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