Comments, and remove export of checkAmbiguity
[ghc-hetmet.git] / compiler / typecheck / TcSimplify.lhs
1 %
2 % (c) The University of Glasgow 2006
3 % (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
4 %
5
6 TcSimplify
7
8 \begin{code}
9 {-# OPTIONS -w #-}
10 -- The above warning supression flag is a temporary kludge.
11 -- While working on this module you are encouraged to remove it and fix
12 -- any warnings in the module. See
13 --     http://hackage.haskell.org/trac/ghc/wiki/Commentary/CodingStyle#Warnings
14 -- for details
15
16 module TcSimplify (
17         tcSimplifyInfer, tcSimplifyInferCheck,
18         tcSimplifyCheck, tcSimplifyRestricted,
19         tcSimplifyRuleLhs, tcSimplifyIPs, 
20         tcSimplifySuperClasses,
21         tcSimplifyTop, tcSimplifyInteractive,
22         tcSimplifyBracket, tcSimplifyCheckPat,
23
24         tcSimplifyDeriv, tcSimplifyDefault,
25         bindInstsOfLocalFuns, bindIrreds,
26
27         misMatchMsg
28     ) where
29
30 #include "HsVersions.h"
31
32 import {-# SOURCE #-} TcUnify( unifyType )
33 import HsSyn
34
35 import TcRnMonad
36 import Inst
37 import TcEnv
38 import InstEnv
39 import TcGadt
40 import TcType
41 import TcMType
42 import TcIface
43 import TcTyFuns
44 import TypeRep
45 import Var
46 import Name
47 import NameSet
48 import Class
49 import FunDeps
50 import PrelInfo
51 import PrelNames
52 import Type
53 import TysWiredIn
54 import ErrUtils
55 import BasicTypes
56 import VarSet
57 import VarEnv
58 import Module
59 import FiniteMap
60 import Bag
61 import Outputable
62 import Maybes
63 import ListSetOps
64 import Util
65 import UniqSet
66 import SrcLoc
67 import DynFlags
68
69 import Data.List
70 \end{code}
71
72
73 %************************************************************************
74 %*                                                                      *
75 \subsection{NOTES}
76 %*                                                                      *
77 %************************************************************************
78
79         --------------------------------------
80         Notes on functional dependencies (a bug)
81         --------------------------------------
82
83 Consider this:
84
85         class C a b | a -> b
86         class D a b | a -> b
87
88         instance D a b => C a b -- Undecidable 
89                                 -- (Not sure if it's crucial to this eg)
90         f :: C a b => a -> Bool
91         f _ = True
92         
93         g :: C a b => a -> Bool
94         g = f
95
96 Here f typechecks, but g does not!!  Reason: before doing improvement,
97 we reduce the (C a b1) constraint from the call of f to (D a b1).
98
99 Here is a more complicated example:
100
101 | > class Foo a b | a->b
102 | >
103 | > class Bar a b | a->b
104 | >
105 | > data Obj = Obj
106 | >
107 | > instance Bar Obj Obj
108 | >
109 | > instance (Bar a b) => Foo a b
110 | >
111 | > foo:: (Foo a b) => a -> String
112 | > foo _ = "works"
113 | >
114 | > runFoo:: (forall a b. (Foo a b) => a -> w) -> w
115 | > runFoo f = f Obj
116
117 | *Test> runFoo foo
118
119 | <interactive>:1:
120 |     Could not deduce (Bar a b) from the context (Foo a b)
121 |       arising from use of `foo' at <interactive>:1
122 |     Probable fix:
123 |         Add (Bar a b) to the expected type of an expression
124 |     In the first argument of `runFoo', namely `foo'
125 |     In the definition of `it': it = runFoo foo
126
127 | Why all of the sudden does GHC need the constraint Bar a b? The
128 | function foo didn't ask for that... 
129
130 The trouble is that to type (runFoo foo), GHC has to solve the problem:
131
132         Given constraint        Foo a b
133         Solve constraint        Foo a b'
134
135 Notice that b and b' aren't the same.  To solve this, just do
136 improvement and then they are the same.  But GHC currently does
137         simplify constraints
138         apply improvement
139         and loop
140
141 That is usually fine, but it isn't here, because it sees that Foo a b is
142 not the same as Foo a b', and so instead applies the instance decl for
143 instance Bar a b => Foo a b.  And that's where the Bar constraint comes
144 from.
145
146 The Right Thing is to improve whenever the constraint set changes at
147 all.  Not hard in principle, but it'll take a bit of fiddling to do.  
148
149 Note [Choosing which variables to quantify]
150 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
151 Suppose we are about to do a generalisation step.  We have in our hand
152
153         G       the environment
154         T       the type of the RHS
155         C       the constraints from that RHS
156
157 The game is to figure out
158
159         Q       the set of type variables over which to quantify
160         Ct      the constraints we will *not* quantify over
161         Cq      the constraints we will quantify over
162
163 So we're going to infer the type
164
165         forall Q. Cq => T
166
167 and float the constraints Ct further outwards.
168
169 Here are the things that *must* be true:
170
171  (A)    Q intersect fv(G) = EMPTY                       limits how big Q can be
172  (B)    Q superset fv(Cq union T) \ oclose(fv(G),C)     limits how small Q can be
173
174  (A) says we can't quantify over a variable that's free in the environment. 
175  (B) says we must quantify over all the truly free variables in T, else 
176      we won't get a sufficiently general type.  
177
178 We do not *need* to quantify over any variable that is fixed by the
179 free vars of the environment G.
180
181         BETWEEN THESE TWO BOUNDS, ANY Q WILL DO!
182
183 Example:        class H x y | x->y where ...
184
185         fv(G) = {a}     C = {H a b, H c d}
186                         T = c -> b
187
188         (A)  Q intersect {a} is empty
189         (B)  Q superset {a,b,c,d} \ oclose({a}, C) = {a,b,c,d} \ {a,b} = {c,d}
190
191         So Q can be {c,d}, {b,c,d}
192
193 In particular, it's perfectly OK to quantify over more type variables
194 than strictly necessary; there is no need to quantify over 'b', since
195 it is determined by 'a' which is free in the envt, but it's perfectly
196 OK to do so.  However we must not quantify over 'a' itself.
197
198 Other things being equal, however, we'd like to quantify over as few
199 variables as possible: smaller types, fewer type applications, more
200 constraints can get into Ct instead of Cq.  Here's a good way to
201 choose Q:
202
203         Q = grow( fv(T), C ) \ oclose( fv(G), C )
204
205 That is, quantify over all variable that that MIGHT be fixed by the
206 call site (which influences T), but which aren't DEFINITELY fixed by
207 G.  This choice definitely quantifies over enough type variables,
208 albeit perhaps too many.
209
210 Why grow( fv(T), C ) rather than fv(T)?  Consider
211
212         class H x y | x->y where ...
213
214         T = c->c
215         C = (H c d)
216
217   If we used fv(T) = {c} we'd get the type
218
219         forall c. H c d => c -> b
220
221   And then if the fn was called at several different c's, each of
222   which fixed d differently, we'd get a unification error, because
223   d isn't quantified.  Solution: quantify d.  So we must quantify
224   everything that might be influenced by c.
225
226 Why not oclose( fv(T), C )?  Because we might not be able to see
227 all the functional dependencies yet:
228
229         class H x y | x->y where ...
230         instance H x y => Eq (T x y) where ...
231
232         T = c->c
233         C = (Eq (T c d))
234
235 Now oclose(fv(T),C) = {c}, because the functional dependency isn't
236 apparent yet, and that's wrong.  We must really quantify over d too.
237
238 There really isn't any point in quantifying over any more than
239 grow( fv(T), C ), because the call sites can't possibly influence
240 any other type variables.
241
242
243
244 -------------------------------------
245         Note [Ambiguity]
246 -------------------------------------
247
248 It's very hard to be certain when a type is ambiguous.  Consider
249
250         class K x
251         class H x y | x -> y
252         instance H x y => K (x,y)
253
254 Is this type ambiguous?
255         forall a b. (K (a,b), Eq b) => a -> a
256
257 Looks like it!  But if we simplify (K (a,b)) we get (H a b) and
258 now we see that a fixes b.  So we can't tell about ambiguity for sure
259 without doing a full simplification.  And even that isn't possible if
260 the context has some free vars that may get unified.  Urgle!
261
262 Here's another example: is this ambiguous?
263         forall a b. Eq (T b) => a -> a
264 Not if there's an insance decl (with no context)
265         instance Eq (T b) where ...
266
267 You may say of this example that we should use the instance decl right
268 away, but you can't always do that:
269
270         class J a b where ...
271         instance J Int b where ...
272
273         f :: forall a b. J a b => a -> a
274
275 (Notice: no functional dependency in J's class decl.)
276 Here f's type is perfectly fine, provided f is only called at Int.
277 It's premature to complain when meeting f's signature, or even
278 when inferring a type for f.
279
280
281
282 However, we don't *need* to report ambiguity right away.  It'll always
283 show up at the call site.... and eventually at main, which needs special
284 treatment.  Nevertheless, reporting ambiguity promptly is an excellent thing.
285
286 So here's the plan.  We WARN about probable ambiguity if
287
288         fv(Cq) is not a subset of  oclose(fv(T) union fv(G), C)
289
290 (all tested before quantification).
291 That is, all the type variables in Cq must be fixed by the the variables
292 in the environment, or by the variables in the type.
293
294 Notice that we union before calling oclose.  Here's an example:
295
296         class J a b c | a b -> c
297         fv(G) = {a}
298
299 Is this ambiguous?
300         forall b c. (J a b c) => b -> b
301
302 Only if we union {a} from G with {b} from T before using oclose,
303 do we see that c is fixed.
304
305 It's a bit vague exactly which C we should use for this oclose call.  If we
306 don't fix enough variables we might complain when we shouldn't (see
307 the above nasty example).  Nothing will be perfect.  That's why we can
308 only issue a warning.
309
310
311 Can we ever be *certain* about ambiguity?  Yes: if there's a constraint
312
313         c in C such that fv(c) intersect (fv(G) union fv(T)) = EMPTY
314
315 then c is a "bubble"; there's no way it can ever improve, and it's
316 certainly ambiguous.  UNLESS it is a constant (sigh).  And what about
317 the nasty example?
318
319         class K x
320         class H x y | x -> y
321         instance H x y => K (x,y)
322
323 Is this type ambiguous?
324         forall a b. (K (a,b), Eq b) => a -> a
325
326 Urk.  The (Eq b) looks "definitely ambiguous" but it isn't.  What we are after
327 is a "bubble" that's a set of constraints
328
329         Cq = Ca union Cq'  st  fv(Ca) intersect (fv(Cq') union fv(T) union fv(G)) = EMPTY
330
331 Hence another idea.  To decide Q start with fv(T) and grow it
332 by transitive closure in Cq (no functional dependencies involved).
333 Now partition Cq using Q, leaving the definitely-ambiguous and probably-ok.
334 The definitely-ambiguous can then float out, and get smashed at top level
335 (which squashes out the constants, like Eq (T a) above)
336
337
338         --------------------------------------
339                 Notes on principal types
340         --------------------------------------
341
342     class C a where
343       op :: a -> a
344
345     f x = let g y = op (y::Int) in True
346
347 Here the principal type of f is (forall a. a->a)
348 but we'll produce the non-principal type
349     f :: forall a. C Int => a -> a
350
351
352         --------------------------------------
353         The need for forall's in constraints
354         --------------------------------------
355
356 [Exchange on Haskell Cafe 5/6 Dec 2000]
357
358   class C t where op :: t -> Bool
359   instance C [t] where op x = True
360
361   p y = (let f :: c -> Bool; f x = op (y >> return x) in f, y ++ [])
362   q y = (y ++ [], let f :: c -> Bool; f x = op (y >> return x) in f)
363
364 The definitions of p and q differ only in the order of the components in
365 the pair on their right-hand sides.  And yet:
366
367   ghc and "Typing Haskell in Haskell" reject p, but accept q;
368   Hugs rejects q, but accepts p;
369   hbc rejects both p and q;
370   nhc98 ... (Malcolm, can you fill in the blank for us!).
371
372 The type signature for f forces context reduction to take place, and
373 the results of this depend on whether or not the type of y is known,
374 which in turn depends on which component of the pair the type checker
375 analyzes first.  
376
377 Solution: if y::m a, float out the constraints
378         Monad m, forall c. C (m c)
379 When m is later unified with [], we can solve both constraints.
380
381
382         --------------------------------------
383                 Notes on implicit parameters
384         --------------------------------------
385
386 Note [Inheriting implicit parameters]
387 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
388 Consider this:
389
390         f x = (x::Int) + ?y
391
392 where f is *not* a top-level binding.
393 From the RHS of f we'll get the constraint (?y::Int).
394 There are two types we might infer for f:
395
396         f :: Int -> Int
397
398 (so we get ?y from the context of f's definition), or
399
400         f :: (?y::Int) => Int -> Int
401
402 At first you might think the first was better, becuase then
403 ?y behaves like a free variable of the definition, rather than
404 having to be passed at each call site.  But of course, the WHOLE
405 IDEA is that ?y should be passed at each call site (that's what
406 dynamic binding means) so we'd better infer the second.
407
408 BOTTOM LINE: when *inferring types* you *must* quantify 
409 over implicit parameters. See the predicate isFreeWhenInferring.
410
411
412 Note [Implicit parameters and ambiguity] 
413 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
414 Only a *class* predicate can give rise to ambiguity
415 An *implicit parameter* cannot.  For example:
416         foo :: (?x :: [a]) => Int
417         foo = length ?x
418 is fine.  The call site will suppply a particular 'x'
419
420 Furthermore, the type variables fixed by an implicit parameter
421 propagate to the others.  E.g.
422         foo :: (Show a, ?x::[a]) => Int
423         foo = show (?x++?x)
424 The type of foo looks ambiguous.  But it isn't, because at a call site
425 we might have
426         let ?x = 5::Int in foo
427 and all is well.  In effect, implicit parameters are, well, parameters,
428 so we can take their type variables into account as part of the
429 "tau-tvs" stuff.  This is done in the function 'FunDeps.grow'.
430
431
432 Question 2: type signatures
433 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
434 BUT WATCH OUT: When you supply a type signature, we can't force you
435 to quantify over implicit parameters.  For example:
436
437         (?x + 1) :: Int
438
439 This is perfectly reasonable.  We do not want to insist on
440
441         (?x + 1) :: (?x::Int => Int)
442
443 That would be silly.  Here, the definition site *is* the occurrence site,
444 so the above strictures don't apply.  Hence the difference between
445 tcSimplifyCheck (which *does* allow implicit paramters to be inherited)
446 and tcSimplifyCheckBind (which does not).
447
448 What about when you supply a type signature for a binding?
449 Is it legal to give the following explicit, user type 
450 signature to f, thus:
451
452         f :: Int -> Int
453         f x = (x::Int) + ?y
454
455 At first sight this seems reasonable, but it has the nasty property
456 that adding a type signature changes the dynamic semantics.
457 Consider this:
458
459         (let f x = (x::Int) + ?y
460          in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
461
462                 returns (3+6, 3+5)
463 vs
464         (let f :: Int -> Int
465              f x = x + ?y
466          in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
467
468                 returns (3+6, 3+6)
469
470 Indeed, simply inlining f (at the Haskell source level) would change the
471 dynamic semantics.
472
473 Nevertheless, as Launchbury says (email Oct 01) we can't really give the
474 semantics for a Haskell program without knowing its typing, so if you 
475 change the typing you may change the semantics.
476
477 To make things consistent in all cases where we are *checking* against
478 a supplied signature (as opposed to inferring a type), we adopt the
479 rule: 
480
481         a signature does not need to quantify over implicit params.
482
483 [This represents a (rather marginal) change of policy since GHC 5.02,
484 which *required* an explicit signature to quantify over all implicit
485 params for the reasons mentioned above.]
486
487 But that raises a new question.  Consider 
488
489         Given (signature)       ?x::Int
490         Wanted (inferred)       ?x::Int, ?y::Bool
491
492 Clearly we want to discharge the ?x and float the ?y out.  But
493 what is the criterion that distinguishes them?  Clearly it isn't
494 what free type variables they have.  The Right Thing seems to be
495 to float a constraint that
496         neither mentions any of the quantified type variables
497         nor any of the quantified implicit parameters
498
499 See the predicate isFreeWhenChecking.
500
501
502 Question 3: monomorphism
503 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
504 There's a nasty corner case when the monomorphism restriction bites:
505
506         z = (x::Int) + ?y
507
508 The argument above suggests that we *must* generalise
509 over the ?y parameter, to get
510         z :: (?y::Int) => Int,
511 but the monomorphism restriction says that we *must not*, giving
512         z :: Int.
513 Why does the momomorphism restriction say this?  Because if you have
514
515         let z = x + ?y in z+z
516
517 you might not expect the addition to be done twice --- but it will if
518 we follow the argument of Question 2 and generalise over ?y.
519
520
521 Question 4: top level
522 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
523 At the top level, monomorhism makes no sense at all.
524
525     module Main where
526         main = let ?x = 5 in print foo
527
528         foo = woggle 3
529
530         woggle :: (?x :: Int) => Int -> Int
531         woggle y = ?x + y
532
533 We definitely don't want (foo :: Int) with a top-level implicit parameter
534 (?x::Int) becuase there is no way to bind it.  
535
536
537 Possible choices
538 ~~~~~~~~~~~~~~~~
539 (A) Always generalise over implicit parameters
540     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
541         be generalised
542
543     Consequences:
544         * Inlining remains valid
545         * No unexpected loss of sharing
546         * But simple bindings like
547                 z = ?y + 1
548           will be rejected, unless you add an explicit type signature
549           (to avoid the monomorphism restriction)
550                 z :: (?y::Int) => Int
551                 z = ?y + 1
552           This seems unacceptable
553
554 (B) Monomorphism restriction "wins"
555     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
556         be generalised
557     Always generalise over implicit parameters *except* for bindings
558         that fall under the monomorphism restriction
559
560     Consequences
561         * Inlining isn't valid in general
562         * No unexpected loss of sharing
563         * Simple bindings like
564                 z = ?y + 1
565           accepted (get value of ?y from binding site)
566
567 (C) Always generalise over implicit parameters
568     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
569         be generalised, EXCEPT for implicit parameters
570     Consequences
571         * Inlining remains valid
572         * Unexpected loss of sharing (from the extra generalisation)
573         * Simple bindings like
574                 z = ?y + 1
575           accepted (get value of ?y from occurrence sites)
576
577
578 Discussion
579 ~~~~~~~~~~
580 None of these choices seems very satisfactory.  But at least we should
581 decide which we want to do.
582
583 It's really not clear what is the Right Thing To Do.  If you see
584
585         z = (x::Int) + ?y
586
587 would you expect the value of ?y to be got from the *occurrence sites*
588 of 'z', or from the valuue of ?y at the *definition* of 'z'?  In the
589 case of function definitions, the answer is clearly the former, but
590 less so in the case of non-fucntion definitions.   On the other hand,
591 if we say that we get the value of ?y from the definition site of 'z',
592 then inlining 'z' might change the semantics of the program.
593
594 Choice (C) really says "the monomorphism restriction doesn't apply
595 to implicit parameters".  Which is fine, but remember that every
596 innocent binding 'x = ...' that mentions an implicit parameter in
597 the RHS becomes a *function* of that parameter, called at each
598 use of 'x'.  Now, the chances are that there are no intervening 'with'
599 clauses that bind ?y, so a decent compiler should common up all
600 those function calls.  So I think I strongly favour (C).  Indeed,
601 one could make a similar argument for abolishing the monomorphism
602 restriction altogether.
603
604 BOTTOM LINE: we choose (B) at present.  See tcSimplifyRestricted
605
606
607
608 %************************************************************************
609 %*                                                                      *
610 \subsection{tcSimplifyInfer}
611 %*                                                                      *
612 %************************************************************************
613
614 tcSimplify is called when we *inferring* a type.  Here's the overall game plan:
615
616     1. Compute Q = grow( fvs(T), C )
617
618     2. Partition C based on Q into Ct and Cq.  Notice that ambiguous
619        predicates will end up in Ct; we deal with them at the top level
620
621     3. Try improvement, using functional dependencies
622
623     4. If Step 3 did any unification, repeat from step 1
624        (Unification can change the result of 'grow'.)
625
626 Note: we don't reduce dictionaries in step 2.  For example, if we have
627 Eq (a,b), we don't simplify to (Eq a, Eq b).  So Q won't be different
628 after step 2.  However note that we may therefore quantify over more
629 type variables than we absolutely have to.
630
631 For the guts, we need a loop, that alternates context reduction and
632 improvement with unification.  E.g. Suppose we have
633
634         class C x y | x->y where ...
635
636 and tcSimplify is called with:
637         (C Int a, C Int b)
638 Then improvement unifies a with b, giving
639         (C Int a, C Int a)
640
641 If we need to unify anything, we rattle round the whole thing all over
642 again.
643
644
645 \begin{code}
646 tcSimplifyInfer
647         :: SDoc
648         -> TcTyVarSet           -- fv(T); type vars
649         -> [Inst]               -- Wanted
650         -> TcM ([TcTyVar],      -- Tyvars to quantify (zonked and quantified)
651                 [Inst],         -- Dict Ids that must be bound here (zonked)
652                 TcDictBinds)    -- Bindings
653         -- Any free (escaping) Insts are tossed into the environment
654 \end{code}
655
656
657 \begin{code}
658 tcSimplifyInfer doc tau_tvs wanted
659   = do  { tau_tvs1 <- zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs)
660         ; wanted'  <- mappM zonkInst wanted     -- Zonk before deciding quantified tyvars
661         ; gbl_tvs  <- tcGetGlobalTyVars
662         ; let preds1   = fdPredsOfInsts wanted'
663               gbl_tvs1 = oclose preds1 gbl_tvs
664               qtvs     = grow preds1 tau_tvs1 `minusVarSet` gbl_tvs1
665                         -- See Note [Choosing which variables to quantify]
666
667                 -- To maximise sharing, remove from consideration any 
668                 -- constraints that don't mention qtvs at all
669         ; let (free, bound) = partition (isFreeWhenInferring qtvs) wanted'
670         ; extendLIEs free
671
672                 -- To make types simple, reduce as much as possible
673         ; traceTc (text "infer" <+> (ppr preds1 $$ ppr (grow preds1 tau_tvs1) $$ ppr gbl_tvs $$ 
674                    ppr gbl_tvs1 $$ ppr free $$ ppr bound))
675         ; (irreds1, binds1) <- tryHardCheckLoop doc bound
676
677                 -- Note [Inference and implication constraints]
678         ; let want_dict d = tyVarsOfInst d `intersectsVarSet` qtvs
679         ; (irreds2, binds2) <- approximateImplications doc want_dict irreds1
680
681                 -- Now work out all over again which type variables to quantify,
682                 -- exactly in the same way as before, but starting from irreds2.  Why?
683                 -- a) By now improvment may have taken place, and we must *not*
684                 --    quantify over any variable free in the environment
685                 --    tc137 (function h inside g) is an example
686                 --
687                 -- b) Do not quantify over constraints that *now* do not
688                 --    mention quantified type variables, because they are
689                 --    simply ambiguous (or might be bound further out).  Example:
690                 --      f :: Eq b => a -> (a, b)
691                 --      g x = fst (f x)
692                 --    From the RHS of g we get the MethodInst f77 :: alpha -> (alpha, beta)
693                 --    We decide to quantify over 'alpha' alone, but free1 does not include f77
694                 --    because f77 mentions 'alpha'.  Then reducing leaves only the (ambiguous)
695                 --    constraint (Eq beta), which we dump back into the free set
696                 --    See test tcfail181
697                 --
698                 -- c) irreds may contain type variables not previously mentioned,
699                 --    e.g.  instance D a x => Foo [a] 
700                 --          wanteds = Foo [a]
701                 --       Then after simplifying we'll get (D a x), and x is fresh
702                 --       We must quantify over x else it'll be totally unbound
703         ; tau_tvs2 <- zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs1)
704         ; gbl_tvs2 <- zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems gbl_tvs1)
705                 -- Note that we start from gbl_tvs1
706                 -- We use tcGetGlobalTyVars, then oclose wrt preds2, because
707                 -- we've already put some of the original preds1 into frees
708                 -- E.g.         wanteds = C a b   (where a->b)
709                 --              gbl_tvs = {a}
710                 --              tau_tvs = {b}
711                 -- Then b is fixed by gbl_tvs, so (C a b) will be in free, and
712                 -- irreds2 will be empty.  But we don't want to generalise over b!
713         ; let preds2 = fdPredsOfInsts irreds2   -- irreds2 is zonked
714               qtvs   = grow preds2 tau_tvs2 `minusVarSet` oclose preds2 gbl_tvs2
715         ; let (free, irreds3) = partition (isFreeWhenInferring qtvs) irreds2
716         ; extendLIEs free
717
718                 -- Turn the quantified meta-type variables into real type variables
719         ; qtvs2 <- zonkQuantifiedTyVars (varSetElems qtvs)
720
721                 -- We can't abstract over any remaining unsolved 
722                 -- implications so instead just float them outwards. Ugh.
723         ; let (q_dicts0, implics) = partition isAbstractableInst irreds3
724         ; loc <- getInstLoc (ImplicOrigin doc)
725         ; implic_bind <- bindIrreds loc qtvs2 q_dicts0 implics
726
727                 -- Prepare equality instances for quantification
728         ; let (q_eqs0,q_dicts) = partition isEqInst q_dicts0
729         ; q_eqs <- mappM finalizeEqInst q_eqs0
730
731         ; return (qtvs2, q_eqs ++ q_dicts, binds1 `unionBags` binds2 `unionBags` implic_bind) }
732         -- NB: when we are done, we might have some bindings, but
733         -- the final qtvs might be empty.  See Note [NO TYVARS] below.
734
735 approximateImplications :: SDoc -> (Inst -> Bool) -> [Inst] -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
736 -- Note [Inference and implication constraints]
737 -- Given a bunch of Dict and ImplicInsts, try to approximate the implications by
738 --      - fetching any dicts inside them that are free
739 --      - using those dicts as cruder constraints, to solve the implications
740 --      - returning the extra ones too
741
742 approximateImplications doc want_dict irreds
743   | null extra_dicts 
744   = return (irreds, emptyBag)
745   | otherwise
746   = do  { extra_dicts' <- mapM cloneDict extra_dicts
747         ; tryHardCheckLoop doc (extra_dicts' ++ irreds) }
748                 -- By adding extra_dicts', we make them 
749                 -- available to solve the implication constraints
750   where 
751     extra_dicts = get_dicts (filter isImplicInst irreds)
752
753     get_dicts :: [Inst] -> [Inst]       -- Returns only Dicts
754         -- Find the wanted constraints in implication constraints that satisfy
755         -- want_dict, and are not bound by forall's in the constraint itself
756     get_dicts ds = concatMap get_dict ds
757
758     get_dict d@(Dict {}) | want_dict d = [d]
759                          | otherwise   = []
760     get_dict (ImplicInst {tci_tyvars = tvs, tci_wanted = wanteds})
761         = [ d | let tv_set = mkVarSet tvs
762               , d <- get_dicts wanteds 
763               , not (tyVarsOfInst d `intersectsVarSet` tv_set)]
764     get_dict i@(EqInst {}) | want_dict i = [i]
765                            | otherwise   = [] 
766     get_dict other = pprPanic "approximateImplications" (ppr other)
767 \end{code}
768
769 Note [Inference and implication constraints]
770 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 
771 Suppose we have a wanted implication constraint (perhaps arising from
772 a nested pattern match) like
773         C a => D [a]
774 and we are now trying to quantify over 'a' when inferring the type for
775 a function.  In principle it's possible that there might be an instance
776         instance (C a, E a) => D [a]
777 so the context (E a) would suffice.  The Right Thing is to abstract over
778 the implication constraint, but we don't do that (a) because it'll be
779 surprising to programmers and (b) because we don't have the machinery to deal
780 with 'given' implications.
781
782 So our best approximation is to make (D [a]) part of the inferred
783 context, so we can use that to discharge the implication. Hence
784 the strange function get_dictsin approximateImplications.
785
786 The common cases are more clear-cut, when we have things like
787         forall a. C a => C b
788 Here, abstracting over (C b) is not an approximation at all -- but see
789 Note [Freeness and implications].
790  
791 See Trac #1430 and test tc228.
792
793
794 \begin{code}
795 -----------------------------------------------------------
796 -- tcSimplifyInferCheck is used when we know the constraints we are to simplify
797 -- against, but we don't know the type variables over which we are going to quantify.
798 -- This happens when we have a type signature for a mutually recursive group
799 tcSimplifyInferCheck
800          :: InstLoc
801          -> TcTyVarSet          -- fv(T)
802          -> [Inst]              -- Given
803          -> [Inst]              -- Wanted
804          -> TcM ([TyVar],       -- Fully zonked, and quantified
805                  TcDictBinds)   -- Bindings
806
807 tcSimplifyInferCheck loc tau_tvs givens wanteds
808   = do  { traceTc (text "tcSimplifyInferCheck <-" <+> ppr wanteds)
809         ; (irreds, binds) <- gentleCheckLoop loc givens wanteds
810
811         -- Figure out which type variables to quantify over
812         -- You might think it should just be the signature tyvars,
813         -- but in bizarre cases you can get extra ones
814         --      f :: forall a. Num a => a -> a
815         --      f x = fst (g (x, head [])) + 1
816         --      g a b = (b,a)
817         -- Here we infer g :: forall a b. a -> b -> (b,a)
818         -- We don't want g to be monomorphic in b just because
819         -- f isn't quantified over b.
820         ; let all_tvs = varSetElems (tau_tvs `unionVarSet` tyVarsOfInsts givens)
821         ; all_tvs <- zonkTcTyVarsAndFV all_tvs
822         ; gbl_tvs <- tcGetGlobalTyVars
823         ; let qtvs = varSetElems (all_tvs `minusVarSet` gbl_tvs)
824                 -- We could close gbl_tvs, but its not necessary for
825                 -- soundness, and it'll only affect which tyvars, not which
826                 -- dictionaries, we quantify over
827
828         ; qtvs' <- zonkQuantifiedTyVars qtvs
829
830                 -- Now we are back to normal (c.f. tcSimplCheck)
831         ; implic_bind <- bindIrreds loc qtvs' givens irreds
832
833         ; traceTc (text "tcSimplifyInferCheck ->" <+> ppr (implic_bind))
834         ; return (qtvs', binds `unionBags` implic_bind) }
835 \end{code}
836
837 Note [Squashing methods]
838 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
839 Be careful if you want to float methods more:
840         truncate :: forall a. RealFrac a => forall b. Integral b => a -> b
841 From an application (truncate f i) we get
842         t1 = truncate at f
843         t2 = t1 at i
844 If we have also have a second occurrence of truncate, we get
845         t3 = truncate at f
846         t4 = t3 at i
847 When simplifying with i,f free, we might still notice that
848 t1=t3; but alas, the binding for t2 (which mentions t1)
849 may continue to float out!
850
851
852 Note [NO TYVARS]
853 ~~~~~~~~~~~~~~~~~
854         class Y a b | a -> b where
855             y :: a -> X b
856         
857         instance Y [[a]] a where
858             y ((x:_):_) = X x
859         
860         k :: X a -> X a -> X a
861
862         g :: Num a => [X a] -> [X a]
863         g xs = h xs
864             where
865             h ys = ys ++ map (k (y [[0]])) xs
866
867 The excitement comes when simplifying the bindings for h.  Initially
868 try to simplify {y @ [[t1]] t2, 0 @ t1}, with initial qtvs = {t2}.
869 From this we get t1:=:t2, but also various bindings.  We can't forget
870 the bindings (because of [LOOP]), but in fact t1 is what g is
871 polymorphic in.  
872
873 The net effect of [NO TYVARS] 
874
875 \begin{code}
876 isFreeWhenInferring :: TyVarSet -> Inst -> Bool
877 isFreeWhenInferring qtvs inst
878   =  isFreeWrtTyVars qtvs inst  -- Constrains no quantified vars
879   && isInheritableInst inst     -- and no implicit parameter involved
880                                 --   see Note [Inheriting implicit parameters]
881
882 {-      No longer used (with implication constraints)
883 isFreeWhenChecking :: TyVarSet  -- Quantified tyvars
884                    -> NameSet   -- Quantified implicit parameters
885                    -> Inst -> Bool
886 isFreeWhenChecking qtvs ips inst
887   =  isFreeWrtTyVars qtvs inst
888   && isFreeWrtIPs    ips inst
889 -}
890
891 isFreeWrtTyVars qtvs inst = tyVarsOfInst inst `disjointVarSet` qtvs
892 isFreeWrtIPs     ips inst = not (any (`elemNameSet` ips) (ipNamesOfInst inst))
893 \end{code}
894
895
896 %************************************************************************
897 %*                                                                      *
898 \subsection{tcSimplifyCheck}
899 %*                                                                      *
900 %************************************************************************
901
902 @tcSimplifyCheck@ is used when we know exactly the set of variables
903 we are going to quantify over.  For example, a class or instance declaration.
904
905 \begin{code}
906 -----------------------------------------------------------
907 -- tcSimplifyCheck is used when checking expression type signatures,
908 -- class decls, instance decls etc.
909 tcSimplifyCheck :: InstLoc
910                 -> [TcTyVar]            -- Quantify over these
911                 -> [Inst]               -- Given
912                 -> [Inst]               -- Wanted
913                 -> TcM TcDictBinds      -- Bindings
914 tcSimplifyCheck loc qtvs givens wanteds 
915   = ASSERT( all isTcTyVar qtvs && all isSkolemTyVar qtvs )
916     do  { traceTc (text "tcSimplifyCheck")
917         ; (irreds, binds) <- gentleCheckLoop loc givens wanteds
918         ; implic_bind <- bindIrreds loc qtvs givens irreds
919         ; return (binds `unionBags` implic_bind) }
920
921 -----------------------------------------------------------
922 -- tcSimplifyCheckPat is used for existential pattern match
923 tcSimplifyCheckPat :: InstLoc
924                    -> [CoVar] -> Refinement
925                    -> [TcTyVar]         -- Quantify over these
926                    -> [Inst]            -- Given
927                    -> [Inst]            -- Wanted
928                    -> TcM TcDictBinds   -- Bindings
929 tcSimplifyCheckPat loc co_vars reft qtvs givens wanteds
930   = ASSERT( all isTcTyVar qtvs && all isSkolemTyVar qtvs )
931     do  { traceTc (text "tcSimplifyCheckPat")
932         ; (irreds, binds) <- gentleCheckLoop loc givens wanteds
933         ; implic_bind <- bindIrredsR loc qtvs co_vars reft 
934                                     givens irreds
935         ; return (binds `unionBags` implic_bind) }
936
937 -----------------------------------------------------------
938 bindIrreds :: InstLoc -> [TcTyVar]
939            -> [Inst] -> [Inst]
940            -> TcM TcDictBinds
941 bindIrreds loc qtvs givens irreds 
942   = bindIrredsR loc qtvs [] emptyRefinement givens irreds
943
944 bindIrredsR :: InstLoc -> [TcTyVar] -> [CoVar]
945             -> Refinement -> [Inst] -> [Inst]
946             -> TcM TcDictBinds  
947 -- Make a binding that binds 'irreds', by generating an implication
948 -- constraint for them, *and* throwing the constraint into the LIE
949 bindIrredsR loc qtvs co_vars reft givens irreds
950   | null irreds
951   = return emptyBag
952   | otherwise
953   = do  { let givens' = filter isDict givens
954                 -- The givens can include methods
955                 -- See Note [Pruning the givens in an implication constraint]
956
957            -- If there are no 'givens' *and* the refinement is empty
958            -- (the refinement is like more givens), then it's safe to 
959            -- partition the 'wanteds' by their qtvs, thereby trimming irreds
960            -- See Note [Freeness and implications]
961         ; irreds' <- if null givens' && isEmptyRefinement reft
962                      then do
963                         { let qtv_set = mkVarSet qtvs
964                               (frees, real_irreds) = partition (isFreeWrtTyVars qtv_set) irreds
965                         ; extendLIEs frees
966                         ; return real_irreds }
967                      else return irreds
968         
969         ; let all_tvs = qtvs ++ co_vars -- Abstract over all these
970         ; (implics, bind) <- makeImplicationBind loc all_tvs reft givens' irreds'
971                         -- This call does the real work
972                         -- If irreds' is empty, it does something sensible
973         ; extendLIEs implics
974         ; return bind } 
975
976
977 makeImplicationBind :: InstLoc -> [TcTyVar] -> Refinement
978                     -> [Inst] -> [Inst]
979                     -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
980 -- Make a binding that binds 'irreds', by generating an implication
981 -- constraint for them, *and* throwing the constraint into the LIE
982 -- The binding looks like
983 --      (ir1, .., irn) = f qtvs givens
984 -- where f is (evidence for) the new implication constraint
985 --      f :: forall qtvs. {reft} givens => (ir1, .., irn)
986 -- qtvs includes coercion variables
987 --
988 -- This binding must line up the 'rhs' in reduceImplication
989 makeImplicationBind loc all_tvs reft
990                     givens      -- Guaranteed all Dicts (TOMDO: true?)
991                     irreds
992  | null irreds                  -- If there are no irreds, we are done
993  = return ([], emptyBag)
994  | otherwise                    -- Otherwise we must generate a binding
995  = do   { uniq <- newUnique 
996         ; span <- getSrcSpanM
997         ; let (eq_givens, dict_givens) = partition isEqInst givens
998               eq_tyvar_cos =  map TyVarTy $ uniqSetToList $ tyVarsOfTypes $ map eqInstType eq_givens
999         ; let name = mkInternalName uniq (mkVarOcc "ic") span
1000               implic_inst = ImplicInst { tci_name = name, tci_reft = reft,
1001                                          tci_tyvars = all_tvs, 
1002                                          tci_given = (eq_givens ++ dict_givens),
1003                                          tci_wanted = irreds, tci_loc = loc }
1004         ; let   -- only create binder for dict_irreds
1005               (eq_irreds, dict_irreds) = partition isEqInst irreds
1006               n_dict_irreds = length dict_irreds
1007               dict_irred_ids = map instToId dict_irreds
1008               tup_ty = mkTupleTy Boxed n_dict_irreds (map idType dict_irred_ids)
1009               pat = TuplePat (map nlVarPat dict_irred_ids) Boxed tup_ty
1010               rhs = L span (mkHsWrap co (HsVar (instToId implic_inst)))
1011               co  = mkWpApps (map instToId dict_givens) <.> mkWpTyApps eq_tyvar_cos <.> mkWpTyApps (mkTyVarTys all_tvs)
1012               bind | [dict_irred_id] <- dict_irred_ids  = VarBind dict_irred_id rhs
1013                    | otherwise        = PatBind { pat_lhs = L span pat, 
1014                                                   pat_rhs = unguardedGRHSs rhs, 
1015                                                   pat_rhs_ty = tup_ty,
1016                                                   bind_fvs = placeHolderNames }
1017         ; -- pprTrace "Make implic inst" (ppr (implic_inst,irreds,dict_irreds,tup_ty)) $
1018           return ([implic_inst], unitBag (L span bind)) }
1019
1020 -----------------------------------------------------------
1021 tryHardCheckLoop :: SDoc
1022              -> [Inst]                  -- Wanted
1023              -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
1024
1025 tryHardCheckLoop doc wanteds
1026   = do { (irreds,binds,_) <- checkLoop (mkRedEnv doc try_me []) wanteds
1027        ; return (irreds,binds)
1028        }
1029   where
1030     try_me inst = ReduceMe AddSCs
1031         -- Here's the try-hard bit
1032
1033 -----------------------------------------------------------
1034 gentleCheckLoop :: InstLoc
1035                -> [Inst]                -- Given
1036                -> [Inst]                -- Wanted
1037                -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
1038
1039 gentleCheckLoop inst_loc givens wanteds
1040   = do { (irreds,binds,_) <- checkLoop env wanteds
1041        ; return (irreds,binds)
1042        }
1043   where
1044     env = mkRedEnv (pprInstLoc inst_loc) try_me givens
1045
1046     try_me inst | isMethodOrLit inst = ReduceMe AddSCs
1047                 | otherwise          = Stop
1048         -- When checking against a given signature 
1049         -- we MUST be very gentle: Note [Check gently]
1050 \end{code}
1051
1052 Note [Check gently]
1053 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1054 We have to very careful about not simplifying too vigorously
1055 Example:  
1056   data T a where
1057     MkT :: a -> T [a]
1058
1059   f :: Show b => T b -> b
1060   f (MkT x) = show [x]
1061
1062 Inside the pattern match, which binds (a:*, x:a), we know that
1063         b ~ [a]
1064 Hence we have a dictionary for Show [a] available; and indeed we 
1065 need it.  We are going to build an implication contraint
1066         forall a. (b~[a]) => Show [a]
1067 Later, we will solve this constraint using the knowledg e(Show b)
1068         
1069 But we MUST NOT reduce (Show [a]) to (Show a), else the whole
1070 thing becomes insoluble.  So we simplify gently (get rid of literals
1071 and methods only, plus common up equal things), deferring the real
1072 work until top level, when we solve the implication constraint
1073 with tryHardCheckLooop.
1074
1075
1076 \begin{code}
1077 -----------------------------------------------------------
1078 checkLoop :: RedEnv
1079           -> [Inst]                     -- Wanted
1080           -> TcM ([Inst], TcDictBinds,
1081                   [Inst])               -- needed givens
1082 -- Precondition: givens are completely rigid
1083 -- Postcondition: returned Insts are zonked
1084
1085 checkLoop env wanteds
1086   = go env wanteds []
1087   where go env wanteds needed_givens
1088           = do { -- Givens are skolems, so no need to zonk them
1089                  wanteds' <- zonkInsts wanteds
1090         
1091                 ; (improved, binds, irreds, more_needed_givens) <- reduceContext env wanteds'
1092
1093                 ; let all_needed_givens = needed_givens ++ more_needed_givens
1094         
1095                 ; if not improved then
1096                      return (irreds, binds, all_needed_givens)
1097                   else do
1098         
1099                 -- If improvement did some unification, we go round again.
1100                 -- We start again with irreds, not wanteds
1101                 -- Using an instance decl might have introduced a fresh type variable
1102                 -- which might have been unified, so we'd get an infinite loop
1103                 -- if we started again with wanteds!  See Note [LOOP]
1104                 { (irreds1, binds1, all_needed_givens1) <- go env irreds all_needed_givens
1105                 ; return (irreds1, binds `unionBags` binds1, all_needed_givens1) } }
1106 \end{code}
1107
1108 Note [LOOP]
1109 ~~~~~~~~~~~
1110         class If b t e r | b t e -> r
1111         instance If T t e t
1112         instance If F t e e
1113         class Lte a b c | a b -> c where lte :: a -> b -> c
1114         instance Lte Z b T
1115         instance (Lte a b l,If l b a c) => Max a b c
1116
1117 Wanted: Max Z (S x) y
1118
1119 Then we'll reduce using the Max instance to:
1120         (Lte Z (S x) l, If l (S x) Z y)
1121 and improve by binding l->T, after which we can do some reduction
1122 on both the Lte and If constraints.  What we *can't* do is start again
1123 with (Max Z (S x) y)!
1124
1125
1126
1127 %************************************************************************
1128 %*                                                                      *
1129                 tcSimplifySuperClasses
1130 %*                                                                      *
1131 %************************************************************************
1132
1133 Note [SUPERCLASS-LOOP 1]
1134 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1135 We have to be very, very careful when generating superclasses, lest we
1136 accidentally build a loop. Here's an example:
1137
1138   class S a
1139
1140   class S a => C a where { opc :: a -> a }
1141   class S b => D b where { opd :: b -> b }
1142   
1143   instance C Int where
1144      opc = opd
1145   
1146   instance D Int where
1147      opd = opc
1148
1149 From (instance C Int) we get the constraint set {ds1:S Int, dd:D Int}
1150 Simplifying, we may well get:
1151         $dfCInt = :C ds1 (opd dd)
1152         dd  = $dfDInt
1153         ds1 = $p1 dd
1154 Notice that we spot that we can extract ds1 from dd.  
1155
1156 Alas!  Alack! We can do the same for (instance D Int):
1157
1158         $dfDInt = :D ds2 (opc dc)
1159         dc  = $dfCInt
1160         ds2 = $p1 dc
1161
1162 And now we've defined the superclass in terms of itself.
1163
1164 Solution: never generate a superclass selectors at all when
1165 satisfying the superclass context of an instance declaration.
1166
1167 Two more nasty cases are in
1168         tcrun021
1169         tcrun033
1170
1171 \begin{code}
1172 tcSimplifySuperClasses 
1173         :: InstLoc 
1174         -> [Inst]       -- Given 
1175         -> [Inst]       -- Wanted
1176         -> TcM TcDictBinds
1177 tcSimplifySuperClasses loc givens sc_wanteds
1178   = do  { traceTc (text "tcSimplifySuperClasses")
1179         ; (irreds,binds1,_) <- checkLoop env sc_wanteds
1180         ; let (tidy_env, tidy_irreds) = tidyInsts irreds
1181         ; reportNoInstances tidy_env (Just (loc, givens)) tidy_irreds
1182         ; return binds1 }
1183   where
1184     env = mkRedEnv (pprInstLoc loc) try_me givens
1185     try_me inst = ReduceMe NoSCs
1186         -- Like tryHardCheckLoop, but with NoSCs
1187 \end{code}
1188
1189
1190 %************************************************************************
1191 %*                                                                      *
1192 \subsection{tcSimplifyRestricted}
1193 %*                                                                      *
1194 %************************************************************************
1195
1196 tcSimplifyRestricted infers which type variables to quantify for a 
1197 group of restricted bindings.  This isn't trivial.
1198
1199 Eg1:    id = \x -> x
1200         We want to quantify over a to get id :: forall a. a->a
1201         
1202 Eg2:    eq = (==)
1203         We do not want to quantify over a, because there's an Eq a 
1204         constraint, so we get eq :: a->a->Bool  (notice no forall)
1205
1206 So, assume:
1207         RHS has type 'tau', whose free tyvars are tau_tvs
1208         RHS has constraints 'wanteds'
1209
1210 Plan A (simple)
1211   Quantify over (tau_tvs \ ftvs(wanteds))
1212   This is bad. The constraints may contain (Monad (ST s))
1213   where we have         instance Monad (ST s) where...
1214   so there's no need to be monomorphic in s!
1215
1216   Also the constraint might be a method constraint,
1217   whose type mentions a perfectly innocent tyvar:
1218           op :: Num a => a -> b -> a
1219   Here, b is unconstrained.  A good example would be
1220         foo = op (3::Int)
1221   We want to infer the polymorphic type
1222         foo :: forall b. b -> b
1223
1224
1225 Plan B (cunning, used for a long time up to and including GHC 6.2)
1226   Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
1227   with Plan A's problem).  Then set
1228         qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
1229
1230   Step 2: Now simplify again, treating the constraint as 'free' if 
1231   it does not mention qtvs, and trying to reduce it otherwise.
1232   The reasons for this is to maximise sharing.
1233
1234   This fails for a very subtle reason.  Suppose that in the Step 2
1235   a constraint (Foo (Succ Zero) (Succ Zero) b) gets thrown upstairs as 'free'.
1236   In the Step 1 this constraint might have been simplified, perhaps to
1237   (Foo Zero Zero b), AND THEN THAT MIGHT BE IMPROVED, to bind 'b' to 'T'.
1238   This won't happen in Step 2... but that in turn might prevent some other
1239   constraint (Baz [a] b) being simplified (e.g. via instance Baz [a] T where {..}) 
1240   and that in turn breaks the invariant that no constraints are quantified over.
1241
1242   Test typecheck/should_compile/tc177 (which failed in GHC 6.2) demonstrates
1243   the problem.
1244
1245
1246 Plan C (brutal)
1247   Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
1248   with Plan A's problem).  Then set
1249         qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
1250   Return the bindings from Step 1.
1251   
1252
1253 A note about Plan C (arising from "bug" reported by George Russel March 2004)
1254 Consider this:
1255
1256       instance (HasBinary ty IO) => HasCodedValue ty
1257
1258       foo :: HasCodedValue a => String -> IO a
1259
1260       doDecodeIO :: HasCodedValue a => () -> () -> IO a
1261       doDecodeIO codedValue view  
1262         = let { act = foo "foo" } in  act
1263
1264 You might think this should work becuase the call to foo gives rise to a constraint
1265 (HasCodedValue t), which can be satisfied by the type sig for doDecodeIO.  But the
1266 restricted binding act = ... calls tcSimplifyRestricted, and PlanC simplifies the
1267 constraint using the (rather bogus) instance declaration, and now we are stuffed.
1268
1269 I claim this is not really a bug -- but it bit Sergey as well as George.  So here's
1270 plan D
1271
1272
1273 Plan D (a variant of plan B)
1274   Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
1275   with Plan A's problem), BUT DO NO IMPROVEMENT.  Then set
1276         qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
1277
1278   Step 2: Now simplify again, treating the constraint as 'free' if 
1279   it does not mention qtvs, and trying to reduce it otherwise.
1280
1281   The point here is that it's generally OK to have too few qtvs; that is,
1282   to make the thing more monomorphic than it could be.  We don't want to
1283   do that in the common cases, but in wierd cases it's ok: the programmer
1284   can always add a signature.  
1285
1286   Too few qtvs => too many wanteds, which is what happens if you do less
1287   improvement.
1288
1289
1290 \begin{code}
1291 tcSimplifyRestricted    -- Used for restricted binding groups
1292                         -- i.e. ones subject to the monomorphism restriction
1293         :: SDoc
1294         -> TopLevelFlag
1295         -> [Name]               -- Things bound in this group
1296         -> TcTyVarSet           -- Free in the type of the RHSs
1297         -> [Inst]               -- Free in the RHSs
1298         -> TcM ([TyVar],        -- Tyvars to quantify (zonked and quantified)
1299                 TcDictBinds)    -- Bindings
1300         -- tcSimpifyRestricted returns no constraints to
1301         -- quantify over; by definition there are none.
1302         -- They are all thrown back in the LIE
1303
1304 tcSimplifyRestricted doc top_lvl bndrs tau_tvs wanteds
1305         -- Zonk everything in sight
1306   = do  { traceTc (text "tcSimplifyRestricted")
1307         ; wanteds' <- zonkInsts wanteds
1308
1309         -- 'ReduceMe': Reduce as far as we can.  Don't stop at
1310         -- dicts; the idea is to get rid of as many type
1311         -- variables as possible, and we don't want to stop
1312         -- at (say) Monad (ST s), because that reduces
1313         -- immediately, with no constraint on s.
1314         --
1315         -- BUT do no improvement!  See Plan D above
1316         -- HOWEVER, some unification may take place, if we instantiate
1317         --          a method Inst with an equality constraint
1318         ; let env = mkNoImproveRedEnv doc (\i -> ReduceMe AddSCs)
1319         ; (_imp, _binds, constrained_dicts, _) <- reduceContext env wanteds'
1320
1321         -- Next, figure out the tyvars we will quantify over
1322         ; tau_tvs' <- zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs)
1323         ; gbl_tvs' <- tcGetGlobalTyVars
1324         ; constrained_dicts' <- zonkInsts constrained_dicts
1325
1326         ; let qtvs1 = tau_tvs' `minusVarSet` oclose (fdPredsOfInsts constrained_dicts) gbl_tvs'
1327                                 -- As in tcSimplifyInfer
1328
1329                 -- Do not quantify over constrained type variables:
1330                 -- this is the monomorphism restriction
1331               constrained_tvs' = tyVarsOfInsts constrained_dicts'
1332               qtvs = qtvs1 `minusVarSet` constrained_tvs'
1333               pp_bndrs = pprWithCommas (quotes . ppr) bndrs
1334
1335         -- Warn in the mono
1336         ; warn_mono <- doptM Opt_WarnMonomorphism
1337         ; warnTc (warn_mono && (constrained_tvs' `intersectsVarSet` qtvs1))
1338                  (vcat[ ptext SLIT("the Monomorphism Restriction applies to the binding")
1339                                 <> plural bndrs <+> ptext SLIT("for") <+> pp_bndrs,
1340                         ptext SLIT("Consider giving a type signature for") <+> pp_bndrs])
1341
1342         ; traceTc (text "tcSimplifyRestricted" <+> vcat [
1343                 pprInsts wanteds, pprInsts constrained_dicts',
1344                 ppr _binds,
1345                 ppr constrained_tvs', ppr tau_tvs', ppr qtvs ])
1346
1347         -- The first step may have squashed more methods than
1348         -- necessary, so try again, this time more gently, knowing the exact
1349         -- set of type variables to quantify over.
1350         --
1351         -- We quantify only over constraints that are captured by qtvs;
1352         -- these will just be a subset of non-dicts.  This in contrast
1353         -- to normal inference (using isFreeWhenInferring) in which we quantify over
1354         -- all *non-inheritable* constraints too.  This implements choice
1355         -- (B) under "implicit parameter and monomorphism" above.
1356         --
1357         -- Remember that we may need to do *some* simplification, to
1358         -- (for example) squash {Monad (ST s)} into {}.  It's not enough
1359         -- just to float all constraints
1360         --
1361         -- At top level, we *do* squash methods becuase we want to 
1362         -- expose implicit parameters to the test that follows
1363         ; let is_nested_group = isNotTopLevel top_lvl
1364               try_me inst | isFreeWrtTyVars qtvs inst,
1365                            (is_nested_group || isDict inst) = Stop
1366                           | otherwise            = ReduceMe AddSCs
1367               env = mkNoImproveRedEnv doc try_me
1368         ; (_imp, binds, irreds, _) <- reduceContext env wanteds'
1369
1370         -- See "Notes on implicit parameters, Question 4: top level"
1371         ; ASSERT( all (isFreeWrtTyVars qtvs) irreds )   -- None should be captured
1372           if is_nested_group then
1373                 extendLIEs irreds
1374           else do { let (bad_ips, non_ips) = partition isIPDict irreds
1375                   ; addTopIPErrs bndrs bad_ips
1376                   ; extendLIEs non_ips }
1377
1378         ; qtvs' <- zonkQuantifiedTyVars (varSetElems qtvs)
1379         ; return (qtvs', binds) }
1380 \end{code}
1381
1382
1383 %************************************************************************
1384 %*                                                                      *
1385                 tcSimplifyRuleLhs
1386 %*                                                                      *
1387 %************************************************************************
1388
1389 On the LHS of transformation rules we only simplify methods and constants,
1390 getting dictionaries.  We want to keep all of them unsimplified, to serve
1391 as the available stuff for the RHS of the rule.
1392
1393 Example.  Consider the following left-hand side of a rule
1394         
1395         f (x == y) (y > z) = ...
1396
1397 If we typecheck this expression we get constraints
1398
1399         d1 :: Ord a, d2 :: Eq a
1400
1401 We do NOT want to "simplify" to the LHS
1402
1403         forall x::a, y::a, z::a, d1::Ord a.
1404           f ((==) (eqFromOrd d1) x y) ((>) d1 y z) = ...
1405
1406 Instead we want 
1407
1408         forall x::a, y::a, z::a, d1::Ord a, d2::Eq a.
1409           f ((==) d2 x y) ((>) d1 y z) = ...
1410
1411 Here is another example:
1412
1413         fromIntegral :: (Integral a, Num b) => a -> b
1414         {-# RULES "foo"  fromIntegral = id :: Int -> Int #-}
1415
1416 In the rule, a=b=Int, and Num Int is a superclass of Integral Int. But
1417 we *dont* want to get
1418
1419         forall dIntegralInt.
1420            fromIntegral Int Int dIntegralInt (scsel dIntegralInt) = id Int
1421
1422 because the scsel will mess up RULE matching.  Instead we want
1423
1424         forall dIntegralInt, dNumInt.
1425           fromIntegral Int Int dIntegralInt dNumInt = id Int
1426
1427 Even if we have 
1428
1429         g (x == y) (y == z) = ..
1430
1431 where the two dictionaries are *identical*, we do NOT WANT
1432
1433         forall x::a, y::a, z::a, d1::Eq a
1434           f ((==) d1 x y) ((>) d1 y z) = ...
1435
1436 because that will only match if the dict args are (visibly) equal.
1437 Instead we want to quantify over the dictionaries separately.
1438
1439 In short, tcSimplifyRuleLhs must *only* squash LitInst and MethInts, leaving
1440 all dicts unchanged, with absolutely no sharing.  It's simpler to do this
1441 from scratch, rather than further parameterise simpleReduceLoop etc
1442
1443 \begin{code}
1444 tcSimplifyRuleLhs :: [Inst] -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
1445 tcSimplifyRuleLhs wanteds
1446   = go [] emptyBag wanteds
1447   where
1448     go dicts binds []
1449         = return (dicts, binds)
1450     go dicts binds (w:ws)
1451         | isDict w
1452         = go (w:dicts) binds ws
1453         | otherwise
1454         = do { w' <- zonkInst w  -- So that (3::Int) does not generate a call
1455                                  -- to fromInteger; this looks fragile to me
1456              ; lookup_result <- lookupSimpleInst w'
1457              ; case lookup_result of
1458                  GenInst ws' rhs -> go dicts (addBind binds w rhs) (ws' ++ ws)
1459                  NoInstance      -> pprPanic "tcSimplifyRuleLhs" (ppr w)
1460           }
1461 \end{code}
1462
1463 tcSimplifyBracket is used when simplifying the constraints arising from
1464 a Template Haskell bracket [| ... |].  We want to check that there aren't
1465 any constraints that can't be satisfied (e.g. Show Foo, where Foo has no
1466 Show instance), but we aren't otherwise interested in the results.
1467 Nor do we care about ambiguous dictionaries etc.  We will type check
1468 this bracket again at its usage site.
1469
1470 \begin{code}
1471 tcSimplifyBracket :: [Inst] -> TcM ()
1472 tcSimplifyBracket wanteds
1473   = do  { tryHardCheckLoop doc wanteds
1474         ; return () }
1475   where
1476     doc = text "tcSimplifyBracket"
1477 \end{code}
1478
1479
1480 %************************************************************************
1481 %*                                                                      *
1482 \subsection{Filtering at a dynamic binding}
1483 %*                                                                      *
1484 %************************************************************************
1485
1486 When we have
1487         let ?x = R in B
1488
1489 we must discharge all the ?x constraints from B.  We also do an improvement
1490 step; if we have ?x::t1 and ?x::t2 we must unify t1, t2.
1491
1492 Actually, the constraints from B might improve the types in ?x. For example
1493
1494         f :: (?x::Int) => Char -> Char
1495         let ?x = 3 in f 'c'
1496
1497 then the constraint (?x::Int) arising from the call to f will
1498 force the binding for ?x to be of type Int.
1499
1500 \begin{code}
1501 tcSimplifyIPs :: [Inst]         -- The implicit parameters bound here
1502               -> [Inst]         -- Wanted
1503               -> TcM TcDictBinds
1504         -- We need a loop so that we do improvement, and then
1505         -- (next time round) generate a binding to connect the two
1506         --      let ?x = e in ?x
1507         -- Here the two ?x's have different types, and improvement 
1508         -- makes them the same.
1509
1510 tcSimplifyIPs given_ips wanteds
1511   = do  { wanteds'   <- zonkInsts wanteds
1512         ; given_ips' <- zonkInsts given_ips
1513                 -- Unusually for checking, we *must* zonk the given_ips
1514
1515         ; let env = mkRedEnv doc try_me given_ips'
1516         ; (improved, binds, irreds, _) <- reduceContext env wanteds'
1517
1518         ; if not improved then 
1519                 ASSERT( all is_free irreds )
1520                 do { extendLIEs irreds
1521                    ; return binds }
1522           else
1523                 tcSimplifyIPs given_ips wanteds }
1524   where
1525     doc    = text "tcSimplifyIPs" <+> ppr given_ips
1526     ip_set = mkNameSet (ipNamesOfInsts given_ips)
1527     is_free inst = isFreeWrtIPs ip_set inst
1528
1529         -- Simplify any methods that mention the implicit parameter
1530     try_me inst | is_free inst = Stop
1531                 | otherwise    = ReduceMe NoSCs
1532 \end{code}
1533
1534
1535 %************************************************************************
1536 %*                                                                      *
1537 \subsection[binds-for-local-funs]{@bindInstsOfLocalFuns@}
1538 %*                                                                      *
1539 %************************************************************************
1540
1541 When doing a binding group, we may have @Insts@ of local functions.
1542 For example, we might have...
1543 \begin{verbatim}
1544 let f x = x + 1     -- orig local function (overloaded)
1545     f.1 = f Int     -- two instances of f
1546     f.2 = f Float
1547  in
1548     (f.1 5, f.2 6.7)
1549 \end{verbatim}
1550 The point is: we must drop the bindings for @f.1@ and @f.2@ here,
1551 where @f@ is in scope; those @Insts@ must certainly not be passed
1552 upwards towards the top-level.  If the @Insts@ were binding-ified up
1553 there, they would have unresolvable references to @f@.
1554
1555 We pass in an @init_lie@ of @Insts@ and a list of locally-bound @Ids@.
1556 For each method @Inst@ in the @init_lie@ that mentions one of the
1557 @Ids@, we create a binding.  We return the remaining @Insts@ (in an
1558 @LIE@), as well as the @HsBinds@ generated.
1559
1560 \begin{code}
1561 bindInstsOfLocalFuns :: [Inst] -> [TcId] -> TcM TcDictBinds
1562 -- Simlifies only MethodInsts, and generate only bindings of form 
1563 --      fm = f tys dicts
1564 -- We're careful not to even generate bindings of the form
1565 --      d1 = d2
1566 -- You'd think that'd be fine, but it interacts with what is
1567 -- arguably a bug in Match.tidyEqnInfo (see notes there)
1568
1569 bindInstsOfLocalFuns wanteds local_ids
1570   | null overloaded_ids
1571         -- Common case
1572   = extendLIEs wanteds          `thenM_`
1573     returnM emptyLHsBinds
1574
1575   | otherwise
1576   = do  { (irreds, binds,_) <- checkLoop env for_me
1577         ; extendLIEs not_for_me 
1578         ; extendLIEs irreds
1579         ; return binds }
1580   where
1581     env = mkRedEnv doc try_me []
1582     doc              = text "bindInsts" <+> ppr local_ids
1583     overloaded_ids   = filter is_overloaded local_ids
1584     is_overloaded id = isOverloadedTy (idType id)
1585     (for_me, not_for_me) = partition (isMethodFor overloaded_set) wanteds
1586
1587     overloaded_set = mkVarSet overloaded_ids    -- There can occasionally be a lot of them
1588                                                 -- so it's worth building a set, so that
1589                                                 -- lookup (in isMethodFor) is faster
1590     try_me inst | isMethod inst = ReduceMe NoSCs
1591                 | otherwise     = Stop
1592 \end{code}
1593
1594
1595 %************************************************************************
1596 %*                                                                      *
1597 \subsection{Data types for the reduction mechanism}
1598 %*                                                                      *
1599 %************************************************************************
1600
1601 The main control over context reduction is here
1602
1603 \begin{code}
1604 data RedEnv 
1605   = RedEnv { red_doc    :: SDoc                 -- The context
1606            , red_try_me :: Inst -> WhatToDo
1607            , red_improve :: Bool                -- True <=> do improvement
1608            , red_givens :: [Inst]               -- All guaranteed rigid
1609                                                 -- Always dicts
1610                                                 -- but see Note [Rigidity]
1611            , red_stack  :: (Int, [Inst])        -- Recursion stack (for err msg)
1612                                                 -- See Note [RedStack]
1613   }
1614
1615 -- Note [Rigidity]
1616 -- The red_givens are rigid so far as cmpInst is concerned.
1617 -- There is one case where they are not totally rigid, namely in tcSimplifyIPs
1618 --      let ?x = e in ...
1619 -- Here, the given is (?x::a), where 'a' is not necy a rigid type
1620 -- But that doesn't affect the comparison, which is based only on mame.
1621
1622 -- Note [RedStack]
1623 -- The red_stack pair (n,insts) pair is just used for error reporting.
1624 -- 'n' is always the depth of the stack.
1625 -- The 'insts' is the stack of Insts being reduced: to produce X
1626 -- I had to produce Y, to produce Y I had to produce Z, and so on.
1627
1628
1629 mkRedEnv :: SDoc -> (Inst -> WhatToDo) -> [Inst] -> RedEnv
1630 mkRedEnv doc try_me givens
1631   = RedEnv { red_doc = doc, red_try_me = try_me,
1632              red_givens = givens, red_stack = (0,[]),
1633              red_improve = True }       
1634
1635 mkNoImproveRedEnv :: SDoc -> (Inst -> WhatToDo) -> RedEnv
1636 -- Do not do improvement; no givens
1637 mkNoImproveRedEnv doc try_me
1638   = RedEnv { red_doc = doc, red_try_me = try_me,
1639              red_givens = [], red_stack = (0,[]),
1640              red_improve = True }       
1641
1642 data WhatToDo
1643  = ReduceMe WantSCs     -- Try to reduce this
1644                         -- If there's no instance, add the inst to the 
1645                         -- irreductible ones, but don't produce an error 
1646                         -- message of any kind.
1647                         -- It might be quite legitimate such as (Eq a)!
1648
1649  | Stop         -- Return as irreducible unless it can
1650                         -- be reduced to a constant in one step
1651                         -- Do not add superclasses; see 
1652
1653 data WantSCs = NoSCs | AddSCs   -- Tells whether we should add the superclasses
1654                                 -- of a predicate when adding it to the avails
1655         -- The reason for this flag is entirely the super-class loop problem
1656         -- Note [SUPER-CLASS LOOP 1]
1657 \end{code}
1658
1659
1660 %************************************************************************
1661 %*                                                                      *
1662 \subsection[reduce]{@reduce@}
1663 %*                                                                      *
1664 %************************************************************************
1665
1666 Note [Ancestor Equalities]
1667 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1668 During context reduction, we add to the wanted equalities also those
1669 equalities that (transitively) occur in superclass contexts of wanted
1670 class constraints.  Consider the following code
1671
1672   class a ~ Int => C a
1673   instance C Int
1674
1675 If (C a) is wanted, we want to add (a ~ Int), which will be discharged by
1676 substituting Int for a.  Hence, we ultimately want (C Int), which we
1677 discharge with the explicit instance.
1678
1679 \begin{code}
1680 reduceContext :: RedEnv
1681               -> [Inst]                 -- Wanted
1682               -> TcM (ImprovementDone,
1683                       TcDictBinds,      -- Dictionary bindings
1684                       [Inst],           -- Irreducible
1685                       [Inst])           -- Needed givens
1686
1687 reduceContext env wanteds
1688   = do  { traceTc (text "reduceContext" <+> (vcat [
1689              text "----------------------",
1690              red_doc env,
1691              text "given" <+> ppr (red_givens env),
1692              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1693              text "----------------------"
1694              ]))
1695
1696         ; let givens                      = red_givens env
1697               (given_eqs0, given_dicts0)  = partition isEqInst givens
1698               (wanted_eqs0, wanted_dicts) = partition isEqInst wanteds
1699
1700           -- We want to add as wanted equalities those that (transitively) 
1701           -- occur in superclass contexts of wanted class constraints.
1702           -- See Note [Ancestor Equalities]
1703         ; ancestor_eqs <- ancestorEqualities wanted_dicts
1704         ; let wanted_eqs = wanted_eqs0 ++ ancestor_eqs
1705         ; traceTc $ text "reduceContext: ancestor eqs" <+> ppr ancestor_eqs
1706
1707           -- 1. Normalise the *given* *equality* constraints
1708         ; (given_eqs, eliminate_skolems) <- normaliseGivens given_eqs0
1709
1710           -- 2. Normalise the *given* *dictionary* constraints
1711           --    wrt. the toplevel and given equations
1712         ; (given_dicts, given_binds) <- normaliseGivenDicts given_eqs 
1713                                                             given_dicts0
1714
1715           -- 3. Solve the *wanted* *equation* constraints
1716         ; eq_irreds0 <- solveWanteds given_eqs wanted_eqs 
1717
1718           -- 4. Normalise the *wanted* equality constraints with respect to
1719           --    each other 
1720         ; eq_irreds <- normaliseWanteds eq_irreds0
1721
1722           -- 5. Build the Avail mapping from "given_dicts"
1723         ; init_state <- foldlM addGiven emptyAvails given_dicts
1724
1725           -- 6. Solve the *wanted* *dictionary* constraints
1726           --    This may expose some further equational constraints...
1727         ; wanted_dicts' <- zonkInsts wanted_dicts
1728         ; avails <- reduceList env wanted_dicts' init_state
1729         ; (binds, irreds0, needed_givens) <- extractResults avails wanted_dicts'
1730         ; traceTc $ text "reduceContext extractresults" <+> vcat
1731                       [ppr avails,ppr wanted_dicts',ppr binds,ppr needed_givens]
1732
1733           -- 7. Normalise the *wanted* *dictionary* constraints
1734           --    wrt. the toplevel and given equations
1735         ; (irreds1,normalise_binds1) <- normaliseWantedDicts given_eqs irreds0
1736
1737           -- 8. Substitute the wanted *equations* in the wanted *dictionaries*
1738         ; (irreds,normalise_binds2) <- substEqInDictInsts eq_irreds irreds1
1739                 
1740           -- 9. eliminate the artificial skolem constants introduced in 1.
1741         ; eliminate_skolems     
1742
1743           -- If there was some FD improvement,
1744           -- or new wanted equations have been exposed,
1745           -- we should have another go at solving.
1746         ; let improved = availsImproved avails 
1747                          || (not $ isEmptyBag normalise_binds1)
1748                          || (not $ isEmptyBag normalise_binds2)
1749                          || (any isEqInst irreds)
1750
1751         ; traceTc (text "reduceContext end" <+> (vcat [
1752              text "----------------------",
1753              red_doc env,
1754              text "given" <+> ppr (red_givens env),
1755              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1756              text "----",
1757              text "avails" <+> pprAvails avails,
1758              text "improved =" <+> ppr improved,
1759              text "irreds = " <+> ppr irreds,
1760              text "binds = " <+> ppr binds,
1761              text "needed givens = " <+> ppr needed_givens,
1762              text "----------------------"
1763              ]))
1764
1765         ; return (improved, 
1766                   given_binds `unionBags` normalise_binds1 
1767                               `unionBags` normalise_binds2 
1768                               `unionBags` binds, 
1769                   irreds ++ eq_irreds, 
1770                   needed_givens) 
1771         }
1772
1773 tcImproveOne :: Avails -> Inst -> TcM ImprovementDone
1774 tcImproveOne avails inst
1775   | not (isDict inst) = return False
1776   | otherwise
1777   = do  { inst_envs <- tcGetInstEnvs
1778         ; let eqns = improveOne (classInstances inst_envs)
1779                                 (dictPred inst, pprInstArising inst)
1780                                 [ (dictPred p, pprInstArising p)
1781                                 | p <- availsInsts avails, isDict p ]
1782                 -- Avails has all the superclasses etc (good)
1783                 -- It also has all the intermediates of the deduction (good)
1784                 -- It does not have duplicates (good)
1785                 -- NB that (?x::t1) and (?x::t2) will be held separately in avails
1786                 --    so that improve will see them separate
1787         ; traceTc (text "improveOne" <+> ppr inst)
1788         ; unifyEqns eqns }
1789
1790 unifyEqns :: [(Equation,(PredType,SDoc),(PredType,SDoc))] 
1791           -> TcM ImprovementDone
1792 unifyEqns [] = return False
1793 unifyEqns eqns
1794   = do  { traceTc (ptext SLIT("Improve:") <+> vcat (map pprEquationDoc eqns))
1795         ; mappM_ unify eqns
1796         ; return True }
1797   where
1798     unify ((qtvs, pairs), what1, what2)
1799          = addErrCtxtM (mkEqnMsg what1 what2)   $
1800            tcInstTyVars (varSetElems qtvs)      `thenM` \ (_, _, tenv) ->
1801            mapM_ (unif_pr tenv) pairs
1802     unif_pr tenv (ty1,ty2) =  unifyType (substTy tenv ty1) (substTy tenv ty2)
1803
1804 pprEquationDoc (eqn, (p1,w1), (p2,w2)) = vcat [pprEquation eqn, nest 2 (ppr p1), nest 2 (ppr p2)]
1805
1806 mkEqnMsg (pred1,from1) (pred2,from2) tidy_env
1807   = do  { pred1' <- zonkTcPredType pred1; pred2' <- zonkTcPredType pred2
1808         ; let { pred1'' = tidyPred tidy_env pred1'; pred2'' = tidyPred tidy_env pred2' }
1809         ; let msg = vcat [ptext SLIT("When using functional dependencies to combine"),
1810                           nest 2 (sep [ppr pred1'' <> comma, nest 2 from1]), 
1811                           nest 2 (sep [ppr pred2'' <> comma, nest 2 from2])]
1812         ; return (tidy_env, msg) }
1813 \end{code}
1814
1815 The main context-reduction function is @reduce@.  Here's its game plan.
1816
1817 \begin{code}
1818 reduceList :: RedEnv -> [Inst] -> Avails -> TcM Avails
1819 reduceList env@(RedEnv {red_stack = (n,stk)}) wanteds state
1820   = do  { dopts <- getDOpts
1821 #ifdef DEBUG
1822         ; if n > 8 then
1823                 dumpTcRn (hang (ptext SLIT("Interesting! Context reduction stack depth") <+> int n) 
1824                              2 (ifPprDebug (nest 2 (pprStack stk))))
1825           else return ()
1826 #endif
1827         ; if n >= ctxtStkDepth dopts then
1828             failWithTc (reduceDepthErr n stk)
1829           else
1830             go wanteds state }
1831   where
1832     go []     state = return state
1833     go (w:ws) state = do { traceTc (text "reduceList " <+> ppr (w:ws) <+> ppr state)
1834                          ; state' <- reduce (env {red_stack = (n+1, w:stk)}) w state
1835                          ; go ws state' }
1836
1837     -- Base case: we're done!
1838 reduce env wanted avails
1839     -- It's the same as an existing inst, or a superclass thereof
1840   | Just avail <- findAvail avails wanted
1841   = do { traceTc (text "reduce: found " <+> ppr wanted)
1842        ; returnM avails 
1843        }
1844
1845   | otherwise
1846   = do  { traceTc (text "reduce" <+> ppr avails <+> ppr wanted)
1847         ; case red_try_me env wanted of {
1848             Stop -> try_simple (addIrred NoSCs);
1849                         -- See Note [No superclasses for Stop]
1850
1851             ReduceMe want_scs -> do     -- It should be reduced
1852                 { (avails, lookup_result) <- reduceInst env avails wanted
1853                 ; case lookup_result of
1854                     NoInstance -> addIrred want_scs avails wanted
1855                              -- Add it and its superclasses
1856                              
1857                     GenInst [] rhs -> addWanted want_scs avails wanted rhs []
1858
1859                     GenInst wanteds' rhs 
1860                           -> do { avails1 <- addIrred NoSCs avails wanted
1861                                 ; avails2 <- reduceList env wanteds' avails1
1862                                 ; addWanted want_scs avails2 wanted rhs wanteds' } }
1863                 -- Temporarily do addIrred *before* the reduceList, 
1864                 -- which has the effect of adding the thing we are trying
1865                 -- to prove to the database before trying to prove the things it
1866                 -- needs.  See note [RECURSIVE DICTIONARIES]
1867                 -- NB: we must not do an addWanted before, because that adds the
1868                 --     superclasses too, and that can lead to a spurious loop; see
1869                 --     the examples in [SUPERCLASS-LOOP]
1870                 -- So we do an addIrred before, and then overwrite it afterwards with addWanted
1871     } }
1872   where
1873         -- First, see if the inst can be reduced to a constant in one step
1874         -- Works well for literals (1::Int) and constant dictionaries (d::Num Int)
1875         -- Don't bother for implication constraints, which take real work
1876     try_simple do_this_otherwise
1877       = do { res <- lookupSimpleInst wanted
1878            ; case res of
1879                 GenInst [] rhs -> addWanted AddSCs avails wanted rhs []
1880                 other          -> do_this_otherwise avails wanted }
1881 \end{code}
1882
1883
1884 Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
1885 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1886 But the above isn't enough.  Suppose we are *given* d1:Ord a,
1887 and want to deduce (d2:C [a]) where
1888
1889         class Ord a => C a where
1890         instance Ord [a] => C [a] where ...
1891
1892 Then we'll use the instance decl to deduce C [a] from Ord [a], and then add the
1893 superclasses of C [a] to avails.  But we must not overwrite the binding
1894 for Ord [a] (which is obtained from Ord a) with a superclass selection or we'll just
1895 build a loop! 
1896
1897 Here's another variant, immortalised in tcrun020
1898         class Monad m => C1 m
1899         class C1 m => C2 m x
1900         instance C2 Maybe Bool
1901 For the instance decl we need to build (C1 Maybe), and it's no good if
1902 we run around and add (C2 Maybe Bool) and its superclasses to the avails 
1903 before we search for C1 Maybe.
1904
1905 Here's another example 
1906         class Eq b => Foo a b
1907         instance Eq a => Foo [a] a
1908 If we are reducing
1909         (Foo [t] t)
1910
1911 we'll first deduce that it holds (via the instance decl).  We must not
1912 then overwrite the Eq t constraint with a superclass selection!
1913
1914 At first I had a gross hack, whereby I simply did not add superclass constraints
1915 in addWanted, though I did for addGiven and addIrred.  This was sub-optimal,
1916 becuase it lost legitimate superclass sharing, and it still didn't do the job:
1917 I found a very obscure program (now tcrun021) in which improvement meant the
1918 simplifier got two bites a the cherry... so something seemed to be an Stop
1919 first time, but reducible next time.
1920
1921 Now we implement the Right Solution, which is to check for loops directly 
1922 when adding superclasses.  It's a bit like the occurs check in unification.
1923
1924
1925 Note [RECURSIVE DICTIONARIES]
1926 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1927 Consider 
1928     data D r = ZeroD | SuccD (r (D r));
1929     
1930     instance (Eq (r (D r))) => Eq (D r) where
1931         ZeroD     == ZeroD     = True
1932         (SuccD a) == (SuccD b) = a == b
1933         _         == _         = False;
1934     
1935     equalDC :: D [] -> D [] -> Bool;
1936     equalDC = (==);
1937
1938 We need to prove (Eq (D [])).  Here's how we go:
1939
1940         d1 : Eq (D [])
1941
1942 by instance decl, holds if
1943         d2 : Eq [D []]
1944         where   d1 = dfEqD d2
1945
1946 by instance decl of Eq, holds if
1947         d3 : D []
1948         where   d2 = dfEqList d3
1949                 d1 = dfEqD d2
1950
1951 But now we can "tie the knot" to give
1952
1953         d3 = d1
1954         d2 = dfEqList d3
1955         d1 = dfEqD d2
1956
1957 and it'll even run!  The trick is to put the thing we are trying to prove
1958 (in this case Eq (D []) into the database before trying to prove its
1959 contributing clauses.
1960         
1961
1962 %************************************************************************
1963 %*                                                                      *
1964                 Reducing a single constraint
1965 %*                                                                      *
1966 %************************************************************************
1967
1968 \begin{code}
1969 ---------------------------------------------
1970 reduceInst :: RedEnv -> Avails -> Inst -> TcM (Avails, LookupInstResult)
1971 reduceInst env avails (ImplicInst { tci_tyvars = tvs, tci_reft = reft, tci_loc = loc,
1972                                     tci_given = extra_givens, tci_wanted = wanteds })
1973   = reduceImplication env avails reft tvs extra_givens wanteds loc
1974
1975 reduceInst env avails other_inst
1976   = do  { result <- lookupSimpleInst other_inst
1977         ; return (avails, result) }
1978 \end{code}
1979
1980 Note [Equational Constraints in Implication Constraints]
1981 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1982
1983 An equational constraint is of the form 
1984         Given => Wanted 
1985 where Given and Wanted may contain both equational and dictionary
1986 constraints. The delay and reduction of these two kinds of constraints
1987 is distinct:
1988
1989 -) In the generated code, wanted Dictionary constraints are wrapped up in an
1990    implication constraint that is created at the code site where the wanted
1991    dictionaries can be reduced via a let-binding. This let-bound implication
1992    constraint is deconstructed at the use-site of the wanted dictionaries.
1993
1994 -) While the reduction of equational constraints is also delayed, the delay
1995    is not manifest in the generated code. The required evidence is generated
1996    in the code directly at the use-site. There is no let-binding and deconstruction
1997    necessary. The main disadvantage is that we cannot exploit sharing as the
1998    same evidence may be generated at multiple use-sites. However, this disadvantage
1999    is limited because it only concerns coercions which are erased.
2000
2001 The different treatment is motivated by the different in representation. Dictionary
2002 constraints require manifest runtime dictionaries, while equations require coercions
2003 which are types.
2004
2005 \begin{code}
2006 ---------------------------------------------
2007 reduceImplication :: RedEnv
2008                  -> Avails
2009                  -> Refinement  -- May refine the givens; often empty
2010                  -> [TcTyVar]   -- Quantified type variables; all skolems
2011                  -> [Inst]      -- Extra givens; all rigid
2012                  -> [Inst]      -- Wanted
2013                  -> InstLoc
2014                  -> TcM (Avails, LookupInstResult)
2015 \end{code}
2016
2017 Suppose we are simplifying the constraint
2018         forall bs. extras => wanted
2019 in the context of an overall simplification problem with givens 'givens',
2020 and refinment 'reft'.
2021
2022 Note that
2023   * The refinement is often empty
2024
2025   * The 'extra givens' need not mention any of the quantified type variables
2026         e.g.    forall {}. Eq a => Eq [a]
2027                 forall {}. C Int => D (Tree Int)
2028
2029     This happens when you have something like
2030         data T a where
2031           T1 :: Eq a => a -> T a
2032
2033         f :: T a -> Int
2034         f x = ...(case x of { T1 v -> v==v })...
2035
2036 \begin{code}
2037         -- ToDo: should we instantiate tvs?  I think it's not necessary
2038         --
2039         -- Note on coercion variables:
2040         --
2041         --      The extra given coercion variables are bound at two different sites:
2042         --      -) in the creation context of the implication constraint        
2043         --              the solved equational constraints use these binders
2044         --
2045         --      -) at the solving site of the implication constraint
2046         --              the solved dictionaries use these binders               
2047         --              these binders are generated by reduceImplication
2048         --
2049 reduceImplication env orig_avails reft tvs extra_givens wanteds inst_loc
2050   = do  {       -- Add refined givens, and the extra givens
2051                 -- Todo fix this 
2052           (refined_red_givens,refined_avails)
2053                 <- if isEmptyRefinement reft then return (red_givens env,orig_avails)
2054                    else foldlM (addRefinedGiven reft) ([],orig_avails) (red_givens env)
2055
2056                 -- Solve the sub-problem
2057         ; let try_me inst = ReduceMe AddSCs     -- Note [Freeness and implications]
2058               env' = env { red_givens = refined_red_givens ++ extra_givens ++ availsInsts orig_avails
2059                          , red_try_me = try_me }
2060
2061         ; traceTc (text "reduceImplication" <+> vcat
2062                         [ ppr orig_avails,
2063                           ppr (red_givens env), ppr extra_givens, 
2064                           ppr reft, ppr wanteds])
2065         ; (irreds,binds,needed_givens0) <- checkLoop env' wanteds
2066         ; let needed_givens1 = [ng | ng <- needed_givens0, notElem ng extra_givens]
2067
2068                 -- Note [Reducing implication constraints]
2069                 -- Tom -- update note, put somewhere!
2070
2071         ; traceTc (text "reduceImplication result" <+> vcat
2072                         [ppr irreds, ppr binds, ppr needed_givens1])
2073 --      ; avails <- reduceList env' wanteds avails
2074 -- 
2075 --              -- Extract the binding
2076 --      ; (binds, irreds) <- extractResults avails wanteds
2077         ; (refinement_binds,needed_givens) <- extractLocalResults refined_avails needed_givens1
2078         ; traceTc (text "reduceImplication local results" <+> vcat
2079                         [ppr refinement_binds, ppr needed_givens])
2080
2081         ; -- extract superclass binds
2082           --  (sc_binds,_) <- extractResults avails []
2083 --      ; traceTc (text "reduceImplication sc_binds" <+> vcat
2084 --                      [ppr sc_binds, ppr avails])
2085 --  
2086
2087                 -- We always discard the extra avails we've generated;
2088                 -- but we remember if we have done any (global) improvement
2089 --      ; let ret_avails = avails
2090         ; let ret_avails = orig_avails
2091 --      ; let ret_avails = updateImprovement orig_avails avails
2092
2093         ; traceTc (text "reduceImplication condition" <+> ppr ((isEmptyLHsBinds binds) || (null irreds)))
2094
2095 --      Porgress is no longer measered by the number of bindings
2096 --      ; if isEmptyLHsBinds binds then         -- No progress
2097         ; if (isEmptyLHsBinds binds) && (not $ null irreds) then 
2098                 return (ret_avails, NoInstance)
2099           else do
2100         { 
2101         ; (implic_insts, bind) <- makeImplicationBind inst_loc tvs reft extra_givens irreds
2102                         -- This binding is useless if the recursive simplification
2103                         -- made no progress; but currently we don't try to optimise that
2104                         -- case.  After all, we only try hard to reduce at top level, or
2105                         -- when inferring types.
2106
2107         ; let   dict_wanteds = filter (not . isEqInst) wanteds
2108                 (extra_eq_givens, extra_dict_givens) = partition isEqInst extra_givens
2109                 dict_ids = map instToId extra_dict_givens 
2110                 -- TOMDO: given equational constraints bug!
2111                 --  we need a different evidence for given
2112                 --  equations depending on whether we solve
2113                 --  dictionary constraints or equational constraints
2114                 eq_tyvars = uniqSetToList $ tyVarsOfTypes $ map eqInstType extra_eq_givens
2115                 -- dict_ids = map instToId extra_givens
2116                 co  = mkWpTyLams tvs <.> mkWpTyLams eq_tyvars <.> mkWpLams dict_ids <.> WpLet (binds `unionBags` refinement_binds `unionBags` bind)
2117                 rhs = mkHsWrap co payload
2118                 loc = instLocSpan inst_loc
2119                 payload | [dict_wanted] <- dict_wanteds = HsVar (instToId dict_wanted)
2120                         | otherwise = ExplicitTuple (map (L loc . HsVar . instToId) dict_wanteds) Boxed
2121
2122         
2123         ; traceTc (text "reduceImplication ->"  <+> vcat
2124                         [ ppr ret_avails,
2125                           ppr implic_insts])
2126                 -- If there are any irreds, we back off and return NoInstance
2127         ; return (ret_avails, GenInst (implic_insts ++ needed_givens) (L loc rhs))
2128         } 
2129     }
2130 \end{code}
2131
2132 Note [Reducing implication constraints]
2133 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2134 Suppose we are trying to simplify
2135         (Ord a, forall b. C a b => (W [a] b, D c b))
2136 where
2137         instance (C a b, Ord a) => W [a] b
2138 When solving the implication constraint, we'll start with
2139         Ord a -> Irred
2140 in the Avails.  Then we add (C a b -> Given) and solve. Extracting
2141 the results gives us a binding for the (W [a] b), with an Irred of 
2142 (Ord a, D c b).  Now, the (Ord a) comes from "outside" the implication,
2143 but the (D d b) is from "inside".  So we want to generate a Rhs binding
2144 like this
2145
2146         ic = /\b \dc:C a b). (df a b dc do, ic' b dc)
2147            depending on
2148                 do :: Ord a
2149                 ic' :: forall b. C a b => D c b
2150
2151 The 'depending on' part of the Rhs is important, because it drives
2152 the extractResults code.
2153
2154 The "inside" and "outside" distinction is what's going on with 'inner' and
2155 'outer' in reduceImplication
2156
2157
2158 Note [Freeness and implications]
2159 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2160 It's hard to say when an implication constraint can be floated out.  Consider
2161         forall {} Eq a => Foo [a]
2162 The (Foo [a]) doesn't mention any of the quantified variables, but it
2163 still might be partially satisfied by the (Eq a). 
2164
2165 There is a useful special case when it *is* easy to partition the 
2166 constraints, namely when there are no 'givens'.  Consider
2167         forall {a}. () => Bar b
2168 There are no 'givens', and so there is no reason to capture (Bar b).
2169 We can let it float out.  But if there is even one constraint we
2170 must be much more careful:
2171         forall {a}. C a b => Bar (m b)
2172 because (C a b) might have a superclass (D b), from which we might 
2173 deduce (Bar [b]) when m later gets instantiated to [].  Ha!
2174
2175 Here is an even more exotic example
2176         class C a => D a b
2177 Now consider the constraint
2178         forall b. D Int b => C Int
2179 We can satisfy the (C Int) from the superclass of D, so we don't want
2180 to float the (C Int) out, even though it mentions no type variable in
2181 the constraints!
2182
2183 Note [Pruning the givens in an implication constraint]
2184 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2185 Suppose we are about to form the implication constraint
2186         forall tvs.  Eq a => Ord b
2187 The (Eq a) cannot contribute to the (Ord b), because it has no access to
2188 the type variable 'b'.  So we could filter out the (Eq a) from the givens.
2189
2190 Doing so would be a bit tidier, but all the implication constraints get
2191 simplified away by the optimiser, so it's no great win.   So I don't take
2192 advantage of that at the moment.
2193
2194 If you do, BE CAREFUL of wobbly type variables.
2195
2196
2197 %************************************************************************
2198 %*                                                                      *
2199                 Avails and AvailHow: the pool of evidence
2200 %*                                                                      *
2201 %************************************************************************
2202
2203
2204 \begin{code}
2205 data Avails = Avails !ImprovementDone !AvailEnv
2206
2207 type ImprovementDone = Bool     -- True <=> some unification has happened
2208                                 -- so some Irreds might now be reducible
2209                                 -- keys that are now 
2210
2211 type AvailEnv = FiniteMap Inst AvailHow
2212 data AvailHow
2213   = IsIrred             -- Used for irreducible dictionaries,
2214                         -- which are going to be lambda bound
2215
2216   | Given TcId          -- Used for dictionaries for which we have a binding
2217                         -- e.g. those "given" in a signature
2218
2219   | Rhs                 -- Used when there is a RHS
2220         (LHsExpr TcId)  -- The RHS
2221         [Inst]          -- Insts free in the RHS; we need these too
2222
2223 instance Outputable Avails where
2224   ppr = pprAvails
2225
2226 pprAvails (Avails imp avails)
2227   = vcat [ ptext SLIT("Avails") <> (if imp then ptext SLIT("[improved]") else empty)
2228          , nest 2 (vcat [sep [ppr inst, nest 2 (equals <+> ppr avail)]
2229                         | (inst,avail) <- fmToList avails ])]
2230
2231 instance Outputable AvailHow where
2232     ppr = pprAvail
2233
2234 -------------------------
2235 pprAvail :: AvailHow -> SDoc
2236 pprAvail IsIrred        = text "Irred"
2237 pprAvail (Given x)      = text "Given" <+> ppr x
2238 pprAvail (Rhs rhs bs)   = text "Rhs" <+> sep [ppr rhs, braces (ppr bs)]
2239
2240 -------------------------
2241 extendAvailEnv :: AvailEnv -> Inst -> AvailHow -> AvailEnv
2242 extendAvailEnv env inst avail = addToFM env inst avail
2243
2244 findAvailEnv :: AvailEnv -> Inst -> Maybe AvailHow
2245 findAvailEnv env wanted = lookupFM env wanted
2246         -- NB 1: the Ord instance of Inst compares by the class/type info
2247         --  *not* by unique.  So
2248         --      d1::C Int ==  d2::C Int
2249
2250 emptyAvails :: Avails
2251 emptyAvails = Avails False emptyFM
2252
2253 findAvail :: Avails -> Inst -> Maybe AvailHow
2254 findAvail (Avails _ avails) wanted = findAvailEnv avails wanted
2255
2256 elemAvails :: Inst -> Avails -> Bool
2257 elemAvails wanted (Avails _ avails) = wanted `elemFM` avails
2258
2259 extendAvails :: Avails -> Inst -> AvailHow -> TcM Avails
2260 -- Does improvement
2261 extendAvails avails@(Avails imp env) inst avail 
2262   = do  { imp1 <- tcImproveOne avails inst      -- Do any improvement
2263         ; return (Avails (imp || imp1) (extendAvailEnv env inst avail)) }
2264
2265 availsInsts :: Avails -> [Inst]
2266 availsInsts (Avails _ avails) = keysFM avails
2267
2268 availsImproved (Avails imp _) = imp
2269
2270 updateImprovement :: Avails -> Avails -> Avails
2271 -- (updateImprovement a1 a2) sets a1's improvement flag from a2
2272 updateImprovement (Avails _ avails1) (Avails imp2 _) = Avails imp2 avails1
2273 \end{code}
2274
2275 Extracting the bindings from a bunch of Avails.
2276 The bindings do *not* come back sorted in dependency order.
2277 We assume that they'll be wrapped in a big Rec, so that the
2278 dependency analyser can sort them out later
2279
2280 \begin{code}
2281 extractResults :: Avails
2282                -> [Inst]                -- Wanted
2283                -> TcM ( TcDictBinds,    -- Bindings
2284                         [Inst],         -- Irreducible ones
2285                         [Inst])         -- Needed givens, i.e. ones used in the bindings
2286
2287 extractResults (Avails _ avails) wanteds
2288   = go avails emptyBag [] [] wanteds
2289   where
2290     go :: AvailEnv -> TcDictBinds -> [Inst] -> [Inst] -> [Inst]
2291         -> TcM (TcDictBinds, [Inst], [Inst])
2292     go avails binds irreds givens [] 
2293       = returnM (binds, irreds, givens)
2294
2295     go avails binds irreds givens (w:ws)
2296       = case findAvailEnv avails w of
2297           Nothing -> pprTrace "Urk: extractResults" (ppr w) $
2298                      go avails binds irreds givens ws
2299
2300           Just (Given id) 
2301                 | id == w_id -> go avails binds irreds (w:givens) ws 
2302                 | otherwise  -> go avails (addBind binds w (nlHsVar id)) irreds (update_id w  id:givens) ws
2303                 -- The sought Id can be one of the givens, via a superclass chain
2304                 -- and then we definitely don't want to generate an x=x binding!
2305
2306           Just IsIrred -> go (add_given avails w) binds (w:irreds) givens ws
2307                 -- The add_given handles the case where we want (Ord a, Eq a), and we
2308                 -- don't want to emit *two* Irreds for Ord a, one via the superclass chain
2309                 -- This showed up in a dupliated Ord constraint in the error message for 
2310                 --      test tcfail043
2311
2312           Just (Rhs rhs ws') -> go (add_given avails w) new_binds irreds givens (ws' ++ ws)
2313                              where      
2314                                 new_binds = addBind binds w rhs
2315       where
2316         w_id = instToId w       
2317         update_id m@(Method{}) id = m {tci_id = id}
2318         update_id w            id = w {tci_name = idName id} 
2319
2320     add_given avails w = extendAvailEnv avails w (Given (instToId w))
2321
2322 extractLocalResults :: Avails
2323                -> [Inst]                -- Wanted
2324                -> TcM ( TcDictBinds,    -- Bindings
2325                         [Inst])         -- Needed givens, i.e. ones used in the bindings
2326
2327 extractLocalResults (Avails _ avails) wanteds
2328   = go avails emptyBag [] wanteds
2329   where
2330     go :: AvailEnv -> TcDictBinds -> [Inst] -> [Inst]
2331         -> TcM (TcDictBinds, [Inst])
2332     go avails binds givens [] 
2333       = returnM (binds, givens)
2334
2335     go avails binds givens (w:ws)
2336       = case findAvailEnv avails w of
2337           Nothing -> -- pprTrace "Urk: extractLocalResults" (ppr w) $
2338                      go avails binds givens ws
2339
2340           Just IsIrred ->
2341                      go avails binds givens ws
2342
2343           Just (Given id) 
2344                 | id == w_id -> go avails binds (w:givens) ws 
2345                 | otherwise  -> go avails binds (w{tci_name=idName id}:givens) ws
2346                 -- The sought Id can be one of the givens, via a superclass chain
2347                 -- and then we definitely don't want to generate an x=x binding!
2348
2349           Just (Rhs rhs ws') -> go (add_given avails w) new_binds givens (ws' ++ ws)
2350                              where      
2351                                 new_binds = addBind binds w rhs
2352       where
2353         w_id = instToId w       
2354
2355     add_given avails w = extendAvailEnv avails w (Given (instToId w))
2356 \end{code}
2357
2358
2359 Note [No superclasses for Stop]
2360 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2361 When we decide not to reduce an Inst -- the 'WhatToDo' --- we still
2362 add it to avails, so that any other equal Insts will be commoned up
2363 right here.  However, we do *not* add superclasses.  If we have
2364         df::Floating a
2365         dn::Num a
2366 but a is not bound here, then we *don't* want to derive dn from df
2367 here lest we lose sharing.
2368
2369 \begin{code}
2370 addWanted :: WantSCs -> Avails -> Inst -> LHsExpr TcId -> [Inst] -> TcM Avails
2371 addWanted want_scs avails wanted rhs_expr wanteds
2372   = addAvailAndSCs want_scs avails wanted avail
2373   where
2374     avail = Rhs rhs_expr wanteds
2375
2376 addGiven :: Avails -> Inst -> TcM Avails
2377 addGiven avails given = addAvailAndSCs AddSCs avails given (Given (instToId given))
2378         -- Always add superclasses for 'givens'
2379         --
2380         -- No ASSERT( not (given `elemAvails` avails) ) because in an instance
2381         -- decl for Ord t we can add both Ord t and Eq t as 'givens', 
2382         -- so the assert isn't true
2383
2384 addRefinedGiven :: Refinement -> ([Inst], Avails) -> Inst -> TcM ([Inst], Avails)
2385 addRefinedGiven reft (refined_givens, avails) given
2386   | isDict given        -- We sometimes have 'given' methods, but they
2387                         -- are always optional, so we can drop them
2388   , let pred = dictPred given
2389   , isRefineablePred pred       -- See Note [ImplicInst rigidity]
2390   , Just (co, pred) <- refinePred reft pred
2391   = do  { new_given <- newDictBndr (instLoc given) pred
2392         ; let rhs = L (instSpan given) $
2393                     HsWrap (WpCo co) (HsVar (instToId given))
2394         ; avails <- addAvailAndSCs AddSCs avails new_given (Rhs rhs [given])
2395         ; return (new_given:refined_givens, avails) }
2396             -- ToDo: the superclasses of the original given all exist in Avails 
2397             -- so we could really just cast them, but it's more awkward to do,
2398             -- and hopefully the optimiser will spot the duplicated work
2399   | otherwise
2400   = return (refined_givens, avails)
2401 \end{code}
2402
2403 Note [ImplicInst rigidity]
2404 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2405 Consider
2406         C :: forall ab. (Eq a, Ord b) => b -> T a
2407         
2408         ...(case x of C v -> <body>)...
2409
2410 From the case (where x::T ty) we'll get an implication constraint
2411         forall b. (Eq ty, Ord b) => <body-constraints>
2412 Now suppose <body-constraints> itself has an implication constraint 
2413 of form
2414         forall c. <reft> => <payload>
2415 Then, we can certainly apply the refinement <reft> to the Ord b, becuase it is
2416 existential, but we probably should not apply it to the (Eq ty) because it may
2417 be wobbly. Hence the isRigidInst
2418
2419 @Insts@ are ordered by their class/type info, rather than by their
2420 unique.  This allows the context-reduction mechanism to use standard finite
2421 maps to do their stuff.  It's horrible that this code is here, rather
2422 than with the Avails handling stuff in TcSimplify
2423
2424 \begin{code}
2425 addIrred :: WantSCs -> Avails -> Inst -> TcM Avails
2426 addIrred want_scs avails irred = ASSERT2( not (irred `elemAvails` avails), ppr irred $$ ppr avails )
2427                                  addAvailAndSCs want_scs avails irred IsIrred
2428
2429 addAvailAndSCs :: WantSCs -> Avails -> Inst -> AvailHow -> TcM Avails
2430 addAvailAndSCs want_scs avails inst avail
2431   | not (isClassDict inst) = extendAvails avails inst avail
2432   | NoSCs <- want_scs      = extendAvails avails inst avail
2433   | otherwise              = do { traceTc (text "addAvailAndSCs" <+> vcat [ppr inst, ppr deps])
2434                                 ; avails' <- extendAvails avails inst avail
2435                                 ; addSCs is_loop avails' inst }
2436   where
2437     is_loop pred = any (`tcEqType` mkPredTy pred) dep_tys
2438                         -- Note: this compares by *type*, not by Unique
2439     deps         = findAllDeps (unitVarSet (instToVar inst)) avail
2440     dep_tys      = map idType (varSetElems deps)
2441
2442     findAllDeps :: IdSet -> AvailHow -> IdSet
2443     -- Find all the Insts that this one depends on
2444     -- See Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
2445     -- Watch out, though.  Since the avails may contain loops 
2446     -- (see Note [RECURSIVE DICTIONARIES]), so we need to track the ones we've seen so far
2447     findAllDeps so_far (Rhs _ kids) = foldl find_all so_far kids
2448     findAllDeps so_far other        = so_far
2449
2450     find_all :: IdSet -> Inst -> IdSet
2451     find_all so_far kid
2452       | kid_id `elemVarSet` so_far         = so_far
2453       | Just avail <- findAvail avails kid = findAllDeps so_far' avail
2454       | otherwise                          = so_far'
2455       where
2456         so_far' = extendVarSet so_far kid_id    -- Add the new kid to so_far
2457         kid_id = instToId kid
2458
2459 addSCs :: (TcPredType -> Bool) -> Avails -> Inst -> TcM Avails
2460         -- Add all the superclasses of the Inst to Avails
2461         -- The first param says "dont do this because the original thing
2462         --      depends on this one, so you'd build a loop"
2463         -- Invariant: the Inst is already in Avails.
2464
2465 addSCs is_loop avails dict
2466   = ASSERT( isDict dict )
2467     do  { sc_dicts <- newDictBndrs (instLoc dict) sc_theta'
2468         ; foldlM add_sc avails (zipEqual "add_scs" sc_dicts sc_sels) }
2469   where
2470     (clas, tys) = getDictClassTys dict
2471     (tyvars, sc_theta, sc_sels, _) = classBigSig clas
2472     sc_theta' = filter (not . isEqPred) $
2473                   substTheta (zipTopTvSubst tyvars tys) sc_theta
2474
2475     add_sc avails (sc_dict, sc_sel)
2476       | is_loop (dictPred sc_dict) = return avails      -- See Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
2477       | is_given sc_dict           = return avails
2478       | otherwise                  = do { avails' <- extendAvails avails sc_dict (Rhs sc_sel_rhs [dict])
2479                                         ; addSCs is_loop avails' sc_dict }
2480       where
2481         sc_sel_rhs = L (instSpan dict) (HsWrap co_fn (HsVar sc_sel))
2482         co_fn      = WpApp (instToVar dict) <.> mkWpTyApps tys
2483
2484     is_given :: Inst -> Bool
2485     is_given sc_dict = case findAvail avails sc_dict of
2486                           Just (Given _) -> True        -- Given is cheaper than superclass selection
2487                           other          -> False       
2488
2489 -- From the a set of insts obtain all equalities that (transitively) occur in
2490 -- superclass contexts of class constraints (aka the ancestor equalities). 
2491 --
2492 ancestorEqualities :: [Inst] -> TcM [Inst]
2493 ancestorEqualities
2494   =   mapM mkWantedEqInst               -- turn only equality predicates..
2495     . filter isEqPred                   -- ..into wanted equality insts
2496     . bagToList 
2497     . addAEsToBag emptyBag              -- collect the superclass constraints..
2498     . map dictPred                      -- ..of all predicates in a bag
2499     . filter isClassDict
2500   where
2501     addAEsToBag :: Bag PredType -> [PredType] -> Bag PredType
2502     addAEsToBag bag []           = bag
2503     addAEsToBag bag (pred:preds)
2504       | pred `elemBag` bag = addAEsToBag bag         preds
2505       | isEqPred pred      = addAEsToBag bagWithPred preds
2506       | isClassPred pred   = addAEsToBag bagWithPred predsWithSCs
2507       | otherwise          = addAEsToBag bag         preds
2508       where
2509         bagWithPred  = bag `snocBag` pred
2510         predsWithSCs = preds ++ substTheta (zipTopTvSubst tyvars tys) sc_theta
2511         --
2512         (tyvars, sc_theta, _, _) = classBigSig clas
2513         (clas, tys)              = getClassPredTys pred 
2514 \end{code}
2515
2516
2517 %************************************************************************
2518 %*                                                                      *
2519 \section{tcSimplifyTop: defaulting}
2520 %*                                                                      *
2521 %************************************************************************
2522
2523
2524 @tcSimplifyTop@ is called once per module to simplify all the constant
2525 and ambiguous Insts.
2526
2527 We need to be careful of one case.  Suppose we have
2528
2529         instance Num a => Num (Foo a b) where ...
2530
2531 and @tcSimplifyTop@ is given a constraint (Num (Foo x y)).  Then it'll simplify
2532 to (Num x), and default x to Int.  But what about y??
2533
2534 It's OK: the final zonking stage should zap y to (), which is fine.
2535
2536
2537 \begin{code}
2538 tcSimplifyTop, tcSimplifyInteractive :: [Inst] -> TcM TcDictBinds
2539 tcSimplifyTop wanteds
2540   = tc_simplify_top doc False wanteds
2541   where 
2542     doc = text "tcSimplifyTop"
2543
2544 tcSimplifyInteractive wanteds
2545   = tc_simplify_top doc True wanteds
2546   where 
2547     doc = text "tcSimplifyInteractive"
2548
2549 -- The TcLclEnv should be valid here, solely to improve
2550 -- error message generation for the monomorphism restriction
2551 tc_simplify_top doc interactive wanteds
2552   = do  { dflags <- getDOpts
2553         ; wanteds <- zonkInsts wanteds
2554         ; mapM_ zonkTopTyVar (varSetElems (tyVarsOfInsts wanteds))
2555
2556         ; traceTc (text "tc_simplify_top 0: " <+> ppr wanteds)
2557         ; (irreds1, binds1) <- tryHardCheckLoop doc1 wanteds
2558         ; traceTc (text "tc_simplify_top 1: " <+> ppr irreds1)
2559         ; (irreds2, binds2) <- approximateImplications doc2 (\d -> True) irreds1
2560         ; traceTc (text "tc_simplify_top 2: " <+> ppr irreds2)
2561
2562                 -- Use the defaulting rules to do extra unification
2563                 -- NB: irreds2 are already zonked
2564         ; (irreds3, binds3) <- disambiguate doc3 interactive dflags irreds2
2565
2566                 -- Deal with implicit parameters
2567         ; let (bad_ips, non_ips) = partition isIPDict irreds3
2568               (ambigs, others)   = partition isTyVarDict non_ips
2569
2570         ; topIPErrs bad_ips     -- Can arise from   f :: Int -> Int
2571                                 --                  f x = x + ?y
2572         ; addNoInstanceErrs others
2573         ; addTopAmbigErrs ambigs        
2574
2575         ; return (binds1 `unionBags` binds2 `unionBags` binds3) }
2576   where
2577     doc1 = doc <+> ptext SLIT("(first round)")
2578     doc2 = doc <+> ptext SLIT("(approximate)")
2579     doc3 = doc <+> ptext SLIT("(disambiguate)")
2580 \end{code}
2581
2582 If a dictionary constrains a type variable which is
2583         * not mentioned in the environment
2584         * and not mentioned in the type of the expression
2585 then it is ambiguous. No further information will arise to instantiate
2586 the type variable; nor will it be generalised and turned into an extra
2587 parameter to a function.
2588
2589 It is an error for this to occur, except that Haskell provided for
2590 certain rules to be applied in the special case of numeric types.
2591 Specifically, if
2592         * at least one of its classes is a numeric class, and
2593         * all of its classes are numeric or standard
2594 then the type variable can be defaulted to the first type in the
2595 default-type list which is an instance of all the offending classes.
2596
2597 So here is the function which does the work.  It takes the ambiguous
2598 dictionaries and either resolves them (producing bindings) or
2599 complains.  It works by splitting the dictionary list by type
2600 variable, and using @disambigOne@ to do the real business.
2601
2602 @disambigOne@ assumes that its arguments dictionaries constrain all
2603 the same type variable.
2604
2605 ADR Comment 20/6/94: I've changed the @CReturnable@ case to default to
2606 @()@ instead of @Int@.  I reckon this is the Right Thing to do since
2607 the most common use of defaulting is code like:
2608 \begin{verbatim}
2609         _ccall_ foo     `seqPrimIO` bar
2610 \end{verbatim}
2611 Since we're not using the result of @foo@, the result if (presumably)
2612 @void@.
2613
2614 \begin{code}
2615 disambiguate :: SDoc -> Bool -> DynFlags -> [Inst] -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
2616         -- Just does unification to fix the default types
2617         -- The Insts are assumed to be pre-zonked
2618 disambiguate doc interactive dflags insts
2619   | null insts
2620   = return (insts, emptyBag)
2621
2622   | null defaultable_groups
2623   = do  { traceTc (text "disambigutate, no defaultable groups" <+> vcat [ppr unaries, ppr insts, ppr bad_tvs, ppr defaultable_groups])
2624         ; return (insts, emptyBag) }
2625
2626   | otherwise
2627   = do  {       -- Figure out what default types to use
2628           default_tys <- getDefaultTys extended_defaulting ovl_strings
2629
2630         ; traceTc (text "disambiguate1" <+> vcat [ppr insts, ppr unaries, ppr bad_tvs, ppr defaultable_groups])
2631         ; mapM_ (disambigGroup default_tys) defaultable_groups
2632
2633         -- disambigGroup does unification, hence try again
2634         ; tryHardCheckLoop doc insts }
2635
2636   where
2637    extended_defaulting = interactive || dopt Opt_ExtendedDefaultRules dflags
2638    ovl_strings = dopt Opt_OverloadedStrings dflags
2639
2640    unaries :: [(Inst, Class, TcTyVar)]  -- (C tv) constraints
2641    bad_tvs :: TcTyVarSet  -- Tyvars mentioned by *other* constraints
2642    (unaries, bad_tvs_s) = partitionWith find_unary insts 
2643    bad_tvs              = unionVarSets bad_tvs_s
2644
2645         -- Finds unary type-class constraints
2646    find_unary d@(Dict {tci_pred = ClassP cls [ty]})
2647         | Just tv <- tcGetTyVar_maybe ty = Left (d,cls,tv)
2648    find_unary inst                       = Right (tyVarsOfInst inst)
2649
2650                 -- Group by type variable
2651    defaultable_groups :: [[(Inst,Class,TcTyVar)]]
2652    defaultable_groups = filter defaultable_group (equivClasses cmp_tv unaries)
2653    cmp_tv (_,_,tv1) (_,_,tv2) = tv1 `compare` tv2
2654
2655    defaultable_group :: [(Inst,Class,TcTyVar)] -> Bool
2656    defaultable_group ds@((_,_,tv):_)
2657         =  isTyConableTyVar tv  -- Note [Avoiding spurious errors]
2658         && not (tv `elemVarSet` bad_tvs)
2659         && defaultable_classes [c | (_,c,_) <- ds]
2660    defaultable_group [] = panic "defaultable_group"
2661
2662    defaultable_classes clss 
2663         | extended_defaulting = any isInteractiveClass clss
2664         | otherwise           = all is_std_class clss && (any is_num_class clss)
2665
2666         -- In interactive mode, or with -fextended-default-rules,
2667         -- we default Show a to Show () to avoid graututious errors on "show []"
2668    isInteractiveClass cls 
2669         = is_num_class cls || (classKey cls `elem` [showClassKey, eqClassKey, ordClassKey])
2670
2671    is_num_class cls = isNumericClass cls || (ovl_strings && (cls `hasKey` isStringClassKey))
2672         -- is_num_class adds IsString to the standard numeric classes, 
2673         -- when -foverloaded-strings is enabled
2674
2675    is_std_class cls = isStandardClass cls || (ovl_strings && (cls `hasKey` isStringClassKey))
2676         -- Similarly is_std_class
2677
2678 -----------------------
2679 disambigGroup :: [Type]                 -- The default types
2680               -> [(Inst,Class,TcTyVar)] -- All standard classes of form (C a)
2681               -> TcM () -- Just does unification, to fix the default types
2682
2683 disambigGroup default_tys dicts
2684   = try_default default_tys
2685   where
2686     (_,_,tyvar) = ASSERT(not (null dicts)) head dicts   -- Should be non-empty
2687     classes = [c | (_,c,_) <- dicts]
2688
2689     try_default [] = return ()
2690     try_default (default_ty : default_tys)
2691       = tryTcLIE_ (try_default default_tys) $
2692         do { tcSimplifyDefault [mkClassPred clas [default_ty] | clas <- classes]
2693                 -- This may fail; then the tryTcLIE_ kicks in
2694                 -- Failure here is caused by there being no type in the
2695                 -- default list which can satisfy all the ambiguous classes.
2696                 -- For example, if Real a is reqd, but the only type in the
2697                 -- default list is Int.
2698
2699                 -- After this we can't fail
2700            ; warnDefault dicts default_ty
2701            ; unifyType default_ty (mkTyVarTy tyvar) 
2702            ; return () -- TOMDO: do something with the coercion
2703            }
2704
2705
2706 -----------------------
2707 getDefaultTys :: Bool -> Bool -> TcM [Type]
2708 getDefaultTys extended_deflts ovl_strings
2709   = do  { mb_defaults <- getDeclaredDefaultTys
2710         ; case mb_defaults of {
2711            Just tys -> return tys ;     -- User-supplied defaults
2712            Nothing  -> do
2713
2714         -- No use-supplied default
2715         -- Use [Integer, Double], plus modifications
2716         { integer_ty <- tcMetaTy integerTyConName
2717         ; checkWiredInTyCon doubleTyCon
2718         ; string_ty <- tcMetaTy stringTyConName
2719         ; return (opt_deflt extended_deflts unitTy
2720                         -- Note [Default unitTy]
2721                         ++
2722                   [integer_ty,doubleTy]
2723                         ++
2724                   opt_deflt ovl_strings string_ty) } } }
2725   where
2726     opt_deflt True  ty = [ty]
2727     opt_deflt False ty = []
2728 \end{code}
2729
2730 Note [Default unitTy]
2731 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2732 In interative mode (or with -fextended-default-rules) we add () as the first type we
2733 try when defaulting.  This has very little real impact, except in the following case.
2734 Consider: 
2735         Text.Printf.printf "hello"
2736 This has type (forall a. IO a); it prints "hello", and returns 'undefined'.  We don't
2737 want the GHCi repl loop to try to print that 'undefined'.  The neatest thing is to
2738 default the 'a' to (), rather than to Integer (which is what would otherwise happen;
2739 and then GHCi doesn't attempt to print the ().  So in interactive mode, we add
2740 () to the list of defaulting types.  See Trac #1200.
2741
2742 Note [Avoiding spurious errors]
2743 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2744 When doing the unification for defaulting, we check for skolem
2745 type variables, and simply don't default them.  For example:
2746    f = (*)      -- Monomorphic
2747    g :: Num a => a -> a
2748    g x = f x x
2749 Here, we get a complaint when checking the type signature for g,
2750 that g isn't polymorphic enough; but then we get another one when
2751 dealing with the (Num a) context arising from f's definition;
2752 we try to unify a with Int (to default it), but find that it's
2753 already been unified with the rigid variable from g's type sig
2754
2755
2756 %************************************************************************
2757 %*                                                                      *
2758 \subsection[simple]{@Simple@ versions}
2759 %*                                                                      *
2760 %************************************************************************
2761
2762 Much simpler versions when there are no bindings to make!
2763
2764 @tcSimplifyThetas@ simplifies class-type constraints formed by
2765 @deriving@ declarations and when specialising instances.  We are
2766 only interested in the simplified bunch of class/type constraints.
2767
2768 It simplifies to constraints of the form (C a b c) where
2769 a,b,c are type variables.  This is required for the context of
2770 instance declarations.
2771
2772 \begin{code}
2773 tcSimplifyDeriv :: InstOrigin
2774                 -> [TyVar]      
2775                 -> ThetaType            -- Wanted
2776                 -> TcM ThetaType        -- Needed
2777 -- Given  instance (wanted) => C inst_ty 
2778 -- Simplify 'wanted' as much as possible
2779
2780 tcSimplifyDeriv orig tyvars theta
2781   = do  { (tvs, _, tenv) <- tcInstTyVars tyvars
2782         -- The main loop may do unification, and that may crash if 
2783         -- it doesn't see a TcTyVar, so we have to instantiate. Sigh
2784         -- ToDo: what if two of them do get unified?
2785         ; wanteds <- newDictBndrsO orig (substTheta tenv theta)
2786         ; (irreds, _) <- tryHardCheckLoop doc wanteds
2787
2788         ; let (tv_dicts, others) = partition ok irreds
2789         ; addNoInstanceErrs others
2790         -- See Note [Exotic derived instance contexts] in TcMType
2791
2792         ; let rev_env = zipTopTvSubst tvs (mkTyVarTys tyvars)
2793               simpl_theta = substTheta rev_env (map dictPred tv_dicts)
2794                 -- This reverse-mapping is a pain, but the result
2795                 -- should mention the original TyVars not TcTyVars
2796
2797         ; return simpl_theta }
2798   where
2799     doc = ptext SLIT("deriving classes for a data type")
2800
2801     ok dict | isDict dict = validDerivPred (dictPred dict)
2802             | otherwise   = False
2803 \end{code}
2804
2805
2806 @tcSimplifyDefault@ just checks class-type constraints, essentially;
2807 used with \tr{default} declarations.  We are only interested in
2808 whether it worked or not.
2809
2810 \begin{code}
2811 tcSimplifyDefault :: ThetaType  -- Wanted; has no type variables in it
2812                   -> TcM ()
2813
2814 tcSimplifyDefault theta
2815   = newDictBndrsO DefaultOrigin theta   `thenM` \ wanteds ->
2816     tryHardCheckLoop doc wanteds        `thenM` \ (irreds, _) ->
2817     addNoInstanceErrs  irreds           `thenM_`
2818     if null irreds then
2819         returnM ()
2820     else
2821         failM
2822   where
2823     doc = ptext SLIT("default declaration")
2824 \end{code}
2825
2826
2827 %************************************************************************
2828 %*                                                                      *
2829 \section{Errors and contexts}
2830 %*                                                                      *
2831 %************************************************************************
2832
2833 ToDo: for these error messages, should we note the location as coming
2834 from the insts, or just whatever seems to be around in the monad just
2835 now?
2836
2837 \begin{code}
2838 groupErrs :: ([Inst] -> TcM ()) -- Deal with one group
2839           -> [Inst]             -- The offending Insts
2840           -> TcM ()
2841 -- Group together insts with the same origin
2842 -- We want to report them together in error messages
2843
2844 groupErrs report_err [] 
2845   = returnM ()
2846 groupErrs report_err (inst:insts) 
2847   = do_one (inst:friends)               `thenM_`
2848     groupErrs report_err others
2849
2850   where
2851         -- (It may seem a bit crude to compare the error messages,
2852         --  but it makes sure that we combine just what the user sees,
2853         --  and it avoids need equality on InstLocs.)
2854    (friends, others) = partition is_friend insts
2855    loc_msg           = showSDoc (pprInstLoc (instLoc inst))
2856    is_friend friend  = showSDoc (pprInstLoc (instLoc friend)) == loc_msg
2857    do_one insts = addInstCtxt (instLoc (head insts)) (report_err insts)
2858                 -- Add location and context information derived from the Insts
2859
2860 -- Add the "arising from..." part to a message about bunch of dicts
2861 addInstLoc :: [Inst] -> Message -> Message
2862 addInstLoc insts msg = msg $$ nest 2 (pprInstArising (head insts))
2863
2864 addTopIPErrs :: [Name] -> [Inst] -> TcM ()
2865 addTopIPErrs bndrs [] 
2866   = return ()
2867 addTopIPErrs bndrs ips
2868   = do  { dflags <- getDOpts
2869         ; addErrTcM (tidy_env, mk_msg dflags tidy_ips) }
2870   where
2871     (tidy_env, tidy_ips) = tidyInsts ips
2872     mk_msg dflags ips 
2873         = vcat [sep [ptext SLIT("Implicit parameters escape from"),
2874                 nest 2 (ptext SLIT("the monomorphic top-level binding") 
2875                                             <> plural bndrs <+> ptext SLIT("of")
2876                                             <+> pprBinders bndrs <> colon)],
2877                 nest 2 (vcat (map ppr_ip ips)),
2878                 monomorphism_fix dflags]
2879     ppr_ip ip = pprPred (dictPred ip) <+> pprInstArising ip
2880
2881 topIPErrs :: [Inst] -> TcM ()
2882 topIPErrs dicts
2883   = groupErrs report tidy_dicts
2884   where
2885     (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
2886     report dicts = addErrTcM (tidy_env, mk_msg dicts)
2887     mk_msg dicts = addInstLoc dicts (ptext SLIT("Unbound implicit parameter") <> 
2888                                      plural tidy_dicts <+> pprDictsTheta tidy_dicts)
2889
2890 addNoInstanceErrs :: [Inst]     -- Wanted (can include implications)
2891                   -> TcM ()     
2892 addNoInstanceErrs insts
2893   = do  { let (tidy_env, tidy_insts) = tidyInsts insts
2894         ; reportNoInstances tidy_env Nothing tidy_insts }
2895
2896 reportNoInstances 
2897         :: TidyEnv
2898         -> Maybe (InstLoc, [Inst])      -- Context
2899                         -- Nothing => top level
2900                         -- Just (d,g) => d describes the construct
2901                         --               with givens g
2902         -> [Inst]       -- What is wanted (can include implications)
2903         -> TcM ()       
2904
2905 reportNoInstances tidy_env mb_what insts 
2906   = groupErrs (report_no_instances tidy_env mb_what) insts
2907
2908 report_no_instances tidy_env mb_what insts
2909   = do { inst_envs <- tcGetInstEnvs
2910        ; let (implics, insts1)  = partition isImplicInst insts
2911              (insts2, overlaps) = partitionWith (check_overlap inst_envs) insts1
2912              (eqInsts, insts3)  = partition isEqInst insts2
2913        ; traceTc (text "reportNoInstances" <+> vcat 
2914                        [ppr implics, ppr insts1, ppr insts2])
2915        ; mapM_ complain_implic implics
2916        ; mapM_ (\doc -> addErrTcM (tidy_env, doc)) overlaps
2917        ; groupErrs complain_no_inst insts3 
2918        ; mapM_ complain_eq eqInsts
2919        }
2920   where
2921     complain_no_inst insts = addErrTcM (tidy_env, mk_no_inst_err insts)
2922
2923     complain_implic inst        -- Recurse!
2924       = reportNoInstances tidy_env 
2925                           (Just (tci_loc inst, tci_given inst)) 
2926                           (tci_wanted inst)
2927
2928     complain_eq EqInst {tci_left = lty, tci_right = rty, 
2929                         tci_loc = InstLoc _ _ ctxt}
2930       = do { (env, msg) <- misMatchMsg lty rty
2931            ; setErrCtxt ctxt $
2932                failWithTcM (env, msg)
2933            }
2934
2935     check_overlap :: (InstEnv,InstEnv) -> Inst -> Either Inst SDoc
2936         -- Right msg  => overlap message
2937         -- Left  inst => no instance
2938     check_overlap inst_envs wanted
2939         | not (isClassDict wanted) = Left wanted
2940         | otherwise
2941         = case lookupInstEnv inst_envs clas tys of
2942                 -- The case of exactly one match and no unifiers means a
2943                 -- successful lookup.  That can't happen here, because dicts
2944                 -- only end up here if they didn't match in Inst.lookupInst
2945 #ifdef DEBUG
2946                 ([m],[]) -> pprPanic "reportNoInstance" (ppr wanted)
2947 #endif
2948                 ([], _)  -> Left wanted         -- No match
2949                 res      -> Right (mk_overlap_msg wanted res)
2950           where
2951             (clas,tys) = getDictClassTys wanted
2952
2953     mk_overlap_msg dict (matches, unifiers)
2954       = ASSERT( not (null matches) )
2955         vcat [  addInstLoc [dict] ((ptext SLIT("Overlapping instances for") 
2956                                         <+> pprPred (dictPred dict))),
2957                 sep [ptext SLIT("Matching instances") <> colon,
2958                      nest 2 (vcat [pprInstances ispecs, pprInstances unifiers])],
2959                 if not (isSingleton matches)
2960                 then    -- Two or more matches
2961                      empty
2962                 else    -- One match, plus some unifiers
2963                 ASSERT( not (null unifiers) )
2964                 parens (vcat [ptext SLIT("The choice depends on the instantiation of") <+>
2965                                  quotes (pprWithCommas ppr (varSetElems (tyVarsOfInst dict))),
2966                               ptext SLIT("To pick the first instance above, use -fallow-incoherent-instances"),
2967                               ptext SLIT("when compiling the other instance declarations")])]
2968       where
2969         ispecs = [ispec | (ispec, _) <- matches]
2970
2971     mk_no_inst_err insts
2972       | null insts = empty
2973
2974       | Just (loc, givens) <- mb_what,   -- Nested (type signatures, instance decls)
2975         not (isEmptyVarSet (tyVarsOfInsts insts))
2976       = vcat [ addInstLoc insts $
2977                sep [ ptext SLIT("Could not deduce") <+> pprDictsTheta insts
2978                    , nest 2 $ ptext SLIT("from the context") <+> pprDictsTheta givens]
2979              , show_fixes (fix1 loc : fixes2) ]
2980
2981       | otherwise       -- Top level 
2982       = vcat [ addInstLoc insts $
2983                ptext SLIT("No instance") <> plural insts
2984                     <+> ptext SLIT("for") <+> pprDictsTheta insts
2985              , show_fixes fixes2 ]
2986
2987       where
2988         fix1 loc = sep [ ptext SLIT("add") <+> pprDictsTheta insts
2989                                  <+> ptext SLIT("to the context of"),
2990                          nest 2 (ppr (instLocOrigin loc)) ]
2991                          -- I'm not sure it helps to add the location
2992                          -- nest 2 (ptext SLIT("at") <+> ppr (instLocSpan loc)) ]
2993
2994         fixes2 | null instance_dicts = []
2995                | otherwise           = [sep [ptext SLIT("add an instance declaration for"),
2996                                         pprDictsTheta instance_dicts]]
2997         instance_dicts = [d | d <- insts, isClassDict d, not (isTyVarDict d)]
2998                 -- Insts for which it is worth suggesting an adding an instance declaration
2999                 -- Exclude implicit parameters, and tyvar dicts
3000
3001         show_fixes :: [SDoc] -> SDoc
3002         show_fixes []     = empty
3003         show_fixes (f:fs) = sep [ptext SLIT("Possible fix:"), 
3004                                  nest 2 (vcat (f : map (ptext SLIT("or") <+>) fs))]
3005
3006 addTopAmbigErrs dicts
3007 -- Divide into groups that share a common set of ambiguous tyvars
3008   = ifErrsM (return ()) $       -- Only report ambiguity if no other errors happened
3009                                 -- See Note [Avoiding spurious errors]
3010     mapM_ report (equivClasses cmp [(d, tvs_of d) | d <- tidy_dicts])
3011   where
3012     (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
3013
3014     tvs_of :: Inst -> [TcTyVar]
3015     tvs_of d = varSetElems (tyVarsOfInst d)
3016     cmp (_,tvs1) (_,tvs2) = tvs1 `compare` tvs2
3017     
3018     report :: [(Inst,[TcTyVar])] -> TcM ()
3019     report pairs@((inst,tvs) : _)       -- The pairs share a common set of ambiguous tyvars
3020         = mkMonomorphismMsg tidy_env tvs        `thenM` \ (tidy_env, mono_msg) ->
3021           setSrcSpan (instSpan inst) $
3022                 -- the location of the first one will do for the err message
3023           addErrTcM (tidy_env, msg $$ mono_msg)
3024         where
3025           dicts = map fst pairs
3026           msg = sep [text "Ambiguous type variable" <> plural tvs <+> 
3027                           pprQuotedList tvs <+> in_msg,
3028                      nest 2 (pprDictsInFull dicts)]
3029           in_msg = text "in the constraint" <> plural dicts <> colon
3030     report [] = panic "addTopAmbigErrs"
3031
3032
3033 mkMonomorphismMsg :: TidyEnv -> [TcTyVar] -> TcM (TidyEnv, Message)
3034 -- There's an error with these Insts; if they have free type variables
3035 -- it's probably caused by the monomorphism restriction. 
3036 -- Try to identify the offending variable
3037 -- ASSUMPTION: the Insts are fully zonked
3038 mkMonomorphismMsg tidy_env inst_tvs
3039   = do  { dflags <- getDOpts
3040         ; (tidy_env, docs) <- findGlobals (mkVarSet inst_tvs) tidy_env
3041         ; return (tidy_env, mk_msg dflags docs) }
3042   where
3043     mk_msg _ _ | any isRuntimeUnk inst_tvs
3044         =  vcat [ptext SLIT("Cannot resolve unknown runtime types:") <+>
3045                    (pprWithCommas ppr inst_tvs),
3046                 ptext SLIT("Use :print or :force to determine these types")]
3047     mk_msg _ []   = ptext SLIT("Probable fix: add a type signature that fixes these type variable(s)")
3048                         -- This happens in things like
3049                         --      f x = show (read "foo")
3050                         -- where monomorphism doesn't play any role
3051     mk_msg dflags docs 
3052         = vcat [ptext SLIT("Possible cause: the monomorphism restriction applied to the following:"),
3053                 nest 2 (vcat docs),
3054                 monomorphism_fix dflags]
3055
3056 isRuntimeUnk :: TcTyVar -> Bool
3057 isRuntimeUnk x | SkolemTv RuntimeUnkSkol <- tcTyVarDetails x = True
3058                | otherwise = False
3059
3060 monomorphism_fix :: DynFlags -> SDoc
3061 monomorphism_fix dflags
3062   = ptext SLIT("Probable fix:") <+> vcat
3063         [ptext SLIT("give these definition(s) an explicit type signature"),
3064          if dopt Opt_MonomorphismRestriction dflags
3065            then ptext SLIT("or use -fno-monomorphism-restriction")
3066            else empty]  -- Only suggest adding "-fno-monomorphism-restriction"
3067                         -- if it is not already set!
3068     
3069 warnDefault ups default_ty
3070   = doptM Opt_WarnTypeDefaults  `thenM` \ warn_flag ->
3071     addInstCtxt (instLoc (head (dicts))) (warnTc warn_flag warn_msg)
3072   where
3073     dicts = [d | (d,_,_) <- ups]
3074
3075         -- Tidy them first
3076     (_, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
3077     warn_msg  = vcat [ptext SLIT("Defaulting the following constraint(s) to type") <+>
3078                                 quotes (ppr default_ty),
3079                       pprDictsInFull tidy_dicts]
3080
3081 reduceDepthErr n stack
3082   = vcat [ptext SLIT("Context reduction stack overflow; size =") <+> int n,
3083           ptext SLIT("Use -fcontext-stack=N to increase stack size to N"),
3084           nest 4 (pprStack stack)]
3085
3086 pprStack stack = vcat (map pprInstInFull stack)
3087
3088 -----------------------
3089 misMatchMsg :: TcType -> TcType -> TcM (TidyEnv, SDoc)
3090 -- Generate the message when two types fail to match,
3091 -- going to some trouble to make it helpful.
3092 -- The argument order is: actual type, expected type
3093 misMatchMsg ty_act ty_exp
3094   = do  { env0 <- tcInitTidyEnv
3095         ; ty_exp <- zonkTcType ty_exp
3096         ; ty_act <- zonkTcType ty_act
3097         ; (env1, pp_exp, extra_exp) <- ppr_ty env0 ty_exp
3098         ; (env2, pp_act, extra_act) <- ppr_ty env1 ty_act
3099         ; return (env2, 
3100                   sep [sep [ptext SLIT("Couldn't match expected type") <+> pp_exp, 
3101                             nest 7 $
3102                               ptext SLIT("against inferred type") <+> pp_act],
3103                        nest 2 (extra_exp $$ extra_act)]) }
3104
3105 ppr_ty :: TidyEnv -> TcType -> TcM (TidyEnv, SDoc, SDoc)
3106 ppr_ty env ty
3107   = do  { let (env1, tidy_ty) = tidyOpenType env ty
3108         ; (env2, extra) <- ppr_extra env1 tidy_ty
3109         ; return (env2, quotes (ppr tidy_ty), extra) }
3110
3111 -- (ppr_extra env ty) shows extra info about 'ty'
3112 ppr_extra env (TyVarTy tv)
3113   | isSkolemTyVar tv || isSigTyVar tv
3114   = return (env1, pprSkolTvBinding tv1)
3115   where
3116     (env1, tv1) = tidySkolemTyVar env tv
3117
3118 ppr_extra env ty = return (env, empty)          -- Normal case
3119 \end{code}