(F)SLIT -> (f)sLit in TcSimplify
[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, 
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 TcType
40 import TcMType
41 import TcIface
42 import TcTyFuns
43 import TypeRep
44 import Var
45 import Name
46 import NameSet
47 import Class
48 import FunDeps
49 import PrelInfo
50 import PrelNames
51 import Type
52 import TysWiredIn
53 import ErrUtils
54 import BasicTypes
55 import VarSet
56 import VarEnv
57 import Module
58 import FiniteMap
59 import Bag
60 import Outputable
61 import Maybes
62 import ListSetOps
63 import Util
64 import UniqSet
65 import SrcLoc
66 import DynFlags
67 import FastString
68
69 import Control.Monad
70 import Data.List
71 \end{code}
72
73
74 %************************************************************************
75 %*                                                                      *
76 \subsection{NOTES}
77 %*                                                                      *
78 %************************************************************************
79
80         --------------------------------------
81         Notes on functional dependencies (a bug)
82         --------------------------------------
83
84 Consider this:
85
86         class C a b | a -> b
87         class D a b | a -> b
88
89         instance D a b => C a b -- Undecidable 
90                                 -- (Not sure if it's crucial to this eg)
91         f :: C a b => a -> Bool
92         f _ = True
93         
94         g :: C a b => a -> Bool
95         g = f
96
97 Here f typechecks, but g does not!!  Reason: before doing improvement,
98 we reduce the (C a b1) constraint from the call of f to (D a b1).
99
100 Here is a more complicated example:
101
102 | > class Foo a b | a->b
103 | >
104 | > class Bar a b | a->b
105 | >
106 | > data Obj = Obj
107 | >
108 | > instance Bar Obj Obj
109 | >
110 | > instance (Bar a b) => Foo a b
111 | >
112 | > foo:: (Foo a b) => a -> String
113 | > foo _ = "works"
114 | >
115 | > runFoo:: (forall a b. (Foo a b) => a -> w) -> w
116 | > runFoo f = f Obj
117
118 | *Test> runFoo foo
119
120 | <interactive>:1:
121 |     Could not deduce (Bar a b) from the context (Foo a b)
122 |       arising from use of `foo' at <interactive>:1
123 |     Probable fix:
124 |         Add (Bar a b) to the expected type of an expression
125 |     In the first argument of `runFoo', namely `foo'
126 |     In the definition of `it': it = runFoo foo
127
128 | Why all of the sudden does GHC need the constraint Bar a b? The
129 | function foo didn't ask for that... 
130
131 The trouble is that to type (runFoo foo), GHC has to solve the problem:
132
133         Given constraint        Foo a b
134         Solve constraint        Foo a b'
135
136 Notice that b and b' aren't the same.  To solve this, just do
137 improvement and then they are the same.  But GHC currently does
138         simplify constraints
139         apply improvement
140         and loop
141
142 That is usually fine, but it isn't here, because it sees that Foo a b is
143 not the same as Foo a b', and so instead applies the instance decl for
144 instance Bar a b => Foo a b.  And that's where the Bar constraint comes
145 from.
146
147 The Right Thing is to improve whenever the constraint set changes at
148 all.  Not hard in principle, but it'll take a bit of fiddling to do.  
149
150 Note [Choosing which variables to quantify]
151 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
152 Suppose we are about to do a generalisation step.  We have in our hand
153
154         G       the environment
155         T       the type of the RHS
156         C       the constraints from that RHS
157
158 The game is to figure out
159
160         Q       the set of type variables over which to quantify
161         Ct      the constraints we will *not* quantify over
162         Cq      the constraints we will quantify over
163
164 So we're going to infer the type
165
166         forall Q. Cq => T
167
168 and float the constraints Ct further outwards.
169
170 Here are the things that *must* be true:
171
172  (A)    Q intersect fv(G) = EMPTY                       limits how big Q can be
173  (B)    Q superset fv(Cq union T) \ oclose(fv(G),C)     limits how small Q can be
174
175  (A) says we can't quantify over a variable that's free in the environment. 
176  (B) says we must quantify over all the truly free variables in T, else 
177      we won't get a sufficiently general type.  
178
179 We do not *need* to quantify over any variable that is fixed by the
180 free vars of the environment G.
181
182         BETWEEN THESE TWO BOUNDS, ANY Q WILL DO!
183
184 Example:        class H x y | x->y where ...
185
186         fv(G) = {a}     C = {H a b, H c d}
187                         T = c -> b
188
189         (A)  Q intersect {a} is empty
190         (B)  Q superset {a,b,c,d} \ oclose({a}, C) = {a,b,c,d} \ {a,b} = {c,d}
191
192         So Q can be {c,d}, {b,c,d}
193
194 In particular, it's perfectly OK to quantify over more type variables
195 than strictly necessary; there is no need to quantify over 'b', since
196 it is determined by 'a' which is free in the envt, but it's perfectly
197 OK to do so.  However we must not quantify over 'a' itself.
198
199 Other things being equal, however, we'd like to quantify over as few
200 variables as possible: smaller types, fewer type applications, more
201 constraints can get into Ct instead of Cq.  Here's a good way to
202 choose Q:
203
204         Q = grow( fv(T), C ) \ oclose( fv(G), C )
205
206 That is, quantify over all variable that that MIGHT be fixed by the
207 call site (which influences T), but which aren't DEFINITELY fixed by
208 G.  This choice definitely quantifies over enough type variables,
209 albeit perhaps too many.
210
211 Why grow( fv(T), C ) rather than fv(T)?  Consider
212
213         class H x y | x->y where ...
214
215         T = c->c
216         C = (H c d)
217
218   If we used fv(T) = {c} we'd get the type
219
220         forall c. H c d => c -> b
221
222   And then if the fn was called at several different c's, each of
223   which fixed d differently, we'd get a unification error, because
224   d isn't quantified.  Solution: quantify d.  So we must quantify
225   everything that might be influenced by c.
226
227 Why not oclose( fv(T), C )?  Because we might not be able to see
228 all the functional dependencies yet:
229
230         class H x y | x->y where ...
231         instance H x y => Eq (T x y) where ...
232
233         T = c->c
234         C = (Eq (T c d))
235
236 Now oclose(fv(T),C) = {c}, because the functional dependency isn't
237 apparent yet, and that's wrong.  We must really quantify over d too.
238
239 There really isn't any point in quantifying over any more than
240 grow( fv(T), C ), because the call sites can't possibly influence
241 any other type variables.
242
243
244
245 -------------------------------------
246         Note [Ambiguity]
247 -------------------------------------
248
249 It's very hard to be certain when a type is ambiguous.  Consider
250
251         class K x
252         class H x y | x -> y
253         instance H x y => K (x,y)
254
255 Is this type ambiguous?
256         forall a b. (K (a,b), Eq b) => a -> a
257
258 Looks like it!  But if we simplify (K (a,b)) we get (H a b) and
259 now we see that a fixes b.  So we can't tell about ambiguity for sure
260 without doing a full simplification.  And even that isn't possible if
261 the context has some free vars that may get unified.  Urgle!
262
263 Here's another example: is this ambiguous?
264         forall a b. Eq (T b) => a -> a
265 Not if there's an insance decl (with no context)
266         instance Eq (T b) where ...
267
268 You may say of this example that we should use the instance decl right
269 away, but you can't always do that:
270
271         class J a b where ...
272         instance J Int b where ...
273
274         f :: forall a b. J a b => a -> a
275
276 (Notice: no functional dependency in J's class decl.)
277 Here f's type is perfectly fine, provided f is only called at Int.
278 It's premature to complain when meeting f's signature, or even
279 when inferring a type for f.
280
281
282
283 However, we don't *need* to report ambiguity right away.  It'll always
284 show up at the call site.... and eventually at main, which needs special
285 treatment.  Nevertheless, reporting ambiguity promptly is an excellent thing.
286
287 So here's the plan.  We WARN about probable ambiguity if
288
289         fv(Cq) is not a subset of  oclose(fv(T) union fv(G), C)
290
291 (all tested before quantification).
292 That is, all the type variables in Cq must be fixed by the the variables
293 in the environment, or by the variables in the type.
294
295 Notice that we union before calling oclose.  Here's an example:
296
297         class J a b c | a b -> c
298         fv(G) = {a}
299
300 Is this ambiguous?
301         forall b c. (J a b c) => b -> b
302
303 Only if we union {a} from G with {b} from T before using oclose,
304 do we see that c is fixed.
305
306 It's a bit vague exactly which C we should use for this oclose call.  If we
307 don't fix enough variables we might complain when we shouldn't (see
308 the above nasty example).  Nothing will be perfect.  That's why we can
309 only issue a warning.
310
311
312 Can we ever be *certain* about ambiguity?  Yes: if there's a constraint
313
314         c in C such that fv(c) intersect (fv(G) union fv(T)) = EMPTY
315
316 then c is a "bubble"; there's no way it can ever improve, and it's
317 certainly ambiguous.  UNLESS it is a constant (sigh).  And what about
318 the nasty example?
319
320         class K x
321         class H x y | x -> y
322         instance H x y => K (x,y)
323
324 Is this type ambiguous?
325         forall a b. (K (a,b), Eq b) => a -> a
326
327 Urk.  The (Eq b) looks "definitely ambiguous" but it isn't.  What we are after
328 is a "bubble" that's a set of constraints
329
330         Cq = Ca union Cq'  st  fv(Ca) intersect (fv(Cq') union fv(T) union fv(G)) = EMPTY
331
332 Hence another idea.  To decide Q start with fv(T) and grow it
333 by transitive closure in Cq (no functional dependencies involved).
334 Now partition Cq using Q, leaving the definitely-ambiguous and probably-ok.
335 The definitely-ambiguous can then float out, and get smashed at top level
336 (which squashes out the constants, like Eq (T a) above)
337
338
339         --------------------------------------
340                 Notes on principal types
341         --------------------------------------
342
343     class C a where
344       op :: a -> a
345
346     f x = let g y = op (y::Int) in True
347
348 Here the principal type of f is (forall a. a->a)
349 but we'll produce the non-principal type
350     f :: forall a. C Int => a -> a
351
352
353         --------------------------------------
354         The need for forall's in constraints
355         --------------------------------------
356
357 [Exchange on Haskell Cafe 5/6 Dec 2000]
358
359   class C t where op :: t -> Bool
360   instance C [t] where op x = True
361
362   p y = (let f :: c -> Bool; f x = op (y >> return x) in f, y ++ [])
363   q y = (y ++ [], let f :: c -> Bool; f x = op (y >> return x) in f)
364
365 The definitions of p and q differ only in the order of the components in
366 the pair on their right-hand sides.  And yet:
367
368   ghc and "Typing Haskell in Haskell" reject p, but accept q;
369   Hugs rejects q, but accepts p;
370   hbc rejects both p and q;
371   nhc98 ... (Malcolm, can you fill in the blank for us!).
372
373 The type signature for f forces context reduction to take place, and
374 the results of this depend on whether or not the type of y is known,
375 which in turn depends on which component of the pair the type checker
376 analyzes first.  
377
378 Solution: if y::m a, float out the constraints
379         Monad m, forall c. C (m c)
380 When m is later unified with [], we can solve both constraints.
381
382
383         --------------------------------------
384                 Notes on implicit parameters
385         --------------------------------------
386
387 Note [Inheriting implicit parameters]
388 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
389 Consider this:
390
391         f x = (x::Int) + ?y
392
393 where f is *not* a top-level binding.
394 From the RHS of f we'll get the constraint (?y::Int).
395 There are two types we might infer for f:
396
397         f :: Int -> Int
398
399 (so we get ?y from the context of f's definition), or
400
401         f :: (?y::Int) => Int -> Int
402
403 At first you might think the first was better, becuase then
404 ?y behaves like a free variable of the definition, rather than
405 having to be passed at each call site.  But of course, the WHOLE
406 IDEA is that ?y should be passed at each call site (that's what
407 dynamic binding means) so we'd better infer the second.
408
409 BOTTOM LINE: when *inferring types* you *must* quantify 
410 over implicit parameters. See the predicate isFreeWhenInferring.
411
412
413 Note [Implicit parameters and ambiguity] 
414 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
415 Only a *class* predicate can give rise to ambiguity
416 An *implicit parameter* cannot.  For example:
417         foo :: (?x :: [a]) => Int
418         foo = length ?x
419 is fine.  The call site will suppply a particular 'x'
420
421 Furthermore, the type variables fixed by an implicit parameter
422 propagate to the others.  E.g.
423         foo :: (Show a, ?x::[a]) => Int
424         foo = show (?x++?x)
425 The type of foo looks ambiguous.  But it isn't, because at a call site
426 we might have
427         let ?x = 5::Int in foo
428 and all is well.  In effect, implicit parameters are, well, parameters,
429 so we can take their type variables into account as part of the
430 "tau-tvs" stuff.  This is done in the function 'FunDeps.grow'.
431
432
433 Question 2: type signatures
434 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
435 BUT WATCH OUT: When you supply a type signature, we can't force you
436 to quantify over implicit parameters.  For example:
437
438         (?x + 1) :: Int
439
440 This is perfectly reasonable.  We do not want to insist on
441
442         (?x + 1) :: (?x::Int => Int)
443
444 That would be silly.  Here, the definition site *is* the occurrence site,
445 so the above strictures don't apply.  Hence the difference between
446 tcSimplifyCheck (which *does* allow implicit paramters to be inherited)
447 and tcSimplifyCheckBind (which does not).
448
449 What about when you supply a type signature for a binding?
450 Is it legal to give the following explicit, user type 
451 signature to f, thus:
452
453         f :: Int -> Int
454         f x = (x::Int) + ?y
455
456 At first sight this seems reasonable, but it has the nasty property
457 that adding a type signature changes the dynamic semantics.
458 Consider this:
459
460         (let f x = (x::Int) + ?y
461          in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
462
463                 returns (3+6, 3+5)
464 vs
465         (let f :: Int -> Int
466              f x = x + ?y
467          in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
468
469                 returns (3+6, 3+6)
470
471 Indeed, simply inlining f (at the Haskell source level) would change the
472 dynamic semantics.
473
474 Nevertheless, as Launchbury says (email Oct 01) we can't really give the
475 semantics for a Haskell program without knowing its typing, so if you 
476 change the typing you may change the semantics.
477
478 To make things consistent in all cases where we are *checking* against
479 a supplied signature (as opposed to inferring a type), we adopt the
480 rule: 
481
482         a signature does not need to quantify over implicit params.
483
484 [This represents a (rather marginal) change of policy since GHC 5.02,
485 which *required* an explicit signature to quantify over all implicit
486 params for the reasons mentioned above.]
487
488 But that raises a new question.  Consider 
489
490         Given (signature)       ?x::Int
491         Wanted (inferred)       ?x::Int, ?y::Bool
492
493 Clearly we want to discharge the ?x and float the ?y out.  But
494 what is the criterion that distinguishes them?  Clearly it isn't
495 what free type variables they have.  The Right Thing seems to be
496 to float a constraint that
497         neither mentions any of the quantified type variables
498         nor any of the quantified implicit parameters
499
500 See the predicate isFreeWhenChecking.
501
502
503 Question 3: monomorphism
504 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
505 There's a nasty corner case when the monomorphism restriction bites:
506
507         z = (x::Int) + ?y
508
509 The argument above suggests that we *must* generalise
510 over the ?y parameter, to get
511         z :: (?y::Int) => Int,
512 but the monomorphism restriction says that we *must not*, giving
513         z :: Int.
514 Why does the momomorphism restriction say this?  Because if you have
515
516         let z = x + ?y in z+z
517
518 you might not expect the addition to be done twice --- but it will if
519 we follow the argument of Question 2 and generalise over ?y.
520
521
522 Question 4: top level
523 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
524 At the top level, monomorhism makes no sense at all.
525
526     module Main where
527         main = let ?x = 5 in print foo
528
529         foo = woggle 3
530
531         woggle :: (?x :: Int) => Int -> Int
532         woggle y = ?x + y
533
534 We definitely don't want (foo :: Int) with a top-level implicit parameter
535 (?x::Int) becuase there is no way to bind it.  
536
537
538 Possible choices
539 ~~~~~~~~~~~~~~~~
540 (A) Always generalise over implicit parameters
541     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
542         be generalised
543
544     Consequences:
545         * Inlining remains valid
546         * No unexpected loss of sharing
547         * But simple bindings like
548                 z = ?y + 1
549           will be rejected, unless you add an explicit type signature
550           (to avoid the monomorphism restriction)
551                 z :: (?y::Int) => Int
552                 z = ?y + 1
553           This seems unacceptable
554
555 (B) Monomorphism restriction "wins"
556     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
557         be generalised
558     Always generalise over implicit parameters *except* for bindings
559         that fall under the monomorphism restriction
560
561     Consequences
562         * Inlining isn't valid in general
563         * No unexpected loss of sharing
564         * Simple bindings like
565                 z = ?y + 1
566           accepted (get value of ?y from binding site)
567
568 (C) Always generalise over implicit parameters
569     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
570         be generalised, EXCEPT for implicit parameters
571     Consequences
572         * Inlining remains valid
573         * Unexpected loss of sharing (from the extra generalisation)
574         * Simple bindings like
575                 z = ?y + 1
576           accepted (get value of ?y from occurrence sites)
577
578
579 Discussion
580 ~~~~~~~~~~
581 None of these choices seems very satisfactory.  But at least we should
582 decide which we want to do.
583
584 It's really not clear what is the Right Thing To Do.  If you see
585
586         z = (x::Int) + ?y
587
588 would you expect the value of ?y to be got from the *occurrence sites*
589 of 'z', or from the valuue of ?y at the *definition* of 'z'?  In the
590 case of function definitions, the answer is clearly the former, but
591 less so in the case of non-fucntion definitions.   On the other hand,
592 if we say that we get the value of ?y from the definition site of 'z',
593 then inlining 'z' might change the semantics of the program.
594
595 Choice (C) really says "the monomorphism restriction doesn't apply
596 to implicit parameters".  Which is fine, but remember that every
597 innocent binding 'x = ...' that mentions an implicit parameter in
598 the RHS becomes a *function* of that parameter, called at each
599 use of 'x'.  Now, the chances are that there are no intervening 'with'
600 clauses that bind ?y, so a decent compiler should common up all
601 those function calls.  So I think I strongly favour (C).  Indeed,
602 one could make a similar argument for abolishing the monomorphism
603 restriction altogether.
604
605 BOTTOM LINE: we choose (B) at present.  See tcSimplifyRestricted
606
607
608
609 %************************************************************************
610 %*                                                                      *
611 \subsection{tcSimplifyInfer}
612 %*                                                                      *
613 %************************************************************************
614
615 tcSimplify is called when we *inferring* a type.  Here's the overall game plan:
616
617     1. Compute Q = grow( fvs(T), C )
618
619     2. Partition C based on Q into Ct and Cq.  Notice that ambiguous
620        predicates will end up in Ct; we deal with them at the top level
621
622     3. Try improvement, using functional dependencies
623
624     4. If Step 3 did any unification, repeat from step 1
625        (Unification can change the result of 'grow'.)
626
627 Note: we don't reduce dictionaries in step 2.  For example, if we have
628 Eq (a,b), we don't simplify to (Eq a, Eq b).  So Q won't be different
629 after step 2.  However note that we may therefore quantify over more
630 type variables than we absolutely have to.
631
632 For the guts, we need a loop, that alternates context reduction and
633 improvement with unification.  E.g. Suppose we have
634
635         class C x y | x->y where ...
636
637 and tcSimplify is called with:
638         (C Int a, C Int b)
639 Then improvement unifies a with b, giving
640         (C Int a, C Int a)
641
642 If we need to unify anything, we rattle round the whole thing all over
643 again.
644
645
646 \begin{code}
647 tcSimplifyInfer
648         :: SDoc
649         -> TcTyVarSet           -- fv(T); type vars
650         -> [Inst]               -- Wanted
651         -> TcM ([TcTyVar],      -- Tyvars to quantify (zonked and quantified)
652                 [Inst],         -- Dict Ids that must be bound here (zonked)
653                 TcDictBinds)    -- Bindings
654         -- Any free (escaping) Insts are tossed into the environment
655 \end{code}
656
657
658 \begin{code}
659 tcSimplifyInfer doc tau_tvs wanted
660   = do  { tau_tvs1 <- zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs)
661         ; wanted'  <- mapM zonkInst wanted      -- Zonk before deciding quantified tyvars
662         ; gbl_tvs  <- tcGetGlobalTyVars
663         ; let preds1   = fdPredsOfInsts wanted'
664               gbl_tvs1 = oclose preds1 gbl_tvs
665               qtvs     = grow preds1 tau_tvs1 `minusVarSet` gbl_tvs1
666                         -- See Note [Choosing which variables to quantify]
667
668                 -- To maximise sharing, remove from consideration any 
669                 -- constraints that don't mention qtvs at all
670         ; let (free, bound) = partition (isFreeWhenInferring qtvs) wanted'
671         ; extendLIEs free
672
673                 -- To make types simple, reduce as much as possible
674         ; traceTc (text "infer" <+> (ppr preds1 $$ ppr (grow preds1 tau_tvs1) $$ ppr gbl_tvs $$ 
675                    ppr gbl_tvs1 $$ ppr free $$ ppr bound))
676         ; (irreds1, binds1) <- tryHardCheckLoop doc bound
677
678                 -- Note [Inference and implication constraints]
679         ; let want_dict d = tyVarsOfInst d `intersectsVarSet` qtvs
680         ; (irreds2, binds2) <- approximateImplications doc want_dict irreds1
681
682                 -- Now work out all over again which type variables to quantify,
683                 -- exactly in the same way as before, but starting from irreds2.  Why?
684                 -- a) By now improvment may have taken place, and we must *not*
685                 --    quantify over any variable free in the environment
686                 --    tc137 (function h inside g) is an example
687                 --
688                 -- b) Do not quantify over constraints that *now* do not
689                 --    mention quantified type variables, because they are
690                 --    simply ambiguous (or might be bound further out).  Example:
691                 --      f :: Eq b => a -> (a, b)
692                 --      g x = fst (f x)
693                 --    From the RHS of g we get the MethodInst f77 :: alpha -> (alpha, beta)
694                 --    We decide to quantify over 'alpha' alone, but free1 does not include f77
695                 --    because f77 mentions 'alpha'.  Then reducing leaves only the (ambiguous)
696                 --    constraint (Eq beta), which we dump back into the free set
697                 --    See test tcfail181
698                 --
699                 -- c) irreds may contain type variables not previously mentioned,
700                 --    e.g.  instance D a x => Foo [a] 
701                 --          wanteds = Foo [a]
702                 --       Then after simplifying we'll get (D a x), and x is fresh
703                 --       We must quantify over x else it'll be totally unbound
704         ; tau_tvs2 <- zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs1)
705         ; gbl_tvs2 <- zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems gbl_tvs1)
706                 -- Note that we start from gbl_tvs1
707                 -- We use tcGetGlobalTyVars, then oclose wrt preds2, because
708                 -- we've already put some of the original preds1 into frees
709                 -- E.g.         wanteds = C a b   (where a->b)
710                 --              gbl_tvs = {a}
711                 --              tau_tvs = {b}
712                 -- Then b is fixed by gbl_tvs, so (C a b) will be in free, and
713                 -- irreds2 will be empty.  But we don't want to generalise over b!
714         ; let preds2 = fdPredsOfInsts irreds2   -- irreds2 is zonked
715               qtvs   = grow preds2 tau_tvs2 `minusVarSet` oclose preds2 gbl_tvs2
716         ; let (free, irreds3) = partition (isFreeWhenInferring qtvs) irreds2
717         ; extendLIEs free
718
719                 -- Turn the quantified meta-type variables into real type variables
720         ; qtvs2 <- zonkQuantifiedTyVars (varSetElems qtvs)
721
722                 -- We can't abstract over any remaining unsolved 
723                 -- implications so instead just float them outwards. Ugh.
724         ; let (q_dicts0, implics) = partition isAbstractableInst irreds3
725         ; loc <- getInstLoc (ImplicOrigin doc)
726         ; implic_bind <- bindIrreds loc qtvs2 q_dicts0 implics
727
728                 -- Prepare equality instances for quantification
729         ; let (q_eqs0,q_dicts) = partition isEqInst q_dicts0
730         ; q_eqs <- mapM finalizeEqInst q_eqs0
731
732         ; return (qtvs2, q_eqs ++ q_dicts, binds1 `unionBags` binds2 `unionBags` implic_bind) }
733         -- NB: when we are done, we might have some bindings, but
734         -- the final qtvs might be empty.  See Note [NO TYVARS] below.
735
736 approximateImplications :: SDoc -> (Inst -> Bool) -> [Inst] -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
737 -- Note [Inference and implication constraints]
738 -- Given a bunch of Dict and ImplicInsts, try to approximate the implications by
739 --      - fetching any dicts inside them that are free
740 --      - using those dicts as cruder constraints, to solve the implications
741 --      - returning the extra ones too
742
743 approximateImplications doc want_dict irreds
744   | null extra_dicts 
745   = return (irreds, emptyBag)
746   | otherwise
747   = do  { extra_dicts' <- mapM cloneDict extra_dicts
748         ; tryHardCheckLoop doc (extra_dicts' ++ irreds) }
749                 -- By adding extra_dicts', we make them 
750                 -- available to solve the implication constraints
751   where 
752     extra_dicts = get_dicts (filter isImplicInst irreds)
753
754     get_dicts :: [Inst] -> [Inst]       -- Returns only Dicts
755         -- Find the wanted constraints in implication constraints that satisfy
756         -- want_dict, and are not bound by forall's in the constraint itself
757     get_dicts ds = concatMap get_dict ds
758
759     get_dict d@(Dict {}) | want_dict d = [d]
760                          | otherwise   = []
761     get_dict (ImplicInst {tci_tyvars = tvs, tci_wanted = wanteds})
762         = [ d | let tv_set = mkVarSet tvs
763               , d <- get_dicts wanteds 
764               , not (tyVarsOfInst d `intersectsVarSet` tv_set)]
765     get_dict i@(EqInst {}) | want_dict i = [i]
766                            | otherwise   = [] 
767     get_dict other = pprPanic "approximateImplications" (ppr other)
768 \end{code}
769
770 Note [Inference and implication constraints]
771 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 
772 Suppose we have a wanted implication constraint (perhaps arising from
773 a nested pattern match) like
774         C a => D [a]
775 and we are now trying to quantify over 'a' when inferring the type for
776 a function.  In principle it's possible that there might be an instance
777         instance (C a, E a) => D [a]
778 so the context (E a) would suffice.  The Right Thing is to abstract over
779 the implication constraint, but we don't do that (a) because it'll be
780 surprising to programmers and (b) because we don't have the machinery to deal
781 with 'given' implications.
782
783 So our best approximation is to make (D [a]) part of the inferred
784 context, so we can use that to discharge the implication. Hence
785 the strange function get_dicts in approximateImplications.
786
787 The common cases are more clear-cut, when we have things like
788         forall a. C a => C b
789 Here, abstracting over (C b) is not an approximation at all -- but see
790 Note [Freeness and implications].
791  
792 See Trac #1430 and test tc228.
793
794
795 \begin{code}
796 -----------------------------------------------------------
797 -- tcSimplifyInferCheck is used when we know the constraints we are to simplify
798 -- against, but we don't know the type variables over which we are going to quantify.
799 -- This happens when we have a type signature for a mutually recursive group
800 tcSimplifyInferCheck
801          :: InstLoc
802          -> TcTyVarSet          -- fv(T)
803          -> [Inst]              -- Given
804          -> [Inst]              -- Wanted
805          -> TcM ([TyVar],       -- Fully zonked, and quantified
806                  TcDictBinds)   -- Bindings
807
808 tcSimplifyInferCheck loc tau_tvs givens wanteds
809   = do  { traceTc (text "tcSimplifyInferCheck <-" <+> ppr wanteds)
810         ; (irreds, binds) <- gentleCheckLoop loc givens wanteds
811
812         -- Figure out which type variables to quantify over
813         -- You might think it should just be the signature tyvars,
814         -- but in bizarre cases you can get extra ones
815         --      f :: forall a. Num a => a -> a
816         --      f x = fst (g (x, head [])) + 1
817         --      g a b = (b,a)
818         -- Here we infer g :: forall a b. a -> b -> (b,a)
819         -- We don't want g to be monomorphic in b just because
820         -- f isn't quantified over b.
821         ; let all_tvs = varSetElems (tau_tvs `unionVarSet` tyVarsOfInsts givens)
822         ; all_tvs <- zonkTcTyVarsAndFV all_tvs
823         ; gbl_tvs <- tcGetGlobalTyVars
824         ; let qtvs = varSetElems (all_tvs `minusVarSet` gbl_tvs)
825                 -- We could close gbl_tvs, but its not necessary for
826                 -- soundness, and it'll only affect which tyvars, not which
827                 -- dictionaries, we quantify over
828
829         ; qtvs' <- zonkQuantifiedTyVars qtvs
830
831                 -- Now we are back to normal (c.f. tcSimplCheck)
832         ; implic_bind <- bindIrreds loc qtvs' givens irreds
833
834         ; traceTc (text "tcSimplifyInferCheck ->" <+> ppr (implic_bind))
835         ; return (qtvs', binds `unionBags` implic_bind) }
836 \end{code}
837
838 Note [Squashing methods]
839 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
840 Be careful if you want to float methods more:
841         truncate :: forall a. RealFrac a => forall b. Integral b => a -> b
842 From an application (truncate f i) we get
843         t1 = truncate at f
844         t2 = t1 at i
845 If we have also have a second occurrence of truncate, we get
846         t3 = truncate at f
847         t4 = t3 at i
848 When simplifying with i,f free, we might still notice that
849 t1=t3; but alas, the binding for t2 (which mentions t1)
850 may continue to float out!
851
852
853 Note [NO TYVARS]
854 ~~~~~~~~~~~~~~~~~
855         class Y a b | a -> b where
856             y :: a -> X b
857         
858         instance Y [[a]] a where
859             y ((x:_):_) = X x
860         
861         k :: X a -> X a -> X a
862
863         g :: Num a => [X a] -> [X a]
864         g xs = h xs
865             where
866             h ys = ys ++ map (k (y [[0]])) xs
867
868 The excitement comes when simplifying the bindings for h.  Initially
869 try to simplify {y @ [[t1]] t2, 0 @ t1}, with initial qtvs = {t2}.
870 From this we get t1:=:t2, but also various bindings.  We can't forget
871 the bindings (because of [LOOP]), but in fact t1 is what g is
872 polymorphic in.  
873
874 The net effect of [NO TYVARS] 
875
876 \begin{code}
877 isFreeWhenInferring :: TyVarSet -> Inst -> Bool
878 isFreeWhenInferring qtvs inst
879   =  isFreeWrtTyVars qtvs inst  -- Constrains no quantified vars
880   && isInheritableInst inst     -- and no implicit parameter involved
881                                 --   see Note [Inheriting implicit parameters]
882
883 {-      No longer used (with implication constraints)
884 isFreeWhenChecking :: TyVarSet  -- Quantified tyvars
885                    -> NameSet   -- Quantified implicit parameters
886                    -> Inst -> Bool
887 isFreeWhenChecking qtvs ips inst
888   =  isFreeWrtTyVars qtvs inst
889   && isFreeWrtIPs    ips inst
890 -}
891
892 isFreeWrtTyVars qtvs inst = tyVarsOfInst inst `disjointVarSet` qtvs
893 isFreeWrtIPs     ips inst = not (any (`elemNameSet` ips) (ipNamesOfInst inst))
894 \end{code}
895
896
897 %************************************************************************
898 %*                                                                      *
899 \subsection{tcSimplifyCheck}
900 %*                                                                      *
901 %************************************************************************
902
903 @tcSimplifyCheck@ is used when we know exactly the set of variables
904 we are going to quantify over.  For example, a class or instance declaration.
905
906 \begin{code}
907 -----------------------------------------------------------
908 -- tcSimplifyCheck is used when checking expression type signatures,
909 -- class decls, instance decls etc.
910 tcSimplifyCheck :: InstLoc
911                 -> [TcTyVar]            -- Quantify over these
912                 -> [Inst]               -- Given
913                 -> [Inst]               -- Wanted
914                 -> TcM TcDictBinds      -- Bindings
915 tcSimplifyCheck loc qtvs givens wanteds 
916   = ASSERT( all isTcTyVar qtvs && all isSkolemTyVar qtvs )
917     do  { traceTc (text "tcSimplifyCheck")
918         ; (irreds, binds) <- gentleCheckLoop loc givens wanteds
919         ; implic_bind <- bindIrreds loc qtvs givens irreds
920         ; return (binds `unionBags` implic_bind) }
921
922 -----------------------------------------------------------
923 -- tcSimplifyCheckPat is used for existential pattern match
924 tcSimplifyCheckPat :: InstLoc
925                    -> [TcTyVar]         -- Quantify over these
926                    -> [Inst]            -- Given
927                    -> [Inst]            -- Wanted
928                    -> TcM TcDictBinds   -- Bindings
929 tcSimplifyCheckPat loc 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 givens irreds
934         ; return (binds `unionBags` implic_bind) }
935
936 -----------------------------------------------------------
937 bindIrreds :: InstLoc -> [TcTyVar]
938            -> [Inst] -> [Inst]
939            -> TcM TcDictBinds
940 bindIrreds loc qtvs givens irreds 
941   = bindIrredsR loc qtvs givens irreds
942
943 bindIrredsR :: InstLoc -> [TcTyVar] -> [Inst] -> [Inst] -> TcM TcDictBinds      
944 -- Make a binding that binds 'irreds', by generating an implication
945 -- constraint for them, *and* throwing the constraint into the LIE
946 bindIrredsR loc qtvs givens irreds
947   | null irreds
948   = return emptyBag
949   | otherwise
950   = do  { let givens' = filter isAbstractableInst givens
951                 -- The givens can (redundantly) include methods
952                 -- We want to retain both EqInsts and Dicts
953                 -- There should be no implicadtion constraints
954                 -- See Note [Pruning the givens in an implication constraint]
955
956            -- If there are no 'givens', then it's safe to 
957            -- partition the 'wanteds' by their qtvs, thereby trimming irreds
958            -- See Note [Freeness and implications]
959         ; irreds' <- if null givens'
960                      then do
961                         { let qtv_set = mkVarSet qtvs
962                               (frees, real_irreds) = partition (isFreeWrtTyVars qtv_set) irreds
963                         ; extendLIEs frees
964                         ; return real_irreds }
965                      else return irreds
966         
967         ; (implics, bind) <- makeImplicationBind loc qtvs givens' irreds'
968                         -- This call does the real work
969                         -- If irreds' is empty, it does something sensible
970         ; extendLIEs implics
971         ; return bind } 
972
973
974 makeImplicationBind :: InstLoc -> [TcTyVar]
975                     -> [Inst] -> [Inst]
976                     -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
977 -- Make a binding that binds 'irreds', by generating an implication
978 -- constraint for them, *and* throwing the constraint into the LIE
979 -- The binding looks like
980 --      (ir1, .., irn) = f qtvs givens
981 -- where f is (evidence for) the new implication constraint
982 --      f :: forall qtvs. {reft} givens => (ir1, .., irn)
983 -- qtvs includes coercion variables
984 --
985 -- This binding must line up the 'rhs' in reduceImplication
986 makeImplicationBind loc all_tvs
987                     givens      -- Guaranteed all Dicts
988                                 -- or EqInsts
989                     irreds
990  | null irreds                  -- If there are no irreds, we are done
991  = return ([], emptyBag)
992  | otherwise                    -- Otherwise we must generate a binding
993  = do   { uniq <- newUnique 
994         ; span <- getSrcSpanM
995         ; let (eq_givens, dict_givens) = partition isEqInst givens
996               eq_tyvar_cos = mkTyVarTys (varSetElems $ tyVarsOfTypes $ map eqInstType eq_givens)
997                 -- Urgh! See line 2187 or thereabouts.  I believe that all these
998                 -- 'givens' must be a simple CoVar.  This MUST be cleaned up.
999
1000         ; let name = mkInternalName uniq (mkVarOcc "ic") span
1001               implic_inst = ImplicInst { tci_name = name,
1002                                          tci_tyvars = all_tvs, 
1003                                          tci_given = (eq_givens ++ dict_givens),
1004                                          tci_wanted = irreds, tci_loc = loc }
1005         ; let   -- only create binder for dict_irreds
1006               (eq_irreds, dict_irreds) = partition isEqInst irreds
1007               n_dict_irreds = length dict_irreds
1008               dict_irred_ids = map instToId dict_irreds
1009               tup_ty = mkTupleTy Boxed n_dict_irreds (map idType dict_irred_ids)
1010               pat = TuplePat (map nlVarPat dict_irred_ids) Boxed tup_ty
1011               rhs = L span (mkHsWrap co (HsVar (instToId implic_inst)))
1012               co  = mkWpApps (map instToId dict_givens)
1013                     <.> mkWpTyApps eq_tyvar_cos
1014                     <.> mkWpTyApps (mkTyVarTys all_tvs)
1015               bind | [dict_irred_id] <- dict_irred_ids  = VarBind dict_irred_id rhs
1016                    | otherwise        = PatBind { pat_lhs = L span pat, 
1017                                                   pat_rhs = unguardedGRHSs rhs, 
1018                                                   pat_rhs_ty = tup_ty,
1019                                                   bind_fvs = placeHolderNames }
1020         ; traceTc $ text "makeImplicationBind" <+> ppr implic_inst
1021         ; return ([implic_inst], unitBag (L span bind)) 
1022         }
1023
1024 -----------------------------------------------------------
1025 tryHardCheckLoop :: SDoc
1026              -> [Inst]                  -- Wanted
1027              -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
1028
1029 tryHardCheckLoop doc wanteds
1030   = do { (irreds,binds) <- checkLoop (mkRedEnv doc try_me []) wanteds
1031        ; return (irreds,binds)
1032        }
1033   where
1034     try_me inst = ReduceMe AddSCs
1035         -- Here's the try-hard bit
1036
1037 -----------------------------------------------------------
1038 gentleCheckLoop :: InstLoc
1039                -> [Inst]                -- Given
1040                -> [Inst]                -- Wanted
1041                -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
1042
1043 gentleCheckLoop inst_loc givens wanteds
1044   = do { (irreds,binds) <- checkLoop env wanteds
1045        ; return (irreds,binds)
1046        }
1047   where
1048     env = mkRedEnv (pprInstLoc inst_loc) try_me givens
1049
1050     try_me inst | isMethodOrLit inst = ReduceMe AddSCs
1051                 | otherwise          = Stop
1052         -- When checking against a given signature 
1053         -- we MUST be very gentle: Note [Check gently]
1054
1055 gentleInferLoop :: SDoc -> [Inst]
1056                 -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
1057 gentleInferLoop doc wanteds
1058   = do  { (irreds, binds) <- checkLoop env wanteds
1059         ; return (irreds, binds) }
1060   where
1061     env = mkRedEnv doc try_me []
1062     try_me inst | isMethodOrLit inst = ReduceMe AddSCs
1063                 | otherwise          = Stop
1064 \end{code}
1065
1066 Note [Check gently]
1067 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1068 We have to very careful about not simplifying too vigorously
1069 Example:  
1070   data T a where
1071     MkT :: a -> T [a]
1072
1073   f :: Show b => T b -> b
1074   f (MkT x) = show [x]
1075
1076 Inside the pattern match, which binds (a:*, x:a), we know that
1077         b ~ [a]
1078 Hence we have a dictionary for Show [a] available; and indeed we 
1079 need it.  We are going to build an implication contraint
1080         forall a. (b~[a]) => Show [a]
1081 Later, we will solve this constraint using the knowledge (Show b)
1082         
1083 But we MUST NOT reduce (Show [a]) to (Show a), else the whole
1084 thing becomes insoluble.  So we simplify gently (get rid of literals
1085 and methods only, plus common up equal things), deferring the real
1086 work until top level, when we solve the implication constraint
1087 with tryHardCheckLooop.
1088
1089
1090 \begin{code}
1091 -----------------------------------------------------------
1092 checkLoop :: RedEnv
1093           -> [Inst]                     -- Wanted
1094           -> TcM ([Inst], TcDictBinds) 
1095 -- Precondition: givens are completely rigid
1096 -- Postcondition: returned Insts are zonked
1097
1098 checkLoop env wanteds
1099   = go env wanteds (return ())
1100   where go env wanteds elim_skolems
1101           = do  {  -- We do need to zonk the givens; cf Note [Zonking RedEnv]
1102                 ; env'     <- zonkRedEnv env
1103                 ; wanteds' <- zonkInsts  wanteds
1104         
1105                 ; (improved, binds, irreds, elim_more_skolems)
1106                     <- reduceContext env' wanteds'
1107                 ; let elim_skolems' = elim_skolems >> elim_more_skolems
1108
1109                 ; if not improved then
1110                     elim_skolems' >> return (irreds, binds)
1111                   else do
1112         
1113                 -- If improvement did some unification, we go round again.
1114                 -- We start again with irreds, not wanteds
1115                 -- Using an instance decl might have introduced a fresh type
1116                 -- variable which might have been unified, so we'd get an 
1117                 -- infinite loop if we started again with wanteds!  
1118                 -- See Note [LOOP]
1119                 { (irreds1, binds1) <- go env' irreds elim_skolems'
1120                 ; return (irreds1, binds `unionBags` binds1) } }
1121 \end{code}
1122
1123 Note [Zonking RedEnv]
1124 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1125 It might appear as if the givens in RedEnv are always rigid, but that is not
1126 necessarily the case for programs involving higher-rank types that have class
1127 contexts constraining the higher-rank variables.  An example from tc237 in the
1128 testsuite is
1129
1130   class Modular s a | s -> a
1131
1132   wim ::  forall a w. Integral a 
1133                         => a -> (forall s. Modular s a => M s w) -> w
1134   wim i k = error "urk"
1135
1136   test5  ::  (Modular s a, Integral a) => M s a
1137   test5  =   error "urk"
1138
1139   test4   =   wim 4 test4'
1140
1141 Notice how the variable 'a' of (Modular s a) in the rank-2 type of wim is
1142 quantified further outside.  When type checking test4, we have to check
1143 whether the signature of test5 is an instance of 
1144
1145   (forall s. Modular s a => M s w)
1146
1147 Consequently, we will get (Modular s t_a), where t_a is a TauTv into the
1148 givens. 
1149
1150 Given the FD of Modular in this example, class improvement will instantiate
1151 t_a to 'a', where 'a' is the skolem from test5's signatures (due to the
1152 Modular s a predicate in that signature).  If we don't zonk (Modular s t_a) in
1153 the givens, we will get into a loop as improveOne uses the unification engine
1154 Unify.tcUnifyTys, which doesn't know about mutable type variables.
1155
1156
1157 Note [LOOP]
1158 ~~~~~~~~~~~
1159         class If b t e r | b t e -> r
1160         instance If T t e t
1161         instance If F t e e
1162         class Lte a b c | a b -> c where lte :: a -> b -> c
1163         instance Lte Z b T
1164         instance (Lte a b l,If l b a c) => Max a b c
1165
1166 Wanted: Max Z (S x) y
1167
1168 Then we'll reduce using the Max instance to:
1169         (Lte Z (S x) l, If l (S x) Z y)
1170 and improve by binding l->T, after which we can do some reduction
1171 on both the Lte and If constraints.  What we *can't* do is start again
1172 with (Max Z (S x) y)!
1173
1174
1175
1176 %************************************************************************
1177 %*                                                                      *
1178                 tcSimplifySuperClasses
1179 %*                                                                      *
1180 %************************************************************************
1181
1182 Note [SUPERCLASS-LOOP 1]
1183 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1184 We have to be very, very careful when generating superclasses, lest we
1185 accidentally build a loop. Here's an example:
1186
1187   class S a
1188
1189   class S a => C a where { opc :: a -> a }
1190   class S b => D b where { opd :: b -> b }
1191   
1192   instance C Int where
1193      opc = opd
1194   
1195   instance D Int where
1196      opd = opc
1197
1198 From (instance C Int) we get the constraint set {ds1:S Int, dd:D Int}
1199 Simplifying, we may well get:
1200         $dfCInt = :C ds1 (opd dd)
1201         dd  = $dfDInt
1202         ds1 = $p1 dd
1203 Notice that we spot that we can extract ds1 from dd.  
1204
1205 Alas!  Alack! We can do the same for (instance D Int):
1206
1207         $dfDInt = :D ds2 (opc dc)
1208         dc  = $dfCInt
1209         ds2 = $p1 dc
1210
1211 And now we've defined the superclass in terms of itself.
1212
1213 Solution: never generate a superclass selectors at all when
1214 satisfying the superclass context of an instance declaration.
1215
1216 Two more nasty cases are in
1217         tcrun021
1218         tcrun033
1219
1220 \begin{code}
1221 tcSimplifySuperClasses 
1222         :: InstLoc 
1223         -> [Inst]       -- Given 
1224         -> [Inst]       -- Wanted
1225         -> TcM TcDictBinds
1226 tcSimplifySuperClasses loc givens sc_wanteds
1227   = do  { traceTc (text "tcSimplifySuperClasses")
1228         ; (irreds,binds1) <- checkLoop env sc_wanteds
1229         ; let (tidy_env, tidy_irreds) = tidyInsts irreds
1230         ; reportNoInstances tidy_env (Just (loc, givens)) tidy_irreds
1231         ; return binds1 }
1232   where
1233     env = mkRedEnv (pprInstLoc loc) try_me givens
1234     try_me inst = ReduceMe NoSCs
1235         -- Like tryHardCheckLoop, but with NoSCs
1236 \end{code}
1237
1238
1239 %************************************************************************
1240 %*                                                                      *
1241 \subsection{tcSimplifyRestricted}
1242 %*                                                                      *
1243 %************************************************************************
1244
1245 tcSimplifyRestricted infers which type variables to quantify for a 
1246 group of restricted bindings.  This isn't trivial.
1247
1248 Eg1:    id = \x -> x
1249         We want to quantify over a to get id :: forall a. a->a
1250         
1251 Eg2:    eq = (==)
1252         We do not want to quantify over a, because there's an Eq a 
1253         constraint, so we get eq :: a->a->Bool  (notice no forall)
1254
1255 So, assume:
1256         RHS has type 'tau', whose free tyvars are tau_tvs
1257         RHS has constraints 'wanteds'
1258
1259 Plan A (simple)
1260   Quantify over (tau_tvs \ ftvs(wanteds))
1261   This is bad. The constraints may contain (Monad (ST s))
1262   where we have         instance Monad (ST s) where...
1263   so there's no need to be monomorphic in s!
1264
1265   Also the constraint might be a method constraint,
1266   whose type mentions a perfectly innocent tyvar:
1267           op :: Num a => a -> b -> a
1268   Here, b is unconstrained.  A good example would be
1269         foo = op (3::Int)
1270   We want to infer the polymorphic type
1271         foo :: forall b. b -> b
1272
1273
1274 Plan B (cunning, used for a long time up to and including GHC 6.2)
1275   Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
1276   with Plan A's problem).  Then set
1277         qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
1278
1279   Step 2: Now simplify again, treating the constraint as 'free' if 
1280   it does not mention qtvs, and trying to reduce it otherwise.
1281   The reasons for this is to maximise sharing.
1282
1283   This fails for a very subtle reason.  Suppose that in the Step 2
1284   a constraint (Foo (Succ Zero) (Succ Zero) b) gets thrown upstairs as 'free'.
1285   In the Step 1 this constraint might have been simplified, perhaps to
1286   (Foo Zero Zero b), AND THEN THAT MIGHT BE IMPROVED, to bind 'b' to 'T'.
1287   This won't happen in Step 2... but that in turn might prevent some other
1288   constraint (Baz [a] b) being simplified (e.g. via instance Baz [a] T where {..}) 
1289   and that in turn breaks the invariant that no constraints are quantified over.
1290
1291   Test typecheck/should_compile/tc177 (which failed in GHC 6.2) demonstrates
1292   the problem.
1293
1294
1295 Plan C (brutal)
1296   Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
1297   with Plan A's problem).  Then set
1298         qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
1299   Return the bindings from Step 1.
1300   
1301
1302 A note about Plan C (arising from "bug" reported by George Russel March 2004)
1303 Consider this:
1304
1305       instance (HasBinary ty IO) => HasCodedValue ty
1306
1307       foo :: HasCodedValue a => String -> IO a
1308
1309       doDecodeIO :: HasCodedValue a => () -> () -> IO a
1310       doDecodeIO codedValue view  
1311         = let { act = foo "foo" } in  act
1312
1313 You might think this should work becuase the call to foo gives rise to a constraint
1314 (HasCodedValue t), which can be satisfied by the type sig for doDecodeIO.  But the
1315 restricted binding act = ... calls tcSimplifyRestricted, and PlanC simplifies the
1316 constraint using the (rather bogus) instance declaration, and now we are stuffed.
1317
1318 I claim this is not really a bug -- but it bit Sergey as well as George.  So here's
1319 plan D
1320
1321
1322 Plan D (a variant of plan B)
1323   Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
1324   with Plan A's problem), BUT DO NO IMPROVEMENT.  Then set
1325         qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
1326
1327   Step 2: Now simplify again, treating the constraint as 'free' if 
1328   it does not mention qtvs, and trying to reduce it otherwise.
1329
1330   The point here is that it's generally OK to have too few qtvs; that is,
1331   to make the thing more monomorphic than it could be.  We don't want to
1332   do that in the common cases, but in wierd cases it's ok: the programmer
1333   can always add a signature.  
1334
1335   Too few qtvs => too many wanteds, which is what happens if you do less
1336   improvement.
1337
1338
1339 \begin{code}
1340 tcSimplifyRestricted    -- Used for restricted binding groups
1341                         -- i.e. ones subject to the monomorphism restriction
1342         :: SDoc
1343         -> TopLevelFlag
1344         -> [Name]               -- Things bound in this group
1345         -> TcTyVarSet           -- Free in the type of the RHSs
1346         -> [Inst]               -- Free in the RHSs
1347         -> TcM ([TyVar],        -- Tyvars to quantify (zonked and quantified)
1348                 TcDictBinds)    -- Bindings
1349         -- tcSimpifyRestricted returns no constraints to
1350         -- quantify over; by definition there are none.
1351         -- They are all thrown back in the LIE
1352
1353 tcSimplifyRestricted doc top_lvl bndrs tau_tvs wanteds
1354         -- Zonk everything in sight
1355   = do  { traceTc (text "tcSimplifyRestricted")
1356         ; wanteds' <- zonkInsts wanteds
1357
1358         -- 'ReduceMe': Reduce as far as we can.  Don't stop at
1359         -- dicts; the idea is to get rid of as many type
1360         -- variables as possible, and we don't want to stop
1361         -- at (say) Monad (ST s), because that reduces
1362         -- immediately, with no constraint on s.
1363         --
1364         -- BUT do no improvement!  See Plan D above
1365         -- HOWEVER, some unification may take place, if we instantiate
1366         --          a method Inst with an equality constraint
1367         ; let env = mkNoImproveRedEnv doc (\i -> ReduceMe AddSCs)
1368         ; (_imp, _binds, constrained_dicts, elim_skolems) 
1369             <- reduceContext env wanteds'
1370         ; elim_skolems
1371
1372         -- Next, figure out the tyvars we will quantify over
1373         ; tau_tvs' <- zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs)
1374         ; gbl_tvs' <- tcGetGlobalTyVars
1375         ; constrained_dicts' <- zonkInsts constrained_dicts
1376
1377         ; let qtvs1 = tau_tvs' `minusVarSet` oclose (fdPredsOfInsts constrained_dicts) gbl_tvs'
1378                                 -- As in tcSimplifyInfer
1379
1380                 -- Do not quantify over constrained type variables:
1381                 -- this is the monomorphism restriction
1382               constrained_tvs' = tyVarsOfInsts constrained_dicts'
1383               qtvs = qtvs1 `minusVarSet` constrained_tvs'
1384               pp_bndrs = pprWithCommas (quotes . ppr) bndrs
1385
1386         -- Warn in the mono
1387         ; warn_mono <- doptM Opt_WarnMonomorphism
1388         ; warnTc (warn_mono && (constrained_tvs' `intersectsVarSet` qtvs1))
1389                  (vcat[ ptext (sLit "the Monomorphism Restriction applies to the binding")
1390                                 <> plural bndrs <+> ptext (sLit "for") <+> pp_bndrs,
1391                         ptext (sLit "Consider giving a type signature for") <+> pp_bndrs])
1392
1393         ; traceTc (text "tcSimplifyRestricted" <+> vcat [
1394                 pprInsts wanteds, pprInsts constrained_dicts',
1395                 ppr _binds,
1396                 ppr constrained_tvs', ppr tau_tvs', ppr qtvs ])
1397
1398         -- The first step may have squashed more methods than
1399         -- necessary, so try again, this time more gently, knowing the exact
1400         -- set of type variables to quantify over.
1401         --
1402         -- We quantify only over constraints that are captured by qtvs;
1403         -- these will just be a subset of non-dicts.  This in contrast
1404         -- to normal inference (using isFreeWhenInferring) in which we quantify over
1405         -- all *non-inheritable* constraints too.  This implements choice
1406         -- (B) under "implicit parameter and monomorphism" above.
1407         --
1408         -- Remember that we may need to do *some* simplification, to
1409         -- (for example) squash {Monad (ST s)} into {}.  It's not enough
1410         -- just to float all constraints
1411         --
1412         -- At top level, we *do* squash methods becuase we want to 
1413         -- expose implicit parameters to the test that follows
1414         ; let is_nested_group = isNotTopLevel top_lvl
1415               try_me inst | isFreeWrtTyVars qtvs inst,
1416                            (is_nested_group || isDict inst) = Stop
1417                           | otherwise            = ReduceMe AddSCs
1418               env = mkNoImproveRedEnv doc try_me
1419         ; (_imp, binds, irreds, elim_skolems) <- reduceContext env wanteds'
1420         ; elim_skolems
1421
1422         -- See "Notes on implicit parameters, Question 4: top level"
1423         ; ASSERT( all (isFreeWrtTyVars qtvs) irreds )   -- None should be captured
1424           if is_nested_group then
1425                 extendLIEs irreds
1426           else do { let (bad_ips, non_ips) = partition isIPDict irreds
1427                   ; addTopIPErrs bndrs bad_ips
1428                   ; extendLIEs non_ips }
1429
1430         ; qtvs' <- zonkQuantifiedTyVars (varSetElems qtvs)
1431         ; return (qtvs', binds) }
1432 \end{code}
1433
1434
1435 %************************************************************************
1436 %*                                                                      *
1437                 tcSimplifyRuleLhs
1438 %*                                                                      *
1439 %************************************************************************
1440
1441 On the LHS of transformation rules we only simplify methods and constants,
1442 getting dictionaries.  We want to keep all of them unsimplified, to serve
1443 as the available stuff for the RHS of the rule.
1444
1445 Example.  Consider the following left-hand side of a rule
1446         
1447         f (x == y) (y > z) = ...
1448
1449 If we typecheck this expression we get constraints
1450
1451         d1 :: Ord a, d2 :: Eq a
1452
1453 We do NOT want to "simplify" to the LHS
1454
1455         forall x::a, y::a, z::a, d1::Ord a.
1456           f ((==) (eqFromOrd d1) x y) ((>) d1 y z) = ...
1457
1458 Instead we want 
1459
1460         forall x::a, y::a, z::a, d1::Ord a, d2::Eq a.
1461           f ((==) d2 x y) ((>) d1 y z) = ...
1462
1463 Here is another example:
1464
1465         fromIntegral :: (Integral a, Num b) => a -> b
1466         {-# RULES "foo"  fromIntegral = id :: Int -> Int #-}
1467
1468 In the rule, a=b=Int, and Num Int is a superclass of Integral Int. But
1469 we *dont* want to get
1470
1471         forall dIntegralInt.
1472            fromIntegral Int Int dIntegralInt (scsel dIntegralInt) = id Int
1473
1474 because the scsel will mess up RULE matching.  Instead we want
1475
1476         forall dIntegralInt, dNumInt.
1477           fromIntegral Int Int dIntegralInt dNumInt = id Int
1478
1479 Even if we have 
1480
1481         g (x == y) (y == z) = ..
1482
1483 where the two dictionaries are *identical*, we do NOT WANT
1484
1485         forall x::a, y::a, z::a, d1::Eq a
1486           f ((==) d1 x y) ((>) d1 y z) = ...
1487
1488 because that will only match if the dict args are (visibly) equal.
1489 Instead we want to quantify over the dictionaries separately.
1490
1491 In short, tcSimplifyRuleLhs must *only* squash LitInst and MethInts, leaving
1492 all dicts unchanged, with absolutely no sharing.  It's simpler to do this
1493 from scratch, rather than further parameterise simpleReduceLoop etc
1494
1495 \begin{code}
1496 tcSimplifyRuleLhs :: [Inst] -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
1497 tcSimplifyRuleLhs wanteds
1498   = go [] emptyBag wanteds
1499   where
1500     go dicts binds []
1501         = return (dicts, binds)
1502     go dicts binds (w:ws)
1503         | isDict w
1504         = go (w:dicts) binds ws
1505         | otherwise
1506         = do { w' <- zonkInst w  -- So that (3::Int) does not generate a call
1507                                  -- to fromInteger; this looks fragile to me
1508              ; lookup_result <- lookupSimpleInst w'
1509              ; case lookup_result of
1510                  GenInst ws' rhs -> 
1511                    go dicts (addInstToDictBind binds w rhs) (ws' ++ ws)
1512                  NoInstance      -> pprPanic "tcSimplifyRuleLhs" (ppr w)
1513           }
1514 \end{code}
1515
1516 tcSimplifyBracket is used when simplifying the constraints arising from
1517 a Template Haskell bracket [| ... |].  We want to check that there aren't
1518 any constraints that can't be satisfied (e.g. Show Foo, where Foo has no
1519 Show instance), but we aren't otherwise interested in the results.
1520 Nor do we care about ambiguous dictionaries etc.  We will type check
1521 this bracket again at its usage site.
1522
1523 \begin{code}
1524 tcSimplifyBracket :: [Inst] -> TcM ()
1525 tcSimplifyBracket wanteds
1526   = do  { tryHardCheckLoop doc wanteds
1527         ; return () }
1528   where
1529     doc = text "tcSimplifyBracket"
1530 \end{code}
1531
1532
1533 %************************************************************************
1534 %*                                                                      *
1535 \subsection{Filtering at a dynamic binding}
1536 %*                                                                      *
1537 %************************************************************************
1538
1539 When we have
1540         let ?x = R in B
1541
1542 we must discharge all the ?x constraints from B.  We also do an improvement
1543 step; if we have ?x::t1 and ?x::t2 we must unify t1, t2.
1544
1545 Actually, the constraints from B might improve the types in ?x. For example
1546
1547         f :: (?x::Int) => Char -> Char
1548         let ?x = 3 in f 'c'
1549
1550 then the constraint (?x::Int) arising from the call to f will
1551 force the binding for ?x to be of type Int.
1552
1553 \begin{code}
1554 tcSimplifyIPs :: [Inst]         -- The implicit parameters bound here
1555               -> [Inst]         -- Wanted
1556               -> TcM TcDictBinds
1557         -- We need a loop so that we do improvement, and then
1558         -- (next time round) generate a binding to connect the two
1559         --      let ?x = e in ?x
1560         -- Here the two ?x's have different types, and improvement 
1561         -- makes them the same.
1562
1563 tcSimplifyIPs given_ips wanteds
1564   = do  { wanteds'   <- zonkInsts wanteds
1565         ; given_ips' <- zonkInsts given_ips
1566                 -- Unusually for checking, we *must* zonk the given_ips
1567
1568         ; let env = mkRedEnv doc try_me given_ips'
1569         ; (improved, binds, irreds, elim_skolems) <- reduceContext env wanteds'
1570         ; elim_skolems
1571
1572         ; if not improved then 
1573                 ASSERT( all is_free irreds )
1574                 do { extendLIEs irreds
1575                    ; return binds }
1576           else
1577                 tcSimplifyIPs given_ips wanteds }
1578   where
1579     doc    = text "tcSimplifyIPs" <+> ppr given_ips
1580     ip_set = mkNameSet (ipNamesOfInsts given_ips)
1581     is_free inst = isFreeWrtIPs ip_set inst
1582
1583         -- Simplify any methods that mention the implicit parameter
1584     try_me inst | is_free inst = Stop
1585                 | otherwise    = ReduceMe NoSCs
1586 \end{code}
1587
1588
1589 %************************************************************************
1590 %*                                                                      *
1591 \subsection[binds-for-local-funs]{@bindInstsOfLocalFuns@}
1592 %*                                                                      *
1593 %************************************************************************
1594
1595 When doing a binding group, we may have @Insts@ of local functions.
1596 For example, we might have...
1597 \begin{verbatim}
1598 let f x = x + 1     -- orig local function (overloaded)
1599     f.1 = f Int     -- two instances of f
1600     f.2 = f Float
1601  in
1602     (f.1 5, f.2 6.7)
1603 \end{verbatim}
1604 The point is: we must drop the bindings for @f.1@ and @f.2@ here,
1605 where @f@ is in scope; those @Insts@ must certainly not be passed
1606 upwards towards the top-level.  If the @Insts@ were binding-ified up
1607 there, they would have unresolvable references to @f@.
1608
1609 We pass in an @init_lie@ of @Insts@ and a list of locally-bound @Ids@.
1610 For each method @Inst@ in the @init_lie@ that mentions one of the
1611 @Ids@, we create a binding.  We return the remaining @Insts@ (in an
1612 @LIE@), as well as the @HsBinds@ generated.
1613
1614 \begin{code}
1615 bindInstsOfLocalFuns :: [Inst] -> [TcId] -> TcM TcDictBinds
1616 -- Simlifies only MethodInsts, and generate only bindings of form 
1617 --      fm = f tys dicts
1618 -- We're careful not to even generate bindings of the form
1619 --      d1 = d2
1620 -- You'd think that'd be fine, but it interacts with what is
1621 -- arguably a bug in Match.tidyEqnInfo (see notes there)
1622
1623 bindInstsOfLocalFuns wanteds local_ids
1624   | null overloaded_ids = do
1625         -- Common case
1626     extendLIEs wanteds
1627     return emptyLHsBinds
1628
1629   | otherwise
1630   = do  { (irreds, binds) <- gentleInferLoop doc for_me
1631         ; extendLIEs not_for_me 
1632         ; extendLIEs irreds
1633         ; return binds }
1634   where
1635     doc              = text "bindInsts" <+> ppr local_ids
1636     overloaded_ids   = filter is_overloaded local_ids
1637     is_overloaded id = isOverloadedTy (idType id)
1638     (for_me, not_for_me) = partition (isMethodFor overloaded_set) wanteds
1639
1640     overloaded_set = mkVarSet overloaded_ids    -- There can occasionally be a lot of them
1641                                                 -- so it's worth building a set, so that
1642                                                 -- lookup (in isMethodFor) is faster
1643 \end{code}
1644
1645
1646 %************************************************************************
1647 %*                                                                      *
1648 \subsection{Data types for the reduction mechanism}
1649 %*                                                                      *
1650 %************************************************************************
1651
1652 The main control over context reduction is here
1653
1654 \begin{code}
1655 data RedEnv 
1656   = RedEnv { red_doc    :: SDoc                 -- The context
1657            , red_try_me :: Inst -> WhatToDo
1658            , red_improve :: Bool                -- True <=> do improvement
1659            , red_givens :: [Inst]               -- All guaranteed rigid
1660                                                 -- Always dicts
1661                                                 -- but see Note [Rigidity]
1662            , red_stack  :: (Int, [Inst])        -- Recursion stack (for err msg)
1663                                                 -- See Note [RedStack]
1664   }
1665
1666 -- Note [Rigidity]
1667 -- The red_givens are rigid so far as cmpInst is concerned.
1668 -- There is one case where they are not totally rigid, namely in tcSimplifyIPs
1669 --      let ?x = e in ...
1670 -- Here, the given is (?x::a), where 'a' is not necy a rigid type
1671 -- But that doesn't affect the comparison, which is based only on mame.
1672
1673 -- Note [RedStack]
1674 -- The red_stack pair (n,insts) pair is just used for error reporting.
1675 -- 'n' is always the depth of the stack.
1676 -- The 'insts' is the stack of Insts being reduced: to produce X
1677 -- I had to produce Y, to produce Y I had to produce Z, and so on.
1678
1679
1680 mkRedEnv :: SDoc -> (Inst -> WhatToDo) -> [Inst] -> RedEnv
1681 mkRedEnv doc try_me givens
1682   = RedEnv { red_doc = doc, red_try_me = try_me,
1683              red_givens = givens, 
1684              red_stack = (0,[]),
1685              red_improve = True }       
1686
1687 mkNoImproveRedEnv :: SDoc -> (Inst -> WhatToDo) -> RedEnv
1688 -- Do not do improvement; no givens
1689 mkNoImproveRedEnv doc try_me
1690   = RedEnv { red_doc = doc, red_try_me = try_me,
1691              red_givens = [], 
1692              red_stack = (0,[]),
1693              red_improve = True }       
1694
1695 data WhatToDo
1696  = ReduceMe WantSCs     -- Try to reduce this
1697                         -- If there's no instance, add the inst to the 
1698                         -- irreductible ones, but don't produce an error 
1699                         -- message of any kind.
1700                         -- It might be quite legitimate such as (Eq a)!
1701
1702  | Stop         -- Return as irreducible unless it can
1703                         -- be reduced to a constant in one step
1704                         -- Do not add superclasses; see 
1705
1706 data WantSCs = NoSCs | AddSCs   -- Tells whether we should add the superclasses
1707                                 -- of a predicate when adding it to the avails
1708         -- The reason for this flag is entirely the super-class loop problem
1709         -- Note [SUPER-CLASS LOOP 1]
1710
1711 zonkRedEnv :: RedEnv -> TcM RedEnv
1712 zonkRedEnv env
1713   = do { givens' <- mapM zonkInst (red_givens env)
1714        ; return $ env {red_givens = givens'}
1715        }
1716 \end{code}
1717
1718
1719 %************************************************************************
1720 %*                                                                      *
1721 \subsection[reduce]{@reduce@}
1722 %*                                                                      *
1723 %************************************************************************
1724
1725 Note [Ancestor Equalities]
1726 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1727 During context reduction, we add to the wanted equalities also those
1728 equalities that (transitively) occur in superclass contexts of wanted
1729 class constraints.  Consider the following code
1730
1731   class a ~ Int => C a
1732   instance C Int
1733
1734 If (C a) is wanted, we want to add (a ~ Int), which will be discharged by
1735 substituting Int for a.  Hence, we ultimately want (C Int), which we
1736 discharge with the explicit instance.
1737
1738 \begin{code}
1739 reduceContext :: RedEnv
1740               -> [Inst]                 -- Wanted
1741               -> TcM (ImprovementDone,
1742                       TcDictBinds,      -- Dictionary bindings
1743                       [Inst],           -- Irreducible
1744                       TcM ())           -- Undo skolems from SkolemOccurs
1745
1746 reduceContext env wanteds
1747   = do  { traceTc (text "reduceContext" <+> (vcat [
1748              text "----------------------",
1749              red_doc env,
1750              text "given" <+> ppr (red_givens env),
1751              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1752              text "----------------------"
1753              ]))
1754
1755
1756         ; let givens                       = red_givens env
1757               (given_eqs0, given_dicts0)   = partition isEqInst givens
1758               (wanted_eqs0, wanted_non_eqs) = partition isEqInst wanteds
1759               (wanted_implics0, wanted_dicts) = partition isImplicInst wanted_non_eqs
1760
1761           -- We want to add as wanted equalities those that (transitively) 
1762           -- occur in superclass contexts of wanted class constraints.
1763           -- See Note [Ancestor Equalities]
1764         ; ancestor_eqs <- ancestorEqualities wanted_dicts
1765         ; let wanted_eqs = wanted_eqs0 ++ ancestor_eqs
1766         ; traceTc $ text "reduceContext: ancestor eqs" <+> ppr ancestor_eqs
1767
1768           -- 1. Normalise the *given* *equality* constraints
1769         ; (given_eqs, eliminate_skolems) <- normaliseGivenEqs given_eqs0
1770
1771           -- 2. Normalise the *given* *dictionary* constraints
1772           --    wrt. the toplevel and given equations
1773         ; (given_dicts, given_binds) <- normaliseGivenDicts given_eqs
1774                                                             given_dicts0
1775
1776           -- 5. Build the Avail mapping from "given_dicts"
1777         ; (init_state, extra_givens) <- getLIE $ do 
1778                 { init_state <- foldlM addGiven emptyAvails given_dicts
1779                 ; return init_state
1780                 }
1781
1782         -- *** ToDo: what to do with the "extra_givens"?  For the
1783         -- moment I'm simply discarding them, which is probably wrong
1784
1785           -- 6. Solve the *wanted* *dictionary* constraints (not implications)
1786           --    This may expose some further equational constraints...
1787         ; (avails, extra_eqs) <- getLIE (reduceList env wanted_dicts init_state)
1788         ; (dict_binds, bound_dicts, dict_irreds) 
1789             <- extractResults avails wanted_dicts
1790         ; traceTc $ text "reduceContext extractresults" <+> vcat
1791                       [ppr avails, ppr wanted_dicts, ppr dict_binds]
1792
1793           -- Solve the wanted *implications*.  In doing so, we can provide
1794           -- as "given"   all the dicts that were originally given, 
1795           --              *or* for which we now have bindings, 
1796           --              *or* which are now irreds
1797         ; let implic_env = env { red_givens = givens ++ bound_dicts 
1798                                               ++ dict_irreds }
1799         ; (implic_binds_s, implic_irreds_s) 
1800             <- mapAndUnzipM (reduceImplication implic_env) wanted_implics0
1801         ; let implic_binds  = unionManyBags implic_binds_s
1802               implic_irreds = concat implic_irreds_s
1803
1804           -- Normalise the wanted equality constraints
1805         ; eq_irreds <- normaliseWantedEqs given_eqs (wanted_eqs ++ extra_eqs)
1806
1807           -- Normalise the wanted dictionaries
1808         ; let irreds = dict_irreds ++ implic_irreds
1809               eqs    = eq_irreds ++ given_eqs
1810         ; (norm_irreds, normalise_binds) <- normaliseWantedDicts eqs irreds
1811                 
1812           -- Figure out whether we should go round again.  We do so in either
1813           -- two cases:
1814           -- (1) If any of the mutable tyvars in givens or irreds has been
1815           --     filled in by improvement, there is merit in going around 
1816           --     again, because we may make further progress.
1817           -- (2) If we managed to normalise any dicts, there is merit in going
1818           --     around gain, because reduceList may be able to get further.
1819           -- 
1820           -- ToDo: We may have exposed new
1821           --       equality constraints and should probably go round again
1822           --       then as well.  But currently we are dropping them on the
1823           --       floor anyway.
1824
1825         ; let all_irreds = norm_irreds ++ eq_irreds
1826         ; improvedMetaTy <- anyM isFilledMetaTyVar $ varSetElems $
1827                             tyVarsOfInsts (givens ++ all_irreds)
1828         ; let improvedDicts = not $ isEmptyBag normalise_binds
1829               improved      = improvedMetaTy || improvedDicts
1830
1831         -- The old plan (fragile)
1832         -- improveed   = availsImproved avails 
1833         --               || (not $ isEmptyBag normalise_binds1)
1834         --               || (not $ isEmptyBag normalise_binds2)
1835         --               || (any isEqInst irreds)
1836
1837         ; traceTc (text "reduceContext end" <+> (vcat [
1838              text "----------------------",
1839              red_doc env,
1840              text "given" <+> ppr givens,
1841              text "given_eqs" <+> ppr given_eqs,
1842              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1843              text "wanted_dicts" <+> ppr wanted_dicts,
1844              text "----",
1845              text "avails" <+> pprAvails avails,
1846              text "improved =" <+> ppr improved,
1847              text "(all) irreds = " <+> ppr all_irreds,
1848              text "dict-binds = " <+> ppr dict_binds,
1849              text "implic-binds = " <+> ppr implic_binds,
1850              text "----------------------"
1851              ]))
1852
1853         ; return (improved, 
1854                   given_binds `unionBags` normalise_binds
1855                               `unionBags` dict_binds 
1856                               `unionBags` implic_binds, 
1857                   all_irreds,
1858                   eliminate_skolems) 
1859         }
1860
1861 tcImproveOne :: Avails -> Inst -> TcM ImprovementDone
1862 tcImproveOne avails inst
1863   | not (isDict inst) = return False
1864   | otherwise
1865   = do  { inst_envs <- tcGetInstEnvs
1866         ; let eqns = improveOne (classInstances inst_envs)
1867                                 (dictPred inst, pprInstArising inst)
1868                                 [ (dictPred p, pprInstArising p)
1869                                 | p <- availsInsts avails, isDict p ]
1870                 -- Avails has all the superclasses etc (good)
1871                 -- It also has all the intermediates of the deduction (good)
1872                 -- It does not have duplicates (good)
1873                 -- NB that (?x::t1) and (?x::t2) will be held separately in avails
1874                 --    so that improve will see them separate
1875         ; traceTc (text "improveOne" <+> ppr inst)
1876         ; unifyEqns eqns }
1877
1878 unifyEqns :: [(Equation,(PredType,SDoc),(PredType,SDoc))] 
1879           -> TcM ImprovementDone
1880 unifyEqns [] = return False
1881 unifyEqns eqns
1882   = do  { traceTc (ptext (sLit "Improve:") <+> vcat (map pprEquationDoc eqns))
1883         ; mapM_ unify eqns
1884         ; return True }
1885   where
1886     unify ((qtvs, pairs), what1, what2)
1887          = addErrCtxtM (mkEqnMsg what1 what2) $ do
1888            (_, _, tenv) <- tcInstTyVars (varSetElems qtvs)
1889            mapM_ (unif_pr tenv) pairs
1890     unif_pr tenv (ty1,ty2) =  unifyType (substTy tenv ty1) (substTy tenv ty2)
1891
1892 pprEquationDoc (eqn, (p1,w1), (p2,w2)) = vcat [pprEquation eqn, nest 2 (ppr p1), nest 2 (ppr p2)]
1893
1894 mkEqnMsg (pred1,from1) (pred2,from2) tidy_env
1895   = do  { pred1' <- zonkTcPredType pred1; pred2' <- zonkTcPredType pred2
1896         ; let { pred1'' = tidyPred tidy_env pred1'; pred2'' = tidyPred tidy_env pred2' }
1897         ; let msg = vcat [ptext (sLit "When using functional dependencies to combine"),
1898                           nest 2 (sep [ppr pred1'' <> comma, nest 2 from1]), 
1899                           nest 2 (sep [ppr pred2'' <> comma, nest 2 from2])]
1900         ; return (tidy_env, msg) }
1901 \end{code}
1902
1903 The main context-reduction function is @reduce@.  Here's its game plan.
1904
1905 \begin{code}
1906 reduceList :: RedEnv -> [Inst] -> Avails -> TcM Avails
1907 reduceList env@(RedEnv {red_stack = (n,stk)}) wanteds state
1908   = do  { traceTc (text "reduceList " <+> (ppr wanteds $$ ppr state))
1909         ; dopts <- getDOpts
1910         ; when (debugIsOn && (n > 8)) $ do
1911                 dumpTcRn (hang (ptext (sLit "Interesting! Context reduction stack depth") <+> int n) 
1912                              2 (ifPprDebug (nest 2 (pprStack stk))))
1913         ; if n >= ctxtStkDepth dopts then
1914             failWithTc (reduceDepthErr n stk)
1915           else
1916             go wanteds state }
1917   where
1918     go []     state = return state
1919     go (w:ws) state = do { state' <- reduce (env {red_stack = (n+1, w:stk)}) w state
1920                          ; go ws state' }
1921
1922     -- Base case: we're done!
1923 reduce env wanted avails
1924     -- It's the same as an existing inst, or a superclass thereof
1925   | Just avail <- findAvail avails wanted
1926   = do { traceTc (text "reduce: found " <+> ppr wanted)
1927        ; return avails
1928        }
1929
1930   | otherwise
1931   = do  { traceTc (text "reduce" <+> ppr wanted $$ ppr avails)
1932         ; case red_try_me env wanted of {
1933             Stop -> try_simple (addIrred NoSCs);
1934                         -- See Note [No superclasses for Stop]
1935
1936             ReduceMe want_scs -> do     -- It should be reduced
1937                 { (avails, lookup_result) <- reduceInst env avails wanted
1938                 ; case lookup_result of
1939                     NoInstance -> addIrred want_scs avails wanted
1940                              -- Add it and its superclasses
1941                              
1942                     GenInst [] rhs -> addWanted want_scs avails wanted rhs []
1943
1944                     GenInst wanteds' rhs
1945                           -> do { avails1 <- addIrred NoSCs avails wanted
1946                                 ; avails2 <- reduceList env wanteds' avails1
1947                                 ; addWanted want_scs avails2 wanted rhs wanteds' } }
1948                 -- Temporarily do addIrred *before* the reduceList, 
1949                 -- which has the effect of adding the thing we are trying
1950                 -- to prove to the database before trying to prove the things it
1951                 -- needs.  See note [RECURSIVE DICTIONARIES]
1952                 -- NB: we must not do an addWanted before, because that adds the
1953                 --     superclasses too, and that can lead to a spurious loop; see
1954                 --     the examples in [SUPERCLASS-LOOP]
1955                 -- So we do an addIrred before, and then overwrite it afterwards with addWanted
1956     } }
1957   where
1958         -- First, see if the inst can be reduced to a constant in one step
1959         -- Works well for literals (1::Int) and constant dictionaries (d::Num Int)
1960         -- Don't bother for implication constraints, which take real work
1961     try_simple do_this_otherwise
1962       = do { res <- lookupSimpleInst wanted
1963            ; case res of
1964                 GenInst [] rhs -> addWanted AddSCs avails wanted rhs []
1965                 other          -> do_this_otherwise avails wanted }
1966 \end{code}
1967
1968
1969 Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
1970 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1971 But the above isn't enough.  Suppose we are *given* d1:Ord a,
1972 and want to deduce (d2:C [a]) where
1973
1974         class Ord a => C a where
1975         instance Ord [a] => C [a] where ...
1976
1977 Then we'll use the instance decl to deduce C [a] from Ord [a], and then add the
1978 superclasses of C [a] to avails.  But we must not overwrite the binding
1979 for Ord [a] (which is obtained from Ord a) with a superclass selection or we'll just
1980 build a loop! 
1981
1982 Here's another variant, immortalised in tcrun020
1983         class Monad m => C1 m
1984         class C1 m => C2 m x
1985         instance C2 Maybe Bool
1986 For the instance decl we need to build (C1 Maybe), and it's no good if
1987 we run around and add (C2 Maybe Bool) and its superclasses to the avails 
1988 before we search for C1 Maybe.
1989
1990 Here's another example 
1991         class Eq b => Foo a b
1992         instance Eq a => Foo [a] a
1993 If we are reducing
1994         (Foo [t] t)
1995
1996 we'll first deduce that it holds (via the instance decl).  We must not
1997 then overwrite the Eq t constraint with a superclass selection!
1998
1999 At first I had a gross hack, whereby I simply did not add superclass constraints
2000 in addWanted, though I did for addGiven and addIrred.  This was sub-optimal,
2001 becuase it lost legitimate superclass sharing, and it still didn't do the job:
2002 I found a very obscure program (now tcrun021) in which improvement meant the
2003 simplifier got two bites a the cherry... so something seemed to be an Stop
2004 first time, but reducible next time.
2005
2006 Now we implement the Right Solution, which is to check for loops directly 
2007 when adding superclasses.  It's a bit like the occurs check in unification.
2008
2009
2010 Note [RECURSIVE DICTIONARIES]
2011 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2012 Consider 
2013     data D r = ZeroD | SuccD (r (D r));
2014     
2015     instance (Eq (r (D r))) => Eq (D r) where
2016         ZeroD     == ZeroD     = True
2017         (SuccD a) == (SuccD b) = a == b
2018         _         == _         = False;
2019     
2020     equalDC :: D [] -> D [] -> Bool;
2021     equalDC = (==);
2022
2023 We need to prove (Eq (D [])).  Here's how we go:
2024
2025         d1 : Eq (D [])
2026
2027 by instance decl, holds if
2028         d2 : Eq [D []]
2029         where   d1 = dfEqD d2
2030
2031 by instance decl of Eq, holds if
2032         d3 : D []
2033         where   d2 = dfEqList d3
2034                 d1 = dfEqD d2
2035
2036 But now we can "tie the knot" to give
2037
2038         d3 = d1
2039         d2 = dfEqList d3
2040         d1 = dfEqD d2
2041
2042 and it'll even run!  The trick is to put the thing we are trying to prove
2043 (in this case Eq (D []) into the database before trying to prove its
2044 contributing clauses.
2045         
2046
2047 %************************************************************************
2048 %*                                                                      *
2049                 Reducing a single constraint
2050 %*                                                                      *
2051 %************************************************************************
2052
2053 \begin{code}
2054 ---------------------------------------------
2055 reduceInst :: RedEnv -> Avails -> Inst -> TcM (Avails, LookupInstResult)
2056 reduceInst env avails other_inst
2057   = do  { result <- lookupSimpleInst other_inst
2058         ; return (avails, result) }
2059 \end{code}
2060
2061 Note [Equational Constraints in Implication Constraints]
2062 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2063
2064 An implication constraint is of the form 
2065         Given => Wanted 
2066 where Given and Wanted may contain both equational and dictionary
2067 constraints. The delay and reduction of these two kinds of constraints
2068 is distinct:
2069
2070 -) In the generated code, wanted Dictionary constraints are wrapped up in an
2071    implication constraint that is created at the code site where the wanted
2072    dictionaries can be reduced via a let-binding. This let-bound implication
2073    constraint is deconstructed at the use-site of the wanted dictionaries.
2074
2075 -) While the reduction of equational constraints is also delayed, the delay
2076    is not manifest in the generated code. The required evidence is generated
2077    in the code directly at the use-site. There is no let-binding and deconstruction
2078    necessary. The main disadvantage is that we cannot exploit sharing as the
2079    same evidence may be generated at multiple use-sites. However, this disadvantage
2080    is limited because it only concerns coercions which are erased.
2081
2082 The different treatment is motivated by the different in representation. Dictionary
2083 constraints require manifest runtime dictionaries, while equations require coercions
2084 which are types.
2085
2086 \begin{code}
2087 ---------------------------------------------
2088 reduceImplication :: RedEnv
2089                   -> Inst
2090                   -> TcM (TcDictBinds, [Inst])
2091 \end{code}
2092
2093 Suppose we are simplifying the constraint
2094         forall bs. extras => wanted
2095 in the context of an overall simplification problem with givens 'givens'.
2096
2097 Note that
2098   * The 'givens' need not mention any of the quantified type variables
2099         e.g.    forall {}. Eq a => Eq [a]
2100                 forall {}. C Int => D (Tree Int)
2101
2102     This happens when you have something like
2103         data T a where
2104           T1 :: Eq a => a -> T a
2105
2106         f :: T a -> Int
2107         f x = ...(case x of { T1 v -> v==v })...
2108
2109 \begin{code}
2110         -- ToDo: should we instantiate tvs?  I think it's not necessary
2111         --
2112         -- Note on coercion variables:
2113         --
2114         --      The extra given coercion variables are bound at two different sites:
2115         --      -) in the creation context of the implication constraint        
2116         --              the solved equational constraints use these binders
2117         --
2118         --      -) at the solving site of the implication constraint
2119         --              the solved dictionaries use these binders               
2120         --              these binders are generated by reduceImplication
2121         --
2122 reduceImplication env
2123         orig_implic@(ImplicInst { tci_name = name, tci_loc = inst_loc,
2124                                   tci_tyvars = tvs,
2125                                   tci_given = extra_givens, tci_wanted = wanteds })
2126   = do  {       -- Solve the sub-problem
2127         ; let try_me inst = ReduceMe AddSCs  -- Note [Freeness and implications]
2128               env' = env { red_givens = extra_givens ++ red_givens env
2129                          , red_doc = sep [ptext (sLit "reduceImplication for") 
2130                                             <+> ppr name,
2131                                           nest 2 (parens $ ptext (sLit "within")
2132                                                            <+> red_doc env)]
2133                          , red_try_me = try_me }
2134
2135         ; traceTc (text "reduceImplication" <+> vcat
2136                         [ ppr (red_givens env), ppr extra_givens, 
2137                           ppr wanteds])
2138         ; (irreds, binds) <- checkLoop env' wanteds
2139         ; let   (extra_eq_givens, extra_dict_givens) = partition isEqInst extra_givens
2140                         -- SLPJ Sept 07: I think this is bogus; currently
2141                         -- there are no Eqinsts in extra_givens
2142                 dict_ids = map instToId extra_dict_givens 
2143
2144                 -- Note [Reducing implication constraints]
2145                 -- Tom -- update note, put somewhere!
2146
2147         ; traceTc (text "reduceImplication result" <+> vcat
2148                         [ppr irreds, ppr binds])
2149
2150         ; -- extract superclass binds
2151           --  (sc_binds,_) <- extractResults avails []
2152 --      ; traceTc (text "reduceImplication sc_binds" <+> vcat
2153 --                      [ppr sc_binds, ppr avails])
2154 --  
2155
2156         -- SLPJ Sept 07: what if improvement happened inside the checkLoop?
2157         -- Then we must iterate the outer loop too!
2158
2159         ; traceTc (text "reduceImplication condition" <+> ppr ((isEmptyLHsBinds binds) || (null irreds)))
2160
2161 --      Progress is no longer measered by the number of bindings
2162         ; if (isEmptyLHsBinds binds) && (not $ null irreds) then        -- No progress
2163                 -- If there are any irreds, we back off and do nothing
2164                 return (emptyBag, [orig_implic])
2165           else do
2166         { (simpler_implic_insts, bind) 
2167             <- makeImplicationBind inst_loc tvs extra_givens irreds
2168                 -- This binding is useless if the recursive simplification
2169                 -- made no progress; but currently we don't try to optimise that
2170                 -- case.  After all, we only try hard to reduce at top level, or
2171                 -- when inferring types.
2172
2173         ; let   dict_wanteds = filter (not . isEqInst) wanteds
2174                 -- TOMDO: given equational constraints bug!
2175                 --  we need a different evidence for given
2176                 --  equations depending on whether we solve
2177                 --  dictionary constraints or equational constraints
2178
2179                 eq_tyvars = varSetElems $ tyVarsOfTypes $ map eqInstType extra_eq_givens
2180                         -- SLPJ Sept07: this looks Utterly Wrong to me, but I think
2181                         --              that current extra_givens has no EqInsts, so
2182                         --              it makes no difference
2183                 co  = wrap_inline       -- Note [Always inline implication constraints]
2184                       <.> mkWpTyLams tvs
2185                       <.> mkWpLams eq_tyvars
2186                       <.> mkWpLams dict_ids
2187                       <.> WpLet (binds `unionBags` bind)
2188                 wrap_inline | null dict_ids = idHsWrapper
2189                             | otherwise     = WpInline
2190                 rhs = mkHsWrap co payload
2191                 loc = instLocSpan inst_loc
2192                 payload | [dict_wanted] <- dict_wanteds = HsVar (instToId dict_wanted)
2193                         | otherwise = ExplicitTuple (map (L loc . HsVar . instToId) dict_wanteds) Boxed
2194
2195         
2196         ; traceTc (vcat [text "reduceImplication" <+> ppr name,
2197                          ppr simpler_implic_insts,
2198                          text "->" <+> ppr rhs])
2199         ; return (unitBag (L loc (VarBind (instToId orig_implic) (L loc rhs))),
2200                   simpler_implic_insts)
2201         } 
2202     }
2203 \end{code}
2204
2205 Note [Always inline implication constraints]
2206 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2207 Suppose an implication constraint floats out of an INLINE function.
2208 Then although the implication has a single call site, it won't be 
2209 inlined.  And that is bad because it means that even if there is really
2210 *no* overloading (type signatures specify the exact types) there will
2211 still be dictionary passing in the resulting code.  To avert this,
2212 we mark the implication constraints themselves as INLINE, at least when
2213 there is no loss of sharing as a result.
2214
2215 Note [Freeness and implications]
2216 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2217 It's hard to say when an implication constraint can be floated out.  Consider
2218         forall {} Eq a => Foo [a]
2219 The (Foo [a]) doesn't mention any of the quantified variables, but it
2220 still might be partially satisfied by the (Eq a). 
2221
2222 There is a useful special case when it *is* easy to partition the 
2223 constraints, namely when there are no 'givens'.  Consider
2224         forall {a}. () => Bar b
2225 There are no 'givens', and so there is no reason to capture (Bar b).
2226 We can let it float out.  But if there is even one constraint we
2227 must be much more careful:
2228         forall {a}. C a b => Bar (m b)
2229 because (C a b) might have a superclass (D b), from which we might 
2230 deduce (Bar [b]) when m later gets instantiated to [].  Ha!
2231
2232 Here is an even more exotic example
2233         class C a => D a b
2234 Now consider the constraint
2235         forall b. D Int b => C Int
2236 We can satisfy the (C Int) from the superclass of D, so we don't want
2237 to float the (C Int) out, even though it mentions no type variable in
2238 the constraints!
2239
2240 Note [Pruning the givens in an implication constraint]
2241 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2242 Suppose we are about to form the implication constraint
2243         forall tvs.  Eq a => Ord b
2244 The (Eq a) cannot contribute to the (Ord b), because it has no access to
2245 the type variable 'b'.  So we could filter out the (Eq a) from the givens.
2246
2247 Doing so would be a bit tidier, but all the implication constraints get
2248 simplified away by the optimiser, so it's no great win.   So I don't take
2249 advantage of that at the moment.
2250
2251 If you do, BE CAREFUL of wobbly type variables.
2252
2253
2254 %************************************************************************
2255 %*                                                                      *
2256                 Avails and AvailHow: the pool of evidence
2257 %*                                                                      *
2258 %************************************************************************
2259
2260
2261 \begin{code}
2262 data Avails = Avails !ImprovementDone !AvailEnv
2263
2264 type ImprovementDone = Bool     -- True <=> some unification has happened
2265                                 -- so some Irreds might now be reducible
2266                                 -- keys that are now 
2267
2268 type AvailEnv = FiniteMap Inst AvailHow
2269 data AvailHow
2270   = IsIrred             -- Used for irreducible dictionaries,
2271                         -- which are going to be lambda bound
2272
2273   | Given Inst          -- Used for dictionaries for which we have a binding
2274                         -- e.g. those "given" in a signature
2275
2276   | Rhs                 -- Used when there is a RHS
2277         (LHsExpr TcId)  -- The RHS
2278         [Inst]          -- Insts free in the RHS; we need these too
2279
2280 instance Outputable Avails where
2281   ppr = pprAvails
2282
2283 pprAvails (Avails imp avails)
2284   = vcat [ ptext (sLit "Avails") <> (if imp then ptext (sLit "[improved]") else empty)
2285          , nest 2 $ braces $ 
2286            vcat [ sep [ppr inst, nest 2 (equals <+> ppr avail)]
2287                 | (inst,avail) <- fmToList avails ]]
2288
2289 instance Outputable AvailHow where
2290     ppr = pprAvail
2291
2292 -------------------------
2293 pprAvail :: AvailHow -> SDoc
2294 pprAvail IsIrred        = text "Irred"
2295 pprAvail (Given x)      = text "Given" <+> ppr x
2296 pprAvail (Rhs rhs bs)   = sep [text "Rhs" <+> ppr bs,
2297                                nest 2 (ppr rhs)]
2298
2299 -------------------------
2300 extendAvailEnv :: AvailEnv -> Inst -> AvailHow -> AvailEnv
2301 extendAvailEnv env inst avail = addToFM env inst avail
2302
2303 findAvailEnv :: AvailEnv -> Inst -> Maybe AvailHow
2304 findAvailEnv env wanted = lookupFM env wanted
2305         -- NB 1: the Ord instance of Inst compares by the class/type info
2306         --  *not* by unique.  So
2307         --      d1::C Int ==  d2::C Int
2308
2309 emptyAvails :: Avails
2310 emptyAvails = Avails False emptyFM
2311
2312 findAvail :: Avails -> Inst -> Maybe AvailHow
2313 findAvail (Avails _ avails) wanted = findAvailEnv avails wanted
2314
2315 elemAvails :: Inst -> Avails -> Bool
2316 elemAvails wanted (Avails _ avails) = wanted `elemFM` avails
2317
2318 extendAvails :: Avails -> Inst -> AvailHow -> TcM Avails
2319 -- Does improvement
2320 extendAvails avails@(Avails imp env) inst avail
2321   = do  { imp1 <- tcImproveOne avails inst      -- Do any improvement
2322         ; return (Avails (imp || imp1) (extendAvailEnv env inst avail)) }
2323
2324 availsInsts :: Avails -> [Inst]
2325 availsInsts (Avails _ avails) = keysFM avails
2326
2327 availsImproved (Avails imp _) = imp
2328
2329 updateImprovement :: Avails -> Avails -> Avails
2330 -- (updateImprovement a1 a2) sets a1's improvement flag from a2
2331 updateImprovement (Avails _ avails1) (Avails imp2 _) = Avails imp2 avails1
2332 \end{code}
2333
2334 Extracting the bindings from a bunch of Avails.
2335 The bindings do *not* come back sorted in dependency order.
2336 We assume that they'll be wrapped in a big Rec, so that the
2337 dependency analyser can sort them out later
2338
2339 \begin{code}
2340 type DoneEnv = FiniteMap Inst [Id]
2341 -- Tracks which things we have evidence for
2342
2343 extractResults :: Avails
2344                -> [Inst]                -- Wanted
2345                -> TcM (TcDictBinds,     -- Bindings
2346                        [Inst],          -- The insts bound by the bindings
2347                        [Inst])          -- Irreducible ones
2348                         -- Note [Reducing implication constraints]
2349
2350 extractResults (Avails _ avails) wanteds
2351   = go emptyBag [] [] emptyFM wanteds
2352   where
2353     go  :: TcDictBinds  -- Bindings for dicts
2354         -> [Inst]       -- Bound by the bindings
2355         -> [Inst]       -- Irreds
2356         -> DoneEnv      -- Has an entry for each inst in the above three sets
2357         -> [Inst]       -- Wanted
2358         -> TcM (TcDictBinds, [Inst], [Inst])
2359     go binds bound_dicts irreds done [] 
2360       = return (binds, bound_dicts, irreds)
2361
2362     go binds bound_dicts irreds done (w:ws)
2363       | Just done_ids@(done_id : rest_done_ids) <- lookupFM done w
2364       = if w_id `elem` done_ids then
2365            go binds bound_dicts irreds done ws
2366         else
2367            go (add_bind (nlHsVar done_id)) bound_dicts irreds
2368               (addToFM done w (done_id : w_id : rest_done_ids)) ws
2369
2370       | otherwise       -- Not yet done
2371       = case findAvailEnv avails w of
2372           Nothing -> pprTrace "Urk: extractResults" (ppr w) $
2373                      go binds bound_dicts irreds done ws
2374
2375           Just IsIrred -> go binds bound_dicts (w:irreds) done' ws
2376
2377           Just (Rhs rhs ws') -> go (add_bind rhs) (w:bound_dicts) irreds done' (ws' ++ ws)
2378
2379           Just (Given g) -> go binds' bound_dicts irreds (addToFM done w [g_id]) ws 
2380                 where
2381                   g_id = instToId g
2382                   binds' | w_id == g_id = binds
2383                          | otherwise    = add_bind (nlHsVar g_id)
2384       where
2385         w_id  = instToId w      
2386         done' = addToFM done w [w_id]
2387         add_bind rhs = addInstToDictBind binds w rhs
2388 \end{code}
2389
2390
2391 Note [No superclasses for Stop]
2392 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2393 When we decide not to reduce an Inst -- the 'WhatToDo' --- we still
2394 add it to avails, so that any other equal Insts will be commoned up
2395 right here.  However, we do *not* add superclasses.  If we have
2396         df::Floating a
2397         dn::Num a
2398 but a is not bound here, then we *don't* want to derive dn from df
2399 here lest we lose sharing.
2400
2401 \begin{code}
2402 addWanted :: WantSCs -> Avails -> Inst -> LHsExpr TcId -> [Inst] -> TcM Avails
2403 addWanted want_scs avails wanted rhs_expr wanteds
2404   = addAvailAndSCs want_scs avails wanted avail
2405   where
2406     avail = Rhs rhs_expr wanteds
2407
2408 addGiven :: Avails -> Inst -> TcM Avails
2409 addGiven avails given = addAvailAndSCs AddSCs avails given (Given given)
2410         -- Always add superclasses for 'givens'
2411         --
2412         -- No ASSERT( not (given `elemAvails` avails) ) because in an instance
2413         -- decl for Ord t we can add both Ord t and Eq t as 'givens', 
2414         -- so the assert isn't true
2415 \end{code}
2416
2417 \begin{code}
2418 addIrred :: WantSCs -> Avails -> Inst -> TcM Avails
2419 addIrred want_scs avails irred = ASSERT2( not (irred `elemAvails` avails), ppr irred $$ ppr avails )
2420                                  addAvailAndSCs want_scs avails irred IsIrred
2421
2422 addAvailAndSCs :: WantSCs -> Avails -> Inst -> AvailHow -> TcM Avails
2423 addAvailAndSCs want_scs avails inst avail
2424   | not (isClassDict inst) = extendAvails avails inst avail
2425   | NoSCs <- want_scs      = extendAvails avails inst avail
2426   | otherwise              = do { traceTc (text "addAvailAndSCs" <+> vcat [ppr inst, ppr deps])
2427                                 ; avails' <- extendAvails avails inst avail
2428                                 ; addSCs is_loop avails' inst }
2429   where
2430     is_loop pred = any (`tcEqType` mkPredTy pred) dep_tys
2431                         -- Note: this compares by *type*, not by Unique
2432     deps         = findAllDeps (unitVarSet (instToVar inst)) avail
2433     dep_tys      = map idType (varSetElems deps)
2434
2435     findAllDeps :: IdSet -> AvailHow -> IdSet
2436     -- Find all the Insts that this one depends on
2437     -- See Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
2438     -- Watch out, though.  Since the avails may contain loops 
2439     -- (see Note [RECURSIVE DICTIONARIES]), so we need to track the ones we've seen so far
2440     findAllDeps so_far (Rhs _ kids) = foldl find_all so_far kids
2441     findAllDeps so_far other        = so_far
2442
2443     find_all :: IdSet -> Inst -> IdSet
2444     find_all so_far kid
2445       | isEqInst kid                       = so_far
2446       | kid_id `elemVarSet` so_far         = so_far
2447       | Just avail <- findAvail avails kid = findAllDeps so_far' avail
2448       | otherwise                          = so_far'
2449       where
2450         so_far' = extendVarSet so_far kid_id    -- Add the new kid to so_far
2451         kid_id = instToId kid
2452
2453 addSCs :: (TcPredType -> Bool) -> Avails -> Inst -> TcM Avails
2454         -- Add all the superclasses of the Inst to Avails
2455         -- The first param says "don't do this because the original thing
2456         --      depends on this one, so you'd build a loop"
2457         -- Invariant: the Inst is already in Avails.
2458
2459 addSCs is_loop avails dict
2460   = ASSERT( isDict dict )
2461     do  { sc_dicts <- newDictBndrs (instLoc dict) sc_theta'
2462         ; foldlM add_sc avails (zipEqual "add_scs" sc_dicts sc_sels) }
2463   where
2464     (clas, tys) = getDictClassTys dict
2465     (tyvars, sc_theta, sc_sels, _) = classBigSig clas
2466     sc_theta' = filter (not . isEqPred) $
2467                   substTheta (zipTopTvSubst tyvars tys) sc_theta
2468
2469     add_sc avails (sc_dict, sc_sel)
2470       | is_loop (dictPred sc_dict) = return avails      -- See Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
2471       | is_given sc_dict           = return avails
2472       | otherwise                  = do { avails' <- extendAvails avails sc_dict (Rhs sc_sel_rhs [dict])
2473                                         ; addSCs is_loop avails' sc_dict }
2474       where
2475         sc_sel_rhs = L (instSpan dict) (HsWrap co_fn (HsVar sc_sel))
2476         co_fn      = WpApp (instToVar dict) <.> mkWpTyApps tys
2477
2478     is_given :: Inst -> Bool
2479     is_given sc_dict = case findAvail avails sc_dict of
2480                           Just (Given _) -> True        -- Given is cheaper than superclass selection
2481                           other          -> False       
2482
2483 -- From the a set of insts obtain all equalities that (transitively) occur in
2484 -- superclass contexts of class constraints (aka the ancestor equalities). 
2485 --
2486 ancestorEqualities :: [Inst] -> TcM [Inst]
2487 ancestorEqualities
2488   =   mapM mkWantedEqInst               -- turn only equality predicates..
2489     . filter isEqPred                   -- ..into wanted equality insts
2490     . bagToList 
2491     . addAEsToBag emptyBag              -- collect the superclass constraints..
2492     . map dictPred                      -- ..of all predicates in a bag
2493     . filter isClassDict
2494   where
2495     addAEsToBag :: Bag PredType -> [PredType] -> Bag PredType
2496     addAEsToBag bag []           = bag
2497     addAEsToBag bag (pred:preds)
2498       | pred `elemBag` bag = addAEsToBag bag         preds
2499       | isEqPred pred      = addAEsToBag bagWithPred preds
2500       | isClassPred pred   = addAEsToBag bagWithPred predsWithSCs
2501       | otherwise          = addAEsToBag bag         preds
2502       where
2503         bagWithPred  = bag `snocBag` pred
2504         predsWithSCs = preds ++ substTheta (zipTopTvSubst tyvars tys) sc_theta
2505         --
2506         (tyvars, sc_theta, _, _) = classBigSig clas
2507         (clas, tys)              = getClassPredTys pred 
2508 \end{code}
2509
2510
2511 %************************************************************************
2512 %*                                                                      *
2513 \section{tcSimplifyTop: defaulting}
2514 %*                                                                      *
2515 %************************************************************************
2516
2517
2518 @tcSimplifyTop@ is called once per module to simplify all the constant
2519 and ambiguous Insts.
2520
2521 We need to be careful of one case.  Suppose we have
2522
2523         instance Num a => Num (Foo a b) where ...
2524
2525 and @tcSimplifyTop@ is given a constraint (Num (Foo x y)).  Then it'll simplify
2526 to (Num x), and default x to Int.  But what about y??
2527
2528 It's OK: the final zonking stage should zap y to (), which is fine.
2529
2530
2531 \begin{code}
2532 tcSimplifyTop, tcSimplifyInteractive :: [Inst] -> TcM TcDictBinds
2533 tcSimplifyTop wanteds
2534   = tc_simplify_top doc False wanteds
2535   where 
2536     doc = text "tcSimplifyTop"
2537
2538 tcSimplifyInteractive wanteds
2539   = tc_simplify_top doc True wanteds
2540   where 
2541     doc = text "tcSimplifyInteractive"
2542
2543 -- The TcLclEnv should be valid here, solely to improve
2544 -- error message generation for the monomorphism restriction
2545 tc_simplify_top doc interactive wanteds
2546   = do  { dflags <- getDOpts
2547         ; wanteds <- zonkInsts wanteds
2548         ; mapM_ zonkTopTyVar (varSetElems (tyVarsOfInsts wanteds))
2549
2550         ; traceTc (text "tc_simplify_top 0: " <+> ppr wanteds)
2551         ; (irreds1, binds1) <- tryHardCheckLoop doc1 wanteds
2552 --      ; (irreds1, binds1) <- gentleInferLoop doc1 wanteds
2553         ; traceTc (text "tc_simplify_top 1: " <+> ppr irreds1)
2554         ; (irreds2, binds2) <- approximateImplications doc2 (\d -> True) irreds1
2555         ; traceTc (text "tc_simplify_top 2: " <+> ppr irreds2)
2556
2557                 -- Use the defaulting rules to do extra unification
2558                 -- NB: irreds2 are already zonked
2559         ; (irreds3, binds3) <- disambiguate doc3 interactive dflags irreds2
2560
2561                 -- Deal with implicit parameters
2562         ; let (bad_ips, non_ips) = partition isIPDict irreds3
2563               (ambigs, others)   = partition isTyVarDict non_ips
2564
2565         ; topIPErrs bad_ips     -- Can arise from   f :: Int -> Int
2566                                 --                  f x = x + ?y
2567         ; addNoInstanceErrs others
2568         ; addTopAmbigErrs ambigs        
2569
2570         ; return (binds1 `unionBags` binds2 `unionBags` binds3) }
2571   where
2572     doc1 = doc <+> ptext (sLit "(first round)")
2573     doc2 = doc <+> ptext (sLit "(approximate)")
2574     doc3 = doc <+> ptext (sLit "(disambiguate)")
2575 \end{code}
2576
2577 If a dictionary constrains a type variable which is
2578         * not mentioned in the environment
2579         * and not mentioned in the type of the expression
2580 then it is ambiguous. No further information will arise to instantiate
2581 the type variable; nor will it be generalised and turned into an extra
2582 parameter to a function.
2583
2584 It is an error for this to occur, except that Haskell provided for
2585 certain rules to be applied in the special case of numeric types.
2586 Specifically, if
2587         * at least one of its classes is a numeric class, and
2588         * all of its classes are numeric or standard
2589 then the type variable can be defaulted to the first type in the
2590 default-type list which is an instance of all the offending classes.
2591
2592 So here is the function which does the work.  It takes the ambiguous
2593 dictionaries and either resolves them (producing bindings) or
2594 complains.  It works by splitting the dictionary list by type
2595 variable, and using @disambigOne@ to do the real business.
2596
2597 @disambigOne@ assumes that its arguments dictionaries constrain all
2598 the same type variable.
2599
2600 ADR Comment 20/6/94: I've changed the @CReturnable@ case to default to
2601 @()@ instead of @Int@.  I reckon this is the Right Thing to do since
2602 the most common use of defaulting is code like:
2603 \begin{verbatim}
2604         _ccall_ foo     `seqPrimIO` bar
2605 \end{verbatim}
2606 Since we're not using the result of @foo@, the result if (presumably)
2607 @void@.
2608
2609 \begin{code}
2610 disambiguate :: SDoc -> Bool -> DynFlags -> [Inst] -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
2611         -- Just does unification to fix the default types
2612         -- The Insts are assumed to be pre-zonked
2613 disambiguate doc interactive dflags insts
2614   | null insts
2615   = return (insts, emptyBag)
2616
2617   | null defaultable_groups
2618   = do  { traceTc (text "disambigutate, no defaultable groups" <+> vcat [ppr unaries, ppr insts, ppr bad_tvs, ppr defaultable_groups])
2619         ; return (insts, emptyBag) }
2620
2621   | otherwise
2622   = do  {       -- Figure out what default types to use
2623           default_tys <- getDefaultTys extended_defaulting ovl_strings
2624
2625         ; traceTc (text "disambiguate1" <+> vcat [ppr insts, ppr unaries, ppr bad_tvs, ppr defaultable_groups])
2626         ; mapM_ (disambigGroup default_tys) defaultable_groups
2627
2628         -- disambigGroup does unification, hence try again
2629         ; tryHardCheckLoop doc insts }
2630
2631   where
2632    extended_defaulting = interactive || dopt Opt_ExtendedDefaultRules dflags
2633    ovl_strings = dopt Opt_OverloadedStrings dflags
2634
2635    unaries :: [(Inst, Class, TcTyVar)]  -- (C tv) constraints
2636    bad_tvs :: TcTyVarSet  -- Tyvars mentioned by *other* constraints
2637    (unaries, bad_tvs_s) = partitionWith find_unary insts 
2638    bad_tvs              = unionVarSets bad_tvs_s
2639
2640         -- Finds unary type-class constraints
2641    find_unary d@(Dict {tci_pred = ClassP cls [ty]})
2642         | Just tv <- tcGetTyVar_maybe ty = Left (d,cls,tv)
2643    find_unary inst                       = Right (tyVarsOfInst inst)
2644
2645                 -- Group by type variable
2646    defaultable_groups :: [[(Inst,Class,TcTyVar)]]
2647    defaultable_groups = filter defaultable_group (equivClasses cmp_tv unaries)
2648    cmp_tv (_,_,tv1) (_,_,tv2) = tv1 `compare` tv2
2649
2650    defaultable_group :: [(Inst,Class,TcTyVar)] -> Bool
2651    defaultable_group ds@((_,_,tv):_)
2652         =  isTyConableTyVar tv  -- Note [Avoiding spurious errors]
2653         && not (tv `elemVarSet` bad_tvs)
2654         && defaultable_classes [c | (_,c,_) <- ds]
2655    defaultable_group [] = panic "defaultable_group"
2656
2657    defaultable_classes clss 
2658         | extended_defaulting = any isInteractiveClass clss
2659         | otherwise           = all is_std_class clss && (any is_num_class clss)
2660
2661         -- In interactive mode, or with -fextended-default-rules,
2662         -- we default Show a to Show () to avoid graututious errors on "show []"
2663    isInteractiveClass cls 
2664         = is_num_class cls || (classKey cls `elem` [showClassKey, eqClassKey, ordClassKey])
2665
2666    is_num_class cls = isNumericClass cls || (ovl_strings && (cls `hasKey` isStringClassKey))
2667         -- is_num_class adds IsString to the standard numeric classes, 
2668         -- when -foverloaded-strings is enabled
2669
2670    is_std_class cls = isStandardClass cls || (ovl_strings && (cls `hasKey` isStringClassKey))
2671         -- Similarly is_std_class
2672
2673 -----------------------
2674 disambigGroup :: [Type]                 -- The default types
2675               -> [(Inst,Class,TcTyVar)] -- All standard classes of form (C a)
2676               -> TcM () -- Just does unification, to fix the default types
2677
2678 disambigGroup default_tys dicts
2679   = try_default default_tys
2680   where
2681     (_,_,tyvar) = ASSERT(not (null dicts)) head dicts   -- Should be non-empty
2682     classes = [c | (_,c,_) <- dicts]
2683
2684     try_default [] = return ()
2685     try_default (default_ty : default_tys)
2686       = tryTcLIE_ (try_default default_tys) $
2687         do { tcSimplifyDefault [mkClassPred clas [default_ty] | clas <- classes]
2688                 -- This may fail; then the tryTcLIE_ kicks in
2689                 -- Failure here is caused by there being no type in the
2690                 -- default list which can satisfy all the ambiguous classes.
2691                 -- For example, if Real a is reqd, but the only type in the
2692                 -- default list is Int.
2693
2694                 -- After this we can't fail
2695            ; warnDefault dicts default_ty
2696            ; unifyType default_ty (mkTyVarTy tyvar) 
2697            ; return () -- TOMDO: do something with the coercion
2698            }
2699
2700
2701 -----------------------
2702 getDefaultTys :: Bool -> Bool -> TcM [Type]
2703 getDefaultTys extended_deflts ovl_strings
2704   = do  { mb_defaults <- getDeclaredDefaultTys
2705         ; case mb_defaults of {
2706            Just tys -> return tys ;     -- User-supplied defaults
2707            Nothing  -> do
2708
2709         -- No use-supplied default
2710         -- Use [Integer, Double], plus modifications
2711         { integer_ty <- tcMetaTy integerTyConName
2712         ; checkWiredInTyCon doubleTyCon
2713         ; string_ty <- tcMetaTy stringTyConName
2714         ; return (opt_deflt extended_deflts unitTy
2715                         -- Note [Default unitTy]
2716                         ++
2717                   [integer_ty,doubleTy]
2718                         ++
2719                   opt_deflt ovl_strings string_ty) } } }
2720   where
2721     opt_deflt True  ty = [ty]
2722     opt_deflt False ty = []
2723 \end{code}
2724
2725 Note [Default unitTy]
2726 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2727 In interative mode (or with -fextended-default-rules) we add () as the first type we
2728 try when defaulting.  This has very little real impact, except in the following case.
2729 Consider: 
2730         Text.Printf.printf "hello"
2731 This has type (forall a. IO a); it prints "hello", and returns 'undefined'.  We don't
2732 want the GHCi repl loop to try to print that 'undefined'.  The neatest thing is to
2733 default the 'a' to (), rather than to Integer (which is what would otherwise happen;
2734 and then GHCi doesn't attempt to print the ().  So in interactive mode, we add
2735 () to the list of defaulting types.  See Trac #1200.
2736
2737 Note [Avoiding spurious errors]
2738 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2739 When doing the unification for defaulting, we check for skolem
2740 type variables, and simply don't default them.  For example:
2741    f = (*)      -- Monomorphic
2742    g :: Num a => a -> a
2743    g x = f x x
2744 Here, we get a complaint when checking the type signature for g,
2745 that g isn't polymorphic enough; but then we get another one when
2746 dealing with the (Num a) context arising from f's definition;
2747 we try to unify a with Int (to default it), but find that it's
2748 already been unified with the rigid variable from g's type sig
2749
2750
2751 %************************************************************************
2752 %*                                                                      *
2753 \subsection[simple]{@Simple@ versions}
2754 %*                                                                      *
2755 %************************************************************************
2756
2757 Much simpler versions when there are no bindings to make!
2758
2759 @tcSimplifyThetas@ simplifies class-type constraints formed by
2760 @deriving@ declarations and when specialising instances.  We are
2761 only interested in the simplified bunch of class/type constraints.
2762
2763 It simplifies to constraints of the form (C a b c) where
2764 a,b,c are type variables.  This is required for the context of
2765 instance declarations.
2766
2767 \begin{code}
2768 tcSimplifyDeriv :: InstOrigin
2769                 -> [TyVar]      
2770                 -> ThetaType            -- Wanted
2771                 -> TcM ThetaType        -- Needed
2772 -- Given  instance (wanted) => C inst_ty 
2773 -- Simplify 'wanted' as much as possible
2774
2775 tcSimplifyDeriv orig tyvars theta
2776   = do  { (tvs, _, tenv) <- tcInstTyVars tyvars
2777         -- The main loop may do unification, and that may crash if 
2778         -- it doesn't see a TcTyVar, so we have to instantiate. Sigh
2779         -- ToDo: what if two of them do get unified?
2780         ; wanteds <- newDictBndrsO orig (substTheta tenv theta)
2781         ; (irreds, _) <- tryHardCheckLoop doc wanteds
2782
2783         ; let (tv_dicts, others) = partition ok irreds
2784         ; addNoInstanceErrs others
2785         -- See Note [Exotic derived instance contexts] in TcMType
2786
2787         ; let rev_env = zipTopTvSubst tvs (mkTyVarTys tyvars)
2788               simpl_theta = substTheta rev_env (map dictPred tv_dicts)
2789                 -- This reverse-mapping is a pain, but the result
2790                 -- should mention the original TyVars not TcTyVars
2791
2792         ; return simpl_theta }
2793   where
2794     doc = ptext (sLit "deriving classes for a data type")
2795
2796     ok dict | isDict dict = validDerivPred (dictPred dict)
2797             | otherwise   = False
2798 \end{code}
2799
2800
2801 @tcSimplifyDefault@ just checks class-type constraints, essentially;
2802 used with \tr{default} declarations.  We are only interested in
2803 whether it worked or not.
2804
2805 \begin{code}
2806 tcSimplifyDefault :: ThetaType  -- Wanted; has no type variables in it
2807                   -> TcM ()
2808
2809 tcSimplifyDefault theta = do
2810     wanteds <- newDictBndrsO DefaultOrigin theta
2811     (irreds, _) <- tryHardCheckLoop doc wanteds
2812     addNoInstanceErrs  irreds
2813     if null irreds then
2814         return ()
2815      else
2816         traceTc (ptext (sLit "tcSimplifyDefault failing")) >> failM
2817   where
2818     doc = ptext (sLit "default declaration")
2819 \end{code}
2820
2821
2822 %************************************************************************
2823 %*                                                                      *
2824 \section{Errors and contexts}
2825 %*                                                                      *
2826 %************************************************************************
2827
2828 ToDo: for these error messages, should we note the location as coming
2829 from the insts, or just whatever seems to be around in the monad just
2830 now?
2831
2832 \begin{code}
2833 groupErrs :: ([Inst] -> TcM ()) -- Deal with one group
2834           -> [Inst]             -- The offending Insts
2835           -> TcM ()
2836 -- Group together insts with the same origin
2837 -- We want to report them together in error messages
2838
2839 groupErrs report_err [] 
2840   = return ()
2841 groupErrs report_err (inst:insts)
2842   = do  { do_one (inst:friends)
2843         ; groupErrs report_err others }
2844   where
2845         -- (It may seem a bit crude to compare the error messages,
2846         --  but it makes sure that we combine just what the user sees,
2847         --  and it avoids need equality on InstLocs.)
2848    (friends, others) = partition is_friend insts
2849    loc_msg           = showSDoc (pprInstLoc (instLoc inst))
2850    is_friend friend  = showSDoc (pprInstLoc (instLoc friend)) == loc_msg
2851    do_one insts = addInstCtxt (instLoc (head insts)) (report_err insts)
2852                 -- Add location and context information derived from the Insts
2853
2854 -- Add the "arising from..." part to a message about bunch of dicts
2855 addInstLoc :: [Inst] -> Message -> Message
2856 addInstLoc insts msg = msg $$ nest 2 (pprInstArising (head insts))
2857
2858 addTopIPErrs :: [Name] -> [Inst] -> TcM ()
2859 addTopIPErrs bndrs [] 
2860   = return ()
2861 addTopIPErrs bndrs ips
2862   = do  { dflags <- getDOpts
2863         ; addErrTcM (tidy_env, mk_msg dflags tidy_ips) }
2864   where
2865     (tidy_env, tidy_ips) = tidyInsts ips
2866     mk_msg dflags ips 
2867         = vcat [sep [ptext (sLit "Implicit parameters escape from"),
2868                 nest 2 (ptext (sLit "the monomorphic top-level binding") 
2869                                             <> plural bndrs <+> ptext (sLit "of")
2870                                             <+> pprBinders bndrs <> colon)],
2871                 nest 2 (vcat (map ppr_ip ips)),
2872                 monomorphism_fix dflags]
2873     ppr_ip ip = pprPred (dictPred ip) <+> pprInstArising ip
2874
2875 topIPErrs :: [Inst] -> TcM ()
2876 topIPErrs dicts
2877   = groupErrs report tidy_dicts
2878   where
2879     (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
2880     report dicts = addErrTcM (tidy_env, mk_msg dicts)
2881     mk_msg dicts = addInstLoc dicts (ptext (sLit "Unbound implicit parameter") <> 
2882                                      plural tidy_dicts <+> pprDictsTheta tidy_dicts)
2883
2884 addNoInstanceErrs :: [Inst]     -- Wanted (can include implications)
2885                   -> TcM ()     
2886 addNoInstanceErrs insts
2887   = do  { let (tidy_env, tidy_insts) = tidyInsts insts
2888         ; reportNoInstances tidy_env Nothing tidy_insts }
2889
2890 reportNoInstances 
2891         :: TidyEnv
2892         -> Maybe (InstLoc, [Inst])      -- Context
2893                         -- Nothing => top level
2894                         -- Just (d,g) => d describes the construct
2895                         --               with givens g
2896         -> [Inst]       -- What is wanted (can include implications)
2897         -> TcM ()       
2898
2899 reportNoInstances tidy_env mb_what insts 
2900   = groupErrs (report_no_instances tidy_env mb_what) insts
2901
2902 report_no_instances tidy_env mb_what insts
2903   = do { inst_envs <- tcGetInstEnvs
2904        ; let (implics, insts1)  = partition isImplicInst insts
2905              (insts2, overlaps) = partitionWith (check_overlap inst_envs) insts1
2906              (eqInsts, insts3)  = partition isEqInst insts2
2907        ; traceTc (text "reportNoInstances" <+> vcat 
2908                        [ppr insts, ppr implics, ppr insts1, ppr insts2])
2909        ; mapM_ complain_implic implics
2910        ; mapM_ (\doc -> addErrTcM (tidy_env, doc)) overlaps
2911        ; groupErrs complain_no_inst insts3 
2912        ; mapM_ (addErrTcM . mk_eq_err) eqInsts
2913        }
2914   where
2915     complain_no_inst insts = addErrTcM (tidy_env, mk_no_inst_err insts)
2916
2917     complain_implic inst        -- Recurse!
2918       = reportNoInstances tidy_env 
2919                           (Just (tci_loc inst, tci_given inst)) 
2920                           (tci_wanted inst)
2921
2922     check_overlap :: (InstEnv,InstEnv) -> Inst -> Either Inst SDoc
2923         -- Right msg  => overlap message
2924         -- Left  inst => no instance
2925     check_overlap inst_envs wanted
2926         | not (isClassDict wanted) = Left wanted
2927         | otherwise
2928         = case lookupInstEnv inst_envs clas tys of
2929                 ([], _) -> Left wanted          -- No match
2930                 -- The case of exactly one match and no unifiers means a
2931                 -- successful lookup.  That can't happen here, because dicts
2932                 -- only end up here if they didn't match in Inst.lookupInst
2933                 ([m],[])
2934                  | debugIsOn -> pprPanic "reportNoInstance" (ppr wanted)
2935                 res -> Right (mk_overlap_msg wanted res)
2936           where
2937             (clas,tys) = getDictClassTys wanted
2938
2939     mk_overlap_msg dict (matches, unifiers)
2940       = ASSERT( not (null matches) )
2941         vcat [  addInstLoc [dict] ((ptext (sLit "Overlapping instances for") 
2942                                         <+> pprPred (dictPred dict))),
2943                 sep [ptext (sLit "Matching instances") <> colon,
2944                      nest 2 (vcat [pprInstances ispecs, pprInstances unifiers])],
2945                 if not (isSingleton matches)
2946                 then    -- Two or more matches
2947                      empty
2948                 else    -- One match, plus some unifiers
2949                 ASSERT( not (null unifiers) )
2950                 parens (vcat [ptext (sLit "The choice depends on the instantiation of") <+>
2951                                  quotes (pprWithCommas ppr (varSetElems (tyVarsOfInst dict))),
2952                               ptext (sLit "To pick the first instance above, use -fallow-incoherent-instances"),
2953                               ptext (sLit "when compiling the other instance declarations")])]
2954       where
2955         ispecs = [ispec | (ispec, _) <- matches]
2956
2957     mk_eq_err :: Inst -> (TidyEnv, SDoc)
2958     mk_eq_err inst = misMatchMsg tidy_env (eqInstTys inst)
2959
2960     mk_no_inst_err insts
2961       | null insts = empty
2962
2963       | Just (loc, givens) <- mb_what,   -- Nested (type signatures, instance decls)
2964         not (isEmptyVarSet (tyVarsOfInsts insts))
2965       = vcat [ addInstLoc insts $
2966                sep [ ptext (sLit "Could not deduce") <+> pprDictsTheta insts
2967                    , nest 2 $ ptext (sLit "from the context") <+> pprDictsTheta givens]
2968              , show_fixes (fix1 loc : fixes2) ]
2969
2970       | otherwise       -- Top level 
2971       = vcat [ addInstLoc insts $
2972                ptext (sLit "No instance") <> plural insts
2973                     <+> ptext (sLit "for") <+> pprDictsTheta insts
2974              , show_fixes fixes2 ]
2975
2976       where
2977         fix1 loc = sep [ ptext (sLit "add") <+> pprDictsTheta insts
2978                                  <+> ptext (sLit "to the context of"),
2979                          nest 2 (ppr (instLocOrigin loc)) ]
2980                          -- I'm not sure it helps to add the location
2981                          -- nest 2 (ptext (sLit "at") <+> ppr (instLocSpan loc)) ]
2982
2983         fixes2 | null instance_dicts = []
2984                | otherwise           = [sep [ptext (sLit "add an instance declaration for"),
2985                                         pprDictsTheta instance_dicts]]
2986         instance_dicts = [d | d <- insts, isClassDict d, not (isTyVarDict d)]
2987                 -- Insts for which it is worth suggesting an adding an instance declaration
2988                 -- Exclude implicit parameters, and tyvar dicts
2989
2990         show_fixes :: [SDoc] -> SDoc
2991         show_fixes []     = empty
2992         show_fixes (f:fs) = sep [ptext (sLit "Possible fix:"), 
2993                                  nest 2 (vcat (f : map (ptext (sLit "or") <+>) fs))]
2994
2995 addTopAmbigErrs dicts
2996 -- Divide into groups that share a common set of ambiguous tyvars
2997   = ifErrsM (return ()) $       -- Only report ambiguity if no other errors happened
2998                                 -- See Note [Avoiding spurious errors]
2999     mapM_ report (equivClasses cmp [(d, tvs_of d) | d <- tidy_dicts])
3000   where
3001     (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
3002
3003     tvs_of :: Inst -> [TcTyVar]
3004     tvs_of d = varSetElems (tyVarsOfInst d)
3005     cmp (_,tvs1) (_,tvs2) = tvs1 `compare` tvs2
3006     
3007     report :: [(Inst,[TcTyVar])] -> TcM ()
3008     report pairs@((inst,tvs) : _) = do  -- The pairs share a common set of ambiguous tyvars
3009           (tidy_env, mono_msg) <- mkMonomorphismMsg tidy_env tvs
3010           setSrcSpan (instSpan inst) $
3011                 -- the location of the first one will do for the err message
3012            addErrTcM (tidy_env, msg $$ mono_msg)
3013         where
3014           dicts = map fst pairs
3015           msg = sep [text "Ambiguous type variable" <> plural tvs <+> 
3016                           pprQuotedList tvs <+> in_msg,
3017                      nest 2 (pprDictsInFull dicts)]
3018           in_msg = text "in the constraint" <> plural dicts <> colon
3019     report [] = panic "addTopAmbigErrs"
3020
3021
3022 mkMonomorphismMsg :: TidyEnv -> [TcTyVar] -> TcM (TidyEnv, Message)
3023 -- There's an error with these Insts; if they have free type variables
3024 -- it's probably caused by the monomorphism restriction. 
3025 -- Try to identify the offending variable
3026 -- ASSUMPTION: the Insts are fully zonked
3027 mkMonomorphismMsg tidy_env inst_tvs
3028   = do  { dflags <- getDOpts
3029         ; (tidy_env, docs) <- findGlobals (mkVarSet inst_tvs) tidy_env
3030         ; return (tidy_env, mk_msg dflags docs) }
3031   where
3032     mk_msg _ _ | any isRuntimeUnk inst_tvs
3033         =  vcat [ptext (sLit "Cannot resolve unknown runtime types:") <+>
3034                    (pprWithCommas ppr inst_tvs),
3035                 ptext (sLit "Use :print or :force to determine these types")]
3036     mk_msg _ []   = ptext (sLit "Probable fix: add a type signature that fixes these type variable(s)")
3037                         -- This happens in things like
3038                         --      f x = show (read "foo")
3039                         -- where monomorphism doesn't play any role
3040     mk_msg dflags docs 
3041         = vcat [ptext (sLit "Possible cause: the monomorphism restriction applied to the following:"),
3042                 nest 2 (vcat docs),
3043                 monomorphism_fix dflags]
3044
3045 monomorphism_fix :: DynFlags -> SDoc
3046 monomorphism_fix dflags
3047   = ptext (sLit "Probable fix:") <+> vcat
3048         [ptext (sLit "give these definition(s) an explicit type signature"),
3049          if dopt Opt_MonomorphismRestriction dflags
3050            then ptext (sLit "or use -fno-monomorphism-restriction")
3051            else empty]  -- Only suggest adding "-fno-monomorphism-restriction"
3052                         -- if it is not already set!
3053     
3054 warnDefault ups default_ty = do
3055     warn_flag <- doptM Opt_WarnTypeDefaults
3056     addInstCtxt (instLoc (head (dicts))) (warnTc warn_flag warn_msg)
3057   where
3058     dicts = [d | (d,_,_) <- ups]
3059
3060         -- Tidy them first
3061     (_, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
3062     warn_msg  = vcat [ptext (sLit "Defaulting the following constraint(s) to type") <+>
3063                                 quotes (ppr default_ty),
3064                       pprDictsInFull tidy_dicts]
3065
3066 reduceDepthErr n stack
3067   = vcat [ptext (sLit "Context reduction stack overflow; size =") <+> int n,
3068           ptext (sLit "Use -fcontext-stack=N to increase stack size to N"),
3069           nest 4 (pprStack stack)]
3070
3071 pprStack stack = vcat (map pprInstInFull stack)
3072 \end{code}