -- The offending Insts
2850           -> TcM ()
2851 -- Group together insts with the same origin
2852 -- We want to report them together in error messages
2853
2854 groupErrs _ [] 
2855   = return ()
2856 groupErrs report_err (inst:insts)
2857   = do  { do_one (inst:friends)
2858         ; groupErrs report_err others }
2859   where
2860         -- (It may seem a bit crude to compare the error messages,
2861         --  but it makes sure that we combine just what the user sees,
2862         --  and it avoids need equality on InstLocs.)
2863    (friends, others) = partition is_friend insts
2864    loc_msg           = showSDoc (pprInstLoc (instLoc inst))
2865    is_friend friend  = showSDoc (pprInstLoc (instLoc friend)) == loc_msg
2866    do_one insts = addInstCtxt (instLoc (head insts)) (report_err insts)
2867                 -- Add location and context information derived from the Insts
2868
2869 -- Add the "arising from..." part to a message about bunch of dicts
2870 addInstLoc :: [Inst] -> Message -> Message
2871 addInstLoc insts msg = msg $$ nest 2 (pprInstArising (head insts))
2872
2873 addTopIPErrs :: [Name] -> [Inst] -> TcM ()
2874 addTopIPErrs _ [] 
2875   = return ()
2876 addTopIPErrs bndrs ips
2877   = do  { dflags <- getDOpts
2878         ; addErrTcM (tidy_env, mk_msg dflags tidy_ips) }
2879   where
2880     (tidy_env, tidy_ips) = tidyInsts ips
2881     mk_msg dflags ips 
2882         = vcat [sep [ptext (sLit "Implicit parameters escape from"),
2883                 nest 2 (ptext (sLit "the monomorphic top-level binding") 
2884                                             <> plural bndrs <+> ptext (sLit "of")
2885                                             <+> pprBinders bndrs <> colon)],
2886                 nest 2 (vcat (map ppr_ip ips)),
2887                 monomorphism_fix dflags]
2888     ppr_ip ip = pprPred (dictPred ip) <+> pprInstArising ip
2889
2890 topIPErrs :: [Inst] -> TcM ()
2891 topIPErrs dicts
2892   = groupErrs report tidy_dicts
2893   where
2894     (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
2895     report dicts = addErrTcM (tidy_env, mk_msg dicts)
2896     mk_msg dicts = addInstLoc dicts (ptext (sLit "Unbound implicit parameter") <> 
2897                                      plural tidy_dicts <+> pprDictsTheta tidy_dicts)
2898
2899 addNoInstanceErrs :: [Inst]     -- Wanted (can include implications)
2900                   -> TcM ()     
2901 addNoInstanceErrs insts
2902   = do  { let (tidy_env, tidy_insts) = tidyInsts insts
2903         ; reportNoInstances tidy_env Nothing tidy_insts }
2904
2905 reportNoInstances 
2906         :: TidyEnv
2907         -> Maybe (InstLoc, [Inst])      -- Context
2908                         -- Nothing => top level
2909                         -- Just (d,g) => d describes the construct
2910                         --               with givens g
2911         -> [Inst]       -- What is wanted (can include implications)
2912         -> TcM ()       
2913
2914 reportNoInstances tidy_env mb_what insts 
2915   = groupErrs (report_no_instances tidy_env mb_what) insts
2916
2917 report_no_instances :: TidyEnv -> Maybe (InstLoc, [Inst]) -> [Inst] -> TcM ()
2918 report_no_instances tidy_env mb_what insts
2919   = do { inst_envs <- tcGetInstEnvs
2920        ; let (implics, insts1)  = partition isImplicInst insts
2921              (insts2, overlaps) = partitionWith (check_overlap inst_envs) insts1
2922              (eqInsts, insts3)  = partition isEqInst insts2
2923        ; traceTc (text "reportNoInstances" <+> vcat 
2924                        [ppr insts, ppr implics, ppr insts1, ppr insts2])
2925        ; mapM_ complain_implic implics
2926        ; mapM_ (\doc -> addErrTcM (tidy_env, doc)) overlaps
2927        ; groupErrs complain_no_inst insts3 
2928        ; mapM_ (addErrTcM . mk_eq_err) eqInsts
2929        }
2930   where
2931     complain_no_inst insts = addErrTcM (tidy_env, mk_no_inst_err insts)
2932
2933     complain_implic inst        -- Recurse!
2934       = reportNoInstances tidy_env 
2935                           (Just (tci_loc inst, tci_given inst)) 
2936                           (tci_wanted inst)
2937
2938     check_overlap :: (InstEnv,InstEnv) -> Inst -> Either Inst SDoc
2939         -- Right msg  => overlap message
2940         -- Left  inst => no instance
2941     check_overlap inst_envs wanted
2942         | not (isClassDict wanted) = Left wanted
2943         | otherwise
2944         = case lookupInstEnv inst_envs clas tys of
2945                 ([], _) -> Left wanted          -- No match
2946                 -- The case of exactly one match and no unifiers means a
2947                 -- successful lookup.  That can't happen here, because dicts
2948                 -- only end up here if they didn't match in Inst.lookupInst
2949                 ([_],[])
2950                  | debugIsOn -> pprPanic "reportNoInstance" (ppr wanted)
2951                 res -> Right (mk_overlap_msg wanted res)
2952           where
2953             (clas,tys) = getDictClassTys wanted
2954
2955     mk_overlap_msg dict (matches, unifiers)
2956       = ASSERT( not (null matches) )
2957         vcat [  addInstLoc [dict] ((ptext (sLit "Overlapping instances for") 
2958                                         <+> pprPred (dictPred dict))),
2959                 sep [ptext (sLit "Matching instances") <> colon,
2960                      nest 2 (vcat [pprInstances ispecs, pprInstances unifiers])],
2961                 if not (isSingleton matches)
2962                 then    -- Two or more matches
2963                      empty
2964                 else    -- One match, plus some unifiers
2965                 ASSERT( not (null unifiers) )
2966                 parens (vcat [ptext (sLit "The choice depends on the instantiation of") <+>
2967                                  quotes (pprWithCommas ppr (varSetElems (tyVarsOfInst dict))),
2968                               ptext (sLit "To pick the first instance above, use -XIncoherentInstances"),
2969                               ptext (sLit "when compiling the other instance declarations")])]
2970       where
2971         ispecs = [ispec | (ispec, _) <- matches]
2972
2973     mk_eq_err :: Inst -> (TidyEnv, SDoc)
2974     mk_eq_err inst = misMatchMsg tidy_env (eqInstTys inst)
2975
2976     mk_no_inst_err insts
2977       | null insts = empty
2978
2979       | Just (loc, givens) <- mb_what,   -- Nested (type signatures, instance decls)
2980         not (isEmptyVarSet (tyVarsOfInsts insts))
2981       = vcat [ addInstLoc insts $
2982                sep [ ptext (sLit "Could not deduce") <+> pprDictsTheta insts
2983                    , nest 2 $ ptext (sLit "from the context") <+> pprDictsTheta givens]
2984              , show_fixes (fix1 loc : fixes2) ]
2985
2986       | otherwise       -- Top level 
2987       = vcat [ addInstLoc insts $
2988                ptext (sLit "No instance") <> plural insts
2989                     <+> ptext (sLit "for") <+> pprDictsTheta insts
2990              , show_fixes fixes2 ]
2991
2992       where
2993         fix1 loc = sep [ ptext (sLit "add") <+> pprDictsTheta insts
2994                                  <+> ptext (sLit "to the context of"),
2995                          nest 2 (ppr (instLocOrigin loc)) ]
2996                          -- I'm not sure it helps to add the location
2997                          -- nest 2 (ptext (sLit "at") <+> ppr (instLocSpan loc)) ]
2998
2999         fixes2 | null instance_dicts = []
3000                | otherwise           = [sep [ptext (sLit "add an instance declaration for"),
3001                                         pprDictsTheta instance_dicts]]
3002         instance_dicts = [d | d <- insts, isClassDict d, not (isTyVarDict d)]
3003                 -- Insts for which it is worth suggesting an adding an instance declaration
3004                 -- Exclude implicit parameters, and tyvar dicts
3005
3006         show_fixes :: [SDoc] -> SDoc
3007         show_fixes []     = empty
3008         show_fixes (f:fs) = sep [ptext (sLit "Possible fix:"), 
3009                                  nest 2 (vcat (f : map (ptext (sLit "or") <+>) fs))]
3010
3011 addTopAmbigErrs :: [Inst] -> TcRn ()
3012 addTopAmbigErrs dicts
3013 -- Divide into groups that share a common set of ambiguous tyvars
3014   = ifErrsM (return ()) $       -- Only report ambiguity if no other errors happened
3015                                 -- See Note [Avoiding spurious errors]
3016     mapM_ report (equivClasses cmp [(d, tvs_of d) | d <- tidy_dicts])
3017   where
3018     (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
3019
3020     tvs_of :: Inst -> [TcTyVar]
3021     tvs_of d = varSetElems (tyVarsOfInst d)
3022     cmp (_,tvs1) (_,tvs2) = tvs1 `compare` tvs2
3023     
3024     report :: [(Inst,[TcTyVar])] -> TcM ()
3025     report pairs@((inst,tvs) : _) = do  -- The pairs share a common set of ambiguous tyvars
3026           (tidy_env, mono_msg) <- mkMonomorphismMsg tidy_env tvs
3027           setSrcSpan (instSpan inst) $
3028                 -- the location of the first one will do for the err message
3029            addErrTcM (tidy_env, msg $$ mono_msg)
3030         where
3031           dicts = map fst pairs
3032           msg = sep [text "Ambiguous type variable" <> plural tvs <+> 
3033                           pprQuotedList tvs <+> in_msg,
3034                      nest 2 (pprDictsInFull dicts)]
3035           in_msg = text "in the constraint" <> plural dicts <> colon
3036     report [] = panic "addTopAmbigErrs"
3037
3038
3039 mkMonomorphismMsg :: TidyEnv -> [TcTyVar] -> TcM (TidyEnv, Message)
3040 -- There's an error with these Insts; if they have free type variables
3041 -- it's probably caused by the monomorphism restriction. 
3042 -- Try to identify the offending variable
3043 -- ASSUMPTION: the Insts are fully zonked
3044 mkMonomorphismMsg tidy_env inst_tvs
3045   = do  { dflags <- getDOpts
3046         ; (tidy_env, docs) <- findGlobals (mkVarSet inst_tvs) tidy_env
3047         ; return (tidy_env, mk_msg dflags docs) }
3048   where
3049     mk_msg _ _ | any isRuntimeUnk inst_tvs
3050         =  vcat [ptext (sLit "Cannot resolve unknown runtime types:") <+>
3051                    (pprWithCommas ppr inst_tvs),
3052                 ptext (sLit "Use :print or :force to determine these types")]
3053     mk_msg _ []   = ptext (sLit "Probable fix: add a type signature that fixes these type variable(s)")
3054                         -- This happens in things like
3055                         --      f x = show (read "foo")
3056                         -- where monomorphism doesn't play any role
3057     mk_msg dflags docs 
3058         = vcat [ptext (sLit "Possible cause: the monomorphism restriction applied to the following:"),
3059                 nest 2 (vcat docs),
3060                 monomorphism_fix dflags]
3061
3062 monomorphism_fix :: DynFlags -> SDoc
3063 monomorphism_fix dflags
3064   = ptext (sLit "Probable fix:") <+> vcat
3065         [ptext (sLit "give these definition(s) an explicit type signature"),
3066          if dopt Opt_MonomorphismRestriction dflags
3067            then ptext (sLit "or use -XNoMonomorphismRestriction")
3068            else empty]  -- Only suggest adding "-XNoMonomorphismRestriction"
3069                         -- if it is not already set!
3070     
3071 warnDefault :: [(Inst, Class, Var)] -> Type -> TcM ()
3072 warnDefault ups default_ty = do
3073     warn_flag <- doptM Opt_WarnTypeDefaults
3074     addInstCtxt (instLoc (head (dicts))) (warnTc warn_flag warn_msg)
3075   where
3076     dicts = [d | (d,_,_) <- ups]
3077
3078         -- Tidy them first
3079     (_, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
3080     warn_msg  = vcat [ptext (sLit "Defaulting the following constraint(s) to type") <+>
3081                                 quotes (ppr default_ty),
3082                       pprDictsInFull tidy_dicts]
3083
3084 reduceDepthErr :: Int -> [Inst] -> SDoc
3085 reduceDepthErr n stack
3086   = vcat [ptext (sLit "Context reduction stack overflow; size =") <+> int n,
3087           ptext (sLit "Use -fcontext-stack=N to increase stack size to N"),
3088           nest 4 (pprStack stack)]
3089
3090 pprStack :: [Inst] -> SDoc
3091 pprStack stack = vcat (map pprInstInFull stack)
3092 \end{code}