compiler/typecheck/TcUnify.lhs

   1 %
   2 % (c) The University of Glasgow 2006
   3 % (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
   4 %
   5
   6 Type subsumption and unification
   7
   8 \begin{code}
   9 {-# OPTIONS_GHC -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/WorkingConventions#Warnings
  14 -- for details
  15
  16 module TcUnify (
  17         -- Full-blown subsumption
  18   tcSubExp, tcFunResTy, tcGen,
  19   checkSigTyVars, checkSigTyVarsWrt, bleatEscapedTvs, sigCtxt,
  20
  21         -- Various unifications
  22   unifyType, unifyTypeList, unifyTheta,
  23   unifyKind, unifyKinds, unifyFunKind,
  24   checkExpectedKind,
  25   preSubType, boxyMatchTypes,
  26
  27   --------------------------------
  28   -- Holes
  29   tcInfer, subFunTys, unBox, refineBox, refineBoxToTau, withBox,
  30   boxyUnify, boxyUnifyList, zapToMonotype,
  31   boxySplitListTy, boxySplitTyConApp, boxySplitAppTy,
  32   wrapFunResCoercion
  33   ) where
  34
  35 #include "HsVersions.h"
  36
  37 import HsSyn
  38 import TypeRep
  39
  40 import TcMType
  41 import TcSimplify
  42 import TcEnv
  43 import TcTyFuns
  44 import TcIface
  45 import TcRnMonad         -- TcType, amongst others
  46 import TcType
  47 import Type
  48 import Coercion
  49 import TysPrim
  50 import Inst
  51 import TyCon
  52 import TysWiredIn
  53 import Var
  54 import VarSet
  55 import VarEnv
  56 import Name
  57 import ErrUtils
  58 import Maybes
  59 import BasicTypes
  60 import Util
  61 import Outputable
  62 import Unique
  63 \end{code}
  64
  65 %************************************************************************
  66 %*                                                                      *
  67 \subsection{'hole' type variables}
  68 %*                                                                      *
  69 %************************************************************************
  70
  71 \begin{code}
  72 tcInfer :: (BoxyType -> TcM a) -> TcM (a, TcType)
  73 tcInfer tc_infer
  74   = do  { box <- newBoxyTyVar openTypeKind
  75         ; res <- tc_infer (mkTyVarTy box)
  76         ; res_ty <- {- pprTrace "tcInfer" (ppr (mkTyVarTy box)) $ -} readFilledBox box  -- Guaranteed filled-in by now
  77         ; return (res, res_ty) }
  78 \end{code}
  79
  80
  81 %************************************************************************
  82 %*                                                                      *
  83         subFunTys
  84 %*                                                                      *
  85 %************************************************************************
  86
  87 \begin{code}
  88 subFunTys :: SDoc  -- Somthing like "The function f has 3 arguments"
  89                    -- or "The abstraction (\x.e) takes 1 argument"
  90           -> Arity              -- Expected # of args
  91           -> BoxyRhoType        -- res_ty
  92           -> ([BoxySigmaType] -> BoxyRhoType -> TcM a)
  93           -> TcM (HsWrapper, a)
  94 -- Attempt to decompse res_ty to have enough top-level arrows to
  95 -- match the number of patterns in the match group
  96 --
  97 -- If (subFunTys n_args res_ty thing_inside) = (co_fn, res)
  98 -- and the inner call to thing_inside passes args: [a1,...,an], b
  99 -- then co_fn :: (a1 -> ... -> an -> b) ~ res_ty
 100 --
 101 -- Note that it takes a BoxyRho type, and guarantees to return a BoxyRhoType
 102
 103
 104 {-      Error messages from subFunTys
 105
 106    The abstraction `\Just 1 -> ...' has two arguments
 107    but its type `Maybe a -> a' has only one
 108
 109    The equation(s) for `f' have two arguments
 110    but its type `Maybe a -> a' has only one
 111
 112    The section `(f 3)' requires 'f' to take two arguments
 113    but its type `Int -> Int' has only one
 114
 115    The function 'f' is applied to two arguments
 116    but its type `Int -> Int' has only one
 117 -}
 118
 119
 120 subFunTys error_herald n_pats res_ty thing_inside
 121   = loop n_pats [] res_ty
 122   where
 123         -- In 'loop', the parameter 'arg_tys' accumulates
 124         -- the arg types so far, in *reverse order*
 125         -- INVARIANT:   res_ty :: *
 126     loop n args_so_far res_ty
 127         | Just res_ty' <- tcView res_ty  = loop n args_so_far res_ty'
 128
 129     loop n args_so_far res_ty
 130         | isSigmaTy res_ty      -- Do this before checking n==0, because we
 131                                 -- guarantee to return a BoxyRhoType, not a BoxySigmaType
 132         = do { (gen_fn, (co_fn, res)) <- tcGen res_ty emptyVarSet $ \ _ res_ty' ->
 133                                          loop n args_so_far res_ty'
 134              ; return (gen_fn <.> co_fn, res) }
 135
 136     loop 0 args_so_far res_ty
 137         = do { res <- thing_inside (reverse args_so_far) res_ty
 138              ; return (idHsWrapper, res) }
 139
 140     loop n args_so_far (FunTy arg_ty res_ty)
 141         = do { (co_fn, res) <- loop (n-1) (arg_ty:args_so_far) res_ty
 142              ; co_fn' <- wrapFunResCoercion [arg_ty] co_fn
 143              ; return (co_fn', res) }
 144
 145         -- res_ty might have a type variable at the head, such as (a b c),
 146         -- in which case we must fill in with (->).  Simplest thing to do
 147         -- is to use boxyUnify, but we catch failure and generate our own
 148         -- error message on failure
 149     loop n args_so_far res_ty@(AppTy _ _)
 150         = do { [arg_ty',res_ty'] <- newBoxyTyVarTys [argTypeKind, openTypeKind]
 151              ; (_, mb_coi) <- tryTcErrs $ boxyUnify res_ty (FunTy arg_ty' res_ty')
 152              ; if isNothing mb_coi then bale_out args_so_far
 153                else do { case expectJust "subFunTys" mb_coi of
 154                                 IdCo -> return ()
 155                                 ACo co -> traceTc (text "you're dropping a coercion: " <+> ppr co)
 156                        ; loop n args_so_far (FunTy arg_ty' res_ty')
 157                        }
 158              }
 159
 160     loop n args_so_far (TyVarTy tv)
 161         | isTyConableTyVar tv
 162         = do { cts <- readMetaTyVar tv
 163              ; case cts of
 164                  Indirect ty -> loop n args_so_far ty
 165                  Flexi -> do { (res_ty:arg_tys) <- withMetaTvs tv kinds mk_res_ty
 166                              ; res <- thing_inside (reverse args_so_far ++ arg_tys) res_ty
 167                              ; return (idHsWrapper, res) } }
 168         where
 169           mk_res_ty (res_ty' : arg_tys') = mkFunTys arg_tys' res_ty'
 170           mk_res_ty [] = panic "TcUnify.mk_res_ty1"
 171           kinds = openTypeKind : take n (repeat argTypeKind)
 172                 -- Note argTypeKind: the args can have an unboxed type,
 173                 -- but not an unboxed tuple.
 174
 175     loop n args_so_far res_ty = bale_out args_so_far
 176
 177     bale_out args_so_far
 178         = do { env0 <- tcInitTidyEnv
 179              ; res_ty' <- zonkTcType res_ty
 180              ; let (env1, res_ty'') = tidyOpenType env0 res_ty'
 181              ; failWithTcM (env1, mk_msg res_ty'' (length args_so_far)) }
 182
 183     mk_msg res_ty n_actual
 184       = error_herald <> comma $$
 185         sep [ptext SLIT("but its type") <+> quotes (pprType res_ty),
 186              if n_actual == 0 then ptext SLIT("has none")
 187              else ptext SLIT("has only") <+> speakN n_actual]
 188 \end{code}
 189
 190 \begin{code}
 191 ----------------------
 192 boxySplitTyConApp :: TyCon                      -- T :: k1 -> ... -> kn -> *
 193                   -> BoxyRhoType                -- Expected type (T a b c)
 194                   -> TcM [BoxySigmaType]        -- Element types, a b c
 195   -- It's used for wired-in tycons, so we call checkWiredInTyCOn
 196   -- Precondition: never called with FunTyCon
 197   -- Precondition: input type :: *
 198
 199 boxySplitTyConApp tc orig_ty
 200   = do  { checkWiredInTyCon tc
 201         ; loop (tyConArity tc) [] orig_ty }
 202   where
 203     loop n_req args_so_far ty
 204       | Just ty' <- tcView ty = loop n_req args_so_far ty'
 205
 206     loop n_req args_so_far (TyConApp tycon args)
 207       | tc == tycon
 208       = ASSERT( n_req == length args)   -- ty::*
 209         return (args ++ args_so_far)
 210
 211     loop n_req args_so_far (AppTy fun arg)
 212       | n_req > 0
 213       = loop (n_req - 1) (arg:args_so_far) fun
 214
 215     loop n_req args_so_far (TyVarTy tv)
 216       | isTyConableTyVar tv
 217       , res_kind `isSubKind` tyVarKind tv
 218       = do { cts <- readMetaTyVar tv
 219            ; case cts of
 220                Indirect ty -> loop n_req args_so_far ty
 221                Flexi       -> do { arg_tys <- withMetaTvs tv arg_kinds mk_res_ty
 222                                  ; return (arg_tys ++ args_so_far) }
 223         }
 224       where
 225         mk_res_ty arg_tys' = mkTyConApp tc arg_tys'
 226         (arg_kinds, res_kind) = splitKindFunTysN n_req (tyConKind tc)
 227
 228     loop _ _ _ = boxySplitFailure (mkTyConApp tc (mkTyVarTys (tyConTyVars tc))) orig_ty
 229
 230 ----------------------
 231 boxySplitListTy :: BoxyRhoType -> TcM BoxySigmaType     -- Special case for lists
 232 boxySplitListTy exp_ty = do { [elt_ty] <- boxySplitTyConApp listTyCon exp_ty
 233                             ; return elt_ty }
 234
 235
 236 ----------------------
 237 boxySplitAppTy :: BoxyRhoType                           -- Type to split: m a
 238                -> TcM (BoxySigmaType, BoxySigmaType)    -- Returns m, a
 239 -- If the incoming type is a mutable type variable of kind k, then
 240 -- boxySplitAppTy returns a new type variable (m: * -> k); note the *.
 241 -- If the incoming type is boxy, then so are the result types; and vice versa
 242
 243 boxySplitAppTy orig_ty
 244   = loop orig_ty
 245   where
 246     loop ty
 247       | Just ty' <- tcView ty = loop ty'
 248
 249     loop ty
 250       | Just (fun_ty, arg_ty) <- tcSplitAppTy_maybe ty
 251       = return (fun_ty, arg_ty)
 252
 253     loop (TyVarTy tv)
 254       | isTyConableTyVar tv
 255       = do { cts <- readMetaTyVar tv
 256            ; case cts of
 257                Indirect ty -> loop ty
 258                Flexi -> do { [fun_ty,arg_ty] <- withMetaTvs tv kinds mk_res_ty
 259                                  ; return (fun_ty, arg_ty) } }
 260       where
 261         mk_res_ty [fun_ty', arg_ty'] = mkAppTy fun_ty' arg_ty'
 262         mk_res_ty other = panic "TcUnify.mk_res_ty2"
 263         tv_kind = tyVarKind tv
 264         kinds = [mkArrowKind liftedTypeKind (defaultKind tv_kind),
 265                                                 -- m :: * -> k
 266                  liftedTypeKind]                -- arg type :: *
 267         -- The defaultKind is a bit smelly.  If you remove it,
 268         -- try compiling        f x = do { x }
 269         -- and you'll get a kind mis-match.  It smells, but
 270         -- not enough to lose sleep over.
 271
 272     loop _ = boxySplitFailure (mkAppTy alphaTy betaTy) orig_ty
 273
 274 ------------------
 275 boxySplitFailure actual_ty expected_ty
 276   = unifyMisMatch False False actual_ty expected_ty
 277         -- "outer" is False, so we don't pop the context
 278         -- which is what we want since we have not pushed one!
 279 \end{code}
 280
 281
 282 --------------------------------
 283 -- withBoxes: the key utility function
 284 --------------------------------
 285
 286 \begin{code}
 287 withMetaTvs :: TcTyVar  -- An unfilled-in, non-skolem, meta type variable
 288             -> [Kind]   -- Make fresh boxes (with the same BoxTv/TauTv setting as tv)
 289             -> ([BoxySigmaType] -> BoxySigmaType)
 290                                         -- Constructs the type to assign
 291                                         -- to the original var
 292             -> TcM [BoxySigmaType]      -- Return the fresh boxes
 293
 294 -- It's entirely possible for the [kind] to be empty.
 295 -- For example, when pattern-matching on True,
 296 -- we call boxySplitTyConApp passing a boolTyCon
 297
 298 -- Invariant: tv is still Flexi
 299
 300 withMetaTvs tv kinds mk_res_ty
 301   | isBoxyTyVar tv
 302   = do  { box_tvs <- mapM (newMetaTyVar BoxTv) kinds
 303         ; let box_tys = mkTyVarTys box_tvs
 304         ; writeMetaTyVar tv (mk_res_ty box_tys)
 305         ; return box_tys }
 306
 307   | otherwise                   -- Non-boxy meta type variable
 308   = do  { tau_tys <- mapM newFlexiTyVarTy kinds
 309         ; writeMetaTyVar tv (mk_res_ty tau_tys) -- Write it *first*
 310                                                 -- Sure to be a tau-type
 311         ; return tau_tys }
 312
 313 withBox :: Kind -> (BoxySigmaType -> TcM a) -> TcM (a, TcType)
 314 -- Allocate a *boxy* tyvar
 315 withBox kind thing_inside
 316   = do  { box_tv <- newMetaTyVar BoxTv kind
 317         ; res <- thing_inside (mkTyVarTy box_tv)
 318         ; ty  <- {- pprTrace "with_box" (ppr (mkTyVarTy box_tv)) $ -} readFilledBox box_tv
 319         ; return (res, ty) }
 320 \end{code}
 321
 322
 323 %************************************************************************
 324 %*                                                                      *
 325                 Approximate boxy matching
 326 %*                                                                      *
 327 %************************************************************************
 328
 329 \begin{code}
 330 preSubType :: [TcTyVar]         -- Quantified type variables
 331            -> TcTyVarSet        -- Subset of quantified type variables
 332                                 --   see Note [Pre-sub boxy]
 333             -> TcType           -- The rho-type part; quantified tyvars scopes over this
 334             -> BoxySigmaType    -- Matching type from the context
 335             -> TcM [TcType]     -- Types to instantiate the tyvars
 336 -- Perform pre-subsumption, and return suitable types
 337 -- to instantiate the quantified type varibles:
 338 --      info from the pre-subsumption, if there is any
 339 --      a boxy type variable otherwise
 340 --
 341 -- Note [Pre-sub boxy]
 342 --   The 'btvs' are a subset of 'qtvs'.  They are the ones we can
 343 --   instantiate to a boxy type variable, because they'll definitely be
 344 --   filled in later.  This isn't always the case; sometimes we have type
 345 --   variables mentioned in the context of the type, but not the body;
 346 --                f :: forall a b. C a b => a -> a
 347 --   Then we may land up with an unconstrained 'b', so we want to
 348 --   instantiate it to a monotype (non-boxy) type variable
 349 --
 350 -- The 'qtvs' that are *neither* fixed by the pre-subsumption, *nor* are in 'btvs',
 351 -- are instantiated to TauTv meta variables.
 352
 353 preSubType qtvs btvs qty expected_ty
 354   = do { tys <- mapM inst_tv qtvs
 355         ; traceTc (text "preSubType" <+> (ppr qtvs $$ ppr btvs $$ ppr qty $$ ppr expected_ty $$ ppr pre_subst $$ ppr tys))
 356         ; return tys }
 357   where
 358     pre_subst = boxySubMatchType (mkVarSet qtvs) qty expected_ty
 359     inst_tv tv
 360         | Just boxy_ty <- lookupTyVar pre_subst tv = return boxy_ty
 361         | tv `elemVarSet` btvs = do { tv' <- tcInstBoxyTyVar tv
 362                                     ; return (mkTyVarTy tv') }
 363         | otherwise            = do { tv' <- tcInstTyVar tv
 364                                     ; return (mkTyVarTy tv') }
 365
 366 boxySubMatchType
 367         :: TcTyVarSet -> TcType -- The "template"; the tyvars are skolems
 368         -> BoxyRhoType          -- Type to match (note a *Rho* type)
 369         -> TvSubst              -- Substitution of the [TcTyVar] to BoxySigmaTypes
 370
 371 -- boxySubMatchType implements the Pre-subsumption judgement, in Fig 5 of the paper
 372 -- "Boxy types: inference for higher rank types and impredicativity"
 373
 374 boxySubMatchType tmpl_tvs tmpl_ty boxy_ty
 375   = go tmpl_tvs tmpl_ty emptyVarSet boxy_ty
 376   where
 377     go t_tvs t_ty b_tvs b_ty
 378         | Just t_ty' <- tcView t_ty = go t_tvs t_ty' b_tvs b_ty
 379         | Just b_ty' <- tcView b_ty = go t_tvs t_ty b_tvs b_ty'
 380
 381     go t_tvs (TyVarTy _) b_tvs b_ty = emptyTvSubst      -- Rule S-ANY; no bindings
 382         -- Rule S-ANY covers (a) type variables and (b) boxy types
 383         -- in the template.  Both look like a TyVarTy.
 384         -- See Note [Sub-match] below
 385
 386     go t_tvs t_ty b_tvs b_ty
 387         | isSigmaTy t_ty, (tvs, _, t_tau) <- tcSplitSigmaTy t_ty
 388         = go (t_tvs `delVarSetList` tvs) t_tau b_tvs b_ty       -- Rule S-SPEC
 389                 -- Under a forall on the left, if there is shadowing,
 390                 -- do not bind! Hence the delVarSetList.
 391         | isSigmaTy b_ty, (tvs, _, b_tau) <- tcSplitSigmaTy b_ty
 392         = go t_tvs t_ty (extendVarSetList b_tvs tvs) b_tau      -- Rule S-SKOL
 393                 -- Add to the variables we must not bind to
 394         -- NB: it's *important* to discard the theta part. Otherwise
 395         -- consider (forall a. Eq a => a -> b) ~<~ (Int -> Int -> Bool)
 396         -- and end up with a completely bogus binding (b |-> Bool), by lining
 397         -- up the (Eq a) with the Int, whereas it should be (b |-> (Int->Bool)).
 398         -- This pre-subsumption stuff can return too few bindings, but it
 399         -- must *never* return bogus info.
 400
 401     go t_tvs (FunTy arg1 res1) b_tvs (FunTy arg2 res2)  -- Rule S-FUN
 402         = boxy_match t_tvs arg1 b_tvs arg2 (go t_tvs res1 b_tvs res2)
 403         -- Match the args, and sub-match the results
 404
 405     go t_tvs t_ty b_tvs b_ty = boxy_match t_tvs t_ty b_tvs b_ty emptyTvSubst
 406         -- Otherwise defer to boxy matching
 407         -- This covers TyConApp, AppTy, PredTy
 408 \end{code}
 409
 410 Note [Sub-match]
 411 ~~~~~~~~~~~~~~~~
 412 Consider this
 413         head :: [a] -> a
 414         |- head xs : <rhobox>
 415 We will do a boxySubMatchType between   a ~ <rhobox>
 416 But we *don't* want to match [a |-> <rhobox>] because
 417     (a) The box should be filled in with a rho-type, but
 418            but the returned substitution maps TyVars to boxy
 419            *sigma* types
 420     (b) In any case, the right final answer might be *either*
 421            instantiate 'a' with a rho-type or a sigma type
 422            head xs : Int   vs   head xs : forall b. b->b
 423 So the matcher MUST NOT make a choice here.   In general, we only
 424 bind a template type variable in boxyMatchType, not in boxySubMatchType.
 425
 426
 427 \begin{code}
 428 boxyMatchTypes
 429         :: TcTyVarSet -> [TcType] -- The "template"; the tyvars are skolems
 430         -> [BoxySigmaType]        -- Type to match
 431         -> TvSubst                -- Substitution of the [TcTyVar] to BoxySigmaTypes
 432
 433 -- boxyMatchTypes implements the Pre-matching judgement, in Fig 5 of the paper
 434 -- "Boxy types: inference for higher rank types and impredicativity"
 435
 436 -- Find a *boxy* substitution that makes the template look as much
 437 --      like the BoxySigmaType as possible.
 438 -- It's always ok to return an empty substitution;
 439 --      anything more is jam on the pudding
 440 --
 441 -- NB1: This is a pure, non-monadic function.
 442 --      It does no unification, and cannot fail
 443 --
 444 -- Precondition: the arg lengths are equal
 445 -- Precondition: none of the template type variables appear anywhere in the [BoxySigmaType]
 446 --
 447
 448 ------------
 449 boxyMatchTypes tmpl_tvs tmpl_tys boxy_tys
 450   = ASSERT( length tmpl_tys == length boxy_tys )
 451     boxy_match_s tmpl_tvs tmpl_tys emptyVarSet boxy_tys emptyTvSubst
 452         -- ToDo: add error context?
 453
 454 boxy_match_s tmpl_tvs [] boxy_tvs [] subst
 455   = subst
 456 boxy_match_s tmpl_tvs (t_ty:t_tys) boxy_tvs (b_ty:b_tys) subst
 457   = boxy_match tmpl_tvs t_ty boxy_tvs b_ty $
 458     boxy_match_s tmpl_tvs t_tys boxy_tvs b_tys subst
 459 boxy_match_s tmpl_tvs _ boxy_tvs _ subst
 460   = panic "boxy_match_s"        -- Lengths do not match
 461
 462
 463 ------------
 464 boxy_match :: TcTyVarSet -> TcType      -- Template
 465            -> TcTyVarSet                -- boxy_tvs: do not bind template tyvars to any of these
 466            -> BoxySigmaType             -- Match against this type
 467            -> TvSubst
 468            -> TvSubst
 469
 470 -- The boxy_tvs argument prevents this match:
 471 --      [a]  forall b. a  ~  forall b. b
 472 -- We don't want to bind the template variable 'a'
 473 -- to the quantified type variable 'b'!
 474
 475 boxy_match tmpl_tvs orig_tmpl_ty boxy_tvs orig_boxy_ty subst
 476   = go orig_tmpl_ty orig_boxy_ty
 477   where
 478     go t_ty b_ty
 479         | Just t_ty' <- tcView t_ty = go t_ty' b_ty
 480         | Just b_ty' <- tcView b_ty = go t_ty b_ty'
 481
 482     go ty1 ty2          -- C.f. the isSigmaTy case for boxySubMatchType
 483         | isSigmaTy ty1
 484         , (tvs1, _, tau1) <- tcSplitSigmaTy ty1
 485         , (tvs2, _, tau2) <- tcSplitSigmaTy ty2
 486         , equalLength tvs1 tvs2
 487         = boxy_match (tmpl_tvs `delVarSetList` tvs1)    tau1
 488                      (boxy_tvs `extendVarSetList` tvs2) tau2 subst
 489
 490     go (TyConApp tc1 tys1) (TyConApp tc2 tys2)
 491         | tc1 == tc2
 492         , not $ isOpenSynTyCon tc1
 493         = go_s tys1 tys2
 494
 495     go (FunTy arg1 res1) (FunTy arg2 res2)
 496         = go_s [arg1,res1] [arg2,res2]
 497
 498     go t_ty b_ty
 499         | Just (s1,t1) <- tcSplitAppTy_maybe t_ty,
 500           Just (s2,t2) <- tcSplitAppTy_maybe b_ty,
 501           typeKind t2 `isSubKind` typeKind t1   -- Maintain invariant
 502         = go_s [s1,t1] [s2,t2]
 503
 504     go (TyVarTy tv) b_ty
 505         | tv `elemVarSet` tmpl_tvs      -- Template type variable in the template
 506         , boxy_tvs `disjointVarSet` tyVarsOfType orig_boxy_ty
 507         , typeKind b_ty `isSubKind` tyVarKind tv  -- See Note [Matching kinds]
 508         = extendTvSubst subst tv boxy_ty'
 509         | otherwise
 510         = subst                         -- Ignore others
 511         where
 512           boxy_ty' = case lookupTyVar subst tv of
 513                         Nothing -> orig_boxy_ty
 514                         Just ty -> ty `boxyLub` orig_boxy_ty
 515
 516     go _ _ = emptyTvSubst       -- It's important to *fail* by returning the empty substitution
 517         -- Example:  Tree a ~ Maybe Int
 518         -- We do not want to bind (a |-> Int) in pre-matching, because that can give very
 519         -- misleading error messages.  An even more confusing case is
 520         --           a -> b ~ Maybe Int
 521         -- Then we do not want to bind (b |-> Int)!  It's always safe to discard bindings
 522         -- from this pre-matching phase.
 523
 524     --------
 525     go_s tys1 tys2 = boxy_match_s tmpl_tvs tys1 boxy_tvs tys2 subst
 526
 527
 528 boxyLub :: BoxySigmaType -> BoxySigmaType -> BoxySigmaType
 529 -- Combine boxy information from the two types
 530 -- If there is a conflict, return the first
 531 boxyLub orig_ty1 orig_ty2
 532   = go orig_ty1 orig_ty2
 533   where
 534     go (AppTy f1 a1) (AppTy f2 a2) = AppTy (boxyLub f1 f2) (boxyLub a1 a2)
 535     go (FunTy f1 a1) (FunTy f2 a2) = FunTy (boxyLub f1 f2) (boxyLub a1 a2)
 536     go (TyConApp tc1 ts1) (TyConApp tc2 ts2)
 537       | tc1 == tc2, length ts1 == length ts2
 538       = TyConApp tc1 (zipWith boxyLub ts1 ts2)
 539
 540     go (TyVarTy tv1) ty2                -- This is the whole point;
 541       | isTcTyVar tv1, isBoxyTyVar tv1  -- choose ty2 if ty2 is a box
 542       = orig_ty2
 543
 544         -- Look inside type synonyms, but only if the naive version fails
 545     go ty1 ty2 | Just ty1' <- tcView ty1 = go ty1' ty2
 546                | Just ty2' <- tcView ty1 = go ty1 ty2'
 547
 548     -- For now, we don't look inside ForAlls, PredTys
 549     go ty1 ty2 = orig_ty1       -- Default
 550 \end{code}
 551
 552 Note [Matching kinds]
 553 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 554 The target type might legitimately not be a sub-kind of template.
 555 For example, suppose the target is simply a box with an OpenTypeKind,
 556 and the template is a type variable with LiftedTypeKind.
 557 Then it's ok (because the target type will later be refined).
 558 We simply don't bind the template type variable.
 559
 560 It might also be that the kind mis-match is an error. For example,
 561 suppose we match the template (a -> Int) against (Int# -> Int),
 562 where the template type variable 'a' has LiftedTypeKind.  This
 563 matching function does not fail; it simply doesn't bind the template.
 564 Later stuff will fail.
 565
 566 %************************************************************************
 567 %*                                                                      *
 568                 Subsumption checking
 569 %*                                                                      *
 570 %************************************************************************
 571
 572 All the tcSub calls have the form
 573
 574                 tcSub expected_ty offered_ty
 575 which checks
 576                 offered_ty <= expected_ty
 577
 578 That is, that a value of type offered_ty is acceptable in
 579 a place expecting a value of type expected_ty.
 580
 581 It returns a coercion function
 582         co_fn :: offered_ty ~ expected_ty
 583 which takes an HsExpr of type offered_ty into one of type
 584 expected_ty.
 585
 586 \begin{code}
 587 -----------------
 588 tcSubExp :: BoxySigmaType -> BoxySigmaType -> TcM HsWrapper     -- Locally used only
 589         -- (tcSub act exp) checks that
 590         --      act <= exp
 591 tcSubExp actual_ty expected_ty
 592   = -- addErrCtxtM (unifyCtxt actual_ty expected_ty) $
 593     -- Adding the error context here leads to some very confusing error
 594     -- messages, such as "can't match forall a. a->a with forall a. a->a"
 595     -- Example is tcfail165:
 596     --      do var <- newEmptyMVar :: IO (MVar (forall a. Show a => a -> String))
 597     --         putMVar var (show :: forall a. Show a => a -> String)
 598     -- Here the info does not flow from the 'var' arg of putMVar to its 'show' arg
 599     -- but after zonking it looks as if it does!
 600     --
 601     -- So instead I'm adding the error context when moving from tc_sub to u_tys
 602
 603     traceTc (text "tcSubExp" <+> ppr actual_ty <+> ppr expected_ty) >>
 604     tc_sub SubOther actual_ty actual_ty False expected_ty expected_ty
 605
 606 tcFunResTy :: Name -> BoxySigmaType -> BoxySigmaType -> TcM HsWrapper   -- Locally used only
 607 tcFunResTy fun actual_ty expected_ty
 608   = traceTc (text "tcFunResTy" <+> ppr actual_ty <+> ppr expected_ty) >>
 609     tc_sub (SubFun fun) actual_ty actual_ty False expected_ty expected_ty
 610
 611 -----------------
 612 data SubCtxt = SubDone          -- Error-context already pushed
 613              | SubFun Name      -- Context is tcFunResTy
 614              | SubOther         -- Context is something else
 615
 616 tc_sub :: SubCtxt               -- How to add an error-context
 617        -> BoxySigmaType         -- actual_ty, before expanding synonyms
 618        -> BoxySigmaType         --              ..and after
 619        -> InBox                 -- True <=> expected_ty is inside a box
 620        -> BoxySigmaType         -- expected_ty, before
 621        -> BoxySigmaType         --              ..and after
 622        -> TcM HsWrapper
 623                                 -- The acual_ty is never inside a box
 624 -- IMPORTANT pre-condition: if the args contain foralls, the bound type
 625 --                          variables are visible non-monadically
 626 --                          (i.e. tha args are sufficiently zonked)
 627 -- This invariant is needed so that we can "see" the foralls, ad
 628 -- e.g. in the SPEC rule where we just use splitSigmaTy
 629
 630 tc_sub sub_ctxt act_sty act_ty exp_ib exp_sty exp_ty
 631   = traceTc (text "tc_sub" <+> ppr act_ty $$ ppr exp_ty) >>
 632     tc_sub1 sub_ctxt act_sty act_ty exp_ib exp_sty exp_ty
 633         -- This indirection is just here to make
 634         -- it easy to insert a debug trace!
 635
 636 tc_sub1 sub_ctxt act_sty act_ty exp_ib exp_sty exp_ty
 637   | Just exp_ty' <- tcView exp_ty = tc_sub sub_ctxt act_sty act_ty exp_ib exp_sty exp_ty'
 638 tc_sub1 sub_ctxt act_sty act_ty exp_ib exp_sty exp_ty
 639   | Just act_ty' <- tcView act_ty = tc_sub sub_ctxt act_sty act_ty' exp_ib exp_sty exp_ty
 640
 641 -----------------------------------
 642 -- Rule SBOXY, plus other cases when act_ty is a type variable
 643 -- Just defer to boxy matching
 644 -- This rule takes precedence over SKOL!
 645 tc_sub1 sub_ctxt act_sty (TyVarTy tv) exp_ib exp_sty exp_ty
 646   = do  { traceTc (text "tc_sub1 - case 1")
 647         ; coi <- addSubCtxt sub_ctxt act_sty exp_sty $
 648                  uVar True False tv exp_ib exp_sty exp_ty
 649         ; traceTc (case coi of
 650                         IdCo   -> text "tc_sub1 (Rule SBOXY) IdCo"
 651                         ACo co -> text "tc_sub1 (Rule SBOXY) ACo" <+> ppr co)
 652         ; return $ case coi of
 653                         IdCo   -> idHsWrapper
 654                         ACo co -> WpCo co
 655         }
 656
 657 -----------------------------------
 658 -- Skolemisation case (rule SKOL)
 659 --      actual_ty:   d:Eq b => b->b
 660 --      expected_ty: forall a. Ord a => a->a
 661 --      co_fn e      /\a. \d2:Ord a. let d = eqFromOrd d2 in e
 662
 663 -- It is essential to do this *before* the specialisation case
 664 -- Example:  f :: (Eq a => a->a) -> ...
 665 --           g :: Ord b => b->b
 666 -- Consider  f g !
 667
 668 tc_sub1 sub_ctxt act_sty act_ty exp_ib exp_sty exp_ty
 669   | isSigmaTy exp_ty
 670   = do { traceTc (text "tc_sub1 - case 2") ;
 671     if exp_ib then      -- SKOL does not apply if exp_ty is inside a box
 672         defer_to_boxy_matching sub_ctxt act_sty act_ty exp_ib exp_sty exp_ty
 673     else do
 674         { (gen_fn, co_fn) <- tcGen exp_ty act_tvs $ \ _ body_exp_ty ->
 675                              tc_sub sub_ctxt act_sty act_ty False body_exp_ty body_exp_ty
 676         ; return (gen_fn <.> co_fn) }
 677     }
 678   where
 679     act_tvs = tyVarsOfType act_ty
 680                 -- It's really important to check for escape wrt
 681                 -- the free vars of both expected_ty *and* actual_ty
 682
 683 -----------------------------------
 684 -- Specialisation case (rule ASPEC):
 685 --      actual_ty:   forall a. Ord a => a->a
 686 --      expected_ty: Int -> Int
 687 --      co_fn e =    e Int dOrdInt
 688
 689 tc_sub1 sub_ctxt act_sty actual_ty exp_ib exp_sty expected_ty
 690 -- Implements the new SPEC rule in the Appendix of the paper
 691 -- "Boxy types: inference for higher rank types and impredicativity"
 692 -- (This appendix isn't in the published version.)
 693 -- The idea is to *first* do pre-subsumption, and then full subsumption
 694 -- Example:     forall a. a->a  <=  Int -> (forall b. Int)
 695 --   Pre-subsumpion finds a|->Int, and that works fine, whereas
 696 --   just running full subsumption would fail.
 697   | isSigmaTy actual_ty
 698   = do  { traceTc (text "tc_sub1 - case 3")
 699         ;       -- Perform pre-subsumption, and instantiate
 700                 -- the type with info from the pre-subsumption;
 701                 -- boxy tyvars if pre-subsumption gives no info
 702           let (tyvars, theta, tau) = tcSplitSigmaTy actual_ty
 703               tau_tvs = exactTyVarsOfType tau
 704         ; inst_tys <- if exp_ib then    -- Inside a box, do not do clever stuff
 705                         do { tyvars' <- mapM tcInstBoxyTyVar tyvars
 706                            ; return (mkTyVarTys tyvars') }
 707                       else              -- Outside, do clever stuff
 708                         preSubType tyvars tau_tvs tau expected_ty
 709         ; let subst' = zipOpenTvSubst tyvars inst_tys
 710               tau'   = substTy subst' tau
 711
 712                 -- Perform a full subsumption check
 713         ; traceTc (text "tc_sub_spec" <+> vcat [ppr actual_ty,
 714                                                 ppr tyvars <+> ppr theta <+> ppr tau,
 715                                                 ppr tau'])
 716         ; co_fn2 <- tc_sub sub_ctxt tau' tau' exp_ib exp_sty expected_ty
 717
 718                 -- Deal with the dictionaries
 719                 -- The origin gives a helpful origin when we have
 720                 -- a function with type f :: Int -> forall a. Num a => ...
 721                 -- This way the (Num a) dictionary gets an OccurrenceOf f origin
 722         ; let orig = case sub_ctxt of
 723                         SubFun n -> OccurrenceOf n
 724                         other    -> InstSigOrigin       -- Unhelpful
 725         ; co_fn1 <- instCall orig inst_tys (substTheta subst' theta)
 726         ; return (co_fn2 <.> co_fn1) }
 727
 728 -----------------------------------
 729 -- Function case (rule F1)
 730 tc_sub1 sub_ctxt act_sty (FunTy act_arg act_res) exp_ib exp_sty (FunTy exp_arg exp_res)
 731   = do { traceTc (text "tc_sub1 - case 4")
 732        ; addSubCtxt sub_ctxt act_sty exp_sty $
 733                     tc_sub_funs act_arg act_res exp_ib exp_arg exp_res
 734        }
 735
 736 -- Function case (rule F2)
 737 tc_sub1 sub_ctxt act_sty act_ty@(FunTy act_arg act_res) _ exp_sty (TyVarTy exp_tv)
 738   | isBoxyTyVar exp_tv
 739   = addSubCtxt sub_ctxt act_sty exp_sty $
 740     do  { traceTc (text "tc_sub1 - case 5")
 741         ; cts <- readMetaTyVar exp_tv
 742         ; case cts of
 743             Indirect ty -> tc_sub SubDone act_sty act_ty True exp_sty ty
 744             Flexi -> do { [arg_ty,res_ty] <- withMetaTvs exp_tv fun_kinds mk_res_ty
 745                               ; tc_sub_funs act_arg act_res True arg_ty res_ty } }
 746  where
 747     mk_res_ty [arg_ty', res_ty'] = mkFunTy arg_ty' res_ty'
 748     mk_res_ty other = panic "TcUnify.mk_res_ty3"
 749     fun_kinds = [argTypeKind, openTypeKind]
 750
 751 -- Everything else: defer to boxy matching
 752 tc_sub1 sub_ctxt act_sty actual_ty exp_ib exp_sty expected_ty@(TyVarTy exp_tv)
 753   = do { traceTc (text "tc_sub1 - case 6a" <+> ppr [isBoxyTyVar exp_tv, isMetaTyVar exp_tv, isSkolemTyVar exp_tv, isExistentialTyVar exp_tv,isSigTyVar exp_tv] )
 754        ; defer_to_boxy_matching sub_ctxt act_sty actual_ty exp_ib exp_sty expected_ty
 755        }
 756
 757 tc_sub1 sub_ctxt act_sty actual_ty exp_ib exp_sty expected_ty
 758   = do { traceTc (text "tc_sub1 - case 6")
 759        ; defer_to_boxy_matching sub_ctxt act_sty actual_ty exp_ib exp_sty expected_ty
 760        }
 761
 762 -----------------------------------
 763 defer_to_boxy_matching sub_ctxt act_sty actual_ty exp_ib exp_sty expected_ty
 764   = do  { coi <- addSubCtxt sub_ctxt act_sty exp_sty $
 765           u_tys outer False act_sty actual_ty exp_ib exp_sty expected_ty
 766         ; return $ case coi of
 767                         IdCo   -> idHsWrapper
 768                         ACo co -> WpCo co
 769         }
 770   where
 771     outer = case sub_ctxt of            -- Ugh
 772                 SubDone -> False
 773                 other   -> True
 774
 775 -----------------------------------
 776 tc_sub_funs act_arg act_res exp_ib exp_arg exp_res
 777   = do  { arg_coi   <- uTys False act_arg exp_ib exp_arg
 778         ; co_fn_res <- tc_sub SubDone act_res act_res exp_ib exp_res exp_res
 779         ; wrapper1  <- wrapFunResCoercion [exp_arg] co_fn_res
 780         ; let wrapper2 = case arg_coi of
 781                                 IdCo   -> idHsWrapper
 782                                 ACo co -> WpCo $ FunTy co act_res
 783         ; return (wrapper1 <.> wrapper2)
 784         }
 785
 786 -----------------------------------
 787 wrapFunResCoercion
 788         :: [TcType]     -- Type of args
 789         -> HsWrapper    -- HsExpr a -> HsExpr b
 790         -> TcM HsWrapper        -- HsExpr (arg_tys -> a) -> HsExpr (arg_tys -> b)
 791 wrapFunResCoercion arg_tys co_fn_res
 792   | isIdHsWrapper co_fn_res
 793   = return idHsWrapper
 794   | null arg_tys
 795   = return co_fn_res
 796   | otherwise
 797   = do  { arg_ids <- newSysLocalIds FSLIT("sub") arg_tys
 798         ; return (mkWpLams arg_ids <.> co_fn_res <.> mkWpApps arg_ids) }
 799 \end{code}
 800
 801
 802
 803 %************************************************************************
 804 %*                                                                      *
 805 \subsection{Generalisation}
 806 %*                                                                      *
 807 %************************************************************************
 808
 809 \begin{code}
 810 tcGen :: BoxySigmaType                          -- expected_ty
 811       -> TcTyVarSet                             -- Extra tyvars that the universally
 812                                                 --      quantified tyvars of expected_ty
 813                                                 --      must not be unified
 814       -> ([TcTyVar] -> BoxyRhoType -> TcM result)
 815       -> TcM (HsWrapper, result)
 816         -- The expression has type: spec_ty -> expected_ty
 817
 818 tcGen expected_ty extra_tvs thing_inside        -- We expect expected_ty to be a forall-type
 819                                                 -- If not, the call is a no-op
 820   = do  { traceTc (text "tcGen")
 821                 -- We want the GenSkol info in the skolemised type variables to
 822                 -- mention the *instantiated* tyvar names, so that we get a
 823                 -- good error message "Rigid variable 'a' is bound by (forall a. a->a)"
 824                 -- Hence the tiresome but innocuous fixM
 825         ; ((tvs', theta', rho'), skol_info) <- fixM (\ ~(_, skol_info) ->
 826                 do { (forall_tvs, theta, rho_ty) <- tcInstSkolType skol_info expected_ty
 827                         -- Get loation from monad, not from expected_ty
 828                    ; let skol_info = GenSkol forall_tvs (mkPhiTy theta rho_ty)
 829                    ; return ((forall_tvs, theta, rho_ty), skol_info) })
 830
 831 #ifdef DEBUG
 832         ; traceTc (text "tcGen" <+> vcat [text "extra_tvs" <+> ppr extra_tvs,
 833                                     text "expected_ty" <+> ppr expected_ty,
 834                                     text "inst ty" <+> ppr tvs' <+> ppr theta' <+> ppr rho',
 835                                     text "free_tvs" <+> ppr free_tvs])
 836 #endif
 837
 838         -- Type-check the arg and unify with poly type
 839         ; (result, lie) <- getLIE (thing_inside tvs' rho')
 840
 841         -- Check that the "forall_tvs" havn't been constrained
 842         -- The interesting bit here is that we must include the free variables
 843         -- of the expected_ty.  Here's an example:
 844         --       runST (newVar True)
 845         -- Here, if we don't make a check, we'll get a type (ST s (MutVar s Bool))
 846         -- for (newVar True), with s fresh.  Then we unify with the runST's arg type
 847         -- forall s'. ST s' a. That unifies s' with s, and a with MutVar s Bool.
 848         -- So now s' isn't unconstrained because it's linked to a.
 849         -- Conclusion: include the free vars of the expected_ty in the
 850         -- list of "free vars" for the signature check.
 851
 852         ; loc <- getInstLoc (SigOrigin skol_info)
 853         ; dicts <- newDictBndrs loc theta'
 854         ; inst_binds <- tcSimplifyCheck loc tvs' dicts lie
 855
 856         ; checkSigTyVarsWrt free_tvs tvs'
 857         ; traceTc (text "tcGen:done")
 858
 859         ; let
 860             -- The WpLet binds any Insts which came out of the simplification.
 861                 dict_ids = map instToId dicts
 862                 co_fn = mkWpTyLams tvs' <.> mkWpLams dict_ids <.> WpLet inst_binds
 863         ; returnM (co_fn, result) }
 864   where
 865     free_tvs = tyVarsOfType expected_ty `unionVarSet` extra_tvs
 866 \end{code}
 867
 868
 869
 870 %************************************************************************
 871 %*                                                                      *
 872                 Boxy unification
 873 %*                                                                      *
 874 %************************************************************************
 875
 876 The exported functions are all defined as versions of some
 877 non-exported generic functions.
 878
 879 \begin{code}
 880 boxyUnify :: BoxyType -> BoxyType -> TcM CoercionI
 881 -- Acutal and expected, respectively
 882 boxyUnify ty1 ty2
 883   = addErrCtxtM (unifyCtxt ty1 ty2) $
 884     uTysOuter False ty1 False ty2
 885
 886 ---------------
 887 boxyUnifyList :: [BoxyType] -> [BoxyType] -> TcM [CoercionI]
 888 -- Arguments should have equal length
 889 -- Acutal and expected types
 890 boxyUnifyList tys1 tys2 = uList boxyUnify tys1 tys2
 891
 892 ---------------
 893 unifyType :: TcTauType -> TcTauType -> TcM CoercionI
 894 -- No boxes expected inside these types
 895 -- Acutal and expected types
 896 unifyType ty1 ty2       -- ty1 expected, ty2 inferred
 897   = ASSERT2( not (isBoxyTy ty1), ppr ty1 )
 898     ASSERT2( not (isBoxyTy ty2), ppr ty2 )
 899     addErrCtxtM (unifyCtxt ty1 ty2) $
 900     uTysOuter True ty1 True ty2
 901
 902 ---------------
 903 unifyPred :: PredType -> PredType -> TcM CoercionI
 904 -- Acutal and expected types
 905 unifyPred p1 p2 = addErrCtxtM (unifyCtxt (mkPredTy p1) (mkPredTy p2)) $
 906                         uPred True True p1 True p2
 907
 908 unifyTheta :: TcThetaType -> TcThetaType -> TcM [CoercionI]
 909 -- Acutal and expected types
 910 unifyTheta theta1 theta2
 911   = do  { checkTc (equalLength theta1 theta2)
 912                   (vcat [ptext SLIT("Contexts differ in length"),
 913                          nest 2 $ parens $ ptext SLIT("Use -fglasgow-exts to allow this")])
 914         ; uList unifyPred theta1 theta2
 915         }
 916
 917 ---------------
 918 uList :: (a -> a -> TcM b)
 919        -> [a] -> [a] -> TcM [b]
 920 -- Unify corresponding elements of two lists of types, which
 921 -- should be of equal length.  We charge down the list explicitly so that
 922 -- we can complain if their lengths differ.
 923 uList unify []         []         = return []
 924 uList unify (ty1:tys1) (ty2:tys2) = do { x  <- unify ty1 ty2;
 925                                        ; xs <- uList unify tys1 tys2
 926                                        ; return (x:xs)
 927                                        }
 928 uList unify ty1s ty2s = panic "Unify.uList: mismatched type lists!"
 929 \end{code}
 930
 931 @unifyTypeList@ takes a single list of @TauType@s and unifies them
 932 all together.  It is used, for example, when typechecking explicit
 933 lists, when all the elts should be of the same type.
 934
 935 \begin{code}
 936 unifyTypeList :: [TcTauType] -> TcM ()
 937 unifyTypeList []                 = returnM ()
 938 unifyTypeList [ty]               = returnM ()
 939 unifyTypeList (ty1:tys@(ty2:_)) = do { unifyType ty1 ty2
 940                                       ; unifyTypeList tys }
 941 \end{code}
 942
 943 %************************************************************************
 944 %*                                                                      *
 945 \subsection[Unify-uTys]{@uTys@: getting down to business}
 946 %*                                                                      *
 947 %************************************************************************
 948
 949 @uTys@ is the heart of the unifier.  Each arg occurs twice, because
 950 we want to report errors in terms of synomyms if possible.  The first of
 951 the pair is used in error messages only; it is always the same as the
 952 second, except that if the first is a synonym then the second may be a
 953 de-synonym'd version.  This way we get better error messages.
 954
 955 We call the first one \tr{ps_ty1}, \tr{ps_ty2} for ``possible synomym''.
 956
 957 \begin{code}
 958 type SwapFlag = Bool
 959         -- False <=> the two args are (actual, expected) respectively
 960         -- True  <=> the two args are (expected, actual) respectively
 961
 962 type InBox = Bool       -- True  <=> we are inside a box
 963                         -- False <=> we are outside a box
 964         -- The importance of this is that if we get "filled-box meets
 965         -- filled-box", we'll look into the boxes and unify... but
 966         -- we must not allow polytypes.  But if we are in a box on
 967         -- just one side, then we can allow polytypes
 968
 969 type Outer = Bool       -- True <=> this is the outer level of a unification
 970                         --          so that the types being unified are the
 971                         --          very ones we began with, not some sub
 972                         --          component or synonym expansion
 973 -- The idea is that if Outer is true then unifyMisMatch should
 974 -- pop the context to remove the "Expected/Acutal" context
 975
 976 uTysOuter, uTys
 977      :: InBox -> TcType -- ty1 is the *actual*   type
 978      -> InBox -> TcType -- ty2 is the *expected* type
 979      -> TcM CoercionI
 980 uTysOuter nb1 ty1 nb2 ty2
 981         = do { traceTc (text "uTysOuter" <+> ppr ty1 <+> ppr ty2)
 982              ; u_tys True nb1 ty1 ty1 nb2 ty2 ty2 }
 983 uTys nb1 ty1 nb2 ty2
 984         = do { traceTc (text "uTys" <+> ppr ty1 <+> ppr ty2)
 985              ; u_tys False nb1 ty1 ty1 nb2 ty2 ty2 }
 986
 987
 988 --------------
 989 uTys_s :: InBox -> [TcType]     -- tys1 are the *actual*   types
 990        -> InBox -> [TcType]     -- tys2 are the *expected* types
 991        -> TcM [CoercionI]
 992 uTys_s nb1 []         nb2 []         = returnM []
 993 uTys_s nb1 (ty1:tys1) nb2 (ty2:tys2) = do { coi <- uTys nb1 ty1 nb2 ty2
 994                                           ; cois <- uTys_s nb1 tys1 nb2 tys2
 995                                           ; return (coi:cois)
 996                                           }
 997 uTys_s nb1 ty1s nb2 ty2s = panic "Unify.uTys_s: mismatched type lists!"
 998
 999 --------------
1000 u_tys :: Outer
1001       -> InBox -> TcType -> TcType      -- ty1 is the *actual* type
1002       -> InBox -> TcType -> TcType      -- ty2 is the *expected* type
1003       -> TcM CoercionI
1004
1005 u_tys outer nb1 orig_ty1 ty1 nb2 orig_ty2 ty2
1006   = do { traceTc (text "u_tys " <+> ppr ty1 <+> text " " <+> ppr ty2)
1007        ; coi <- go outer ty1 ty2
1008        ; traceTc (case coi of
1009                         ACo co -> text "u_tys yields coercion: " <+> ppr co
1010                         IdCo   -> text "u_tys yields no coercion")
1011        ; return coi
1012        }
1013   where
1014
1015     go :: Outer -> TcType -> TcType -> TcM CoercionI
1016     go outer ty1 ty2 =
1017         do { traceTc (text "go " <+> ppr orig_ty1 <+> text "/" <+> ppr ty1
1018                          <+> ppr orig_ty2 <+> text "/" <+>  ppr ty2)
1019            ; go1 outer ty1 ty2
1020            }
1021
1022     go1 :: Outer -> TcType -> TcType -> TcM CoercionI
1023         -- Always expand synonyms: see Note [Unification and synonyms]
1024         -- (this also throws away FTVs)
1025     go1 outer ty1 ty2
1026       | Just ty1' <- tcView ty1 = go False ty1' ty2
1027       | Just ty2' <- tcView ty2 = go False ty1 ty2'
1028
1029         -- Variables; go for uVar
1030     go1 outer (TyVarTy tyvar1) ty2 = uVar outer False tyvar1 nb2 orig_ty2 ty2
1031     go1 outer ty1 (TyVarTy tyvar2) = uVar outer True  tyvar2 nb1 orig_ty1 ty1
1032                                 -- "True" means args swapped
1033
1034         -- The case for sigma-types must *follow* the variable cases
1035         -- because a boxy variable can be filed with a polytype;
1036         -- but must precede FunTy, because ((?x::Int) => ty) look
1037         -- like a FunTy; there isn't necy a forall at the top
1038     go1 _ ty1 ty2
1039       | isSigmaTy ty1 || isSigmaTy ty2
1040       = do   { traceTc (text "We have sigma types: equalLength" <+> ppr tvs1 <+> ppr tvs2)
1041              ; checkM (equalLength tvs1 tvs2)
1042                       (unifyMisMatch outer False orig_ty1 orig_ty2)
1043              ; traceTc (text "We're past the first length test")
1044              ; tvs <- tcInstSkolTyVars UnkSkol tvs1     -- Not a helpful SkolemInfo
1045                         -- Get location from monad, not from tvs1
1046              ; let tys      = mkTyVarTys tvs
1047                    in_scope = mkInScopeSet (mkVarSet tvs)
1048                    phi1   = substTy (mkTvSubst in_scope (zipTyEnv tvs1 tys)) body1
1049                    phi2   = substTy (mkTvSubst in_scope (zipTyEnv tvs2 tys)) body2
1050                    (theta1,tau1) = tcSplitPhiTy phi1
1051                    (theta2,tau2) = tcSplitPhiTy phi2
1052
1053              ; addErrCtxtM (unifyForAllCtxt tvs phi1 phi2) $ do
1054              { checkM (equalLength theta1 theta2)
1055                       (unifyMisMatch outer False orig_ty1 orig_ty2)
1056
1057              ; cois <- uPreds False nb1 theta1 nb2 theta2 -- TOMDO: do something with these pred_cois
1058              ; traceTc (text "TOMDO!")
1059              ; coi <- uTys nb1 tau1 nb2 tau2
1060
1061                 -- Check for escape; e.g. (forall a. a->b) ~ (forall a. a->a)
1062              ; free_tvs <- zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems (tyVarsOfType ty1 `unionVarSet` tyVarsOfType ty2))
1063              ; ifM (any (`elemVarSet` free_tvs) tvs)
1064                    (bleatEscapedTvs free_tvs tvs tvs)
1065
1066                 -- If both sides are inside a box, we are in a "box-meets-box"
1067                 -- situation, and we should not have a polytype at all.
1068                 -- If we get here we have two boxes, already filled with
1069                 -- the same polytype... but it should be a monotype.
1070                 -- This check comes last, because the error message is
1071                 -- extremely unhelpful.
1072              ; ifM (nb1 && nb2) (notMonoType ty1)
1073              ; return coi
1074              }}
1075       where
1076         (tvs1, body1) = tcSplitForAllTys ty1
1077         (tvs2, body2) = tcSplitForAllTys ty2
1078
1079         -- Predicates
1080     go1 outer (PredTy p1) (PredTy p2)
1081         = uPred False nb1 p1 nb2 p2
1082
1083         -- Type constructors must match
1084     go1 _ (TyConApp con1 tys1) (TyConApp con2 tys2)
1085       | con1 == con2 && not (isOpenSynTyCon con1)
1086       = do { cois <- uTys_s nb1 tys1 nb2 tys2
1087            ; return $ mkTyConAppCoI con1 tys1 cois
1088            }
1089         -- See Note [TyCon app]
1090       | con1 == con2 && identicalOpenSynTyConApp
1091       = do { cois <- uTys_s nb1 tys1' nb2 tys2'
1092            ; return $ mkTyConAppCoI con1 tys1 (replicate n IdCo ++ cois)
1093            }
1094       where
1095         n                        = tyConArity con1
1096         (idxTys1, tys1')         = splitAt n tys1
1097         (idxTys2, tys2')         = splitAt n tys2
1098         identicalOpenSynTyConApp = idxTys1 `tcEqTypes` idxTys2
1099         -- See Note [OpenSynTyCon app]
1100
1101         -- Functions; just check the two parts
1102     go1 _ (FunTy fun1 arg1) (FunTy fun2 arg2)
1103       = do { coi_l <- uTys nb1 fun1 nb2 fun2
1104            ; coi_r <- uTys nb1 arg1 nb2 arg2
1105            ; return $ mkFunTyCoI fun1 coi_l arg1 coi_r
1106            }
1107
1108         -- Applications need a bit of care!
1109         -- They can match FunTy and TyConApp, so use splitAppTy_maybe
1110         -- NB: we've already dealt with type variables and Notes,
1111         -- so if one type is an App the other one jolly well better be too
1112     go1 outer (AppTy s1 t1) ty2
1113       | Just (s2,t2) <- tcSplitAppTy_maybe ty2
1114       = do { coi_s <- uTys nb1 s1 nb2 s2; coi_t <- uTys nb1 t1 nb2 t2
1115            ; return $ mkAppTyCoI s1 coi_s t1 coi_t }
1116
1117         -- Now the same, but the other way round
1118         -- Don't swap the types, because the error messages get worse
1119     go1 outer ty1 (AppTy s2 t2)
1120       | Just (s1,t1) <- tcSplitAppTy_maybe ty1
1121       = do { coi_s <- uTys nb1 s1 nb2 s2; coi_t <- uTys nb1 t1 nb2 t2
1122            ; return $ mkAppTyCoI s1 coi_s t1 coi_t }
1123
1124         -- One or both outermost constructors are type family applications.
1125         -- If we can normalise them away, proceed as usual; otherwise, we
1126         -- need to defer unification by generating a wanted equality constraint.
1127     go1 outer ty1 ty2
1128       | ty1_is_fun || ty2_is_fun
1129       = do { (coi1, ty1') <- if ty1_is_fun then tcNormalizeFamInst ty1
1130                                            else return (IdCo, ty1)
1131            ; (coi2, ty2') <- if ty2_is_fun then tcNormalizeFamInst ty2
1132                                            else return (IdCo, ty2)
1133            ; coi <- if isOpenSynTyConApp ty1' || isOpenSynTyConApp ty2'
1134                     then do { -- One type family app can't be reduced yet
1135                               -- => defer
1136                             ; ty1'' <- zonkTcType ty1'
1137                             ; ty2'' <- zonkTcType ty2'
1138                             ; if tcEqType ty1'' ty2''
1139                               then return IdCo
1140                               else -- see [Deferred Unification]
1141                                 defer_unification outer False orig_ty1 orig_ty2
1142                             }
1143                      else -- unification can proceed
1144                           go outer ty1' ty2'
1145            ; return $ coi1 `mkTransCoI` coi `mkTransCoI` (mkSymCoI coi2)
1146            }
1147         where
1148           ty1_is_fun = isOpenSynTyConApp ty1
1149           ty2_is_fun = isOpenSynTyConApp ty2
1150
1151         -- Anything else fails
1152     go1 outer _ _ = unifyMisMatch outer False orig_ty1 orig_ty2
1153
1154
1155 ----------
1156 uPred outer nb1 (IParam n1 t1) nb2 (IParam n2 t2)
1157   | n1 == n2 =
1158         do { coi <- uTys nb1 t1 nb2 t2
1159            ; return $ mkIParamPredCoI n1 coi
1160            }
1161 uPred outer nb1 (ClassP c1 tys1) nb2 (ClassP c2 tys2)
1162   | c1 == c2 =
1163         do { cois <- uTys_s nb1 tys1 nb2 tys2           -- Guaranteed equal lengths because the kinds check
1164            ; return $ mkClassPPredCoI c1 tys1 cois
1165            }
1166 uPred outer _ p1 _ p2 = unifyMisMatch outer False (mkPredTy p1) (mkPredTy p2)
1167
1168 uPreds outer nb1 []       nb2 []       = return []
1169 uPreds outer nb1 (p1:ps1) nb2 (p2:ps2) =
1170         do { coi  <- uPred outer nb1 p1 nb2 p2
1171            ; cois <- uPreds outer nb1 ps1 nb2 ps2
1172            ; return (coi:cois)
1173            }
1174 uPreds outer nb1 ps1      nb2 ps2      = panic "uPreds"
1175 \end{code}
1176
1177 Note [TyCon app]
1178 ~~~~~~~~~~~~~~~~
1179 When we find two TyConApps, the argument lists are guaranteed equal
1180 length.  Reason: intially the kinds of the two types to be unified is
1181 the same. The only way it can become not the same is when unifying two
1182 AppTys (f1 a1):=:(f2 a2).  In that case there can't be a TyConApp in
1183 the f1,f2 (because it'd absorb the app).  If we unify f1:=:f2 first,
1184 which we do, that ensures that f1,f2 have the same kind; and that
1185 means a1,a2 have the same kind.  And now the argument repeats.
1186
1187 Note [OpenSynTyCon app]
1188 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1189 Given
1190
1191   type family T a :: * -> *
1192
1193 the two types (T () a) and (T () Int) must unify, even if there are
1194 no type instances for T at all.  Should we just turn them into an
1195 equality (T () a ~ T () Int)?  I don't think so.  We currently try to
1196 eagerly unify everything we can before generating equalities; otherwise,
1197 we could turn the unification of [Int] with [a] into an equality, too.
1198
1199 Note [Unification and synonyms]
1200 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1201 If you are tempted to make a short cut on synonyms, as in this
1202 pseudocode...
1203
1204 \begin{verbatim}
1205 -- NO   uTys (SynTy con1 args1 ty1) (SynTy con2 args2 ty2)
1206 -- NO     = if (con1 == con2) then
1207 -- NO   -- Good news!  Same synonym constructors, so we can shortcut
1208 -- NO   -- by unifying their arguments and ignoring their expansions.
1209 -- NO   unifyTypepeLists args1 args2
1210 -- NO    else
1211 -- NO   -- Never mind.  Just expand them and try again
1212 -- NO   uTys ty1 ty2
1213 \end{verbatim}
1214
1215 then THINK AGAIN.  Here is the whole story, as detected and reported
1216 by Chris Okasaki \tr{<Chris_Okasaki@loch.mess.cs.cmu.edu>}:
1217 \begin{quotation}
1218 Here's a test program that should detect the problem:
1219
1220 \begin{verbatim}
1221         type Bogus a = Int
1222         x = (1 :: Bogus Char) :: Bogus Bool
1223 \end{verbatim}
1224
1225 The problem with [the attempted shortcut code] is that
1226 \begin{verbatim}
1227         con1 == con2
1228 \end{verbatim}
1229 is not a sufficient condition to be able to use the shortcut!
1230 You also need to know that the type synonym actually USES all
1231 its arguments.  For example, consider the following type synonym
1232 which does not use all its arguments.
1233 \begin{verbatim}
1234         type Bogus a = Int
1235 \end{verbatim}
1236
1237 If you ever tried unifying, say, \tr{Bogus Char} with \tr{Bogus Bool},
1238 the unifier would blithely try to unify \tr{Char} with \tr{Bool} and
1239 would fail, even though the expanded forms (both \tr{Int}) should
1240 match.
1241
1242 Similarly, unifying \tr{Bogus Char} with \tr{Bogus t} would
1243 unnecessarily bind \tr{t} to \tr{Char}.
1244
1245 ... You could explicitly test for the problem synonyms and mark them
1246 somehow as needing expansion, perhaps also issuing a warning to the
1247 user.
1248 \end{quotation}
1249
1250
1251 %************************************************************************
1252 %*                                                                      *
1253 \subsection[Unify-uVar]{@uVar@: unifying with a type variable}
1254 %*                                                                      *
1255 %************************************************************************
1256
1257 @uVar@ is called when at least one of the types being unified is a
1258 variable.  It does {\em not} assume that the variable is a fixed point
1259 of the substitution; rather, notice that @uVar@ (defined below) nips
1260 back into @uTys@ if it turns out that the variable is already bound.
1261
1262 \begin{code}
1263 uVar :: Outer
1264      -> SwapFlag        -- False => tyvar is the "actual" (ty is "expected")
1265                         -- True  => ty is the "actual" (tyvar is "expected")
1266      -> TcTyVar
1267      -> InBox           -- True <=> definitely no boxes in t2
1268      -> TcTauType -> TcTauType  -- printing and real versions
1269      -> TcM CoercionI
1270
1271 uVar outer swapped tv1 nb2 ps_ty2 ty2
1272   = do  { let expansion | showSDoc (ppr ty2) == showSDoc (ppr ps_ty2) = empty
1273                         | otherwise = brackets (equals <+> ppr ty2)
1274         ; traceTc (text "uVar" <+> ppr swapped <+>
1275                         sep [ppr tv1 <+> dcolon <+> ppr (tyVarKind tv1 ),
1276                                 nest 2 (ptext SLIT(" <-> ")),
1277                              ppr ps_ty2 <+> dcolon <+> ppr (typeKind ty2) <+> expansion])
1278         ; details <- lookupTcTyVar tv1
1279         ; case details of
1280             IndirectTv ty1
1281                 | swapped   -> u_tys outer nb2  ps_ty2 ty2 True ty1    ty1      -- Swap back
1282                 | otherwise -> u_tys outer True ty1    ty1 nb2  ps_ty2 ty2      -- Same order
1283                         -- The 'True' here says that ty1 is now inside a box
1284             DoneTv details1 -> uUnfilledVar outer swapped tv1 details1 ps_ty2 ty2
1285         }
1286
1287 ----------------
1288 uUnfilledVar :: Outer
1289              -> SwapFlag
1290              -> TcTyVar -> TcTyVarDetails       -- Tyvar 1
1291              -> TcTauType -> TcTauType          -- Type 2
1292              -> TcM CoercionI
1293 -- Invariant: tyvar 1 is not unified with anything
1294
1295 uUnfilledVar outer swapped tv1 details1 ps_ty2 ty2
1296   | Just ty2' <- tcView ty2
1297   =     -- Expand synonyms; ignore FTVs
1298     uUnfilledVar False swapped tv1 details1 ps_ty2 ty2'
1299
1300 uUnfilledVar outer swapped tv1 details1 ps_ty2 (TyVarTy tv2)
1301   | tv1 == tv2  -- Same type variable => no-op (but watch out for the boxy case)
1302   = case details1 of
1303         MetaTv BoxTv ref1  -- A boxy type variable meets itself;
1304                            -- this is box-meets-box, so fill in with a tau-type
1305               -> do { tau_tv <- tcInstTyVar tv1
1306                     ; updateMeta tv1 ref1 (mkTyVarTy tau_tv)
1307                     ; return IdCo
1308                     }
1309         other -> returnM IdCo   -- No-op
1310
1311   | otherwise  -- Distinct type variables
1312   = do  { lookup2 <- lookupTcTyVar tv2
1313         ; case lookup2 of
1314             IndirectTv ty2' -> uUnfilledVar outer swapped tv1 details1 ty2' ty2'
1315             DoneTv details2 -> uUnfilledVars outer swapped tv1 details1 tv2 details2
1316         }
1317
1318 uUnfilledVar outer swapped tv1 details1 ps_ty2 non_var_ty2
1319   =     -- ty2 is not a type variable
1320     case details1 of
1321         MetaTv (SigTv _) _ -> rigid_variable
1322         MetaTv info ref1   ->
1323           do { uMetaVar swapped tv1 info ref1 ps_ty2 non_var_ty2
1324              ; return IdCo
1325              }
1326         SkolemTv _         -> rigid_variable
1327   where
1328     rigid_variable
1329       | isOpenSynTyConApp non_var_ty2
1330       =           -- 'non_var_ty2's outermost constructor is a type family,
1331                   -- which we may may be able to normalise
1332         do { (coi2, ty2') <- tcNormalizeFamInst non_var_ty2
1333            ; case coi2 of
1334                IdCo   ->   -- no progress, but maybe after other instantiations
1335                          defer_unification outer swapped (TyVarTy tv1) ps_ty2
1336                ACo co ->   -- progress: so lets try again
1337                  do { traceTc $
1338                         ppr co <+> text "::"<+> ppr non_var_ty2 <+> text "~" <+>
1339                         ppr ty2'
1340                     ; coi <- uUnfilledVar outer swapped tv1 details1 ps_ty2 ty2'
1341                     ; let coi2' = (if swapped then id else mkSymCoI) coi2
1342                     ; return $ coi2' `mkTransCoI` coi
1343                     }
1344            }
1345       | SkolemTv RuntimeUnkSkol <- details1
1346                    -- runtime unknown will never match
1347       = unifyMisMatch outer swapped (TyVarTy tv1) ps_ty2
1348       | otherwise  -- defer as a given equality may still resolve this
1349       = defer_unification outer swapped (TyVarTy tv1) ps_ty2
1350 \end{code}
1351
1352 Note [Deferred Unification]
1353 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1354 We may encounter a unification ty1 = ty2 that cannot be performed syntactically,
1355 and yet its consistency is undetermined. Previously, there was no way to still
1356 make it consistent. So a mismatch error was issued.
1357
1358 Now these unfications are deferred until constraint simplification, where type
1359 family instances and given equations may (or may not) establish the consistency.
1360 Deferred unifications are of the form
1361                 F ... ~ ...
1362 or              x ~ ...
1363 where F is a type function and x is a type variable.
1364 E.g.
1365         id :: x ~ y => x -> y
1366         id e = e
1367
1368 involves the unfication x = y. It is deferred until we bring into account the
1369 context x ~ y to establish that it holds.
1370
1371 If available, we defer original types (rather than those where closed type
1372 synonyms have already been expanded via tcCoreView).  This is as usual, to
1373 improve error messages.
1374
1375 \begin{code}
1376 defer_unification :: Bool               -- pop innermost context?
1377                   -> SwapFlag
1378                   -> TcType
1379                   -> TcType
1380                   -> TcM CoercionI
1381 defer_unification outer True ty1 ty2
1382   = defer_unification outer False ty2 ty1
1383 defer_unification outer False ty1 ty2
1384   = do  { ty1' <- zonkTcType ty1
1385         ; ty2' <- zonkTcType ty2
1386         ; traceTc $ text "deferring:" <+> ppr ty1 <+> text "~" <+> ppr ty2
1387         ; cotv <- newMetaTyVar TauTv (mkCoKind ty1' ty2')
1388                 -- put ty1 ~ ty2 in LIE
1389                 -- Left means "wanted"
1390         ; inst <- (if outer then popErrCtxt else id) $
1391                   mkEqInst (EqPred ty1' ty2') (Left cotv)
1392         ; extendLIE inst
1393         ; return $ ACo $ TyVarTy cotv  }
1394
1395 ----------------
1396 uMetaVar :: SwapFlag
1397          -> TcTyVar -> BoxInfo -> IORef MetaDetails
1398          -> TcType -> TcType
1399          -> TcM ()
1400 -- tv1 is an un-filled-in meta type variable (maybe boxy, maybe tau)
1401 -- ty2 is not a type variable
1402
1403 uMetaVar swapped tv1 BoxTv ref1 ps_ty2 non_var_ty2
1404   =     -- tv1 is a BoxTv.  So we must unbox ty2, to ensure
1405         -- that any boxes in ty2 are filled with monotypes
1406         --
1407         -- It should not be the case that tv1 occurs in ty2
1408         -- (i.e. no occurs check should be needed), but if perchance
1409         -- it does, the unbox operation will fill it, and the DEBUG
1410         -- checks for that.
1411     do  { final_ty <- unBox ps_ty2
1412 #ifdef DEBUG
1413         ; meta_details <- readMutVar ref1
1414         ; case meta_details of
1415             Indirect ty -> WARN( True, ppr tv1 <+> ppr ty )
1416                            return ()    -- This really should *not* happen
1417             Flexi -> return ()
1418 #endif
1419         ; checkUpdateMeta swapped tv1 ref1 final_ty }
1420
1421 uMetaVar swapped tv1 info1 ref1 ps_ty2 non_var_ty2
1422   = do  { final_ty <- checkTauTvUpdate tv1 ps_ty2       -- Occurs check + monotype check
1423         ; checkUpdateMeta swapped tv1 ref1 final_ty }
1424
1425 ----------------
1426 uUnfilledVars :: Outer
1427               -> SwapFlag
1428               -> TcTyVar -> TcTyVarDetails      -- Tyvar 1
1429               -> TcTyVar -> TcTyVarDetails      -- Tyvar 2
1430               -> TcM CoercionI
1431 -- Invarant: The type variables are distinct,
1432 --           Neither is filled in yet
1433 --           They might be boxy or not
1434
1435 uUnfilledVars outer swapped tv1 (SkolemTv _) tv2 (SkolemTv _)
1436   = -- see [Deferred Unification]
1437     defer_unification outer swapped (mkTyVarTy tv1) (mkTyVarTy tv2)
1438
1439 uUnfilledVars outer swapped tv1 (MetaTv info1 ref1) tv2 (SkolemTv _)
1440   = checkUpdateMeta swapped tv1 ref1 (mkTyVarTy tv2) >> return IdCo
1441 uUnfilledVars outer swapped tv1 (SkolemTv _) tv2 (MetaTv info2 ref2)
1442   = checkUpdateMeta (not swapped) tv2 ref2 (mkTyVarTy tv1) >> return IdCo
1443
1444 -- ToDo: this function seems too long for what it acutally does!
1445 uUnfilledVars outer swapped tv1 (MetaTv info1 ref1) tv2 (MetaTv info2 ref2)
1446   = case (info1, info2) of
1447         (BoxTv,   BoxTv)   -> box_meets_box >> return IdCo
1448
1449         -- If a box meets a TauTv, but the fomer has the smaller kind
1450         -- then we must create a fresh TauTv with the smaller kind
1451         (_,       BoxTv)   | k1_sub_k2 -> update_tv2 >> return IdCo
1452                            | otherwise -> box_meets_box >> return IdCo
1453         (BoxTv,   _    )   | k2_sub_k1 -> update_tv1 >> return IdCo
1454                            | otherwise -> box_meets_box >> return IdCo
1455
1456         -- Avoid SigTvs if poss
1457         (SigTv _, _      ) | k1_sub_k2 -> update_tv2 >> return IdCo
1458         (_,       SigTv _) | k2_sub_k1 -> update_tv1 >> return IdCo
1459
1460         (_,   _) | k1_sub_k2 -> if k2_sub_k1 && nicer_to_update_tv1
1461                                 then update_tv1 >> return IdCo  -- Same kinds
1462                                 else update_tv2 >> return IdCo
1463                  | k2_sub_k1 -> update_tv1 >> return IdCo
1464                  | otherwise -> kind_err >> return IdCo
1465
1466         -- Update the variable with least kind info
1467         -- See notes on type inference in Kind.lhs
1468         -- The "nicer to" part only applies if the two kinds are the same,
1469         -- so we can choose which to do.
1470   where
1471         -- Kinds should be guaranteed ok at this point
1472     update_tv1 = updateMeta tv1 ref1 (mkTyVarTy tv2)
1473     update_tv2 = updateMeta tv2 ref2 (mkTyVarTy tv1)
1474
1475     box_meets_box | k1_sub_k2 = if k2_sub_k1 && nicer_to_update_tv1
1476                                 then fill_from tv2
1477                                 else fill_from tv1
1478                   | k2_sub_k1 = fill_from tv2
1479                   | otherwise = kind_err
1480
1481         -- Update *both* tyvars with a TauTv whose name and kind
1482         -- are gotten from tv (avoid losing nice names is poss)
1483     fill_from tv = do { tv' <- tcInstTyVar tv
1484                       ; let tau_ty = mkTyVarTy tv'
1485                       ; updateMeta tv1 ref1 tau_ty
1486                       ; updateMeta tv2 ref2 tau_ty }
1487
1488     kind_err = addErrCtxtM (unifyKindCtxt swapped tv1 (mkTyVarTy tv2))  $
1489                unifyKindMisMatch k1 k2
1490
1491     k1 = tyVarKind tv1
1492     k2 = tyVarKind tv2
1493     k1_sub_k2 = k1 `isSubKind` k2
1494     k2_sub_k1 = k2 `isSubKind` k1
1495
1496     nicer_to_update_tv1 = isSystemName (Var.varName tv1)
1497         -- Try to update sys-y type variables in preference to ones
1498         -- gotten (say) by instantiating a polymorphic function with
1499         -- a user-written type sig
1500
1501 ----------------
1502 checkUpdateMeta :: SwapFlag
1503                 -> TcTyVar -> IORef MetaDetails -> TcType -> TcM ()
1504 -- Update tv1, which is flexi; occurs check is alrady done
1505 -- The 'check' version does a kind check too
1506 -- We do a sub-kind check here: we might unify (a b) with (c d)
1507 --      where b::*->* and d::*; this should fail
1508
1509 checkUpdateMeta swapped tv1 ref1 ty2
1510   = do  { checkKinds swapped tv1 ty2
1511         ; updateMeta tv1 ref1 ty2 }
1512
1513 updateMeta :: TcTyVar -> IORef MetaDetails -> TcType -> TcM ()
1514 updateMeta tv1 ref1 ty2
1515   = ASSERT( isMetaTyVar tv1 )
1516     ASSERT( isBoxyTyVar tv1 || isTauTy ty2 )
1517     do  { ASSERTM2( do { details <- readMetaTyVar tv1; return (isFlexi details) }, ppr tv1 )
1518         ; traceTc (text "updateMeta" <+> ppr tv1 <+> text ":=" <+> ppr ty2)
1519         ; writeMutVar ref1 (Indirect ty2)
1520         }
1521
1522 ----------------
1523 checkKinds swapped tv1 ty2
1524 -- We're about to unify a type variable tv1 with a non-tyvar-type ty2.
1525 -- ty2 has been zonked at this stage, which ensures that
1526 -- its kind has as much boxity information visible as possible.
1527   | tk2 `isSubKind` tk1 = returnM ()
1528
1529   | otherwise
1530         -- Either the kinds aren't compatible
1531         --      (can happen if we unify (a b) with (c d))
1532         -- or we are unifying a lifted type variable with an
1533         --      unlifted type: e.g.  (id 3#) is illegal
1534   = addErrCtxtM (unifyKindCtxt swapped tv1 ty2) $
1535     unifyKindMisMatch k1 k2
1536   where
1537     (k1,k2) | swapped   = (tk2,tk1)
1538             | otherwise = (tk1,tk2)
1539     tk1 = tyVarKind tv1
1540     tk2 = typeKind ty2
1541
1542 ----------------
1543 checkTauTvUpdate :: TcTyVar -> TcType -> TcM TcType
1544 --    (checkTauTvUpdate tv ty)
1545 -- We are about to update the TauTv tv with ty.
1546 -- Check (a) that tv doesn't occur in ty (occurs check)
1547 --       (b) that ty is a monotype
1548 -- Furthermore, in the interest of (b), if you find an
1549 -- empty box (BoxTv that is Flexi), fill it in with a TauTv
1550 --
1551 -- Returns the (non-boxy) type to update the type variable with, or fails
1552
1553 checkTauTvUpdate orig_tv orig_ty
1554   = go orig_ty
1555   where
1556     go (TyConApp tc tys)
1557         | isSynTyCon tc  = go_syn tc tys
1558         | otherwise      = do { tys' <- mappM go tys; return (TyConApp tc tys') }
1559     go (NoteTy _ ty2)    = go ty2       -- Discard free-tyvar annotations
1560     go (PredTy p)        = do { p' <- go_pred p; return (PredTy p') }
1561     go (FunTy arg res)   = do { arg' <- go arg; res' <- go res; return (FunTy arg' res') }
1562     go (AppTy fun arg)   = do { fun' <- go fun; arg' <- go arg; return (mkAppTy fun' arg') }
1563                 -- NB the mkAppTy; we might have instantiated a
1564                 -- type variable to a type constructor, so we need
1565                 -- to pull the TyConApp to the top.
1566     go (ForAllTy tv ty) = notMonoType orig_ty           -- (b)
1567
1568     go (TyVarTy tv)
1569         | orig_tv == tv = occurCheck tv orig_ty         -- (a)
1570         | isTcTyVar tv  = go_tyvar tv (tcTyVarDetails tv)
1571         | otherwise     = return (TyVarTy tv)
1572                  -- Ordinary (non Tc) tyvars
1573                  -- occur inside quantified types
1574
1575     go_pred (ClassP c tys) = do { tys' <- mapM go tys; return (ClassP c tys') }
1576     go_pred (IParam n ty)  = do { ty' <- go ty;        return (IParam n ty') }
1577     go_pred (EqPred t1 t2) = do { t1' <- go t1; t2' <- go t2; return (EqPred t1' t2') }
1578
1579     go_tyvar tv (SkolemTv _) = return (TyVarTy tv)
1580     go_tyvar tv (MetaTv box ref)
1581         = do { cts <- readMutVar ref
1582              ; case cts of
1583                   Indirect ty -> go ty
1584                   Flexi -> case box of
1585                                 BoxTv -> fillBoxWithTau tv ref
1586                                 other -> return (TyVarTy tv)
1587              }
1588
1589         -- go_syn is called for synonyms only
1590         -- See Note [Type synonyms and the occur check]
1591     go_syn tc tys
1592         | not (isTauTyCon tc)
1593         = notMonoType orig_ty   -- (b) again
1594         | otherwise
1595         = do { (msgs, mb_tys') <- tryTc (mapM go tys)
1596              ; case mb_tys' of
1597                 Just tys' -> return (TyConApp tc tys')
1598                                 -- Retain the synonym (the common case)
1599                 Nothing | isOpenTyCon tc
1600                           -> notMonoArgs (TyConApp tc tys)
1601                                 -- Synonym families must have monotype args
1602                         | otherwise
1603                           -> go (expectJust "checkTauTvUpdate"
1604                                         (tcView (TyConApp tc tys)))
1605                                 -- Try again, expanding the synonym
1606              }
1607
1608 fillBoxWithTau :: BoxyTyVar -> IORef MetaDetails -> TcM TcType
1609 -- (fillBoxWithTau tv ref) fills ref with a freshly allocated
1610 --  tau-type meta-variable, whose print-name is the same as tv
1611 -- Choosing the same name is good: when we instantiate a function
1612 -- we allocate boxy tyvars with the same print-name as the quantified
1613 -- tyvar; and then we often fill the box with a tau-tyvar, and again
1614 -- we want to choose the same name.
1615 fillBoxWithTau tv ref
1616   = do  { tv' <- tcInstTyVar tv         -- Do not gratuitously forget
1617         ; let tau = mkTyVarTy tv'       -- name of the type variable
1618         ; writeMutVar ref (Indirect tau)
1619         ; return tau }
1620 \end{code}
1621
1622 Note [Type synonyms and the occur check]
1623 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1624 Basically we want to update     tv1 := ps_ty2
1625 because ps_ty2 has type-synonym info, which improves later error messages
1626
1627 But consider
1628         type A a = ()
1629
1630         f :: (A a -> a -> ()) -> ()
1631         f = \ _ -> ()
1632
1633         x :: ()
1634         x = f (\ x p -> p x)
1635
1636 In the application (p x), we try to match "t" with "A t".  If we go
1637 ahead and bind t to A t (= ps_ty2), we'll lead the type checker into
1638 an infinite loop later.
1639 But we should not reject the program, because A t = ().
1640 Rather, we should bind t to () (= non_var_ty2).
1641
1642 \begin{code}
1643 refineBox :: TcType -> TcM TcType
1644 -- Unbox the outer box of a boxy type (if any)
1645 refineBox ty@(TyVarTy box_tv)
1646   | isMetaTyVar box_tv
1647   = do  { cts <- readMetaTyVar box_tv
1648         ; case cts of
1649                 Flexi -> return ty
1650                 Indirect ty -> return ty }
1651 refineBox other_ty = return other_ty
1652
1653 refineBoxToTau :: TcType -> TcM TcType
1654 -- Unbox the outer box of a boxy type, filling with a monotype if it is empty
1655 -- Like refineBox except for the "fill with monotype" part.
1656 refineBoxToTau ty@(TyVarTy box_tv)
1657   | isMetaTyVar box_tv
1658   , MetaTv BoxTv ref <- tcTyVarDetails box_tv
1659   = do  { cts <- readMutVar ref
1660         ; case cts of
1661                 Flexi -> fillBoxWithTau box_tv ref
1662                 Indirect ty -> return ty }
1663 refineBoxToTau other_ty = return other_ty
1664
1665 zapToMonotype :: BoxySigmaType -> TcM TcTauType
1666 -- Subtle... we must zap the boxy res_ty
1667 -- to kind * before using it to instantiate a LitInst
1668 -- Calling unBox instead doesn't do the job, because the box
1669 -- often has an openTypeKind, and we don't want to instantiate
1670 -- with that type.
1671 zapToMonotype res_ty
1672   = do  { res_tau <- newFlexiTyVarTy liftedTypeKind
1673         ; boxyUnify res_tau res_ty
1674         ; return res_tau }
1675
1676 unBox :: BoxyType -> TcM TcType
1677 -- unBox implements the judgement
1678 --      |- s' ~ box(s)
1679 -- with input s', and result s
1680 --
1681 -- It removes all boxes from the input type, returning a non-boxy type.
1682 -- A filled box in the type can only contain a monotype; unBox fails if not
1683 -- The type can have empty boxes, which unBox fills with a monotype
1684 --
1685 -- Compare this wth checkTauTvUpdate
1686 --
1687 -- For once, it's safe to treat synonyms as opaque!
1688
1689 unBox (NoteTy n ty)     = do { ty' <- unBox ty; return (NoteTy n ty') }
1690 unBox (TyConApp tc tys) = do { tys' <- mapM unBox tys; return (TyConApp tc tys') }
1691 unBox (AppTy f a)       = do { f' <- unBox f; a' <- unBox a; return (mkAppTy f' a') }
1692 unBox (FunTy f a)       = do { f' <- unBox f; a' <- unBox a; return (FunTy f' a') }
1693 unBox (PredTy p)        = do { p' <- unBoxPred p; return (PredTy p') }
1694 unBox (ForAllTy tv ty)  = ASSERT( isImmutableTyVar tv )
1695                           do { ty' <- unBox ty; return (ForAllTy tv ty') }
1696 unBox (TyVarTy tv)
1697   | isTcTyVar tv                                -- It's a boxy type variable
1698   , MetaTv BoxTv ref <- tcTyVarDetails tv       -- NB: non-TcTyVars are possible
1699   = do  { cts <- readMutVar ref                 --     under nested quantifiers
1700         ; case cts of
1701             Flexi -> fillBoxWithTau tv ref
1702             Indirect ty -> do { non_boxy_ty <- unBox ty
1703                               ; if isTauTy non_boxy_ty
1704                                 then return non_boxy_ty
1705                                 else notMonoType non_boxy_ty }
1706         }
1707   | otherwise   -- Skolems, and meta-tau-variables
1708   = return (TyVarTy tv)
1709
1710 unBoxPred (ClassP cls tys) = do { tys' <- mapM unBox tys; return (ClassP cls tys') }
1711 unBoxPred (IParam ip ty)   = do { ty' <- unBox ty; return (IParam ip ty') }
1712 unBoxPred (EqPred ty1 ty2) = do { ty1' <- unBox ty1; ty2' <- unBox ty2; return (EqPred ty1' ty2') }
1713 \end{code}
1714
1715
1716
1717 %************************************************************************
1718 %*                                                                      *
1719 \subsection[Unify-context]{Errors and contexts}
1720 %*                                                                      *
1721 %************************************************************************
1722
1723 Errors
1724 ~~~~~~
1725
1726 \begin{code}
1727 unifyCtxt act_ty exp_ty tidy_env
1728   = do  { act_ty' <- zonkTcType act_ty
1729         ; exp_ty' <- zonkTcType exp_ty
1730         ; let (env1, exp_ty'') = tidyOpenType tidy_env exp_ty'
1731               (env2, act_ty'') = tidyOpenType env1     act_ty'
1732         ; return (env2, mkExpectedActualMsg act_ty'' exp_ty'') }
1733
1734 ----------------
1735 mkExpectedActualMsg act_ty exp_ty
1736   = nest 2 (vcat [ text "Expected type" <> colon <+> ppr exp_ty,
1737                    text "Inferred type" <> colon <+> ppr act_ty ])
1738
1739 ----------------
1740 -- If an error happens we try to figure out whether the function
1741 -- function has been given too many or too few arguments, and say so.
1742 addSubCtxt SubDone actual_res_ty expected_res_ty thing_inside
1743   = thing_inside
1744 addSubCtxt sub_ctxt actual_res_ty expected_res_ty thing_inside
1745   = addErrCtxtM mk_err thing_inside
1746   where
1747     mk_err tidy_env
1748       = do { exp_ty' <- zonkTcType expected_res_ty
1749            ; act_ty' <- zonkTcType actual_res_ty
1750            ; let (env1, exp_ty'') = tidyOpenType tidy_env exp_ty'
1751                  (env2, act_ty'') = tidyOpenType env1     act_ty'
1752                  (exp_args, _)    = tcSplitFunTys exp_ty''
1753                  (act_args, _)    = tcSplitFunTys act_ty''
1754
1755                  len_act_args     = length act_args
1756                  len_exp_args     = length exp_args
1757
1758                  message = case sub_ctxt of
1759                           SubFun fun | len_exp_args < len_act_args -> wrongArgsCtxt "too few"  fun
1760                                      | len_exp_args > len_act_args -> wrongArgsCtxt "too many" fun
1761                           other -> mkExpectedActualMsg act_ty'' exp_ty''
1762            ; return (env2, message) }
1763
1764     wrongArgsCtxt too_many_or_few fun
1765       = ptext SLIT("Probable cause:") <+> quotes (ppr fun)
1766         <+> ptext SLIT("is applied to") <+> text too_many_or_few
1767         <+> ptext SLIT("arguments")
1768
1769 ------------------
1770 unifyForAllCtxt tvs phi1 phi2 env
1771   = returnM (env2, msg)
1772   where
1773     (env', tvs') = tidyOpenTyVars env tvs       -- NB: not tidyTyVarBndrs
1774     (env1, phi1') = tidyOpenType env' phi1
1775     (env2, phi2') = tidyOpenType env1 phi2
1776     msg = vcat [ptext SLIT("When matching") <+> quotes (ppr (mkForAllTys tvs' phi1')),
1777                 ptext SLIT("          and") <+> quotes (ppr (mkForAllTys tvs' phi2'))]
1778
1779 ------------------
1780 unifyKindCtxt swapped tv1 ty2 tidy_env  -- not swapped => tv1 expected, ty2 inferred
1781         -- tv1 and ty2 are zonked already
1782   = returnM msg
1783   where
1784     msg = (env2, ptext SLIT("When matching the kinds of") <+>
1785                  sep [quotes pp_expected <+> ptext SLIT("and"), quotes pp_actual])
1786
1787     (pp_expected, pp_actual) | swapped   = (pp2, pp1)
1788                              | otherwise = (pp1, pp2)
1789     (env1, tv1') = tidyOpenTyVar tidy_env tv1
1790     (env2, ty2') = tidyOpenType  env1 ty2
1791     pp1 = ppr tv1' <+> dcolon <+> ppr (tyVarKind tv1)
1792     pp2 = ppr ty2' <+> dcolon <+> ppr (typeKind ty2)
1793
1794 unifyMisMatch outer swapped ty1 ty2
1795   = do  { (env, msg) <- if swapped then misMatchMsg ty2 ty1
1796                                    else misMatchMsg ty1 ty2
1797
1798         -- This is the whole point of the 'outer' stuff
1799         ; if outer then popErrCtxt (failWithTcM (env, msg))
1800                    else failWithTcM (env, msg)
1801         }
1802
1803 -----------------------
1804 notMonoType ty
1805   = do  { ty' <- zonkTcType ty
1806         ; env0 <- tcInitTidyEnv
1807         ; let (env1, tidy_ty) = tidyOpenType env0 ty'
1808               msg = ptext SLIT("Cannot match a monotype with") <+> quotes (ppr tidy_ty)
1809         ; failWithTcM (env1, msg) }
1810
1811 notMonoArgs ty
1812   = do  { ty' <- zonkTcType ty
1813         ; env0 <- tcInitTidyEnv
1814         ; let (env1, tidy_ty) = tidyOpenType env0 ty'
1815               msg = ptext SLIT("Arguments of synonym family must be monotypes") <+> quotes (ppr tidy_ty)
1816         ; failWithTcM (env1, msg) }
1817
1818 occurCheck tyvar ty
1819   = do  { env0 <- tcInitTidyEnv
1820         ; ty'  <- zonkTcType ty
1821         ; let (env1, tidy_tyvar) = tidyOpenTyVar env0 tyvar
1822               (env2, tidy_ty)    = tidyOpenType  env1 ty'
1823               extra = sep [ppr tidy_tyvar, char '=', ppr tidy_ty]
1824         ; failWithTcM (env2, hang msg 2 extra) }
1825   where
1826     msg = ptext SLIT("Occurs check: cannot construct the infinite type:")
1827 \end{code}
1828
1829
1830 %************************************************************************
1831 %*                                                                      *
1832                 Kind unification
1833 %*                                                                      *
1834 %************************************************************************
1835
1836 Unifying kinds is much, much simpler than unifying types.
1837
1838 \begin{code}
1839 unifyKind :: TcKind                 -- Expected
1840           -> TcKind                 -- Actual
1841           -> TcM ()
1842 unifyKind (TyConApp kc1 []) (TyConApp kc2 [])
1843   | isSubKindCon kc2 kc1 = returnM ()
1844
1845 unifyKind (FunTy a1 r1) (FunTy a2 r2)
1846   = do { unifyKind a2 a1; unifyKind r1 r2 }
1847                 -- Notice the flip in the argument,
1848                 -- so that the sub-kinding works right
1849 unifyKind (TyVarTy kv1) k2 = uKVar False kv1 k2
1850 unifyKind k1 (TyVarTy kv2) = uKVar True kv2 k1
1851 unifyKind k1 k2 = unifyKindMisMatch k1 k2
1852
1853 unifyKinds :: [TcKind] -> [TcKind] -> TcM ()
1854 unifyKinds []       []       = returnM ()
1855 unifyKinds (k1:ks1) (k2:ks2) = unifyKind k1 k2  `thenM_`
1856                                unifyKinds ks1 ks2
1857 unifyKinds _ _               = panic "unifyKinds: length mis-match"
1858
1859 ----------------
1860 uKVar :: Bool -> KindVar -> TcKind -> TcM ()
1861 uKVar swapped kv1 k2
1862   = do  { mb_k1 <- readKindVar kv1
1863         ; case mb_k1 of
1864             Flexi -> uUnboundKVar swapped kv1 k2
1865             Indirect k1 | swapped   -> unifyKind k2 k1
1866                         | otherwise -> unifyKind k1 k2 }
1867
1868 ----------------
1869 uUnboundKVar :: Bool -> KindVar -> TcKind -> TcM ()
1870 uUnboundKVar swapped kv1 k2@(TyVarTy kv2)
1871   | kv1 == kv2 = returnM ()
1872   | otherwise   -- Distinct kind variables
1873   = do  { mb_k2 <- readKindVar kv2
1874         ; case mb_k2 of
1875             Indirect k2 -> uUnboundKVar swapped kv1 k2
1876             Flexi -> writeKindVar kv1 k2 }
1877
1878 uUnboundKVar swapped kv1 non_var_k2
1879   = do  { k2' <- zonkTcKind non_var_k2
1880         ; kindOccurCheck kv1 k2'
1881         ; k2'' <- kindSimpleKind swapped k2'
1882                 -- KindVars must be bound only to simple kinds
1883                 -- Polarities: (kindSimpleKind True ?) succeeds
1884                 -- returning *, corresponding to unifying
1885                 --      expected: ?
1886                 --      actual:   kind-ver
1887         ; writeKindVar kv1 k2'' }
1888
1889 ----------------
1890 kindOccurCheck kv1 k2   -- k2 is zonked
1891   = checkTc (not_in k2) (kindOccurCheckErr kv1 k2)
1892   where
1893     not_in (TyVarTy kv2)   = kv1 /= kv2
1894     not_in (FunTy a2 r2) = not_in a2 && not_in r2
1895     not_in other         = True
1896
1897 kindSimpleKind :: Bool -> Kind -> TcM SimpleKind
1898 -- (kindSimpleKind True k) returns a simple kind sk such that sk <: k
1899 -- If the flag is False, it requires k <: sk
1900 -- E.g.         kindSimpleKind False ?? = *
1901 -- What about (kv -> *) :=: ?? -> *
1902 kindSimpleKind orig_swapped orig_kind
1903   = go orig_swapped orig_kind
1904   where
1905     go sw (FunTy k1 k2) = do { k1' <- go (not sw) k1
1906                              ; k2' <- go sw k2
1907                              ; return (mkArrowKind k1' k2') }
1908     go True k
1909      | isOpenTypeKind k = return liftedTypeKind
1910      | isArgTypeKind k  = return liftedTypeKind
1911     go sw k
1912      | isLiftedTypeKind k   = return liftedTypeKind
1913      | isUnliftedTypeKind k = return unliftedTypeKind
1914     go sw k@(TyVarTy _)   = return k    -- KindVars are always simple
1915     go swapped kind = failWithTc (ptext SLIT("Unexpected kind unification failure:")
1916                                   <+> ppr orig_swapped <+> ppr orig_kind)
1917         -- I think this can't actually happen
1918
1919 -- T v = MkT v           v must be a type
1920 -- T v w = MkT (v -> w)  v must not be an umboxed tuple
1921
1922 ----------------
1923 kindOccurCheckErr tyvar ty
1924   = hang (ptext SLIT("Occurs check: cannot construct the infinite kind:"))
1925        2 (sep [ppr tyvar, char '=', ppr ty])
1926
1927 unifyKindMisMatch ty1 ty2
1928   = zonkTcKind ty1      `thenM` \ ty1' ->
1929     zonkTcKind ty2      `thenM` \ ty2' ->
1930     let
1931         msg = hang (ptext SLIT("Couldn't match kind"))
1932                    2 (sep [quotes (ppr ty1'),
1933                            ptext SLIT("against"),
1934                            quotes (ppr ty2')])
1935     in
1936     failWithTc msg
1937 \end{code}
1938
1939 \begin{code}
1940 unifyFunKind :: TcKind -> TcM (Maybe (TcKind, TcKind))
1941 -- Like unifyFunTy, but does not fail; instead just returns Nothing
1942
1943 unifyFunKind (TyVarTy kvar)
1944   = readKindVar kvar `thenM` \ maybe_kind ->
1945     case maybe_kind of
1946       Indirect fun_kind -> unifyFunKind fun_kind
1947       Flexi ->
1948           do { arg_kind <- newKindVar
1949              ; res_kind <- newKindVar
1950              ; writeKindVar kvar (mkArrowKind arg_kind res_kind)
1951              ; returnM (Just (arg_kind,res_kind)) }
1952
1953 unifyFunKind (FunTy arg_kind res_kind) = returnM (Just (arg_kind,res_kind))
1954 unifyFunKind other                     = returnM Nothing
1955 \end{code}
1956
1957 %************************************************************************
1958 %*                                                                      *
1959         Checking kinds
1960 %*                                                                      *
1961 %************************************************************************
1962
1963 ---------------------------
1964 -- We would like to get a decent error message from
1965 --   (a) Under-applied type constructors
1966 --              f :: (Maybe, Maybe)
1967 --   (b) Over-applied type constructors
1968 --              f :: Int x -> Int x
1969 --
1970
1971 \begin{code}
1972 checkExpectedKind :: Outputable a => a -> TcKind -> TcKind -> TcM ()
1973 -- A fancy wrapper for 'unifyKind', which tries
1974 -- to give decent error messages.
1975 --      (checkExpectedKind ty act_kind exp_kind)
1976 -- checks that the actual kind act_kind is compatible
1977 --      with the expected kind exp_kind
1978 -- The first argument, ty, is used only in the error message generation
1979 checkExpectedKind ty act_kind exp_kind
1980   | act_kind `isSubKind` exp_kind -- Short cut for a very common case
1981   = returnM ()
1982   | otherwise
1983   = tryTc (unifyKind exp_kind act_kind) `thenM` \ (_errs, mb_r) ->
1984     case mb_r of {
1985         Just r  -> returnM () ; -- Unification succeeded
1986         Nothing ->
1987
1988         -- So there's definitely an error
1989         -- Now to find out what sort
1990     zonkTcKind exp_kind         `thenM` \ exp_kind ->
1991     zonkTcKind act_kind         `thenM` \ act_kind ->
1992
1993     tcInitTidyEnv               `thenM` \ env0 ->
1994     let (exp_as, _) = splitKindFunTys exp_kind
1995         (act_as, _) = splitKindFunTys act_kind
1996         n_exp_as = length exp_as
1997         n_act_as = length act_as
1998
1999         (env1, tidy_exp_kind) = tidyKind env0 exp_kind
2000         (env2, tidy_act_kind) = tidyKind env1 act_kind
2001
2002         err | n_exp_as < n_act_as       -- E.g. [Maybe]
2003             = quotes (ppr ty) <+> ptext SLIT("is not applied to enough type arguments")
2004
2005                 -- Now n_exp_as >= n_act_as. In the next two cases,
2006                 -- n_exp_as == 0, and hence so is n_act_as
2007             | isLiftedTypeKind exp_kind && isUnliftedTypeKind act_kind
2008             = ptext SLIT("Expecting a lifted type, but") <+> quotes (ppr ty)
2009                 <+> ptext SLIT("is unlifted")
2010
2011             | isUnliftedTypeKind exp_kind && isLiftedTypeKind act_kind
2012             = ptext SLIT("Expecting an unlifted type, but") <+> quotes (ppr ty)
2013                 <+> ptext SLIT("is lifted")
2014
2015             | otherwise                 -- E.g. Monad [Int]
2016             = ptext SLIT("Kind mis-match")
2017
2018         more_info = sep [ ptext SLIT("Expected kind") <+>
2019                                 quotes (pprKind tidy_exp_kind) <> comma,
2020                           ptext SLIT("but") <+> quotes (ppr ty) <+>
2021                                 ptext SLIT("has kind") <+> quotes (pprKind tidy_act_kind)]
2022    in
2023    failWithTcM (env2, err $$ more_info)
2024    }
2025 \end{code}
2026
2027 %************************************************************************
2028 %*                                                                      *
2029 \subsection{Checking signature type variables}
2030 %*                                                                      *
2031 %************************************************************************
2032
2033 @checkSigTyVars@ checks that a set of universally quantified type varaibles
2034 are not mentioned in the environment.  In particular:
2035
2036         (a) Not mentioned in the type of a variable in the envt
2037                 eg the signature for f in this:
2038
2039                         g x = ... where
2040                                         f :: a->[a]
2041                                         f y = [x,y]
2042
2043                 Here, f is forced to be monorphic by the free occurence of x.
2044
2045         (d) Not (unified with another type variable that is) in scope.
2046                 eg f x :: (r->r) = (\y->y) :: forall a. a->r
2047             when checking the expression type signature, we find that
2048             even though there is nothing in scope whose type mentions r,
2049             nevertheless the type signature for the expression isn't right.
2050
2051             Another example is in a class or instance declaration:
2052                 class C a where
2053                    op :: forall b. a -> b
2054                    op x = x
2055             Here, b gets unified with a
2056
2057 Before doing this, the substitution is applied to the signature type variable.
2058
2059 \begin{code}
2060 checkSigTyVars :: [TcTyVar] -> TcM ()
2061 checkSigTyVars sig_tvs = check_sig_tyvars emptyVarSet sig_tvs
2062
2063 checkSigTyVarsWrt :: TcTyVarSet -> [TcTyVar] -> TcM ()
2064 -- The extra_tvs can include boxy type variables;
2065 --      e.g. TcMatches.tcCheckExistentialPat
2066 checkSigTyVarsWrt extra_tvs sig_tvs
2067   = do  { extra_tvs' <- zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems extra_tvs)
2068         ; check_sig_tyvars extra_tvs' sig_tvs }
2069
2070 check_sig_tyvars
2071         :: TcTyVarSet   -- Global type variables. The universally quantified
2072                         --      tyvars should not mention any of these
2073                         --      Guaranteed already zonked.
2074         -> [TcTyVar]    -- Universally-quantified type variables in the signature
2075                         --      Guaranteed to be skolems
2076         -> TcM ()
2077 check_sig_tyvars extra_tvs []
2078   = returnM ()
2079 check_sig_tyvars extra_tvs sig_tvs
2080   = ASSERT( all isSkolemTyVar sig_tvs )
2081     do  { gbl_tvs <- tcGetGlobalTyVars
2082         ; traceTc (text "check_sig_tyvars" <+> (vcat [text "sig_tys" <+> ppr sig_tvs,
2083                                       text "gbl_tvs" <+> ppr gbl_tvs,
2084                                       text "extra_tvs" <+> ppr extra_tvs]))
2085
2086         ; let env_tvs = gbl_tvs `unionVarSet` extra_tvs
2087         ; ifM (any (`elemVarSet` env_tvs) sig_tvs)
2088               (bleatEscapedTvs env_tvs sig_tvs sig_tvs)
2089         }
2090
2091 bleatEscapedTvs :: TcTyVarSet   -- The global tvs
2092                 -> [TcTyVar]    -- The possibly-escaping type variables
2093                 -> [TcTyVar]    -- The zonked versions thereof
2094                 -> TcM ()
2095 -- Complain about escaping type variables
2096 -- We pass a list of type variables, at least one of which
2097 -- escapes.  The first list contains the original signature type variable,
2098 -- while the second  contains the type variable it is unified to (usually itself)
2099 bleatEscapedTvs globals sig_tvs zonked_tvs
2100   = do  { env0 <- tcInitTidyEnv
2101         ; let (env1, tidy_tvs)        = tidyOpenTyVars env0 sig_tvs
2102               (env2, tidy_zonked_tvs) = tidyOpenTyVars env1 zonked_tvs
2103
2104         ; (env3, msgs) <- foldlM check (env2, []) (tidy_tvs `zip` tidy_zonked_tvs)
2105         ; failWithTcM (env3, main_msg $$ nest 2 (vcat msgs)) }
2106   where
2107     main_msg = ptext SLIT("Inferred type is less polymorphic than expected")
2108
2109     check (tidy_env, msgs) (sig_tv, zonked_tv)
2110       | not (zonked_tv `elemVarSet` globals) = return (tidy_env, msgs)
2111       | otherwise
2112       = do { (tidy_env1, globs) <- findGlobals (unitVarSet zonked_tv) tidy_env
2113            ; returnM (tidy_env1, escape_msg sig_tv zonked_tv globs : msgs) }
2114
2115 -----------------------
2116 escape_msg sig_tv zonked_tv globs
2117   | notNull globs
2118   = vcat [sep [msg, ptext SLIT("is mentioned in the environment:")],
2119           nest 2 (vcat globs)]
2120   | otherwise
2121   = msg <+> ptext SLIT("escapes")
2122         -- Sigh.  It's really hard to give a good error message
2123         -- all the time.   One bad case is an existential pattern match.
2124         -- We rely on the "When..." context to help.
2125   where
2126     msg = ptext SLIT("Quantified type variable") <+> quotes (ppr sig_tv) <+> is_bound_to
2127     is_bound_to
2128         | sig_tv == zonked_tv = empty
2129         | otherwise = ptext SLIT("is unified with") <+> quotes (ppr zonked_tv) <+> ptext SLIT("which")
2130 \end{code}
2131
2132 These two context are used with checkSigTyVars
2133
2134 \begin{code}
2135 sigCtxt :: Id -> [TcTyVar] -> TcThetaType -> TcTauType
2136         -> TidyEnv -> TcM (TidyEnv, Message)
2137 sigCtxt id sig_tvs sig_theta sig_tau tidy_env
2138   = zonkTcType sig_tau          `thenM` \ actual_tau ->
2139     let
2140         (env1, tidy_sig_tvs)    = tidyOpenTyVars tidy_env sig_tvs
2141         (env2, tidy_sig_rho)    = tidyOpenType env1 (mkPhiTy sig_theta sig_tau)
2142         (env3, tidy_actual_tau) = tidyOpenType env2 actual_tau
2143         sub_msg = vcat [ptext SLIT("Signature type:    ") <+> pprType (mkForAllTys tidy_sig_tvs tidy_sig_rho),
2144                         ptext SLIT("Type to generalise:") <+> pprType tidy_actual_tau
2145                    ]
2146         msg = vcat [ptext SLIT("When trying to generalise the type inferred for") <+> quotes (ppr id),
2147                     nest 2 sub_msg]
2148     in
2149     returnM (env3, msg)
2150 \end{code}