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 module TcUnify (
  10         -- Full-blown subsumption
  11   tcWrapResult, tcSubType, tcGen,
  12   checkConstraints, newImplication, sigCtxt,
  13
  14         -- Various unifications
  15   unifyType, unifyTypeList, unifyTheta, unifyKind,
  16
  17   --------------------------------
  18   -- Holes
  19   tcInfer,
  20   matchExpectedListTy, matchExpectedPArrTy,
  21   matchExpectedTyConApp, matchExpectedAppTy,
  22   matchExpectedFunTys, matchExpectedFunKind,
  23   wrapFunResCoercion
  24   ) where
  25
  26 #include "HsVersions.h"
  27
  28 import HsSyn
  29 import TypeRep
  30
  31 import TcErrors ( typeExtraInfoMsg, unifyCtxt )
  32 import TcMType
  33 import TcEnv
  34 import TcIface
  35 import TcRnMonad
  36 import TcType
  37 import Type
  38 import Coercion
  39 import Inst
  40 import TyCon
  41 import TysWiredIn
  42 import Var
  43 import VarSet
  44 import VarEnv
  45 import Name
  46 import ErrUtils
  47 import BasicTypes
  48 import Bag
  49 import Util
  50 import Outputable
  51 import FastString
  52
  53 import Control.Monad
  54 \end{code}
  55
  56
  57 %************************************************************************
  58 %*                                                                      *
  59              matchExpected functions
  60 %*                                                                      *
  61 %************************************************************************
  62
  63 Note [Herald for matchExpectedFunTys]
  64 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
  65 The 'herald' always looks like:
  66    "The equation(s) for 'f' have"
  67    "The abstraction (\x.e) takes"
  68    "The section (+ x) expects"
  69    "The function 'f' is applied to"
  70
  71 This is used to construct a message of form
  72
  73    The abstraction `\Just 1 -> ...' takes two arguments
  74    but its type `Maybe a -> a' has only one
  75
  76    The equation(s) for `f' have two arguments
  77    but its type `Maybe a -> a' has only one
  78
  79    The section `(f 3)' requires 'f' to take two arguments
  80    but its type `Int -> Int' has only one
  81
  82    The function 'f' is applied to two arguments
  83    but its type `Int -> Int' has only one
  84
  85 Note [matchExpectedFunTys]
  86 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
  87 matchExpectedFunTys checks that an (Expected rho) has the form
  88 of an n-ary function.  It passes the decomposed type to the
  89 thing_inside, and returns a wrapper to coerce between the two types
  90
  91 It's used wherever a language construct must have a functional type,
  92 namely:
  93         A lambda expression
  94         A function definition
  95      An operator section
  96
  97 This is not (currently) where deep skolemisation occurs;
  98 matchExpectedFunTys does not skolmise nested foralls in the
  99 expected type, becuase it expects that to have been done already
 100
 101
 102 \begin{code}
 103 matchExpectedFunTys :: SDoc     -- See Note [Herald for matchExpectedFunTys]
 104                     -> Arity
 105                     -> TcRhoType
 106                     -> TcM (CoercionI, [TcSigmaType], TcRhoType)
 107
 108 -- If    matchExpectFunTys n ty = (co, [t1,..,tn], ty_r)
 109 -- then  co : ty ~ (t1 -> ... -> tn -> ty_r)
 110 --
 111 -- Does not allocate unnecessary meta variables: if the input already is
 112 -- a function, we just take it apart.  Not only is this efficient,
 113 -- it's important for higher rank: the argument might be of form
 114 --              (forall a. ty) -> other
 115 -- If allocated (fresh-meta-var1 -> fresh-meta-var2) and unified, we'd
 116 -- hide the forall inside a meta-variable
 117
 118 matchExpectedFunTys herald arity orig_ty
 119   = go arity orig_ty
 120   where
 121     -- If     go n ty = (co, [t1,..,tn], ty_r)
 122     -- then   co : ty ~ t1 -> .. -> tn -> ty_r
 123
 124     go n_req ty
 125       | n_req == 0 = return (IdCo ty, [], ty)
 126
 127     go n_req ty
 128       | Just ty' <- tcView ty = go n_req ty'
 129
 130     go n_req (FunTy arg_ty res_ty)
 131       | not (isPredTy arg_ty)
 132       = do { (coi, tys, ty_r) <- go (n_req-1) res_ty
 133            ; return (mkFunTyCoI (IdCo arg_ty) coi, arg_ty:tys, ty_r) }
 134
 135     go _ (TyConApp tc _)              -- A common case
 136       | not (isSynFamilyTyCon tc)
 137       = do { (env,msg) <- mk_ctxt emptyTidyEnv
 138            ; failWithTcM (env,msg) }
 139
 140     go n_req ty@(TyVarTy tv)
 141       | ASSERT( isTcTyVar tv) isMetaTyVar tv
 142       = do { cts <- readMetaTyVar tv
 143            ; case cts of
 144                Indirect ty' -> go n_req ty'
 145                Flexi        -> defer n_req ty }
 146
 147        -- In all other cases we bale out into ordinary unification
 148     go n_req ty = defer n_req ty
 149
 150     ------------
 151     defer n_req fun_ty
 152       = addErrCtxtM mk_ctxt $
 153         do { arg_tys <- newFlexiTyVarTys n_req argTypeKind
 154            ; res_ty  <- newFlexiTyVarTy openTypeKind
 155            ; coi     <- unifyType fun_ty (mkFunTys arg_tys res_ty)
 156            ; return (coi, arg_tys, res_ty) }
 157
 158     ------------
 159     mk_ctxt :: TidyEnv -> TcM (TidyEnv, Message)
 160     mk_ctxt env = do { orig_ty1 <- zonkTcType orig_ty
 161                      ; let (env', orig_ty2) = tidyOpenType env orig_ty1
 162                            (args, _) = tcSplitFunTys orig_ty2
 163                            n_actual = length args
 164                      ; return (env', mk_msg orig_ty2 n_actual) }
 165
 166     mk_msg ty n_args
 167       = herald <+> speakNOf arity (ptext (sLit "argument")) <> comma $$
 168         sep [ptext (sLit "but its type") <+> quotes (pprType ty),
 169              if n_args == 0 then ptext (sLit "has none")
 170              else ptext (sLit "has only") <+> speakN n_args]
 171 \end{code}
 172
 173
 174 \begin{code}
 175 ----------------------
 176 matchExpectedListTy :: TcRhoType -> TcM (CoercionI, TcRhoType)
 177 -- Special case for lists
 178 matchExpectedListTy exp_ty
 179  = do { (coi, [elt_ty]) <- matchExpectedTyConApp listTyCon exp_ty
 180       ; return (coi, elt_ty) }
 181
 182 ----------------------
 183 matchExpectedPArrTy :: TcRhoType -> TcM (CoercionI, TcRhoType)
 184 -- Special case for parrs
 185 matchExpectedPArrTy exp_ty
 186   = do { (coi, [elt_ty]) <- matchExpectedTyConApp parrTyCon exp_ty
 187        ; return (coi, elt_ty) }
 188
 189 ----------------------
 190 matchExpectedTyConApp :: TyCon                -- T :: k1 -> ... -> kn -> *
 191                       -> TcRhoType            -- orig_ty
 192                       -> TcM (CoercionI,      -- T a b c ~ orig_ty
 193                               [TcSigmaType])  -- Element types, a b c
 194
 195 -- It's used for wired-in tycons, so we call checkWiredInTyCon
 196 -- Precondition: never called with FunTyCon
 197 -- Precondition: input type :: *
 198
 199 matchExpectedTyConApp tc orig_ty
 200   = do  { checkWiredInTyCon tc
 201         ; go (tyConArity tc) orig_ty [] }
 202   where
 203     go :: Int -> TcRhoType -> [TcSigmaType] -> TcM (CoercionI, [TcSigmaType])
 204     -- If     go n ty tys = (co, [t1..tn] ++ tys)
 205     -- then   co : T t1..tn ~ ty
 206
 207     go n_req ty tys
 208       | Just ty' <- tcView ty = go n_req ty' tys
 209
 210     go n_req ty@(TyVarTy tv) tys
 211       | ASSERT( isTcTyVar tv) isMetaTyVar tv
 212       = do { cts <- readMetaTyVar tv
 213            ; case cts of
 214                Indirect ty -> go n_req ty tys
 215                Flexi       -> defer n_req ty tys }
 216
 217     go n_req ty@(TyConApp tycon args) tys
 218       | tc == tycon
 219       = ASSERT( n_req == length args)   -- ty::*
 220         return (IdCo ty, args ++ tys)
 221
 222     go n_req (AppTy fun arg) tys
 223       | n_req > 0
 224       = do { (coi, args) <- go (n_req - 1) fun (arg : tys)
 225            ; return (mkAppTyCoI coi (IdCo arg), args) }
 226
 227     go n_req ty tys = defer n_req ty tys
 228
 229     ----------
 230     defer n_req ty tys
 231       = do { tau_tys <- mapM newFlexiTyVarTy arg_kinds
 232            ; coi <- unifyType (mkTyConApp tc tau_tys) ty
 233            ; return (coi, tau_tys ++ tys) }
 234       where
 235         (arg_kinds, _) = splitKindFunTysN n_req (tyConKind tc)
 236
 237 ----------------------
 238 matchExpectedAppTy :: TcRhoType                         -- orig_ty
 239                    -> TcM (CoercionI,                   -- m a ~ orig_ty
 240                            (TcSigmaType, TcSigmaType))  -- Returns m, a
 241 -- If the incoming type is a mutable type variable of kind k, then
 242 -- matchExpectedAppTy returns a new type variable (m: * -> k); note the *.
 243
 244 matchExpectedAppTy orig_ty
 245   = go orig_ty
 246   where
 247     go ty
 248       | Just ty' <- tcView ty = go ty'
 249
 250       | Just (fun_ty, arg_ty) <- tcSplitAppTy_maybe ty
 251       = return (IdCo orig_ty, (fun_ty, arg_ty))
 252
 253     go (TyVarTy tv)
 254       | ASSERT( isTcTyVar tv) isMetaTyVar tv
 255       = do { cts <- readMetaTyVar tv
 256            ; case cts of
 257                Indirect ty -> go ty
 258                Flexi       -> defer }
 259
 260     go _ = defer
 261
 262     -- Defer splitting by generating an equality constraint
 263     defer = do { ty1 <- newFlexiTyVarTy kind1
 264                ; ty2 <- newFlexiTyVarTy kind2
 265                ; coi <- unifyType (mkAppTy ty1 ty2) orig_ty
 266                ; return (coi, (ty1, ty2)) }
 267
 268     orig_kind = typeKind orig_ty
 269     kind1 = mkArrowKind liftedTypeKind (defaultKind orig_kind)
 270     kind2 = liftedTypeKind    -- m :: * -> k
 271                               -- arg type :: *
 272         -- The defaultKind is a bit smelly.  If you remove it,
 273         -- try compiling        f x = do { x }
 274         -- and you'll get a kind mis-match.  It smells, but
 275         -- not enough to lose sleep over.
 276 \end{code}
 277
 278
 279 %************************************************************************
 280 %*                                                                      *
 281                 Subsumption checking
 282 %*                                                                      *
 283 %************************************************************************
 284
 285 All the tcSub calls have the form
 286
 287                 tcSub actual_ty expected_ty
 288 which checks
 289                 actual_ty <= expected_ty
 290
 291 That is, that a value of type actual_ty is acceptable in
 292 a place expecting a value of type expected_ty.
 293
 294 It returns a coercion function
 295         co_fn :: actual_ty ~ expected_ty
 296 which takes an HsExpr of type actual_ty into one of type
 297 expected_ty.
 298
 299 \begin{code}
 300 tcSubType :: CtOrigin -> SkolemInfo -> TcSigmaType -> TcSigmaType -> TcM HsWrapper
 301 -- Check that ty_actual is more polymorphic than ty_expected
 302 -- Both arguments might be polytypes, so we must instantiate and skolemise
 303 -- Returns a wrapper of shape   ty_actual ~ ty_expected
 304 tcSubType origin skol_info ty_actual ty_expected
 305   | isSigmaTy ty_actual
 306   = do { let extra_tvs = tyVarsOfType ty_actual
 307        ; (sk_wrap, inst_wrap)
 308             <- tcGen skol_info extra_tvs ty_expected $ \ _ sk_rho -> do
 309             { (in_wrap, in_rho) <- deeplyInstantiate origin ty_actual
 310             ; coi <- unifyType in_rho sk_rho
 311             ; return (coiToHsWrapper coi <.> in_wrap) }
 312        ; return (sk_wrap <.> inst_wrap) }
 313
 314   | otherwise   -- Urgh!  It seems deeply weird to have equality
 315                 -- when actual is not a polytype, and it makes a big
 316                 -- difference e.g. tcfail104
 317   = do { coi <- unifyType ty_actual ty_expected
 318        ; return (coiToHsWrapper coi) }
 319
 320 tcInfer :: (TcType -> TcM a) -> TcM (a, TcType)
 321 tcInfer tc_infer = do { ty  <- newFlexiTyVarTy openTypeKind
 322                       ; res <- tc_infer ty
 323                       ; return (res, ty) }
 324
 325 -----------------
 326 tcWrapResult :: HsExpr TcId -> TcRhoType -> TcRhoType -> TcM (HsExpr TcId)
 327 tcWrapResult expr actual_ty res_ty
 328   = do { coi <- unifyType actual_ty res_ty
 329                 -- Both types are deeply skolemised
 330        ; return (mkHsWrapCoI coi expr) }
 331
 332 -----------------------------------
 333 wrapFunResCoercion
 334         :: [TcType]     -- Type of args
 335         -> HsWrapper    -- HsExpr a -> HsExpr b
 336         -> TcM HsWrapper        -- HsExpr (arg_tys -> a) -> HsExpr (arg_tys -> b)
 337 wrapFunResCoercion arg_tys co_fn_res
 338   | isIdHsWrapper co_fn_res
 339   = return idHsWrapper
 340   | null arg_tys
 341   = return co_fn_res
 342   | otherwise
 343   = do  { arg_ids <- newSysLocalIds (fsLit "sub") arg_tys
 344         ; return (mkWpLams arg_ids <.> co_fn_res <.> mkWpEvVarApps arg_ids) }
 345 \end{code}
 346
 347
 348
 349 %************************************************************************
 350 %*                                                                      *
 351 \subsection{Generalisation}
 352 %*                                                                      *
 353 %************************************************************************
 354
 355 \begin{code}
 356 tcGen :: SkolemInfo -> TcTyVarSet -> TcType
 357       -> ([TcTyVar] -> TcRhoType -> TcM result)
 358       -> TcM (HsWrapper, result)
 359         -- The expression has type: spec_ty -> expected_ty
 360
 361 tcGen skol_info extra_tvs
 362        expected_ty thing_inside    -- We expect expected_ty to be a forall-type
 363                                    -- If not, the call is a no-op
 364   = do  { traceTc "tcGen" empty
 365         ; (wrap, tvs', given, rho') <- deeplySkolemise skol_info expected_ty
 366
 367         ; when debugIsOn $
 368               traceTc "tcGen" $ vcat [
 369                            text "expected_ty" <+> ppr expected_ty,
 370                            text "inst ty" <+> ppr tvs' <+> ppr rho' ]
 371
 372         -- In 'free_tvs' we must check that the "forall_tvs" havn't been constrained
 373         -- The interesting bit here is that we must include the free variables
 374         -- of the expected_ty.  Here's an example:
 375         --       runST (newVar True)
 376         -- Here, if we don't make a check, we'll get a type (ST s (MutVar s Bool))
 377         -- for (newVar True), with s fresh.  Then we unify with the runST's arg type
 378         -- forall s'. ST s' a. That unifies s' with s, and a with MutVar s Bool.
 379         -- So now s' isn't unconstrained because it's linked to a.
 380         -- Conclusion: pass the free vars of the expected_ty to checkConsraints
 381         ; let free_tvs = tyVarsOfType expected_ty `unionVarSet` extra_tvs
 382
 383         ; (ev_binds, result) <- checkConstraints skol_info free_tvs tvs' given $
 384                                 thing_inside tvs' rho'
 385
 386         ; return (wrap <.> mkWpLet ev_binds, result) }
 387           -- The ev_binds returned by checkConstraints is very
 388           -- often empty, in which case mkWpLet is a no-op
 389
 390 checkConstraints :: SkolemInfo
 391                  -> TcTyVarSet          -- Free variables (other than the type envt)
 392                                         -- for the skolem escape check
 393                  -> [TcTyVar]           -- Skolems
 394                  -> [EvVar]             -- Given
 395                  -> TcM result
 396                  -> TcM (TcEvBinds, result)
 397
 398 checkConstraints skol_info free_tvs skol_tvs given thing_inside
 399   | null skol_tvs && null given
 400   = do { res <- thing_inside; return (emptyTcEvBinds, res) }
 401       -- Just for efficiency.  We check every function argument with
 402       -- tcPolyExpr, which uses tcGen and hence checkConstraints.
 403
 404   | otherwise
 405   = do { (ev_binds, wanted, result) <- newImplication skol_info free_tvs
 406                                              skol_tvs given thing_inside
 407        ; emitConstraints wanted
 408        ; return (ev_binds, result) }
 409
 410 newImplication :: SkolemInfo -> TcTyVarSet -> [TcTyVar]
 411                -> [EvVar] -> TcM result
 412                -> TcM (TcEvBinds, WantedConstraints, result)
 413 newImplication skol_info free_tvs skol_tvs given thing_inside
 414   = ASSERT2( all isTcTyVar skol_tvs, ppr skol_tvs )
 415     ASSERT2( all isSkolemTyVar skol_tvs, ppr skol_tvs )
 416     do { gbl_tvs  <- tcGetGlobalTyVars
 417        ; free_tvs <- zonkTcTyVarsAndFV free_tvs
 418        ; let untch = gbl_tvs `unionVarSet` free_tvs
 419
 420        ; (result, wanted) <- getConstraints               $
 421                              setUntouchables untch $
 422                              thing_inside
 423
 424        ; if isEmptyBag wanted && not (hasEqualities given)
 425             -- Optimisation : if there are no wanteds, and the givens
 426             -- are sufficiently simple, don't generate an implication
 427             -- at all.  Reason for the hasEqualities test:
 428             -- we don't want to lose the "inaccessible alternative"
 429             -- error check
 430          then
 431             return (emptyTcEvBinds, emptyWanteds, result)
 432          else do
 433        { ev_binds_var <- newTcEvBinds
 434        ; lcl_env <- getLclTypeEnv
 435        ; loc <- getCtLoc skol_info
 436        ; let implic = Implic { ic_untch = untch
 437                              , ic_env = lcl_env
 438                              , ic_skols = mkVarSet skol_tvs
 439                              , ic_scoped = panic "emitImplication"
 440                              , ic_given = given
 441                              , ic_wanted = wanted
 442                              , ic_binds = ev_binds_var
 443                              , ic_loc = loc }
 444
 445        ; return (TcEvBinds ev_binds_var, unitBag (WcImplic implic), result) } }
 446 \end{code}
 447
 448 %************************************************************************
 449 %*                                                                      *
 450                 Boxy unification
 451 %*                                                                      *
 452 %************************************************************************
 453
 454 The exported functions are all defined as versions of some
 455 non-exported generic functions.
 456
 457 \begin{code}
 458 ---------------
 459 unifyType :: TcTauType -> TcTauType -> TcM CoercionI
 460 -- Actual and expected types
 461 -- Returns a coercion : ty1 ~ ty2
 462 unifyType ty1 ty2 = uType [] ty1 ty2
 463
 464 ---------------
 465 unifyPred :: PredType -> PredType -> TcM CoercionI
 466 -- Actual and expected types
 467 unifyPred p1 p2 = uPred [UnifyOrigin (mkPredTy p1) (mkPredTy p2)] p1 p2
 468
 469 ---------------
 470 unifyTheta :: TcThetaType -> TcThetaType -> TcM [CoercionI]
 471 -- Actual and expected types
 472 unifyTheta theta1 theta2
 473   = do  { checkTc (equalLength theta1 theta2)
 474                   (vcat [ptext (sLit "Contexts differ in length"),
 475                          nest 2 $ parens $ ptext (sLit "Use -XRelaxedPolyRec to allow this")])
 476         ; zipWithM unifyPred theta1 theta2 }
 477 \end{code}
 478
 479 @unifyTypeList@ takes a single list of @TauType@s and unifies them
 480 all together.  It is used, for example, when typechecking explicit
 481 lists, when all the elts should be of the same type.
 482
 483 \begin{code}
 484 unifyTypeList :: [TcTauType] -> TcM ()
 485 unifyTypeList []                 = return ()
 486 unifyTypeList [_]                = return ()
 487 unifyTypeList (ty1:tys@(ty2:_)) = do { _ <- unifyType ty1 ty2
 488                                      ; unifyTypeList tys }
 489 \end{code}
 490
 491 %************************************************************************
 492 %*                                                                      *
 493                  uType and friends
 494 %*                                                                      *
 495 %************************************************************************
 496
 497 uType is the heart of the unifier.  Each arg occurs twice, because
 498 we want to report errors in terms of synomyms if possible.  The first of
 499 the pair is used in error messages only; it is always the same as the
 500 second, except that if the first is a synonym then the second may be a
 501 de-synonym'd version.  This way we get better error messages.
 502
 503 \begin{code}
 504 data SwapFlag
 505   = NotSwapped  -- Args are: actual,   expected
 506   | IsSwapped   -- Args are: expected, actual
 507
 508 instance Outputable SwapFlag where
 509   ppr IsSwapped  = ptext (sLit "Is-swapped")
 510   ppr NotSwapped = ptext (sLit "Not-swapped")
 511
 512 unSwap :: SwapFlag -> (a->a->b) -> a -> a -> b
 513 unSwap NotSwapped f a b = f a b
 514 unSwap IsSwapped  f a b = f b a
 515
 516 ------------
 517 uType, uType_np, uType_defer
 518   :: [EqOrigin]
 519   -> TcType    -- ty1 is the *actual* type
 520   -> TcType    -- ty2 is the *expected* type
 521   -> TcM CoercionI
 522
 523 --------------
 524 -- It is always safe to defer unification to the main constraint solver
 525 -- See Note [Deferred unification]
 526 uType_defer (item : origin) ty1 ty2
 527   = do { co_var <- newWantedCoVar ty1 ty2
 528        ; traceTc "utype_defer" (vcat [ppr co_var, ppr ty1, ppr ty2, ppr origin])
 529        ; loc <- getCtLoc (TypeEqOrigin item)
 530        ; wrapEqCtxt origin $
 531          emitConstraint (WcEvVar (WantedEvVar co_var loc))
 532        ; return $ ACo $ mkTyVarTy co_var }
 533 uType_defer [] _ _
 534   = panic "uType_defer"
 535
 536 --------------
 537 -- Push a new item on the origin stack (the most common case)
 538 uType origin ty1 ty2  -- Push a new item on the origin stack
 539   = uType_np (pushOrigin ty1 ty2 origin) ty1 ty2
 540
 541 --------------
 542 -- unify_np (short for "no push" on the origin stack) does the work
 543 uType_np origin orig_ty1 orig_ty2
 544   = do { traceTc "u_tys " $ vcat
 545               [ sep [ ppr orig_ty1, text "~", ppr orig_ty2]
 546               , ppr origin]
 547        ; coi <- go origin orig_ty1 orig_ty2
 548        ; case coi of
 549             ACo co -> traceTc "u_tys yields coercion:" (ppr co)
 550             IdCo _ -> traceTc "u_tys yields no coercion" empty
 551        ; return coi }
 552   where
 553     bale_out :: [EqOrigin] -> TcM a
 554     bale_out origin = failWithMisMatch origin
 555
 556     go :: [EqOrigin] -> TcType -> TcType -> TcM CoercionI
 557         -- The arguments to 'go' are always semantically identical
 558         -- to orig_ty{1,2} except for looking through type synonyms
 559
 560         -- Variables; go for uVar
 561         -- Note that we pass in *original* (before synonym expansion),
 562         -- so that type variables tend to get filled in with
 563         -- the most informative version of the type
 564     go origin (TyVarTy tyvar1) ty2 = uVar origin NotSwapped tyvar1 ty2
 565     go origin ty1 (TyVarTy tyvar2) = uVar origin IsSwapped  tyvar2 ty1
 566
 567         -- Expand synonyms:
 568         --      see Note [Unification and synonyms]
 569         -- Do this after the variable case so that we tend to unify
 570         -- variables with un-expended type synonym
 571     go origin ty1 ty2
 572       | Just ty1' <- tcView ty1 = uType origin ty1' ty2
 573       | Just ty2' <- tcView ty2 = uType origin ty1  ty2'
 574
 575         -- Predicates
 576     go origin (PredTy p1) (PredTy p2) = uPred origin p1 p2
 577
 578         -- Functions; just check the two parts
 579     go origin (FunTy fun1 arg1) (FunTy fun2 arg2)
 580       = do { coi_l <- uType origin fun1 fun2
 581            ; coi_r <- uType origin arg1 arg2
 582            ; return $ mkFunTyCoI coi_l coi_r }
 583
 584         -- Always defer if a type synonym family (type function)
 585         -- is involved.  (Data families behave rigidly.)
 586     go origin ty1@(TyConApp tc1 _) ty2
 587       | isSynFamilyTyCon tc1 = uType_defer origin ty1 ty2
 588     go origin ty1 ty2@(TyConApp tc2 _)
 589       | isSynFamilyTyCon tc2 = uType_defer origin ty1 ty2
 590
 591     go origin (TyConApp tc1 tys1) (TyConApp tc2 tys2)
 592       | tc1 == tc2         -- See Note [TyCon app]
 593       = do { cois <- uList origin uType tys1 tys2
 594            ; return $ mkTyConAppCoI tc1 cois }
 595
 596         -- See Note [Care with type applications]
 597     go origin (AppTy s1 t1) ty2
 598       | Just (s2,t2) <- tcSplitAppTy_maybe ty2
 599       = do { coi_s <- uType_np origin s1 s2  -- See Note [Unifying AppTy]
 600            ; coi_t <- uType origin t1 t2
 601            ; return $ mkAppTyCoI coi_s coi_t }
 602
 603     go origin ty1 (AppTy s2 t2)
 604       | Just (s1,t1) <- tcSplitAppTy_maybe ty1
 605       = do { coi_s <- uType_np origin s1 s2
 606            ; coi_t <- uType origin t1 t2
 607            ; return $ mkAppTyCoI coi_s coi_t }
 608
 609     go _ ty1 ty2
 610       | isSigmaTy ty1 || isSigmaTy ty2
 611       = unifySigmaTy origin ty1 ty2
 612
 613         -- Anything else fails
 614     go origin _ _ = bale_out origin
 615
 616 unifySigmaTy :: [EqOrigin] -> TcType -> TcType -> TcM CoercionI
 617 unifySigmaTy origin ty1 ty2
 618   = do { let (tvs1, body1) = tcSplitForAllTys ty1
 619              (tvs2, body2) = tcSplitForAllTys ty2
 620        ; unless (equalLength tvs1 tvs2) (failWithMisMatch origin)
 621        ; skol_tvs <- tcInstSkolTyVars UnkSkol tvs1     -- Not a helpful SkolemInfo
 622                   -- Get location from monad, not from tvs1
 623        ; let tys      = mkTyVarTys skol_tvs
 624              in_scope = mkInScopeSet (mkVarSet skol_tvs)
 625              phi1     = substTy (mkTvSubst in_scope (zipTyEnv tvs1 tys)) body1
 626              phi2     = substTy (mkTvSubst in_scope (zipTyEnv tvs2 tys)) body2
 627              untch = tyVarsOfType ty1 `unionVarSet` tyVarsOfType ty2
 628
 629        ; (coi, lie) <- getConstraints $
 630                        setUntouchables untch $
 631                        uType origin phi1 phi2
 632
 633           -- Check for escape; e.g. (forall a. a->b) ~ (forall a. a->a)
 634        ; let bad_lie  = filterBag is_bad lie
 635              is_bad w = any (`elemVarSet` tyVarsOfWanted w) skol_tvs
 636        ; when (not (isEmptyBag bad_lie))
 637               (failWithMisMatch origin) -- ToDo: give details from bad_lie
 638
 639        ; emitConstraints lie
 640        ; return (foldr mkForAllTyCoI coi skol_tvs) }
 641
 642 ----------
 643 uPred :: [EqOrigin] -> PredType -> PredType -> TcM CoercionI
 644 uPred origin (IParam n1 t1) (IParam n2 t2)
 645   | n1 == n2
 646   = do { coi <- uType origin t1 t2
 647        ; return $ mkIParamPredCoI n1 coi }
 648 uPred origin (ClassP c1 tys1) (ClassP c2 tys2)
 649   | c1 == c2
 650   = do { cois <- uList origin uType tys1 tys2
 651           -- Guaranteed equal lengths because the kinds check
 652        ; return $ mkClassPPredCoI c1 cois }
 653 uPred origin (EqPred ty1a ty1b) (EqPred ty2a ty2b)
 654   = do { coia <- uType origin ty1a ty2a
 655        ; coib <- uType origin ty1b ty2b
 656        ; return $ mkEqPredCoI coia coib }
 657
 658 uPred origin _ _ = failWithMisMatch origin
 659
 660 ---------------
 661 uList :: [EqOrigin]
 662       -> ([EqOrigin] -> a -> a -> TcM b)
 663       -> [a] -> [a] -> TcM [b]
 664 -- Unify corresponding elements of two lists of types, which
 665 -- should be of equal length.  We charge down the list explicitly so that
 666 -- we can complain if their lengths differ.
 667 uList _       _     []         []        = return []
 668 uList origin unify (ty1:tys1) (ty2:tys2) = do { x  <- unify origin ty1 ty2;
 669                                               ; xs <- uList origin unify tys1 tys2
 670                                               ; return (x:xs) }
 671 uList origin _ _ _ = failWithMisMatch origin
 672        -- See Note [Mismatched type lists and application decomposition]
 673
 674 \end{code}
 675
 676 Note [Care with type applications]
 677 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 678 Note: type applications need a bit of care!
 679 They can match FunTy and TyConApp, so use splitAppTy_maybe
 680 NB: we've already dealt with type variables and Notes,
 681 so if one type is an App the other one jolly well better be too
 682
 683 Note [Unifying AppTy]
 684 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 685 Considerm unifying  (m Int) ~ (IO Int) where m is a unification variable
 686 that is now bound to (say) (Bool ->).  Then we want to report
 687      "Can't unify (Bool -> Int) with (IO Int)
 688 and not
 689      "Can't unify ((->) Bool) with IO"
 690 That is why we use the "_np" variant of uType, which does not alter the error
 691 message.
 692
 693 Note [TyCon app]
 694 ~~~~~~~~~~~~~~~~
 695 When we find two TyConApps, the argument lists are guaranteed equal
 696 length.  Reason: intially the kinds of the two types to be unified is
 697 the same. The only way it can become not the same is when unifying two
 698 AppTys (f1 a1)~(f2 a2).  In that case there can't be a TyConApp in
 699 the f1,f2 (because it'd absorb the app).  If we unify f1~f2 first,
 700 which we do, that ensures that f1,f2 have the same kind; and that
 701 means a1,a2 have the same kind.  And now the argument repeats.
 702
 703 Note [Mismatched type lists and application decomposition]
 704 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 705 When we find two TyConApps, you might think that the argument lists
 706 are guaranteed equal length.  But they aren't. Consider matching
 707         w (T x) ~ Foo (T x y)
 708 We do match (w ~ Foo) first, but in some circumstances we simply create
 709 a deferred constraint; and then go ahead and match (T x ~ T x y).
 710 This came up in Trac #3950.
 711
 712 So either
 713    (a) either we must check for identical argument kinds
 714        when decomposing applications,
 715
 716    (b) or we must be prepared for ill-kinded unification sub-problems
 717
 718 Currently we adopt (b) since it seems more robust -- no need to maintain
 719 a global invariant.
 720
 721 Note [Unification and synonyms]
 722 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 723 If you are tempted to make a short cut on synonyms, as in this
 724 pseudocode...
 725
 726    uTys (SynTy con1 args1 ty1) (SynTy con2 args2 ty2)
 727      = if (con1 == con2) then
 728    -- Good news!  Same synonym constructors, so we can shortcut
 729    -- by unifying their arguments and ignoring their expansions.
 730    unifyTypepeLists args1 args2
 731     else
 732    -- Never mind.  Just expand them and try again
 733    uTys ty1 ty2
 734
 735 then THINK AGAIN.  Here is the whole story, as detected and reported
 736 by Chris Okasaki:
 737
 738 Here's a test program that should detect the problem:
 739
 740         type Bogus a = Int
 741         x = (1 :: Bogus Char) :: Bogus Bool
 742
 743 The problem with [the attempted shortcut code] is that
 744
 745         con1 == con2
 746
 747 is not a sufficient condition to be able to use the shortcut!
 748 You also need to know that the type synonym actually USES all
 749 its arguments.  For example, consider the following type synonym
 750 which does not use all its arguments.
 751
 752         type Bogus a = Int
 753
 754 If you ever tried unifying, say, (Bogus Char) with )Bogus Bool), the
 755 unifier would blithely try to unify Char with Bool and would fail,
 756 even though the expanded forms (both Int) should match. Similarly,
 757 unifying (Bogus Char) with (Bogus t) would unnecessarily bind t to
 758 Char.
 759
 760 ... You could explicitly test for the problem synonyms and mark them
 761 somehow as needing expansion, perhaps also issuing a warning to the
 762 user.
 763
 764 Note [Deferred Unification]
 765 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 766 We may encounter a unification ty1 ~ ty2 that cannot be performed syntactically,
 767 and yet its consistency is undetermined. Previously, there was no way to still
 768 make it consistent. So a mismatch error was issued.
 769
 770 Now these unfications are deferred until constraint simplification, where type
 771 family instances and given equations may (or may not) establish the consistency.
 772 Deferred unifications are of the form
 773                 F ... ~ ...
 774 or              x ~ ...
 775 where F is a type function and x is a type variable.
 776 E.g.
 777         id :: x ~ y => x -> y
 778         id e = e
 779
 780 involves the unfication x = y. It is deferred until we bring into account the
 781 context x ~ y to establish that it holds.
 782
 783 If available, we defer original types (rather than those where closed type
 784 synonyms have already been expanded via tcCoreView).  This is, as usual, to
 785 improve error messages.
 786
 787
 788 %************************************************************************
 789 %*                                                                      *
 790                  uVar and friends
 791 %*                                                                      *
 792 %************************************************************************
 793
 794 @uVar@ is called when at least one of the types being unified is a
 795 variable.  It does {\em not} assume that the variable is a fixed point
 796 of the substitution; rather, notice that @uVar@ (defined below) nips
 797 back into @uTys@ if it turns out that the variable is already bound.
 798
 799 \begin{code}
 800 uVar :: [EqOrigin] -> SwapFlag -> TcTyVar -> TcTauType -> TcM CoercionI
 801 uVar origin swapped tv1 ty2
 802   = do  { traceTc "uVar" (vcat [ ppr origin
 803                                 , ppr swapped
 804                                 , ppr tv1 <+> dcolon <+> ppr (tyVarKind tv1)
 805                                 , nest 2 (ptext (sLit " ~ "))
 806                                 , ppr ty2 <+> dcolon <+> ppr (typeKind ty2)])
 807         ; details <- lookupTcTyVar tv1
 808         ; case details of
 809             Filled ty1  -> unSwap swapped (uType_np origin) ty1 ty2
 810             Unfilled details1 -> uUnfilledVar origin swapped tv1 details1 ty2
 811         }
 812
 813 ----------------
 814 uUnfilledVar :: [EqOrigin]
 815              -> SwapFlag
 816              -> TcTyVar -> TcTyVarDetails       -- Tyvar 1
 817              -> TcTauType                       -- Type 2
 818              -> TcM CoercionI
 819 -- "Unfilled" means that the variable is definitely not a filled-in meta tyvar
 820 --            It might be a skolem, or untouchable, or meta
 821
 822 uUnfilledVar origin swapped tv1 details1 (TyVarTy tv2)
 823   | tv1 == tv2  -- Same type variable => no-op
 824   = return (IdCo (mkTyVarTy tv1))
 825
 826   | otherwise  -- Distinct type variables
 827   = do  { lookup2 <- lookupTcTyVar tv2
 828         ; case lookup2 of
 829             Filled ty2'       -> uUnfilledVar origin swapped tv1 details1 ty2'
 830             Unfilled details2 -> uUnfilledVars origin swapped tv1 details1 tv2 details2
 831         }
 832
 833 uUnfilledVar origin swapped tv1 details1 non_var_ty2  -- ty2 is not a type variable
 834   = case details1 of
 835       MetaTv TauTv ref1
 836         -> do { mb_ty2' <- checkTauTvUpdate tv1 non_var_ty2
 837               ; case mb_ty2' of
 838                   Nothing   -> do { traceTc "Occ/kind defer" (ppr tv1); defer }
 839                   Just ty2' -> updateMeta tv1 ref1 ty2'
 840               }
 841
 842       _other -> do { traceTc "Skolem defer" (ppr tv1); defer }          -- Skolems of all sorts
 843   where
 844     defer = unSwap swapped (uType_defer origin) (mkTyVarTy tv1) non_var_ty2
 845           -- Occurs check or an untouchable: just defer
 846           -- NB: occurs check isn't necessarily fatal:
 847           --     eg tv1 occured in type family parameter
 848
 849 ----------------
 850 uUnfilledVars :: [EqOrigin]
 851               -> SwapFlag
 852               -> TcTyVar -> TcTyVarDetails      -- Tyvar 1
 853               -> TcTyVar -> TcTyVarDetails      -- Tyvar 2
 854               -> TcM CoercionI
 855 -- Invarant: The type variables are distinct,
 856 --           Neither is filled in yet
 857
 858 uUnfilledVars origin swapped tv1 details1 tv2 details2
 859   = case (details1, details2) of
 860       (MetaTv i1 ref1, MetaTv i2 ref2)
 861           | k1_sub_k2 -> if k2_sub_k1 && nicer_to_update_tv1 i1 i2
 862                          then updateMeta tv1 ref1 ty2
 863                          else updateMeta tv2 ref2 ty1
 864           | k2_sub_k1 -> updateMeta tv1 ref1 ty2
 865
 866       (_, MetaTv _ ref2) | k1_sub_k2 -> updateMeta tv2 ref2 ty1
 867       (MetaTv _ ref1, _) | k2_sub_k1 -> updateMeta tv1 ref1 ty2
 868
 869       (_, _) -> unSwap swapped (uType_defer origin) ty1 ty2
 870                 -- Defer for skolems of all sorts
 871   where
 872     k1        = tyVarKind tv1
 873     k2        = tyVarKind tv2
 874     k1_sub_k2 = k1 `isSubKind` k2
 875     k2_sub_k1 = k2 `isSubKind` k1
 876     ty1       = mkTyVarTy tv1
 877     ty2       = mkTyVarTy tv2
 878
 879     nicer_to_update_tv1 _         (SigTv _) = True
 880     nicer_to_update_tv1 (SigTv _) _         = False
 881     nicer_to_update_tv1 _         _         = isSystemName (Var.varName tv1)
 882         -- Try not to update SigTvs; and try to update sys-y type
 883         -- variables in preference to ones gotten (say) by
 884         -- instantiating a polymorphic function with a user-written
 885         -- type sig
 886
 887 ----------------
 888 checkTauTvUpdate :: TcTyVar -> TcType -> TcM (Maybe TcType)
 889 --    (checkTauTvUpdate tv ty)
 890 -- We are about to update the TauTv tv with ty.
 891 -- Check (a) that tv doesn't occur in ty (occurs check)
 892 --       (b) that ty is a monotype
 893 --       (c) that kind(ty) is a sub-kind of kind(tv)
 894 --       (d) that ty does not contain any type families, see Note [SHARING]
 895 --
 896 -- We have two possible outcomes:
 897 -- (1) Return the type to update the type variable with,
 898 --        [we know the update is ok]
 899 -- (2) Return Nothing,
 900 --        [the update might be dodgy]
 901 --
 902 -- Note that "Nothing" does not mean "definite error".  For example
 903 --   type family F a
 904 --   type instance F Int = Int
 905 -- consider
 906 --   a ~ F a
 907 -- This is perfectly reasonable, if we later get a ~ Int.  For now, though,
 908 -- we return Nothing, leaving it to the later constraint simplifier to
 909 -- sort matters out.
 910
 911 checkTauTvUpdate tv ty
 912   = do { ty' <- zonkTcType ty
 913        ; if ok ty' && (typeKind ty' `isSubKind` tyVarKind tv)
 914          then return (Just ty')
 915          else return Nothing }
 916   where ok :: TcType -> Bool
 917         -- Check that tv is not among the free variables of
 918         -- the type and that the type is type-family-free.
 919         ok (TyVarTy tv')      = not (tv == tv')
 920         ok (TyConApp tc tys)  = all ok tys && not (isSynFamilyTyCon tc)
 921         ok (PredTy sty)       = ok_pred sty
 922         ok (FunTy arg res)    = ok arg && ok res
 923         ok (AppTy fun arg)    = ok fun && ok arg
 924         ok (ForAllTy _tv1 ty1) = ok ty1
 925
 926         ok_pred (IParam _ ty)    = ok ty
 927         ok_pred (ClassP _ tys)   = all ok tys
 928         ok_pred (EqPred ty1 ty2) = ok ty1 && ok ty2
 929
 930 \end{code}
 931
 932 Note [SHARING]
 933 ~~~~~~~~~~~~~~
 934 We must avoid eagerly unifying type variables to types that contain function symbols,
 935 because this may lead to loss of sharing, and in turn, in very poor performance of the
 936 constraint simplifier. Assume that we have a wanted constraint:
 937 {
 938   m1 ~ [F m2],
 939   m2 ~ [F m3],
 940   m3 ~ [F m4],
 941   D m1,
 942   D m2,
 943   D m3
 944 }
 945 where D is some type class. If we eagerly unify m1 := [F m2], m2 := [F m3], m3 := [F m2],
 946 then, after zonking, our constraint simplifier will be faced with the following wanted
 947 constraint:
 948 {
 949   D [F [F [F m4]]],
 950   D [F [F m4]],
 951   D [F m4]
 952 }
 953 which has to be flattened by the constraint solver. However, because the sharing is lost,
 954 an polynomially larger number of flatten skolems will be created and the constraint sets
 955 we are working with will be polynomially larger.
 956
 957 Instead, if we defer the unifications m1 := [F m2], etc. we will only be generating three
 958 flatten skolems, which is the maximum possible sharing arising from the original constraint.
 959
 960 \begin{code}
 961 data LookupTyVarResult  -- The result of a lookupTcTyVar call
 962   = Unfilled TcTyVarDetails     -- SkolemTv or virgin MetaTv
 963   | Filled   TcType
 964
 965 lookupTcTyVar :: TcTyVar -> TcM LookupTyVarResult
 966 lookupTcTyVar tyvar
 967   | MetaTv _ ref <- details
 968   = do { meta_details <- readMutVar ref
 969        ; case meta_details of
 970            Indirect ty -> return (Filled ty)
 971            Flexi -> do { is_untch <- isUntouchable tyvar
 972                        ; let    -- Note [Unifying untouchables]
 973                              ret_details | is_untch = SkolemTv UnkSkol
 974                                          | otherwise = details
 975                        ; return (Unfilled ret_details) } }
 976   | otherwise
 977   = return (Unfilled details)
 978   where
 979     details = ASSERT2( isTcTyVar tyvar, ppr tyvar )
 980               tcTyVarDetails tyvar
 981
 982 updateMeta :: TcTyVar -> TcRef MetaDetails -> TcType -> TcM CoercionI
 983 updateMeta tv1 ref1 ty2
 984   = do { writeMetaTyVarRef tv1 ref1 ty2
 985        ; return (IdCo ty2) }
 986 \end{code}
 987
 988 Note [Unifying untouchables]
 989 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 990 We treat an untouchable type variable as if it was a skolem.  That
 991 ensures it won't unify with anything.  It's a slight had, because
 992 we return a made-up TcTyVarDetails, but I think it works smoothly.
 993
 994
 995 %************************************************************************
 996 %*                                                                      *
 997         Errors and contexts
 998 %*                                                                      *
 999 %************************************************************************
1000
1001 \begin{code}
1002 pushOrigin :: TcType -> TcType -> [EqOrigin] -> [EqOrigin]
1003 pushOrigin ty_act ty_exp origin
1004   = UnifyOrigin { uo_actual = ty_act, uo_expected = ty_exp } : origin
1005
1006 ---------------
1007 wrapEqCtxt :: [EqOrigin] -> TcM a -> TcM a
1008 -- Build a suitable error context from the origin and do the thing inside
1009 -- The "couldn't match" error comes from the innermost item on the stack,
1010 -- and, if there is more than one item, the "Expected/inferred" part
1011 -- comes from the outermost item
1012 wrapEqCtxt []    thing_inside = thing_inside
1013 wrapEqCtxt items thing_inside = addErrCtxtM (unifyCtxt (last items)) thing_inside
1014
1015 ---------------
1016 failWithMisMatch :: [EqOrigin] -> TcM a
1017 -- Generate the message when two types fail to match,
1018 -- going to some trouble to make it helpful.
1019 -- We take the failing types from the top of the origin stack
1020 -- rather than reporting the particular ones we are looking
1021 -- at right now
1022 failWithMisMatch (item:origin)
1023   = wrapEqCtxt origin $
1024     do  { ty_act <- zonkTcType (uo_actual item)
1025         ; ty_exp <- zonkTcType (uo_expected item)
1026         ; env0 <- tcInitTidyEnv
1027         ; let (env1, pp_exp) = tidyOpenType env0 ty_exp
1028               (env2, pp_act) = tidyOpenType env1 ty_act
1029         ; failWithTcM (misMatchMsg env2 pp_act pp_exp) }
1030 failWithMisMatch []
1031   = panic "failWithMisMatch"
1032
1033 misMatchMsg :: TidyEnv -> TcType -> TcType -> (TidyEnv, SDoc)
1034 misMatchMsg env ty_act ty_exp
1035   = (env2, sep [sep [ ptext (sLit "Couldn't match expected type") <+> quotes (ppr ty_exp)
1036                     , nest 12 $   ptext (sLit "with actual type") <+> quotes (ppr ty_act)]
1037                , nest 2 (extra1 $$ extra2) ])
1038   where
1039     (env1, extra1) = typeExtraInfoMsg env  ty_exp
1040     (env2, extra2) = typeExtraInfoMsg env1 ty_act
1041 \end{code}
1042
1043
1044 -----------------------------------------
1045         UNUSED FOR NOW
1046 -----------------------------------------
1047
1048 ----------------
1049 ----------------
1050 -- If an error happens we try to figure out whether the function
1051 -- function has been given too many or too few arguments, and say so.
1052 addSubCtxt :: InstOrigin -> TcType -> TcType -> TcM a -> TcM a
1053 addSubCtxt orig actual_res_ty expected_res_ty thing_inside
1054   = addErrCtxtM mk_err thing_inside
1055   where
1056     mk_err tidy_env
1057       = do { exp_ty' <- zonkTcType expected_res_ty
1058            ; act_ty' <- zonkTcType actual_res_ty
1059            ; let (env1, exp_ty'') = tidyOpenType tidy_env exp_ty'
1060                  (env2, act_ty'') = tidyOpenType env1     act_ty'
1061                  (exp_args, _)    = tcSplitFunTys exp_ty''
1062                  (act_args, _)    = tcSplitFunTys act_ty''
1063
1064                  len_act_args     = length act_args
1065                  len_exp_args     = length exp_args
1066
1067                  message = case orig of
1068                              OccurrenceOf fun
1069                                   | len_exp_args < len_act_args -> wrongArgsCtxt "too few"  fun
1070                                   | len_exp_args > len_act_args -> wrongArgsCtxt "too many" fun
1071                              _ -> mkExpectedActualMsg act_ty'' exp_ty''
1072            ; return (env2, message) }
1073
1074
1075 %************************************************************************
1076 %*                                                                      *
1077                 Kind unification
1078 %*                                                                      *
1079 %************************************************************************
1080
1081 Unifying kinds is much, much simpler than unifying types.
1082
1083 \begin{code}
1084 matchExpectedFunKind :: TcKind -> TcM (Maybe (TcKind, TcKind))
1085 -- Like unifyFunTy, but does not fail; instead just returns Nothing
1086
1087 matchExpectedFunKind (TyVarTy kvar) = do
1088     maybe_kind <- readKindVar kvar
1089     case maybe_kind of
1090       Indirect fun_kind -> matchExpectedFunKind fun_kind
1091       Flexi ->
1092           do { arg_kind <- newKindVar
1093              ; res_kind <- newKindVar
1094              ; writeKindVar kvar (mkArrowKind arg_kind res_kind)
1095              ; return (Just (arg_kind,res_kind)) }
1096
1097 matchExpectedFunKind (FunTy arg_kind res_kind) = return (Just (arg_kind,res_kind))
1098 matchExpectedFunKind _                         = return Nothing
1099
1100 -----------------
1101 unifyKind :: TcKind                 -- Expected
1102           -> TcKind                 -- Actual
1103           -> TcM ()
1104
1105 unifyKind (TyConApp kc1 []) (TyConApp kc2 [])
1106   | isSubKindCon kc2 kc1 = return ()
1107
1108 unifyKind (FunTy a1 r1) (FunTy a2 r2)
1109   = do { unifyKind a2 a1; unifyKind r1 r2 }
1110                 -- Notice the flip in the argument,
1111                 -- so that the sub-kinding works right
1112 unifyKind (TyVarTy kv1) k2 = uKVar False kv1 k2
1113 unifyKind k1 (TyVarTy kv2) = uKVar True kv2 k1
1114 unifyKind k1 k2 = unifyKindMisMatch k1 k2
1115
1116 ----------------
1117 uKVar :: Bool -> KindVar -> TcKind -> TcM ()
1118 uKVar swapped kv1 k2
1119   = do  { mb_k1 <- readKindVar kv1
1120         ; case mb_k1 of
1121             Flexi -> uUnboundKVar swapped kv1 k2
1122             Indirect k1 | swapped   -> unifyKind k2 k1
1123                         | otherwise -> unifyKind k1 k2 }
1124
1125 ----------------
1126 uUnboundKVar :: Bool -> KindVar -> TcKind -> TcM ()
1127 uUnboundKVar swapped kv1 k2@(TyVarTy kv2)
1128   | kv1 == kv2 = return ()
1129   | otherwise   -- Distinct kind variables
1130   = do  { mb_k2 <- readKindVar kv2
1131         ; case mb_k2 of
1132             Indirect k2 -> uUnboundKVar swapped kv1 k2
1133             Flexi -> writeKindVar kv1 k2 }
1134
1135 uUnboundKVar swapped kv1 non_var_k2
1136   = do  { k2' <- zonkTcKind non_var_k2
1137         ; kindOccurCheck kv1 k2'
1138         ; k2'' <- kindSimpleKind swapped k2'
1139                 -- KindVars must be bound only to simple kinds
1140                 -- Polarities: (kindSimpleKind True ?) succeeds
1141                 -- returning *, corresponding to unifying
1142                 --      expected: ?
1143                 --      actual:   kind-ver
1144         ; writeKindVar kv1 k2'' }
1145
1146 ----------------
1147 kindOccurCheck :: TyVar -> Type -> TcM ()
1148 kindOccurCheck kv1 k2   -- k2 is zonked
1149   = checkTc (not_in k2) (kindOccurCheckErr kv1 k2)
1150   where
1151     not_in (TyVarTy kv2) = kv1 /= kv2
1152     not_in (FunTy a2 r2) = not_in a2 && not_in r2
1153     not_in _             = True
1154
1155 kindSimpleKind :: Bool -> Kind -> TcM SimpleKind
1156 -- (kindSimpleKind True k) returns a simple kind sk such that sk <: k
1157 -- If the flag is False, it requires k <: sk
1158 -- E.g.         kindSimpleKind False ?? = *
1159 -- What about (kv -> *) ~ ?? -> *
1160 kindSimpleKind orig_swapped orig_kind
1161   = go orig_swapped orig_kind
1162   where
1163     go sw (FunTy k1 k2) = do { k1' <- go (not sw) k1
1164                              ; k2' <- go sw k2
1165                              ; return (mkArrowKind k1' k2') }
1166     go True k
1167      | isOpenTypeKind k = return liftedTypeKind
1168      | isArgTypeKind k  = return liftedTypeKind
1169     go _ k
1170      | isLiftedTypeKind k   = return liftedTypeKind
1171      | isUnliftedTypeKind k = return unliftedTypeKind
1172     go _ k@(TyVarTy _) = return k -- KindVars are always simple
1173     go _ _ = failWithTc (ptext (sLit "Unexpected kind unification failure:")
1174                                   <+> ppr orig_swapped <+> ppr orig_kind)
1175         -- I think this can't actually happen
1176
1177 -- T v = MkT v           v must be a type
1178 -- T v w = MkT (v -> w)  v must not be an umboxed tuple
1179
1180 unifyKindMisMatch :: TcKind -> TcKind -> TcM ()
1181 unifyKindMisMatch ty1 ty2 = do
1182     ty1' <- zonkTcKind ty1
1183     ty2' <- zonkTcKind ty2
1184     let
1185         msg = hang (ptext (sLit "Couldn't match kind"))
1186                    2 (sep [quotes (ppr ty1'),
1187                            ptext (sLit "against"),
1188                            quotes (ppr ty2')])
1189     failWithTc msg
1190
1191 ----------------
1192 kindOccurCheckErr :: Var -> Type -> SDoc
1193 kindOccurCheckErr tyvar ty
1194   = hang (ptext (sLit "Occurs check: cannot construct the infinite kind:"))
1195        2 (sep [ppr tyvar, char '=', ppr ty])
1196 \end{code}
1197
1198 %************************************************************************
1199 %*                                                                      *
1200 \subsection{Checking signature type variables}
1201 %*                                                                      *
1202 %************************************************************************
1203
1204 @checkSigTyVars@ checks that a set of universally quantified type varaibles
1205 are not mentioned in the environment.  In particular:
1206
1207         (a) Not mentioned in the type of a variable in the envt
1208                 eg the signature for f in this:
1209
1210                         g x = ... where
1211                                         f :: a->[a]
1212                                         f y = [x,y]
1213
1214                 Here, f is forced to be monorphic by the free occurence of x.
1215
1216         (d) Not (unified with another type variable that is) in scope.
1217                 eg f x :: (r->r) = (\y->y) :: forall a. a->r
1218             when checking the expression type signature, we find that
1219             even though there is nothing in scope whose type mentions r,
1220             nevertheless the type signature for the expression isn't right.
1221
1222             Another example is in a class or instance declaration:
1223                 class C a where
1224                    op :: forall b. a -> b
1225                    op x = x
1226             Here, b gets unified with a
1227
1228 Before doing this, the substitution is applied to the signature type variable.
1229
1230 -- \begin{code}
1231 checkSigTyVars :: [TcTyVar] -> TcM ()
1232 checkSigTyVars sig_tvs = check_sig_tyvars emptyVarSet sig_tvs
1233
1234 checkSigTyVarsWrt :: TcTyVarSet -> [TcTyVar] -> TcM ()
1235 -- The extra_tvs can include boxy type variables;
1236 --      e.g. TcMatches.tcCheckExistentialPat
1237 checkSigTyVarsWrt extra_tvs sig_tvs
1238   = do  { extra_tvs' <- zonkTcTyVarsAndFV extra_tvs
1239         ; check_sig_tyvars extra_tvs' sig_tvs }
1240
1241 check_sig_tyvars
1242         :: TcTyVarSet   -- Global type variables. The universally quantified
1243                         --      tyvars should not mention any of these
1244                         --      Guaranteed already zonked.
1245         -> [TcTyVar]    -- Universally-quantified type variables in the signature
1246                         --      Guaranteed to be skolems
1247         -> TcM ()
1248 check_sig_tyvars _ []
1249   = return ()
1250 check_sig_tyvars extra_tvs sig_tvs
1251   = ASSERT( all isTcTyVar sig_tvs && all isSkolemTyVar sig_tvs )
1252     do  { gbl_tvs <- tcGetGlobalTyVars
1253         ; traceTc "check_sig_tyvars" $ vcat
1254                [ text "sig_tys" <+> ppr sig_tvs
1255                , text "gbl_tvs" <+> ppr gbl_tvs
1256                , text "extra_tvs" <+> ppr extra_tvs]
1257
1258         ; let env_tvs = gbl_tvs `unionVarSet` extra_tvs
1259         ; when (any (`elemVarSet` env_tvs) sig_tvs)
1260                (bleatEscapedTvs env_tvs sig_tvs sig_tvs)
1261         }
1262
1263 bleatEscapedTvs :: TcTyVarSet   -- The global tvs
1264                 -> [TcTyVar]    -- The possibly-escaping type variables
1265                 -> [TcTyVar]    -- The zonked versions thereof
1266                 -> TcM ()
1267 -- Complain about escaping type variables
1268 -- We pass a list of type variables, at least one of which
1269 -- escapes.  The first list contains the original signature type variable,
1270 -- while the second  contains the type variable it is unified to (usually itself)
1271 bleatEscapedTvs globals sig_tvs zonked_tvs
1272   = do  { env0 <- tcInitTidyEnv
1273         ; let (env1, tidy_tvs)        = tidyOpenTyVars env0 sig_tvs
1274               (env2, tidy_zonked_tvs) = tidyOpenTyVars env1 zonked_tvs
1275
1276         ; (env3, msgs) <- foldlM check (env2, []) (tidy_tvs `zip` tidy_zonked_tvs)
1277         ; failWithTcM (env3, main_msg $$ nest 2 (vcat msgs)) }
1278   where
1279     main_msg = ptext (sLit "Inferred type is less polymorphic than expected")
1280
1281     check (tidy_env, msgs) (sig_tv, zonked_tv)
1282       | not (zonked_tv `elemVarSet` globals) = return (tidy_env, msgs)
1283       | otherwise
1284       = do { lcl_env <- getLclTypeEnv
1285            ; (tidy_env1, globs) <- findGlobals (unitVarSet zonked_tv) lcl_env tidy_env
1286            ; return (tidy_env1, escape_msg sig_tv zonked_tv globs : msgs) }
1287
1288 -----------------------
1289 escape_msg :: Var -> Var -> [SDoc] -> SDoc
1290 escape_msg sig_tv zonked_tv globs
1291   | notNull globs
1292   = vcat [sep [msg, ptext (sLit "is mentioned in the environment:")],
1293           nest 2 (vcat globs)]
1294   | otherwise
1295   = msg <+> ptext (sLit "escapes")
1296         -- Sigh.  It's really hard to give a good error message
1297         -- all the time.   One bad case is an existential pattern match.
1298         -- We rely on the "When..." context to help.
1299   where
1300     msg = ptext (sLit "Quantified type variable") <+> quotes (ppr sig_tv) <+> is_bound_to
1301     is_bound_to
1302         | sig_tv == zonked_tv = empty
1303         | otherwise = ptext (sLit "is unified with") <+> quotes (ppr zonked_tv) <+> ptext (sLit "which")
1304 -- \end{code}
1305
1306 These two context are used with checkSigTyVars
1307
1308 \begin{code}
1309 sigCtxt :: Id -> [TcTyVar] -> TcThetaType -> TcTauType
1310         -> TidyEnv -> TcM (TidyEnv, Message)
1311 sigCtxt id sig_tvs sig_theta sig_tau tidy_env = do
1312     actual_tau <- zonkTcType sig_tau
1313     let
1314         (env1, tidy_sig_tvs)    = tidyOpenTyVars tidy_env sig_tvs
1315         (env2, tidy_sig_rho)    = tidyOpenType env1 (mkPhiTy sig_theta sig_tau)
1316         (env3, tidy_actual_tau) = tidyOpenType env2 actual_tau
1317         sub_msg = vcat [ptext (sLit "Signature type:    ") <+> pprType (mkForAllTys tidy_sig_tvs tidy_sig_rho),
1318                         ptext (sLit "Type to generalise:") <+> pprType tidy_actual_tau
1319                    ]
1320         msg = vcat [ptext (sLit "When trying to generalise the type inferred for") <+> quotes (ppr id),
1321                     nest 2 sub_msg]
1322
1323     return (env3, msg)
1324 \end{code}