Store a SrcSpan instead of a SrcLoc inside a Name
[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                         -- If irreds' is empty, it does something sensible
868         ; extendLIEs implics
869         ; return bind } 
870
871
872 makeImplicationBind :: InstLoc -> [TcTyVar] -> Refinement
873                     -> [Inst] -> [Inst]
874                     -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
875 -- Make a binding that binds 'irreds', by generating an implication
876 -- constraint for them, *and* throwing the constraint into the LIE
877 -- The binding looks like
878 --      (ir1, .., irn) = f qtvs givens
879 -- where f is (evidence for) the new implication constraint
880 --      f :: forall qtvs. {reft} givens => (ir1, .., irn)
881 -- qtvs includes coercion variables
882 --
883 -- This binding must line up the 'rhs' in reduceImplication
884 makeImplicationBind loc all_tvs reft
885                     givens      -- Guaranteed all Dicts
886                     irreds
887  | null irreds                  -- If there are no irreds, we are done
888  = return ([], emptyBag)
889  | otherwise                    -- Otherwise we must generate a binding
890  = do   { uniq <- newUnique 
891         ; span <- getSrcSpanM
892         ; let name = mkInternalName uniq (mkVarOcc "ic") span
893               implic_inst = ImplicInst { tci_name = name, tci_reft = reft,
894                                          tci_tyvars = all_tvs, 
895                                          tci_given = givens,
896                                          tci_wanted = irreds, tci_loc = loc }
897
898         ; let n_irreds = length irreds
899               irred_ids = map instToId irreds
900               tup_ty = mkTupleTy Boxed n_irreds (map idType irred_ids)
901               pat = TuplePat (map nlVarPat irred_ids) Boxed tup_ty
902               rhs = L span (mkHsWrap co (HsVar (instToId implic_inst)))
903               co  = mkWpApps (map instToId givens) <.> mkWpTyApps (mkTyVarTys all_tvs)
904               bind | n_irreds==1 = VarBind (head irred_ids) rhs
905                    | otherwise   = PatBind { pat_lhs = L span pat, 
906                                              pat_rhs = unguardedGRHSs rhs, 
907                                              pat_rhs_ty = tup_ty,
908                                              bind_fvs = placeHolderNames }
909         ; -- pprTrace "Make implic inst" (ppr implic_inst) $
910           return ([implic_inst], unitBag (L span bind)) }
911
912 -----------------------------------------------------------
913 topCheckLoop :: SDoc
914              -> [Inst]                  -- Wanted
915              -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
916
917 topCheckLoop doc wanteds
918   = checkLoop (mkRedEnv doc try_me []) wanteds
919   where
920     try_me inst = ReduceMe AddSCs
921
922 -----------------------------------------------------------
923 innerCheckLoop :: InstLoc
924                -> [Inst]                -- Given
925                -> [Inst]                -- Wanted
926                -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
927
928 innerCheckLoop inst_loc givens wanteds
929   = checkLoop env wanteds
930   where
931     env = mkRedEnv (pprInstLoc inst_loc) try_me givens
932
933     try_me inst | isMethodOrLit inst = ReduceMe AddSCs
934                 | otherwise          = Stop
935         -- When checking against a given signature 
936         -- we MUST be very gentle: Note [Check gently]
937 \end{code}
938
939 Note [Check gently]
940 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
941 We have to very careful about not simplifying too vigorously
942 Example:  
943   data T a where
944     MkT :: a -> T [a]
945
946   f :: Show b => T b -> b
947   f (MkT x) = show [x]
948
949 Inside the pattern match, which binds (a:*, x:a), we know that
950         b ~ [a]
951 Hence we have a dictionary for Show [a] available; and indeed we 
952 need it.  We are going to build an implication contraint
953         forall a. (b~[a]) => Show [a]
954 Later, we will solve this constraint using the knowledge (Show b)
955         
956 But we MUST NOT reduce (Show [a]) to (Show a), else the whole
957 thing becomes insoluble.  So we simplify gently (get rid of literals
958 and methods only, plus common up equal things), deferring the real
959 work until top level, when we solve the implication constraint
960 with topCheckLooop.
961
962
963 \begin{code}
964 -----------------------------------------------------------
965 checkLoop :: RedEnv
966           -> [Inst]                     -- Wanted
967           -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
968 -- Precondition: givens are completely rigid
969
970 checkLoop env wanteds
971   = do { -- Givens are skolems, so no need to zonk them
972          wanteds' <- mappM zonkInst wanteds
973
974         ; (improved, binds, irreds) <- reduceContext env wanteds'
975
976         ; if not improved then
977              return (irreds, binds)
978           else do
979
980         -- If improvement did some unification, we go round again.
981         -- We start again with irreds, not wanteds
982         -- Using an instance decl might have introduced a fresh type variable
983         -- which might have been unified, so we'd get an infinite loop
984         -- if we started again with wanteds!  See Note [LOOP]
985         { (irreds1, binds1) <- checkLoop env irreds
986         ; return (irreds1, binds `unionBags` binds1) } }
987 \end{code}
988
989 Note [LOOP]
990 ~~~~~~~~~~~
991         class If b t e r | b t e -> r
992         instance If T t e t
993         instance If F t e e
994         class Lte a b c | a b -> c where lte :: a -> b -> c
995         instance Lte Z b T
996         instance (Lte a b l,If l b a c) => Max a b c
997
998 Wanted: Max Z (S x) y
999
1000 Then we'll reduce using the Max instance to:
1001         (Lte Z (S x) l, If l (S x) Z y)
1002 and improve by binding l->T, after which we can do some reduction
1003 on both the Lte and If constraints.  What we *can't* do is start again
1004 with (Max Z (S x) y)!
1005
1006
1007
1008 %************************************************************************
1009 %*                                                                      *
1010                 tcSimplifySuperClasses
1011 %*                                                                      *
1012 %************************************************************************
1013
1014 Note [SUPERCLASS-LOOP 1]
1015 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1016 We have to be very, very careful when generating superclasses, lest we
1017 accidentally build a loop. Here's an example:
1018
1019   class S a
1020
1021   class S a => C a where { opc :: a -> a }
1022   class S b => D b where { opd :: b -> b }
1023   
1024   instance C Int where
1025      opc = opd
1026   
1027   instance D Int where
1028      opd = opc
1029
1030 From (instance C Int) we get the constraint set {ds1:S Int, dd:D Int}
1031 Simplifying, we may well get:
1032         $dfCInt = :C ds1 (opd dd)
1033         dd  = $dfDInt
1034         ds1 = $p1 dd
1035 Notice that we spot that we can extract ds1 from dd.  
1036
1037 Alas!  Alack! We can do the same for (instance D Int):
1038
1039         $dfDInt = :D ds2 (opc dc)
1040         dc  = $dfCInt
1041         ds2 = $p1 dc
1042
1043 And now we've defined the superclass in terms of itself.
1044
1045 Solution: never generate a superclass selectors at all when
1046 satisfying the superclass context of an instance declaration.
1047
1048 Two more nasty cases are in
1049         tcrun021
1050         tcrun033
1051
1052 \begin{code}
1053 tcSimplifySuperClasses 
1054         :: InstLoc 
1055         -> [Inst]       -- Given 
1056         -> [Inst]       -- Wanted
1057         -> TcM TcDictBinds
1058 tcSimplifySuperClasses loc givens sc_wanteds
1059   = do  { (irreds, binds1) <- checkLoop env sc_wanteds
1060         ; let (tidy_env, tidy_irreds) = tidyInsts irreds
1061         ; reportNoInstances tidy_env (Just (loc, givens)) tidy_irreds
1062         ; return binds1 }
1063   where
1064     env = mkRedEnv (pprInstLoc loc) try_me givens
1065     try_me inst = ReduceMe NoSCs
1066         -- Like topCheckLoop, but with NoSCs
1067 \end{code}
1068
1069
1070 %************************************************************************
1071 %*                                                                      *
1072 \subsection{tcSimplifyRestricted}
1073 %*                                                                      *
1074 %************************************************************************
1075
1076 tcSimplifyRestricted infers which type variables to quantify for a 
1077 group of restricted bindings.  This isn't trivial.
1078
1079 Eg1:    id = \x -> x
1080         We want to quantify over a to get id :: forall a. a->a
1081         
1082 Eg2:    eq = (==)
1083         We do not want to quantify over a, because there's an Eq a 
1084         constraint, so we get eq :: a->a->Bool  (notice no forall)
1085
1086 So, assume:
1087         RHS has type 'tau', whose free tyvars are tau_tvs
1088         RHS has constraints 'wanteds'
1089
1090 Plan A (simple)
1091   Quantify over (tau_tvs \ ftvs(wanteds))
1092   This is bad. The constraints may contain (Monad (ST s))
1093   where we have         instance Monad (ST s) where...
1094   so there's no need to be monomorphic in s!
1095
1096   Also the constraint might be a method constraint,
1097   whose type mentions a perfectly innocent tyvar:
1098           op :: Num a => a -> b -> a
1099   Here, b is unconstrained.  A good example would be
1100         foo = op (3::Int)
1101   We want to infer the polymorphic type
1102         foo :: forall b. b -> b
1103
1104
1105 Plan B (cunning, used for a long time up to and including GHC 6.2)
1106   Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
1107   with Plan A's problem).  Then set
1108         qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
1109
1110   Step 2: Now simplify again, treating the constraint as 'free' if 
1111   it does not mention qtvs, and trying to reduce it otherwise.
1112   The reasons for this is to maximise sharing.
1113
1114   This fails for a very subtle reason.  Suppose that in the Step 2
1115   a constraint (Foo (Succ Zero) (Succ Zero) b) gets thrown upstairs as 'free'.
1116   In the Step 1 this constraint might have been simplified, perhaps to
1117   (Foo Zero Zero b), AND THEN THAT MIGHT BE IMPROVED, to bind 'b' to 'T'.
1118   This won't happen in Step 2... but that in turn might prevent some other
1119   constraint (Baz [a] b) being simplified (e.g. via instance Baz [a] T where {..}) 
1120   and that in turn breaks the invariant that no constraints are quantified over.
1121
1122   Test typecheck/should_compile/tc177 (which failed in GHC 6.2) demonstrates
1123   the problem.
1124
1125
1126 Plan C (brutal)
1127   Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
1128   with Plan A's problem).  Then set
1129         qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
1130   Return the bindings from Step 1.
1131   
1132
1133 A note about Plan C (arising from "bug" reported by George Russel March 2004)
1134 Consider this:
1135
1136       instance (HasBinary ty IO) => HasCodedValue ty
1137
1138       foo :: HasCodedValue a => String -> IO a
1139
1140       doDecodeIO :: HasCodedValue a => () -> () -> IO a
1141       doDecodeIO codedValue view  
1142         = let { act = foo "foo" } in  act
1143
1144 You might think this should work becuase the call to foo gives rise to a constraint
1145 (HasCodedValue t), which can be satisfied by the type sig for doDecodeIO.  But the
1146 restricted binding act = ... calls tcSimplifyRestricted, and PlanC simplifies the
1147 constraint using the (rather bogus) instance declaration, and now we are stuffed.
1148
1149 I claim this is not really a bug -- but it bit Sergey as well as George.  So here's
1150 plan D
1151
1152
1153 Plan D (a variant of plan B)
1154   Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
1155   with Plan A's problem), BUT DO NO IMPROVEMENT.  Then set
1156         qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
1157
1158   Step 2: Now simplify again, treating the constraint as 'free' if 
1159   it does not mention qtvs, and trying to reduce it otherwise.
1160
1161   The point here is that it's generally OK to have too few qtvs; that is,
1162   to make the thing more monomorphic than it could be.  We don't want to
1163   do that in the common cases, but in wierd cases it's ok: the programmer
1164   can always add a signature.  
1165
1166   Too few qtvs => too many wanteds, which is what happens if you do less
1167   improvement.
1168
1169
1170 \begin{code}
1171 tcSimplifyRestricted    -- Used for restricted binding groups
1172                         -- i.e. ones subject to the monomorphism restriction
1173         :: SDoc
1174         -> TopLevelFlag
1175         -> [Name]               -- Things bound in this group
1176         -> TcTyVarSet           -- Free in the type of the RHSs
1177         -> [Inst]               -- Free in the RHSs
1178         -> TcM ([TyVar],        -- Tyvars to quantify (zonked and quantified)
1179                 TcDictBinds)    -- Bindings
1180         -- tcSimpifyRestricted returns no constraints to
1181         -- quantify over; by definition there are none.
1182         -- They are all thrown back in the LIE
1183
1184 tcSimplifyRestricted doc top_lvl bndrs tau_tvs wanteds
1185         -- Zonk everything in sight
1186   = do  { wanteds' <- mappM zonkInst wanteds
1187
1188         -- 'ReduceMe': Reduce as far as we can.  Don't stop at
1189         -- dicts; the idea is to get rid of as many type
1190         -- variables as possible, and we don't want to stop
1191         -- at (say) Monad (ST s), because that reduces
1192         -- immediately, with no constraint on s.
1193         --
1194         -- BUT do no improvement!  See Plan D above
1195         -- HOWEVER, some unification may take place, if we instantiate
1196         --          a method Inst with an equality constraint
1197         ; let env = mkNoImproveRedEnv doc (\i -> ReduceMe AddSCs)
1198         ; (_imp, _binds, constrained_dicts) <- reduceContext env wanteds'
1199
1200         -- Next, figure out the tyvars we will quantify over
1201         ; tau_tvs' <- zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs)
1202         ; gbl_tvs' <- tcGetGlobalTyVars
1203         ; constrained_dicts' <- mappM zonkInst constrained_dicts
1204
1205         ; let qtvs1 = tau_tvs' `minusVarSet` oclose (fdPredsOfInsts constrained_dicts) gbl_tvs'
1206                                 -- As in tcSimplifyInfer
1207
1208                 -- Do not quantify over constrained type variables:
1209                 -- this is the monomorphism restriction
1210               constrained_tvs' = tyVarsOfInsts constrained_dicts'
1211               qtvs = qtvs1 `minusVarSet` constrained_tvs'
1212               pp_bndrs = pprWithCommas (quotes . ppr) bndrs
1213
1214         -- Warn in the mono
1215         ; warn_mono <- doptM Opt_WarnMonomorphism
1216         ; warnTc (warn_mono && (constrained_tvs' `intersectsVarSet` qtvs1))
1217                  (vcat[ ptext SLIT("the Monomorphism Restriction applies to the binding")
1218                                 <> plural bndrs <+> ptext SLIT("for") <+> pp_bndrs,
1219                         ptext SLIT("Consider giving a type signature for") <+> pp_bndrs])
1220
1221         ; traceTc (text "tcSimplifyRestricted" <+> vcat [
1222                 pprInsts wanteds, pprInsts constrained_dicts',
1223                 ppr _binds,
1224                 ppr constrained_tvs', ppr tau_tvs', ppr qtvs ])
1225
1226         -- The first step may have squashed more methods than
1227         -- necessary, so try again, this time more gently, knowing the exact
1228         -- set of type variables to quantify over.
1229         --
1230         -- We quantify only over constraints that are captured by qtvs;
1231         -- these will just be a subset of non-dicts.  This in contrast
1232         -- to normal inference (using isFreeWhenInferring) in which we quantify over
1233         -- all *non-inheritable* constraints too.  This implements choice
1234         -- (B) under "implicit parameter and monomorphism" above.
1235         --
1236         -- Remember that we may need to do *some* simplification, to
1237         -- (for example) squash {Monad (ST s)} into {}.  It's not enough
1238         -- just to float all constraints
1239         --
1240         -- At top level, we *do* squash methods becuase we want to 
1241         -- expose implicit parameters to the test that follows
1242         ; let is_nested_group = isNotTopLevel top_lvl
1243               try_me inst | isFreeWrtTyVars qtvs inst,
1244                            (is_nested_group || isDict inst) = Stop
1245                           | otherwise            = ReduceMe AddSCs
1246               env = mkNoImproveRedEnv doc try_me
1247         ; (_imp, binds, irreds) <- reduceContext env wanteds'
1248
1249         -- See "Notes on implicit parameters, Question 4: top level"
1250         ; ASSERT( all (isFreeWrtTyVars qtvs) irreds )   -- None should be captured
1251           if is_nested_group then
1252                 extendLIEs irreds
1253           else do { let (bad_ips, non_ips) = partition isIPDict irreds
1254                   ; addTopIPErrs bndrs bad_ips
1255                   ; extendLIEs non_ips }
1256
1257         ; qtvs' <- zonkQuantifiedTyVars (varSetElems qtvs)
1258         ; return (qtvs', binds) }
1259 \end{code}
1260
1261
1262 %************************************************************************
1263 %*                                                                      *
1264                 tcSimplifyRuleLhs
1265 %*                                                                      *
1266 %************************************************************************
1267
1268 On the LHS of transformation rules we only simplify methods and constants,
1269 getting dictionaries.  We want to keep all of them unsimplified, to serve
1270 as the available stuff for the RHS of the rule.
1271
1272 Example.  Consider the following left-hand side of a rule
1273         
1274         f (x == y) (y > z) = ...
1275
1276 If we typecheck this expression we get constraints
1277
1278         d1 :: Ord a, d2 :: Eq a
1279
1280 We do NOT want to "simplify" to the LHS
1281
1282         forall x::a, y::a, z::a, d1::Ord a.
1283           f ((==) (eqFromOrd d1) x y) ((>) d1 y z) = ...
1284
1285 Instead we want 
1286
1287         forall x::a, y::a, z::a, d1::Ord a, d2::Eq a.
1288           f ((==) d2 x y) ((>) d1 y z) = ...
1289
1290 Here is another example:
1291
1292         fromIntegral :: (Integral a, Num b) => a -> b
1293         {-# RULES "foo"  fromIntegral = id :: Int -> Int #-}
1294
1295 In the rule, a=b=Int, and Num Int is a superclass of Integral Int. But
1296 we *dont* want to get
1297
1298         forall dIntegralInt.
1299            fromIntegral Int Int dIntegralInt (scsel dIntegralInt) = id Int
1300
1301 because the scsel will mess up RULE matching.  Instead we want
1302
1303         forall dIntegralInt, dNumInt.
1304           fromIntegral Int Int dIntegralInt dNumInt = id Int
1305
1306 Even if we have 
1307
1308         g (x == y) (y == z) = ..
1309
1310 where the two dictionaries are *identical*, we do NOT WANT
1311
1312         forall x::a, y::a, z::a, d1::Eq a
1313           f ((==) d1 x y) ((>) d1 y z) = ...
1314
1315 because that will only match if the dict args are (visibly) equal.
1316 Instead we want to quantify over the dictionaries separately.
1317
1318 In short, tcSimplifyRuleLhs must *only* squash LitInst and MethInts, leaving
1319 all dicts unchanged, with absolutely no sharing.  It's simpler to do this
1320 from scratch, rather than further parameterise simpleReduceLoop etc
1321
1322 \begin{code}
1323 tcSimplifyRuleLhs :: [Inst] -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
1324 tcSimplifyRuleLhs wanteds
1325   = go [] emptyBag wanteds
1326   where
1327     go dicts binds []
1328         = return (dicts, binds)
1329     go dicts binds (w:ws)
1330         | isDict w
1331         = go (w:dicts) binds ws
1332         | otherwise
1333         = do { w' <- zonkInst w  -- So that (3::Int) does not generate a call
1334                                  -- to fromInteger; this looks fragile to me
1335              ; lookup_result <- lookupSimpleInst w'
1336              ; case lookup_result of
1337                  GenInst ws' rhs -> go dicts (addBind binds w rhs) (ws' ++ ws)
1338                  NoInstance      -> pprPanic "tcSimplifyRuleLhs" (ppr w)
1339           }
1340 \end{code}
1341
1342 tcSimplifyBracket is used when simplifying the constraints arising from
1343 a Template Haskell bracket [| ... |].  We want to check that there aren't
1344 any constraints that can't be satisfied (e.g. Show Foo, where Foo has no
1345 Show instance), but we aren't otherwise interested in the results.
1346 Nor do we care about ambiguous dictionaries etc.  We will type check
1347 this bracket again at its usage site.
1348
1349 \begin{code}
1350 tcSimplifyBracket :: [Inst] -> TcM ()
1351 tcSimplifyBracket wanteds
1352   = do  { topCheckLoop doc wanteds
1353         ; return () }
1354   where
1355     doc = text "tcSimplifyBracket"
1356 \end{code}
1357
1358
1359 %************************************************************************
1360 %*                                                                      *
1361 \subsection{Filtering at a dynamic binding}
1362 %*                                                                      *
1363 %************************************************************************
1364
1365 When we have
1366         let ?x = R in B
1367
1368 we must discharge all the ?x constraints from B.  We also do an improvement
1369 step; if we have ?x::t1 and ?x::t2 we must unify t1, t2.
1370
1371 Actually, the constraints from B might improve the types in ?x. For example
1372
1373         f :: (?x::Int) => Char -> Char
1374         let ?x = 3 in f 'c'
1375
1376 then the constraint (?x::Int) arising from the call to f will
1377 force the binding for ?x to be of type Int.
1378
1379 \begin{code}
1380 tcSimplifyIPs :: [Inst]         -- The implicit parameters bound here
1381               -> [Inst]         -- Wanted
1382               -> TcM TcDictBinds
1383         -- We need a loop so that we do improvement, and then
1384         -- (next time round) generate a binding to connect the two
1385         --      let ?x = e in ?x
1386         -- Here the two ?x's have different types, and improvement 
1387         -- makes them the same.
1388
1389 tcSimplifyIPs given_ips wanteds
1390   = do  { wanteds'   <- mappM zonkInst wanteds
1391         ; given_ips' <- mappM zonkInst given_ips
1392                 -- Unusually for checking, we *must* zonk the given_ips
1393
1394         ; let env = mkRedEnv doc try_me given_ips'
1395         ; (improved, binds, irreds) <- reduceContext env wanteds'
1396
1397         ; if not improved then 
1398                 ASSERT( all is_free irreds )
1399                 do { extendLIEs irreds
1400                    ; return binds }
1401           else
1402                 tcSimplifyIPs given_ips wanteds }
1403   where
1404     doc    = text "tcSimplifyIPs" <+> ppr given_ips
1405     ip_set = mkNameSet (ipNamesOfInsts given_ips)
1406     is_free inst = isFreeWrtIPs ip_set inst
1407
1408         -- Simplify any methods that mention the implicit parameter
1409     try_me inst | is_free inst = Stop
1410                 | otherwise    = ReduceMe NoSCs
1411 \end{code}
1412
1413
1414 %************************************************************************
1415 %*                                                                      *
1416 \subsection[binds-for-local-funs]{@bindInstsOfLocalFuns@}
1417 %*                                                                      *
1418 %************************************************************************
1419
1420 When doing a binding group, we may have @Insts@ of local functions.
1421 For example, we might have...
1422 \begin{verbatim}
1423 let f x = x + 1     -- orig local function (overloaded)
1424     f.1 = f Int     -- two instances of f
1425     f.2 = f Float
1426  in
1427     (f.1 5, f.2 6.7)
1428 \end{verbatim}
1429 The point is: we must drop the bindings for @f.1@ and @f.2@ here,
1430 where @f@ is in scope; those @Insts@ must certainly not be passed
1431 upwards towards the top-level.  If the @Insts@ were binding-ified up
1432 there, they would have unresolvable references to @f@.
1433
1434 We pass in an @init_lie@ of @Insts@ and a list of locally-bound @Ids@.
1435 For each method @Inst@ in the @init_lie@ that mentions one of the
1436 @Ids@, we create a binding.  We return the remaining @Insts@ (in an
1437 @LIE@), as well as the @HsBinds@ generated.
1438
1439 \begin{code}
1440 bindInstsOfLocalFuns :: [Inst] -> [TcId] -> TcM TcDictBinds
1441 -- Simlifies only MethodInsts, and generate only bindings of form 
1442 --      fm = f tys dicts
1443 -- We're careful not to even generate bindings of the form
1444 --      d1 = d2
1445 -- You'd think that'd be fine, but it interacts with what is
1446 -- arguably a bug in Match.tidyEqnInfo (see notes there)
1447
1448 bindInstsOfLocalFuns wanteds local_ids
1449   | null overloaded_ids
1450         -- Common case
1451   = extendLIEs wanteds          `thenM_`
1452     returnM emptyLHsBinds
1453
1454   | otherwise
1455   = do  { (irreds, binds) <- checkLoop env for_me
1456         ; extendLIEs not_for_me 
1457         ; extendLIEs irreds
1458         ; return binds }
1459   where
1460     env = mkRedEnv doc try_me []
1461     doc              = text "bindInsts" <+> ppr local_ids
1462     overloaded_ids   = filter is_overloaded local_ids
1463     is_overloaded id = isOverloadedTy (idType id)
1464     (for_me, not_for_me) = partition (isMethodFor overloaded_set) wanteds
1465
1466     overloaded_set = mkVarSet overloaded_ids    -- There can occasionally be a lot of them
1467                                                 -- so it's worth building a set, so that
1468                                                 -- lookup (in isMethodFor) is faster
1469     try_me inst | isMethod inst = ReduceMe NoSCs
1470                 | otherwise     = Stop
1471 \end{code}
1472
1473
1474 %************************************************************************
1475 %*                                                                      *
1476 \subsection{Data types for the reduction mechanism}
1477 %*                                                                      *
1478 %************************************************************************
1479
1480 The main control over context reduction is here
1481
1482 \begin{code}
1483 data RedEnv 
1484   = RedEnv { red_doc    :: SDoc                 -- The context
1485            , red_try_me :: Inst -> WhatToDo
1486            , red_improve :: Bool                -- True <=> do improvement
1487            , red_givens :: [Inst]               -- All guaranteed rigid
1488                                                 -- Always dicts
1489                                                 -- but see Note [Rigidity]
1490            , red_stack  :: (Int, [Inst])        -- Recursion stack (for err msg)
1491                                                 -- See Note [RedStack]
1492   }
1493
1494 -- Note [Rigidity]
1495 -- The red_givens are rigid so far as cmpInst is concerned.
1496 -- There is one case where they are not totally rigid, namely in tcSimplifyIPs
1497 --      let ?x = e in ...
1498 -- Here, the given is (?x::a), where 'a' is not necy a rigid type
1499 -- But that doesn't affect the comparison, which is based only on mame.
1500
1501 -- Note [RedStack]
1502 -- The red_stack pair (n,insts) pair is just used for error reporting.
1503 -- 'n' is always the depth of the stack.
1504 -- The 'insts' is the stack of Insts being reduced: to produce X
1505 -- I had to produce Y, to produce Y I had to produce Z, and so on.
1506
1507
1508 mkRedEnv :: SDoc -> (Inst -> WhatToDo) -> [Inst] -> RedEnv
1509 mkRedEnv doc try_me givens
1510   = RedEnv { red_doc = doc, red_try_me = try_me,
1511              red_givens = givens, red_stack = (0,[]),
1512              red_improve = True }       
1513
1514 mkNoImproveRedEnv :: SDoc -> (Inst -> WhatToDo) -> RedEnv
1515 -- Do not do improvement; no givens
1516 mkNoImproveRedEnv doc try_me
1517   = RedEnv { red_doc = doc, red_try_me = try_me,
1518              red_givens = [], red_stack = (0,[]),
1519              red_improve = True }       
1520
1521 data WhatToDo
1522  = ReduceMe WantSCs     -- Try to reduce this
1523                         -- If there's no instance, add the inst to the 
1524                         -- irreductible ones, but don't produce an error 
1525                         -- message of any kind.
1526                         -- It might be quite legitimate such as (Eq a)!
1527
1528  | Stop         -- Return as irreducible unless it can
1529                         -- be reduced to a constant in one step
1530                         -- Do not add superclasses; see 
1531
1532 data WantSCs = NoSCs | AddSCs   -- Tells whether we should add the superclasses
1533                                 -- of a predicate when adding it to the avails
1534         -- The reason for this flag is entirely the super-class loop problem
1535         -- Note [SUPER-CLASS LOOP 1]
1536 \end{code}
1537
1538 %************************************************************************
1539 %*                                                                      *
1540 \subsection[reduce]{@reduce@}
1541 %*                                                                      *
1542 %************************************************************************
1543
1544
1545 \begin{code}
1546 reduceContext :: RedEnv
1547               -> [Inst]                 -- Wanted
1548               -> TcM (ImprovementDone,
1549                       TcDictBinds,      -- Dictionary bindings
1550                       [Inst])           -- Irreducible
1551
1552 reduceContext env wanteds
1553   = do  { traceTc (text "reduceContext" <+> (vcat [
1554              text "----------------------",
1555              red_doc env,
1556              text "given" <+> ppr (red_givens env),
1557              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1558              text "----------------------"
1559              ]))
1560
1561         -- Build the Avail mapping from "givens"
1562         ; init_state <- foldlM addGiven emptyAvails (red_givens env)
1563
1564         -- Do the real work
1565         ; avails <- reduceList env wanteds init_state
1566
1567         ; let improved = availsImproved avails
1568         ; (binds, irreds) <- extractResults avails wanteds
1569
1570         ; traceTc (text "reduceContext end" <+> (vcat [
1571              text "----------------------",
1572              red_doc env,
1573              text "given" <+> ppr (red_givens env),
1574              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1575              text "----",
1576              text "avails" <+> pprAvails avails,
1577              text "improved =" <+> ppr improved,
1578              text "----------------------"
1579              ]))
1580
1581         ; return (improved, binds, irreds) }
1582
1583 tcImproveOne :: Avails -> Inst -> TcM ImprovementDone
1584 tcImproveOne avails inst
1585   | not (isDict inst) = return False
1586   | otherwise
1587   = do  { inst_envs <- tcGetInstEnvs
1588         ; let eqns = improveOne (classInstances inst_envs)
1589                                 (dictPred inst, pprInstArising inst)
1590                                 [ (dictPred p, pprInstArising p)
1591                                 | p <- availsInsts avails, isDict p ]
1592                 -- Avails has all the superclasses etc (good)
1593                 -- It also has all the intermediates of the deduction (good)
1594                 -- It does not have duplicates (good)
1595                 -- NB that (?x::t1) and (?x::t2) will be held separately in avails
1596                 --    so that improve will see them separate
1597         ; traceTc (text "improveOne" <+> ppr inst)
1598         ; unifyEqns eqns }
1599
1600 unifyEqns :: [(Equation,(PredType,SDoc),(PredType,SDoc))] 
1601           -> TcM ImprovementDone
1602 unifyEqns [] = return False
1603 unifyEqns eqns
1604   = do  { traceTc (ptext SLIT("Improve:") <+> vcat (map pprEquationDoc eqns))
1605         ; mappM_ unify eqns
1606         ; return True }
1607   where
1608     unify ((qtvs, pairs), what1, what2)
1609          = addErrCtxtM (mkEqnMsg what1 what2)   $
1610            tcInstTyVars (varSetElems qtvs)      `thenM` \ (_, _, tenv) ->
1611            mapM_ (unif_pr tenv) pairs
1612     unif_pr tenv (ty1,ty2) =  unifyType (substTy tenv ty1) (substTy tenv ty2)
1613
1614 pprEquationDoc (eqn, (p1,w1), (p2,w2)) = vcat [pprEquation eqn, nest 2 (ppr p1), nest 2 (ppr p2)]
1615
1616 mkEqnMsg (pred1,from1) (pred2,from2) tidy_env
1617   = do  { pred1' <- zonkTcPredType pred1; pred2' <- zonkTcPredType pred2
1618         ; let { pred1'' = tidyPred tidy_env pred1'; pred2'' = tidyPred tidy_env pred2' }
1619         ; let msg = vcat [ptext SLIT("When using functional dependencies to combine"),
1620                           nest 2 (sep [ppr pred1'' <> comma, nest 2 from1]), 
1621                           nest 2 (sep [ppr pred2'' <> comma, nest 2 from2])]
1622         ; return (tidy_env, msg) }
1623 \end{code}
1624
1625 The main context-reduction function is @reduce@.  Here's its game plan.
1626
1627 \begin{code}
1628 reduceList :: RedEnv -> [Inst] -> Avails -> TcM Avails
1629 reduceList env@(RedEnv {red_stack = (n,stk)}) wanteds state
1630   = do  { dopts <- getDOpts
1631 #ifdef DEBUG
1632         ; if n > 8 then
1633                 dumpTcRn (hang (ptext SLIT("Interesting! Context reduction stack depth") <+> int n) 
1634                              2 (ifPprDebug (nest 2 (pprStack stk))))
1635           else return ()
1636 #endif
1637         ; if n >= ctxtStkDepth dopts then
1638             failWithTc (reduceDepthErr n stk)
1639           else
1640             go wanteds state }
1641   where
1642     go []     state = return state
1643     go (w:ws) state = do { state' <- reduce (env {red_stack = (n+1, w:stk)}) w state
1644                          ; go ws state' }
1645
1646     -- Base case: we're done!
1647 reduce env wanted avails
1648     -- It's the same as an existing inst, or a superclass thereof
1649   | Just avail <- findAvail avails wanted
1650   = returnM avails      
1651
1652   | otherwise
1653   = case red_try_me env wanted of {
1654     ; Stop -> try_simple (addIrred NoSCs)       -- See Note [No superclasses for Stop]
1655
1656     ; ReduceMe want_scs ->      -- It should be reduced
1657         reduceInst env avails wanted      `thenM` \ (avails, lookup_result) ->
1658         case lookup_result of
1659             NoInstance ->    -- No such instance!
1660                              -- Add it and its superclasses
1661                              addIrred want_scs avails wanted
1662
1663             GenInst [] rhs -> addWanted want_scs avails wanted rhs []
1664
1665             GenInst wanteds' rhs -> do  { avails1 <- addIrred NoSCs avails wanted
1666                                         ; avails2 <- reduceList env wanteds' avails1
1667                                         ; addWanted want_scs avails2 wanted rhs wanteds' }
1668                 -- Temporarily do addIrred *before* the reduceList, 
1669                 -- which has the effect of adding the thing we are trying
1670                 -- to prove to the database before trying to prove the things it
1671                 -- needs.  See note [RECURSIVE DICTIONARIES]
1672                 -- NB: we must not do an addWanted before, because that adds the
1673                 --     superclasses too, and thaat can lead to a spurious loop; see
1674                 --     the examples in [SUPERCLASS-LOOP]
1675                 -- So we do an addIrred before, and then overwrite it afterwards with addWanted
1676
1677     }
1678   where
1679         -- First, see if the inst can be reduced to a constant in one step
1680         -- Works well for literals (1::Int) and constant dictionaries (d::Num Int)
1681         -- Don't bother for implication constraints, which take real work
1682     try_simple do_this_otherwise
1683       = do { res <- lookupSimpleInst wanted
1684            ; case res of
1685                 GenInst [] rhs -> addWanted AddSCs avails wanted rhs []
1686                 other          -> do_this_otherwise avails wanted }
1687 \end{code}
1688
1689
1690 Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
1691 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1692 But the above isn't enough.  Suppose we are *given* d1:Ord a,
1693 and want to deduce (d2:C [a]) where
1694
1695         class Ord a => C a where
1696         instance Ord [a] => C [a] where ...
1697
1698 Then we'll use the instance decl to deduce C [a] from Ord [a], and then add the
1699 superclasses of C [a] to avails.  But we must not overwrite the binding
1700 for Ord [a] (which is obtained from Ord a) with a superclass selection or we'll just
1701 build a loop! 
1702
1703 Here's another variant, immortalised in tcrun020
1704         class Monad m => C1 m
1705         class C1 m => C2 m x
1706         instance C2 Maybe Bool
1707 For the instance decl we need to build (C1 Maybe), and it's no good if
1708 we run around and add (C2 Maybe Bool) and its superclasses to the avails 
1709 before we search for C1 Maybe.
1710
1711 Here's another example 
1712         class Eq b => Foo a b
1713         instance Eq a => Foo [a] a
1714 If we are reducing
1715         (Foo [t] t)
1716
1717 we'll first deduce that it holds (via the instance decl).  We must not
1718 then overwrite the Eq t constraint with a superclass selection!
1719
1720 At first I had a gross hack, whereby I simply did not add superclass constraints
1721 in addWanted, though I did for addGiven and addIrred.  This was sub-optimal,
1722 becuase it lost legitimate superclass sharing, and it still didn't do the job:
1723 I found a very obscure program (now tcrun021) in which improvement meant the
1724 simplifier got two bites a the cherry... so something seemed to be an Stop
1725 first time, but reducible next time.
1726
1727 Now we implement the Right Solution, which is to check for loops directly 
1728 when adding superclasses.  It's a bit like the occurs check in unification.
1729
1730
1731 Note [RECURSIVE DICTIONARIES]
1732 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1733 Consider 
1734     data D r = ZeroD | SuccD (r (D r));
1735     
1736     instance (Eq (r (D r))) => Eq (D r) where
1737         ZeroD     == ZeroD     = True
1738         (SuccD a) == (SuccD b) = a == b
1739         _         == _         = False;
1740     
1741     equalDC :: D [] -> D [] -> Bool;
1742     equalDC = (==);
1743
1744 We need to prove (Eq (D [])).  Here's how we go:
1745
1746         d1 : Eq (D [])
1747
1748 by instance decl, holds if
1749         d2 : Eq [D []]
1750         where   d1 = dfEqD d2
1751
1752 by instance decl of Eq, holds if
1753         d3 : D []
1754         where   d2 = dfEqList d3
1755                 d1 = dfEqD d2
1756
1757 But now we can "tie the knot" to give
1758
1759         d3 = d1
1760         d2 = dfEqList d3
1761         d1 = dfEqD d2
1762
1763 and it'll even run!  The trick is to put the thing we are trying to prove
1764 (in this case Eq (D []) into the database before trying to prove its
1765 contributing clauses.
1766         
1767
1768 %************************************************************************
1769 %*                                                                      *
1770                 Reducing a single constraint
1771 %*                                                                      *
1772 %************************************************************************
1773
1774 \begin{code}
1775 ---------------------------------------------
1776 reduceInst :: RedEnv -> Avails -> Inst -> TcM (Avails, LookupInstResult)
1777 reduceInst env avails (ImplicInst { tci_tyvars = tvs, tci_reft = reft, tci_loc = loc,
1778                                     tci_given = extra_givens, tci_wanted = wanteds })
1779   = reduceImplication env avails reft tvs extra_givens wanteds loc
1780
1781 reduceInst env avails other_inst
1782   = do  { result <- lookupSimpleInst other_inst
1783         ; return (avails, result) }
1784 \end{code}
1785
1786 \begin{code}
1787 ---------------------------------------------
1788 reduceImplication :: RedEnv
1789                  -> Avails
1790                  -> Refinement  -- May refine the givens; often empty
1791                  -> [TcTyVar]   -- Quantified type variables; all skolems
1792                  -> [Inst]      -- Extra givens; all rigid
1793                  -> [Inst]      -- Wanted
1794                  -> InstLoc
1795                  -> TcM (Avails, LookupInstResult)
1796 \end{code}
1797
1798 Suppose we are simplifying the constraint
1799         forall bs. extras => wanted
1800 in the context of an overall simplification problem with givens 'givens',
1801 and refinment 'reft'.
1802
1803 Note that
1804   * The refinement is often empty
1805
1806   * The 'extra givens' need not mention any of the quantified type variables
1807         e.g.    forall {}. Eq a => Eq [a]
1808                 forall {}. C Int => D (Tree Int)
1809
1810     This happens when you have something like
1811         data T a where
1812           T1 :: Eq a => a -> T a
1813
1814         f :: T a -> Int
1815         f x = ...(case x of { T1 v -> v==v })...
1816
1817 \begin{code}
1818         -- ToDo: should we instantiate tvs?  I think it's not necessary
1819         --
1820         -- ToDo: what about improvement?  There may be some improvement
1821         --       exposed as a result of the simplifications done by reduceList
1822         --       which are discarded if we back off.  
1823         --       This is almost certainly Wrong, but we'll fix it when dealing
1824         --       better with equality constraints
1825 reduceImplication env orig_avails reft tvs extra_givens wanteds inst_loc
1826   = do  {       -- Add refined givens, and the extra givens
1827           (refined_red_givens, avails) 
1828                 <- if isEmptyRefinement reft then return (red_givens env, orig_avails)
1829                    else foldlM (addRefinedGiven reft) ([], orig_avails) (red_givens env)
1830         ; avails <- foldlM addGiven avails extra_givens
1831
1832                 -- Solve the sub-problem
1833         ; let try_me inst = ReduceMe AddSCs     -- Note [Freeness and implications]
1834               env' = env { red_givens = refined_red_givens ++ extra_givens
1835                          , red_try_me = try_me }
1836
1837         ; traceTc (text "reduceImplication" <+> vcat
1838                         [ ppr orig_avails,
1839                           ppr (red_givens env), ppr extra_givens, 
1840                           ppr reft, ppr wanteds, ppr avails ])
1841         ; avails <- reduceList env' wanteds avails
1842
1843                 -- Extract the binding
1844         ; (binds, irreds) <- extractResults avails wanteds
1845  
1846                 -- We always discard the extra avails we've generated;
1847                 -- but we remember if we have done any (global) improvement
1848         ; let ret_avails = updateImprovement orig_avails avails
1849
1850         ; if isEmptyLHsBinds binds then         -- No progress
1851                 return (ret_avails, NoInstance)
1852           else do
1853         { (implic_insts, bind) <- makeImplicationBind inst_loc tvs reft extra_givens irreds
1854                         -- This binding is useless if the recursive simplification
1855                         -- made no progress; but currently we don't try to optimise that
1856                         -- case.  After all, we only try hard to reduce at top level, or
1857                         -- when inferring types.
1858
1859         ; let   dict_ids = map instToId extra_givens
1860                 co  = mkWpTyLams tvs <.> mkWpLams dict_ids <.> WpLet (binds `unionBags` bind)
1861                 rhs = mkHsWrap co payload
1862                 loc = instLocSpan inst_loc
1863                 payload | isSingleton wanteds = HsVar (instToId (head wanteds))
1864                         | otherwise = ExplicitTuple (map (L loc . HsVar . instToId) wanteds) Boxed
1865
1866                 -- If there are any irreds, we back off and return NoInstance
1867         ; return (ret_avails, GenInst implic_insts (L loc rhs))
1868   } }
1869 \end{code}
1870
1871 Note [Freeness and implications]
1872 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1873 It's hard to say when an implication constraint can be floated out.  Consider
1874         forall {} Eq a => Foo [a]
1875 The (Foo [a]) doesn't mention any of the quantified variables, but it
1876 still might be partially satisfied by the (Eq a). 
1877
1878 There is a useful special case when it *is* easy to partition the 
1879 constraints, namely when there are no 'givens'.  Consider
1880         forall {a}. () => Bar b
1881 There are no 'givens', and so there is no reason to capture (Bar b).
1882 We can let it float out.  But if there is even one constraint we
1883 must be much more careful:
1884         forall {a}. C a b => Bar (m b)
1885 because (C a b) might have a superclass (D b), from which we might 
1886 deduce (Bar [b]) when m later gets instantiated to [].  Ha!
1887
1888 Here is an even more exotic example
1889         class C a => D a b
1890 Now consider the constraint
1891         forall b. D Int b => C Int
1892 We can satisfy the (C Int) from the superclass of D, so we don't want
1893 to float the (C Int) out, even though it mentions no type variable in
1894 the constraints!
1895
1896 Note [Pruning the givens in an implication constraint]
1897 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1898 Suppose we are about to form the implication constraint
1899         forall tvs.  Eq a => Ord b
1900 The (Eq a) cannot contribute to the (Ord b), because it has no access to
1901 the type variable 'b'.  So we could filter out the (Eq a) from the givens.
1902
1903 Doing so would be a bit tidier, but all the implication constraints get
1904 simplified away by the optimiser, so it's no great win.   So I don't take
1905 advantage of that at the moment.
1906
1907 If you do, BE CAREFUL of wobbly type variables.
1908
1909
1910 %************************************************************************
1911 %*                                                                      *
1912                 Avails and AvailHow: the pool of evidence
1913 %*                                                                      *
1914 %************************************************************************
1915
1916
1917 \begin{code}
1918 data Avails = Avails !ImprovementDone !AvailEnv
1919
1920 type ImprovementDone = Bool     -- True <=> some unification has happened
1921                                 -- so some Irreds might now be reducible
1922                                 -- keys that are now 
1923
1924 type AvailEnv = FiniteMap Inst AvailHow
1925 data AvailHow
1926   = IsIrred             -- Used for irreducible dictionaries,
1927                         -- which are going to be lambda bound
1928
1929   | Given TcId          -- Used for dictionaries for which we have a binding
1930                         -- e.g. those "given" in a signature
1931
1932   | Rhs                 -- Used when there is a RHS
1933         (LHsExpr TcId)  -- The RHS
1934         [Inst]          -- Insts free in the RHS; we need these too
1935
1936 instance Outputable Avails where
1937   ppr = pprAvails
1938
1939 pprAvails (Avails imp avails)
1940   = vcat [ ptext SLIT("Avails") <> (if imp then ptext SLIT("[improved]") else empty)
1941          , nest 2 (vcat [sep [ppr inst, nest 2 (equals <+> ppr avail)]
1942                         | (inst,avail) <- fmToList avails ])]
1943
1944 instance Outputable AvailHow where
1945     ppr = pprAvail
1946
1947 -------------------------
1948 pprAvail :: AvailHow -> SDoc
1949 pprAvail IsIrred        = text "Irred"
1950 pprAvail (Given x)      = text "Given" <+> ppr x
1951 pprAvail (Rhs rhs bs)   = text "Rhs" <+> ppr rhs <+> braces (ppr bs)
1952
1953 -------------------------
1954 extendAvailEnv :: AvailEnv -> Inst -> AvailHow -> AvailEnv
1955 extendAvailEnv env inst avail = addToFM env inst avail
1956
1957 findAvailEnv :: AvailEnv -> Inst -> Maybe AvailHow
1958 findAvailEnv env wanted = lookupFM env wanted
1959         -- NB 1: the Ord instance of Inst compares by the class/type info
1960         --  *not* by unique.  So
1961         --      d1::C Int ==  d2::C Int
1962
1963 emptyAvails :: Avails
1964 emptyAvails = Avails False emptyFM
1965
1966 findAvail :: Avails -> Inst -> Maybe AvailHow
1967 findAvail (Avails _ avails) wanted = findAvailEnv avails wanted
1968
1969 elemAvails :: Inst -> Avails -> Bool
1970 elemAvails wanted (Avails _ avails) = wanted `elemFM` avails
1971
1972 extendAvails :: Avails -> Inst -> AvailHow -> TcM Avails
1973 -- Does improvement
1974 extendAvails avails@(Avails imp env) inst avail 
1975   = do  { imp1 <- tcImproveOne avails inst      -- Do any improvement
1976         ; return (Avails (imp || imp1) (extendAvailEnv env inst avail)) }
1977
1978 availsInsts :: Avails -> [Inst]
1979 availsInsts (Avails _ avails) = keysFM avails
1980
1981 availsImproved (Avails imp _) = imp
1982
1983 updateImprovement :: Avails -> Avails -> Avails
1984 -- (updateImprovement a1 a2) sets a1's improvement flag from a2
1985 updateImprovement (Avails _ avails1) (Avails imp2 _) = Avails imp2 avails1
1986 \end{code}
1987
1988 Extracting the bindings from a bunch of Avails.
1989 The bindings do *not* come back sorted in dependency order.
1990 We assume that they'll be wrapped in a big Rec, so that the
1991 dependency analyser can sort them out later
1992
1993 \begin{code}
1994 extractResults :: Avails
1995                -> [Inst]                -- Wanted
1996                -> TcM ( TcDictBinds,    -- Bindings
1997                         [Inst])         -- Irreducible ones
1998
1999 extractResults (Avails _ avails) wanteds
2000   = go avails emptyBag [] wanteds
2001   where
2002     go :: AvailEnv -> TcDictBinds -> [Inst] -> [Inst]
2003         -> TcM (TcDictBinds, [Inst])
2004     go avails binds irreds [] 
2005       = returnM (binds, irreds)
2006
2007     go avails binds irreds (w:ws)
2008       = case findAvailEnv avails w of
2009           Nothing    -> pprTrace "Urk: extractResults" (ppr w) $
2010                         go avails binds irreds ws
2011
2012           Just IsIrred -> go (add_given avails w) binds (w:irreds) ws
2013
2014           Just (Given id) 
2015                 | id == instToId w
2016                 -> go avails binds irreds ws 
2017                 -- The sought Id can be one of the givens, via a superclass chain
2018                 -- and then we definitely don't want to generate an x=x binding!
2019
2020                 | otherwise
2021                 -> go avails (addBind binds w (nlHsVar id)) irreds ws
2022
2023           Just (Rhs rhs ws') -> go (add_given avails w) new_binds irreds (ws' ++ ws)
2024                              where
2025                                 new_binds = addBind binds w rhs
2026
2027     add_given avails w = extendAvailEnv avails w (Given (instToId w))
2028
2029 addBind binds inst rhs = binds `unionBags` unitBag (L (instSpan inst) 
2030                                                       (VarBind (instToId inst) rhs))
2031 \end{code}
2032
2033
2034 Note [No superclasses for Stop]
2035 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2036 When we decide not to reduce an Inst -- the 'WhatToDo' --- we still
2037 add it to avails, so that any other equal Insts will be commoned up
2038 right here.  However, we do *not* add superclasses.  If we have
2039         df::Floating a
2040         dn::Num a
2041 but a is not bound here, then we *don't* want to derive dn from df
2042 here lest we lose sharing.
2043
2044 \begin{code}
2045 addWanted :: WantSCs -> Avails -> Inst -> LHsExpr TcId -> [Inst] -> TcM Avails
2046 addWanted want_scs avails wanted rhs_expr wanteds
2047   = addAvailAndSCs want_scs avails wanted avail
2048   where
2049     avail = Rhs rhs_expr wanteds
2050
2051 addGiven :: Avails -> Inst -> TcM Avails
2052 addGiven avails given = addAvailAndSCs AddSCs avails given (Given (instToId given))
2053         -- Always add superclasses for 'givens'
2054         --
2055         -- No ASSERT( not (given `elemAvails` avails) ) because in an instance
2056         -- decl for Ord t we can add both Ord t and Eq t as 'givens', 
2057         -- so the assert isn't true
2058
2059 addRefinedGiven :: Refinement -> ([Inst], Avails) -> Inst -> TcM ([Inst], Avails)
2060 addRefinedGiven reft (refined_givens, avails) given
2061   | isDict given        -- We sometimes have 'given' methods, but they
2062                         -- are always optional, so we can drop them
2063   , let pred = dictPred given
2064   , isRefineablePred pred       -- See Note [ImplicInst rigidity]
2065   , Just (co, pred) <- refinePred reft pred
2066   = do  { new_given <- newDictBndr (instLoc given) pred
2067         ; let rhs = L (instSpan given) $
2068                     HsWrap (WpCo co) (HsVar (instToId given))
2069         ; avails <- addAvailAndSCs AddSCs avails new_given (Rhs rhs [given])
2070         ; return (new_given:refined_givens, avails) }
2071             -- ToDo: the superclasses of the original given all exist in Avails 
2072             -- so we could really just cast them, but it's more awkward to do,
2073             -- and hopefully the optimiser will spot the duplicated work
2074   | otherwise
2075   = return (refined_givens, avails)
2076 \end{code}
2077
2078 Note [ImplicInst rigidity]
2079 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2080 Consider
2081         C :: forall ab. (Eq a, Ord b) => b -> T a
2082         
2083         ...(case x of C v -> <body>)...
2084
2085 From the case (where x::T ty) we'll get an implication constraint
2086         forall b. (Eq ty, Ord b) => <body-constraints>
2087 Now suppose <body-constraints> itself has an implication constraint 
2088 of form
2089         forall c. <reft> => <payload>
2090 Then, we can certainly apply the refinement <reft> to the Ord b, becuase it is
2091 existential, but we probably should not apply it to the (Eq ty) because it may
2092 be wobbly. Hence the isRigidInst
2093
2094 @Insts@ are ordered by their class/type info, rather than by their
2095 unique.  This allows the context-reduction mechanism to use standard finite
2096 maps to do their stuff.  It's horrible that this code is here, rather
2097 than with the Avails handling stuff in TcSimplify
2098
2099 \begin{code}
2100 addIrred :: WantSCs -> Avails -> Inst -> TcM Avails
2101 addIrred want_scs avails irred = ASSERT2( not (irred `elemAvails` avails), ppr irred $$ ppr avails )
2102                                  addAvailAndSCs want_scs avails irred IsIrred
2103
2104 addAvailAndSCs :: WantSCs -> Avails -> Inst -> AvailHow -> TcM Avails
2105 addAvailAndSCs want_scs avails inst avail
2106   | not (isClassDict inst) = extendAvails avails inst avail
2107   | NoSCs <- want_scs      = extendAvails avails inst avail
2108   | otherwise              = do { traceTc (text "addAvailAndSCs" <+> vcat [ppr inst, ppr deps])
2109                                 ; avails' <- extendAvails avails inst avail
2110                                 ; addSCs is_loop avails' inst }
2111   where
2112     is_loop pred = any (`tcEqType` mkPredTy pred) dep_tys
2113                         -- Note: this compares by *type*, not by Unique
2114     deps         = findAllDeps (unitVarSet (instToId inst)) avail
2115     dep_tys      = map idType (varSetElems deps)
2116
2117     findAllDeps :: IdSet -> AvailHow -> IdSet
2118     -- Find all the Insts that this one depends on
2119     -- See Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
2120     -- Watch out, though.  Since the avails may contain loops 
2121     -- (see Note [RECURSIVE DICTIONARIES]), so we need to track the ones we've seen so far
2122     findAllDeps so_far (Rhs _ kids) = foldl find_all so_far kids
2123     findAllDeps so_far other        = so_far
2124
2125     find_all :: IdSet -> Inst -> IdSet
2126     find_all so_far kid
2127       | kid_id `elemVarSet` so_far         = so_far
2128       | Just avail <- findAvail avails kid = findAllDeps so_far' avail
2129       | otherwise                          = so_far'
2130       where
2131         so_far' = extendVarSet so_far kid_id    -- Add the new kid to so_far
2132         kid_id = instToId kid
2133
2134 addSCs :: (TcPredType -> Bool) -> Avails -> Inst -> TcM Avails
2135         -- Add all the superclasses of the Inst to Avails
2136         -- The first param says "dont do this because the original thing
2137         --      depends on this one, so you'd build a loop"
2138         -- Invariant: the Inst is already in Avails.
2139
2140 addSCs is_loop avails dict
2141   = ASSERT( isDict dict )
2142     do  { sc_dicts <- newDictBndrs (instLoc dict) sc_theta'
2143         ; foldlM add_sc avails (zipEqual "add_scs" sc_dicts sc_sels) }
2144   where
2145     (clas, tys) = getDictClassTys dict
2146     (tyvars, sc_theta, sc_sels, _) = classBigSig clas
2147     sc_theta' = substTheta (zipTopTvSubst tyvars tys) sc_theta
2148
2149     add_sc avails (sc_dict, sc_sel)
2150       | is_loop (dictPred sc_dict) = return avails      -- See Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
2151       | is_given sc_dict           = return avails
2152       | otherwise                  = do { avails' <- extendAvails avails sc_dict (Rhs sc_sel_rhs [dict])
2153                                         ; addSCs is_loop avails' sc_dict }
2154       where
2155         sc_sel_rhs = L (instSpan dict) (HsWrap co_fn (HsVar sc_sel))
2156         co_fn      = WpApp (instToId dict) <.> mkWpTyApps tys
2157
2158     is_given :: Inst -> Bool
2159     is_given sc_dict = case findAvail avails sc_dict of
2160                           Just (Given _) -> True        -- Given is cheaper than superclass selection
2161                           other          -> False       
2162 \end{code}
2163
2164 %************************************************************************
2165 %*                                                                      *
2166 \section{tcSimplifyTop: defaulting}
2167 %*                                                                      *
2168 %************************************************************************
2169
2170
2171 @tcSimplifyTop@ is called once per module to simplify all the constant
2172 and ambiguous Insts.
2173
2174 We need to be careful of one case.  Suppose we have
2175
2176         instance Num a => Num (Foo a b) where ...
2177
2178 and @tcSimplifyTop@ is given a constraint (Num (Foo x y)).  Then it'll simplify
2179 to (Num x), and default x to Int.  But what about y??
2180
2181 It's OK: the final zonking stage should zap y to (), which is fine.
2182
2183
2184 \begin{code}
2185 tcSimplifyTop, tcSimplifyInteractive :: [Inst] -> TcM TcDictBinds
2186 tcSimplifyTop wanteds
2187   = tc_simplify_top doc False wanteds
2188   where 
2189     doc = text "tcSimplifyTop"
2190
2191 tcSimplifyInteractive wanteds
2192   = tc_simplify_top doc True wanteds
2193   where 
2194     doc = text "tcSimplifyInteractive"
2195
2196 -- The TcLclEnv should be valid here, solely to improve
2197 -- error message generation for the monomorphism restriction
2198 tc_simplify_top doc interactive wanteds
2199   = do  { wanteds <- mapM zonkInst wanteds
2200         ; mapM_ zonkTopTyVar (varSetElems (tyVarsOfInsts wanteds))
2201
2202         ; (irreds1, binds1) <- topCheckLoop doc wanteds
2203
2204         ; if null irreds1 then 
2205                 return binds1
2206           else do
2207         -- OK, so there are some errors
2208         {       -- Use the defaulting rules to do extra unification
2209                 -- NB: irreds are already zonked
2210         ; dflags <- getDOpts
2211         ; disambiguate interactive dflags irreds1       -- Does unification
2212         ; (irreds2, binds2) <- topCheckLoop doc irreds1
2213
2214                 -- Deal with implicit parameter
2215         ; let (bad_ips, non_ips) = partition isIPDict irreds2
2216               (ambigs, others)   = partition isTyVarDict non_ips
2217
2218         ; topIPErrs bad_ips     -- Can arise from   f :: Int -> Int
2219                                 --                  f x = x + ?y
2220         ; addNoInstanceErrs others
2221         ; addTopAmbigErrs ambigs        
2222
2223         ; return (binds1 `unionBags` binds2) }}
2224 \end{code}
2225
2226 If a dictionary constrains a type variable which is
2227         * not mentioned in the environment
2228         * and not mentioned in the type of the expression
2229 then it is ambiguous. No further information will arise to instantiate
2230 the type variable; nor will it be generalised and turned into an extra
2231 parameter to a function.
2232
2233 It is an error for this to occur, except that Haskell provided for
2234 certain rules to be applied in the special case of numeric types.
2235 Specifically, if
2236         * at least one of its classes is a numeric class, and
2237         * all of its classes are numeric or standard
2238 then the type variable can be defaulted to the first type in the
2239 default-type list which is an instance of all the offending classes.
2240
2241 So here is the function which does the work.  It takes the ambiguous
2242 dictionaries and either resolves them (producing bindings) or
2243 complains.  It works by splitting the dictionary list by type
2244 variable, and using @disambigOne@ to do the real business.
2245
2246 @disambigOne@ assumes that its arguments dictionaries constrain all
2247 the same type variable.
2248
2249 ADR Comment 20/6/94: I've changed the @CReturnable@ case to default to
2250 @()@ instead of @Int@.  I reckon this is the Right Thing to do since
2251 the most common use of defaulting is code like:
2252 \begin{verbatim}
2253         _ccall_ foo     `seqPrimIO` bar
2254 \end{verbatim}
2255 Since we're not using the result of @foo@, the result if (presumably)
2256 @void@.
2257
2258 \begin{code}
2259 disambiguate :: Bool -> DynFlags -> [Inst] -> TcM ()
2260         -- Just does unification to fix the default types
2261         -- The Insts are assumed to be pre-zonked
2262 disambiguate interactive dflags insts
2263   | null defaultable_groups
2264   = do { traceTc (text "disambigutate" <+> vcat [ppr unaries, ppr bad_tvs, ppr defaultable_groups])
2265         ;     return () }
2266   | otherwise
2267   = do  {       -- Figure out what default types to use
2268         ; default_tys <- getDefaultTys extended_defaulting ovl_strings
2269
2270         ; traceTc (text "disambigutate" <+> vcat [ppr unaries, ppr bad_tvs, ppr defaultable_groups])
2271         ; mapM_ (disambigGroup default_tys) defaultable_groups  }
2272   where
2273    extended_defaulting = interactive || dopt Opt_ExtendedDefaultRules dflags
2274    ovl_strings = dopt Opt_OverloadedStrings dflags
2275
2276    unaries :: [(Inst,Class, TcTyVar)]  -- (C tv) constraints
2277    bad_tvs :: TcTyVarSet          -- Tyvars mentioned by *other* constraints
2278    (unaries, bad_tvs) = getDefaultableDicts insts
2279
2280                 -- Group by type variable
2281    defaultable_groups :: [[(Inst,Class,TcTyVar)]]
2282    defaultable_groups = filter defaultable_group (equivClasses cmp_tv unaries)
2283    cmp_tv (_,_,tv1) (_,_,tv2) = tv1 `compare` tv2
2284
2285    defaultable_group :: [(Inst,Class,TcTyVar)] -> Bool
2286    defaultable_group ds@((_,_,tv):_)
2287         =  isTyConableTyVar tv  -- Note [Avoiding spurious errors]
2288         && not (tv `elemVarSet` bad_tvs)
2289         && defaultable_classes [c | (_,c,_) <- ds]
2290    defaultable_group [] = panic "defaultable_group"
2291
2292    defaultable_classes clss 
2293         | extended_defaulting = any isInteractiveClass clss
2294         | otherwise           = all is_std_class clss && (any is_num_class clss)
2295
2296         -- In interactive mode, or with -fextended-default-rules,
2297         -- we default Show a to Show () to avoid graututious errors on "show []"
2298    isInteractiveClass cls 
2299         = is_num_class cls || (classKey cls `elem` [showClassKey, eqClassKey, ordClassKey])
2300
2301    is_num_class cls = isNumericClass cls || (ovl_strings && (cls `hasKey` isStringClassKey))
2302         -- is_num_class adds IsString to the standard numeric classes, 
2303         -- when -foverloaded-strings is enabled
2304
2305    is_std_class cls = isStandardClass cls || (ovl_strings && (cls `hasKey` isStringClassKey))
2306         -- Similarly is_std_class
2307
2308 disambigGroup :: [Type]                 -- The default types
2309               -> [(Inst,Class,TcTyVar)] -- All standard classes of form (C a)
2310               -> TcM () -- Just does unification, to fix the default types
2311
2312 disambigGroup default_tys dicts
2313   = try_default default_tys
2314   where
2315     (_,_,tyvar) = head dicts    -- Should be non-empty
2316     classes = [c | (_,c,_) <- dicts]
2317
2318     try_default [] = return ()
2319     try_default (default_ty : default_tys)
2320       = tryTcLIE_ (try_default default_tys) $
2321         do { tcSimplifyDefault [mkClassPred clas [default_ty] | clas <- classes]
2322                 -- This may fail; then the tryTcLIE_ kicks in
2323                 -- Failure here is caused by there being no type in the
2324                 -- default list which can satisfy all the ambiguous classes.
2325                 -- For example, if Real a is reqd, but the only type in the
2326                 -- default list is Int.
2327
2328                 -- After this we can't fail
2329            ; warnDefault dicts default_ty
2330            ; unifyType default_ty (mkTyVarTy tyvar) }
2331
2332
2333 getDefaultTys :: Bool -> Bool -> TcM [Type]
2334 getDefaultTys extended_deflts ovl_strings
2335   = do  { mb_defaults <- getDeclaredDefaultTys
2336         ; case mb_defaults of {
2337            Just tys -> return tys ;     -- User-supplied defaults
2338            Nothing  -> do
2339
2340         -- No use-supplied default
2341         -- Use [Integer, Double], plus modifications
2342         { integer_ty <- tcMetaTy integerTyConName
2343         ; checkWiredInTyCon doubleTyCon
2344         ; string_ty <- tcMetaTy stringTyConName
2345         ; return (opt_deflt extended_deflts unitTy
2346                         -- Note [Default unitTy]
2347                         ++
2348                   [integer_ty,doubleTy]
2349                         ++
2350                   opt_deflt ovl_strings string_ty) } } }
2351   where
2352     opt_deflt True  ty = [ty]
2353     opt_deflt False ty = []
2354 \end{code}
2355
2356 Note [Default unitTy]
2357 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2358 In interative mode (or with -fextended-default-rules) we add () as the first type we
2359 try when defaulting.  This has very little real impact, except in the following case.
2360 Consider: 
2361         Text.Printf.printf "hello"
2362 This has type (forall a. IO a); it prints "hello", and returns 'undefined'.  We don't
2363 want the GHCi repl loop to try to print that 'undefined'.  The neatest thing is to
2364 default the 'a' to (), rather than to Integer (which is what would otherwise happen;
2365 and then GHCi doesn't attempt to print the ().  So in interactive mode, we add
2366 () to the list of defaulting types.  See Trac #1200.
2367
2368 Note [Avoiding spurious errors]
2369 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2370 When doing the unification for defaulting, we check for skolem
2371 type variables, and simply don't default them.  For example:
2372    f = (*)      -- Monomorphic
2373    g :: Num a => a -> a
2374    g x = f x x
2375 Here, we get a complaint when checking the type signature for g,
2376 that g isn't polymorphic enough; but then we get another one when
2377 dealing with the (Num a) context arising from f's definition;
2378 we try to unify a with Int (to default it), but find that it's
2379 already been unified with the rigid variable from g's type sig
2380
2381
2382 %************************************************************************
2383 %*                                                                      *
2384 \subsection[simple]{@Simple@ versions}
2385 %*                                                                      *
2386 %************************************************************************
2387
2388 Much simpler versions when there are no bindings to make!
2389
2390 @tcSimplifyThetas@ simplifies class-type constraints formed by
2391 @deriving@ declarations and when specialising instances.  We are
2392 only interested in the simplified bunch of class/type constraints.
2393
2394 It simplifies to constraints of the form (C a b c) where
2395 a,b,c are type variables.  This is required for the context of
2396 instance declarations.
2397
2398 \begin{code}
2399 tcSimplifyDeriv :: InstOrigin
2400                 -> [TyVar]      
2401                 -> ThetaType            -- Wanted
2402                 -> TcM ThetaType        -- Needed
2403 -- Given  instance (wanted) => C inst_ty 
2404 -- Simplify 'wanted' as much as possible
2405 -- The inst_ty is needed only for the termination check
2406
2407 tcSimplifyDeriv orig tyvars theta
2408   = do  { (tvs, _, tenv) <- tcInstTyVars tyvars
2409         -- The main loop may do unification, and that may crash if 
2410         -- it doesn't see a TcTyVar, so we have to instantiate. Sigh
2411         -- ToDo: what if two of them do get unified?
2412         ; wanteds <- newDictBndrsO orig (substTheta tenv theta)
2413         ; (irreds, _) <- topCheckLoop doc wanteds
2414
2415         ; let rev_env = zipTopTvSubst tvs (mkTyVarTys tyvars)
2416               simpl_theta = substTheta rev_env (map dictPred irreds)
2417                 -- This reverse-mapping is a pain, but the result
2418                 -- should mention the original TyVars not TcTyVars
2419
2420         -- NB: the caller will further check the tv_dicts for
2421         --     legal instance-declaration form
2422
2423         ; return simpl_theta }
2424   where
2425     doc = ptext SLIT("deriving classes for a data type")
2426 \end{code}
2427
2428
2429
2430 @tcSimplifyDefault@ just checks class-type constraints, essentially;
2431 used with \tr{default} declarations.  We are only interested in
2432 whether it worked or not.
2433
2434 \begin{code}
2435 tcSimplifyDefault :: ThetaType  -- Wanted; has no type variables in it
2436                   -> TcM ()
2437
2438 tcSimplifyDefault theta
2439   = newDictBndrsO DefaultOrigin theta   `thenM` \ wanteds ->
2440     topCheckLoop doc wanteds            `thenM` \ (irreds, _) ->
2441     addNoInstanceErrs  irreds           `thenM_`
2442     if null irreds then
2443         returnM ()
2444     else
2445         failM
2446   where
2447     doc = ptext SLIT("default declaration")
2448 \end{code}
2449
2450
2451 %************************************************************************
2452 %*                                                                      *
2453 \section{Errors and contexts}
2454 %*                                                                      *
2455 %************************************************************************
2456
2457 ToDo: for these error messages, should we note the location as coming
2458 from the insts, or just whatever seems to be around in the monad just
2459 now?
2460
2461 \begin{code}
2462 groupErrs :: ([Inst] -> TcM ()) -- Deal with one group
2463           -> [Inst]             -- The offending Insts
2464           -> TcM ()
2465 -- Group together insts with the same origin
2466 -- We want to report them together in error messages
2467
2468 groupErrs report_err [] 
2469   = returnM ()
2470 groupErrs report_err (inst:insts) 
2471   = do_one (inst:friends)               `thenM_`
2472     groupErrs report_err others
2473
2474   where
2475         -- (It may seem a bit crude to compare the error messages,
2476         --  but it makes sure that we combine just what the user sees,
2477         --  and it avoids need equality on InstLocs.)
2478    (friends, others) = partition is_friend insts
2479    loc_msg           = showSDoc (pprInstLoc (instLoc inst))
2480    is_friend friend  = showSDoc (pprInstLoc (instLoc friend)) == loc_msg
2481    do_one insts = addInstCtxt (instLoc (head insts)) (report_err insts)
2482                 -- Add location and context information derived from the Insts
2483
2484 -- Add the "arising from..." part to a message about bunch of dicts
2485 addInstLoc :: [Inst] -> Message -> Message
2486 addInstLoc insts msg = msg $$ nest 2 (pprInstArising (head insts))
2487
2488 addTopIPErrs :: [Name] -> [Inst] -> TcM ()
2489 addTopIPErrs bndrs [] 
2490   = return ()
2491 addTopIPErrs bndrs ips
2492   = addErrTcM (tidy_env, mk_msg tidy_ips)
2493   where
2494     (tidy_env, tidy_ips) = tidyInsts ips
2495     mk_msg ips = vcat [sep [ptext SLIT("Implicit parameters escape from"),
2496                             nest 2 (ptext SLIT("the monomorphic top-level binding") 
2497                                             <> plural bndrs <+> ptext SLIT("of")
2498                                             <+> pprBinders bndrs <> colon)],
2499                        nest 2 (vcat (map ppr_ip ips)),
2500                        monomorphism_fix]
2501     ppr_ip ip = pprPred (dictPred ip) <+> pprInstArising ip
2502
2503 topIPErrs :: [Inst] -> TcM ()
2504 topIPErrs dicts
2505   = groupErrs report tidy_dicts
2506   where
2507     (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
2508     report dicts = addErrTcM (tidy_env, mk_msg dicts)
2509     mk_msg dicts = addInstLoc dicts (ptext SLIT("Unbound implicit parameter") <> 
2510                                      plural tidy_dicts <+> pprDictsTheta tidy_dicts)
2511
2512 addNoInstanceErrs :: [Inst]     -- Wanted (can include implications)
2513                   -> TcM ()     
2514 addNoInstanceErrs insts
2515   = do  { let (tidy_env, tidy_insts) = tidyInsts insts
2516         ; reportNoInstances tidy_env Nothing tidy_insts }
2517
2518 reportNoInstances 
2519         :: TidyEnv
2520         -> Maybe (InstLoc, [Inst])      -- Context
2521                         -- Nothing => top level
2522                         -- Just (d,g) => d describes the construct
2523                         --               with givens g
2524         -> [Inst]       -- What is wanted (can include implications)
2525         -> TcM ()       
2526
2527 reportNoInstances tidy_env mb_what insts 
2528   = groupErrs (report_no_instances tidy_env mb_what) insts
2529
2530 report_no_instances tidy_env mb_what insts
2531   = do  { inst_envs <- tcGetInstEnvs
2532         ; let (implics, insts1)  = partition isImplicInst insts
2533               (insts2, overlaps) = partitionWith (check_overlap inst_envs) insts1
2534         ; traceTc (text "reportNoInstnces" <+> vcat 
2535                         [ppr implics, ppr insts1, ppr insts2])
2536         ; mapM_ complain_implic implics
2537         ; mapM_ (\doc -> addErrTcM (tidy_env, doc)) overlaps
2538         ; groupErrs complain_no_inst insts2 }
2539   where
2540     complain_no_inst insts = addErrTcM (tidy_env, mk_no_inst_err insts)
2541
2542     complain_implic inst        -- Recurse!
2543       = reportNoInstances tidy_env 
2544                           (Just (tci_loc inst, tci_given inst)) 
2545                           (tci_wanted inst)
2546
2547     check_overlap :: (InstEnv,InstEnv) -> Inst -> Either Inst SDoc
2548         -- Right msg  => overlap message
2549         -- Left  inst => no instance
2550     check_overlap inst_envs wanted
2551         | not (isClassDict wanted) = Left wanted
2552         | otherwise
2553         = case lookupInstEnv inst_envs clas tys of
2554                 -- The case of exactly one match and no unifiers means
2555                 -- a successful lookup.  That can't happen here, becuase
2556                 -- dicts only end up here if they didn't match in Inst.lookupInst
2557 #ifdef DEBUG
2558                 ([m],[]) -> pprPanic "reportNoInstance" (ppr wanted)
2559 #endif
2560                 ([], _)  -> Left wanted         -- No match
2561                 res      -> Right (mk_overlap_msg wanted res)
2562           where
2563             (clas,tys) = getDictClassTys wanted
2564
2565     mk_overlap_msg dict (matches, unifiers)
2566       = vcat [  addInstLoc [dict] ((ptext SLIT("Overlapping instances for") 
2567                                         <+> pprPred (dictPred dict))),
2568                 sep [ptext SLIT("Matching instances") <> colon,
2569                      nest 2 (vcat [pprInstances ispecs, pprInstances unifiers])],
2570                 ASSERT( not (null matches) )
2571                 if not (isSingleton matches)
2572                 then    -- Two or more matches
2573                      empty
2574                 else    -- One match, plus some unifiers
2575                 ASSERT( not (null unifiers) )
2576                 parens (vcat [ptext SLIT("The choice depends on the instantiation of") <+>
2577                                  quotes (pprWithCommas ppr (varSetElems (tyVarsOfInst dict))),
2578                               ptext SLIT("Use -fallow-incoherent-instances to use the first choice above")])]
2579       where
2580         ispecs = [ispec | (ispec, _) <- matches]
2581
2582     mk_no_inst_err insts
2583       | null insts = empty
2584
2585       | Just (loc, givens) <- mb_what,   -- Nested (type signatures, instance decls)
2586         not (isEmptyVarSet (tyVarsOfInsts insts))
2587       = vcat [ addInstLoc insts $
2588                sep [ ptext SLIT("Could not deduce") <+> pprDictsTheta insts
2589                    , nest 2 $ ptext SLIT("from the context") <+> pprDictsTheta givens]
2590              , show_fixes (fix1 loc : fixes2) ]
2591
2592       | otherwise       -- Top level 
2593       = vcat [ addInstLoc insts $
2594                ptext SLIT("No instance") <> plural insts
2595                     <+> ptext SLIT("for") <+> pprDictsTheta insts
2596              , show_fixes fixes2 ]
2597
2598       where
2599         fix1 loc = sep [ ptext SLIT("add") <+> pprDictsTheta insts
2600                                  <+> ptext SLIT("to the context of"),
2601                          nest 2 (ppr (instLocOrigin loc)) ]
2602                          -- I'm not sure it helps to add the location
2603                          -- nest 2 (ptext SLIT("at") <+> ppr (instLocSpan loc)) ]
2604
2605         fixes2 | null instance_dicts = []
2606                | otherwise           = [sep [ptext SLIT("add an instance declaration for"),
2607                                         pprDictsTheta instance_dicts]]
2608         instance_dicts = [d | d <- insts, isClassDict d, not (isTyVarDict d)]
2609                 -- Insts for which it is worth suggesting an adding an instance declaration
2610                 -- Exclude implicit parameters, and tyvar dicts
2611
2612         show_fixes :: [SDoc] -> SDoc
2613         show_fixes []     = empty
2614         show_fixes (f:fs) = sep [ptext SLIT("Possible fix:"), 
2615                                  nest 2 (vcat (f : map (ptext SLIT("or") <+>) fs))]
2616
2617 addTopAmbigErrs dicts
2618 -- Divide into groups that share a common set of ambiguous tyvars
2619   = ifErrsM (return ()) $       -- Only report ambiguity if no other errors happened
2620                                 -- See Note [Avoiding spurious errors]
2621     mapM_ report (equivClasses cmp [(d, tvs_of d) | d <- tidy_dicts])
2622   where
2623     (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
2624
2625     tvs_of :: Inst -> [TcTyVar]
2626     tvs_of d = varSetElems (tyVarsOfInst d)
2627     cmp (_,tvs1) (_,tvs2) = tvs1 `compare` tvs2
2628     
2629     report :: [(Inst,[TcTyVar])] -> TcM ()
2630     report pairs@((inst,tvs) : _)       -- The pairs share a common set of ambiguous tyvars
2631         = mkMonomorphismMsg tidy_env tvs        `thenM` \ (tidy_env, mono_msg) ->
2632           setSrcSpan (instSpan inst) $
2633                 -- the location of the first one will do for the err message
2634           addErrTcM (tidy_env, msg $$ mono_msg)
2635         where
2636           dicts = map fst pairs
2637           msg = sep [text "Ambiguous type variable" <> plural tvs <+> 
2638                           pprQuotedList tvs <+> in_msg,
2639                      nest 2 (pprDictsInFull dicts)]
2640           in_msg = text "in the constraint" <> plural dicts <> colon
2641     report [] = panic "addTopAmbigErrs"
2642
2643
2644 mkMonomorphismMsg :: TidyEnv -> [TcTyVar] -> TcM (TidyEnv, Message)
2645 -- There's an error with these Insts; if they have free type variables
2646 -- it's probably caused by the monomorphism restriction. 
2647 -- Try to identify the offending variable
2648 -- ASSUMPTION: the Insts are fully zonked
2649 mkMonomorphismMsg tidy_env inst_tvs
2650   = findGlobals (mkVarSet inst_tvs) tidy_env    `thenM` \ (tidy_env, docs) ->
2651     returnM (tidy_env, mk_msg docs)
2652   where
2653     mk_msg _ | any isRuntimeUnk inst_tvs
2654         =  vcat [ptext SLIT("Cannot resolve unknown runtime types:") <+>
2655                    (pprWithCommas ppr inst_tvs),
2656                 ptext SLIT("Use :print or :force to determine these types")]
2657     mk_msg []   = ptext SLIT("Probable fix: add a type signature that fixes these type variable(s)")
2658                         -- This happens in things like
2659                         --      f x = show (read "foo")
2660                         -- where monomorphism doesn't play any role
2661     mk_msg docs = vcat [ptext SLIT("Possible cause: the monomorphism restriction applied to the following:"),
2662                         nest 2 (vcat docs),
2663                         monomorphism_fix
2664                        ]
2665
2666 isRuntimeUnk :: TcTyVar -> Bool
2667 isRuntimeUnk x | SkolemTv RuntimeUnkSkol <- tcTyVarDetails x = True
2668                | otherwise = False
2669
2670 monomorphism_fix :: SDoc
2671 monomorphism_fix = ptext SLIT("Probable fix:") <+> 
2672                    (ptext SLIT("give these definition(s) an explicit type signature")
2673                     $$ ptext SLIT("or use -fno-monomorphism-restriction"))
2674     
2675 warnDefault ups default_ty
2676   = doptM Opt_WarnTypeDefaults  `thenM` \ warn_flag ->
2677     addInstCtxt (instLoc (head (dicts))) (warnTc warn_flag warn_msg)
2678   where
2679     dicts = [d | (d,_,_) <- ups]
2680
2681         -- Tidy them first
2682     (_, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
2683     warn_msg  = vcat [ptext SLIT("Defaulting the following constraint(s) to type") <+>
2684                                 quotes (ppr default_ty),
2685                       pprDictsInFull tidy_dicts]
2686
2687 reduceDepthErr n stack
2688   = vcat [ptext SLIT("Context reduction stack overflow; size =") <+> int n,
2689           ptext SLIT("Use -fcontext-stack=N to increase stack size to N"),
2690           nest 4 (pprStack stack)]
2691
2692 pprStack stack = vcat (map pprInstInFull stack)
2693 \end{code}