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