New syntax for GADT-style record declarations, and associated refactoring
[ghc-hetmet.git] / compiler / typecheck / TcPat.lhs
index 3c1c3ba..bef5ec7 100644 (file)
@@ -1,60 +1,50 @@
 %
+% (c) The University of Glasgow 2006
 % (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
 %
-\section[TcPat]{Typechecking patterns}
+
+TcPat: Typechecking patterns
 
 \begin{code}
-module TcPat ( tcPat, tcPats, tcOverloadedLit,
-              PatCtxt(..), badFieldCon, polyPatSig ) where
+module TcPat ( tcLetPat, tcPat, tcPats, tcOverloadedLit,
+              addDataConStupidTheta, badFieldCon, polyPatSig ) where
 
 #include "HsVersions.h"
 
-import {-# SOURCE #-}  TcExpr( tcSyntaxOp )
-import HsSyn           ( Pat(..), LPat, HsConDetails(..), HsLit(..), HsOverLit(..), HsExpr(..),
-                         LHsBinds, emptyLHsBinds, isEmptyLHsBinds, 
-                         collectPatsBinders, nlHsLit )
-import TcHsSyn         ( TcId, hsLitType )
+import {-# SOURCE #-}  TcExpr( tcSyntaxOp, tcInferRho)
+
+import HsSyn
+import TcHsSyn
 import TcRnMonad
-import Inst            ( InstOrigin(..), shortCutFracLit, shortCutIntLit, 
-                         newDicts, instToId, tcInstStupidTheta, isHsVar
-                       )
-import Id              ( Id, idType, mkLocalId )
-import CoreFVs         ( idFreeTyVars )
-import Name            ( Name, mkSystemVarName )
-import TcSimplify      ( tcSimplifyCheck, bindInstsOfLocalFuns )
-import TcEnv           ( newLocalName, tcExtendIdEnv1, tcExtendTyVarEnv2,
-                         tcLookupClass, tcLookupDataCon, tcLookupId, refineEnvironment,
-                         tcMetaTy )
-import TcMType                 ( newFlexiTyVarTy, arityErr, tcInstSkolTyVars, newBoxyTyVar, zonkTcType )
-import TcType          ( TcType, TcTyVar, TcSigmaType, TcRhoType, 
-                         SkolemInfo(PatSkol), 
-                         BoxySigmaType, BoxyRhoType, 
-                         pprSkolTvBinding, isRefineableTy, isRigidTy, tcTyVarsOfTypes, mkTyVarTy, lookupTyVar, 
-                         emptyTvSubst, substTyVar, substTy, mkTopTvSubst, zipTopTvSubst, zipOpenTvSubst,
-                         mkTyVarTys, mkClassPred, mkTyConApp, isOverloadedTy,
-                         mkFunTy, mkFunTys, exactTyVarsOfTypes,
-                         tidyOpenTypes )
-import VarSet          ( elemVarSet, mkVarSet )
-import Kind            ( liftedTypeKind, openTypeKind )
-import TcUnify         ( boxySplitTyConApp, boxySplitListTy, 
-                         unBox, stripBoxyType, zapToMonotype,
-                         boxyMatchTypes, boxyUnify, boxyUnifyList, checkSigTyVarsWrt )
-import TcHsType                ( UserTypeCtxt(..), tcPatSig )
-import TysWiredIn      ( boolTy, parrTyCon, tupleTyCon )
-import Unify           ( MaybeErr(..), gadtRefineTys )
-import Type            ( substTys, substTheta )
-import StaticFlags     ( opt_IrrefutableTuples )
-import TyCon           ( TyCon )
-import DataCon         ( DataCon, dataConTyCon, isVanillaDataCon, 
-                         dataConFieldLabels, dataConSourceArity, dataConSig )
-import PrelNames       ( integralClassName, fromIntegerName, integerTyConName, 
-                         fromRationalName, rationalTyConName )
-import BasicTypes      ( isBoxed )
-import SrcLoc          ( Located(..), SrcSpan, noLoc )
-import ErrUtils                ( Message )
-import Util            ( takeList, zipEqual )
+import Inst
+import Id
+import Var
+import CoreFVs
+import Name
+import TcSimplify
+import TcEnv
+import TcMType
+import TcType
+import VarEnv
+import VarSet
+import TcUnify
+import TcHsType
+import TysWiredIn
+import Type
+import Coercion
+import StaticFlags
+import TyCon
+import DataCon
+import PrelNames
+import BasicTypes hiding (SuccessFlag(..))
+import DynFlags        ( DynFlag( Opt_GADTs ) )
+import SrcLoc
+import ErrUtils
+import Util
+import Maybes
 import Outputable
 import FastString
+import Monad
 \end{code}
 
 
@@ -65,12 +55,28 @@ import FastString
 %************************************************************************
 
 \begin{code}
-tcPats :: PatCtxt
-       -> [LPat Name]                  -- Patterns,
-       -> [BoxySigmaType]              --   and their types
-       -> BoxyRhoType                  -- Result type,
-       -> (BoxyRhoType -> TcM a)       --   and the checker for the body
-       -> TcM ([LPat TcId], a)
+tcLetPat :: (Name -> Maybe TcRhoType)
+        -> LPat Name -> BoxySigmaType 
+        -> TcM a
+        -> TcM (LPat TcId, a)
+tcLetPat sig_fn pat pat_ty thing_inside
+  = do { let init_state = PS { pat_ctxt = LetPat sig_fn,
+                               pat_eqs  = False }
+       ; (pat', ex_tvs, res) <- tc_lpat pat pat_ty init_state 
+                                   (\ _ -> thing_inside)
+
+       -- Don't know how to deal with pattern-bound existentials yet
+       ; checkTc (null ex_tvs) (existentialExplode pat)
+
+       ; return (pat', res) }
+
+-----------------
+tcPats :: HsMatchContext Name
+       -> [LPat Name]           -- Patterns,
+       -> [BoxySigmaType]       --   and their types
+       -> BoxyRhoType           -- Result type,
+       -> (BoxyRhoType -> TcM a) --   and the checker for the body
+       -> TcM ([LPat TcId], a)
 
 -- This is the externally-callable wrapper function
 -- Typecheck the patterns, extend the environment to bind the variables,
@@ -80,36 +86,50 @@ tcPats      :: PatCtxt
 
 --   1. Initialise the PatState
 --   2. Check the patterns
---   3. Apply the refinement
---   4. Check the body
---   5. Check that no existentials escape
+--   3. Check the body
+--   4. Check that no existentials escape
 
 tcPats ctxt pats tys res_ty thing_inside
-  =  do        { let init_state = PS { pat_ctxt = ctxt, pat_reft = emptyTvSubst }
+  = tc_lam_pats (APat ctxt) (zipEqual "tcLamPats" pats tys)
+               res_ty thing_inside
 
-       ; (pats', ex_tvs, res) <- tc_lpats init_state pats tys $ \ pstate' ->
-                                 refineEnvironment (pat_reft pstate') $
-                                 thing_inside (refineType (pat_reft pstate') res_ty)
+tcPat :: HsMatchContext Name
+      -> LPat Name -> BoxySigmaType 
+      -> BoxyRhoType             -- Result type
+      -> (BoxyRhoType -> TcM a)  -- Checker for body, given
+                                 -- its result type
+      -> TcM (LPat TcId, a)
+tcPat ctxt = tc_lam_pat (APat ctxt)
+
+tc_lam_pat :: PatCtxt -> LPat Name -> BoxySigmaType -> BoxyRhoType
+           -> (BoxyRhoType -> TcM a) -> TcM (LPat TcId, a)
+tc_lam_pat ctxt pat pat_ty res_ty thing_inside
+  = do { ([pat'],thing) <- tc_lam_pats ctxt [(pat, pat_ty)] res_ty thing_inside
+       ; return (pat', thing) }
 
-       ; tcCheckExistentialPat ctxt pats' ex_tvs tys res_ty
+-----------------
+tc_lam_pats :: PatCtxt
+           -> [(LPat Name,BoxySigmaType)]
+                   -> BoxyRhoType            -- Result type
+                   -> (BoxyRhoType -> TcM a) -- Checker for body, given its result type
+                   -> TcM ([LPat TcId], a)
+tc_lam_pats ctxt pat_ty_prs res_ty thing_inside 
+  =  do        { let init_state = PS { pat_ctxt = ctxt, pat_eqs = False }
 
-       ; returnM (pats', res) }
+       ; (pats', ex_tvs, res) <- do { traceTc (text "tc_lam_pats" <+> (ppr pat_ty_prs $$ ppr res_ty)) 
+                                 ; tcMultiple tc_lpat_pr pat_ty_prs init_state $ \ pstate' ->
+                                   if (pat_eqs pstate' && (not $ isRigidTy res_ty))
+                                    then nonRigidResult ctxt res_ty
+                                    else thing_inside res_ty }
 
+       ; let tys = map snd pat_ty_prs
+       ; tcCheckExistentialPat pats' ex_tvs tys res_ty
 
------------------
-tcPat :: PatCtxt 
-      -> LPat Name -> BoxySigmaType 
-      -> BoxyRhoType           -- Result type
-      -> (BoxyRhoType -> TcM a)        -- Checker for body, given its result type
-      -> TcM (LPat TcId, a)
-tcPat ctxt pat pat_ty res_ty thing_inside
-  = do { ([pat'],thing) <- tcPats ctxt [pat] [pat_ty] res_ty thing_inside
-       ; return (pat', thing) }
+       ; return (pats', res) }
 
 
 -----------------
-tcCheckExistentialPat :: PatCtxt
-                     -> [LPat TcId]            -- Patterns (just for error message)
+tcCheckExistentialPat :: [LPat TcId]           -- Patterns (just for error message)
                      -> [TcTyVar]              -- Existentially quantified tyvars bound by pattern
                      -> [BoxySigmaType]        -- Types of the patterns
                      -> BoxyRhoType            -- Type of the body of the match
@@ -121,29 +141,31 @@ tcCheckExistentialPat :: PatCtxt
 --     f (C g) x = g x
 -- Here, result_ty will be simply Int, but expected_ty is (C -> a -> Int).
 
-tcCheckExistentialPat ctxt pats [] pat_tys body_ty
+tcCheckExistentialPat _ [] _ _
   = return ()  -- Short cut for case when there are no existentials
 
-tcCheckExistentialPat (LetPat _) pats ex_tvs pat_tys body_ty
-       -- Don't know how to deal with pattern-bound existentials yet
-  = failWithTc (existentialExplode pats)
-
-tcCheckExistentialPat ctxt pats ex_tvs pat_tys body_ty
-  = addErrCtxtM (sigPatCtxt (collectPatsBinders pats) ex_tvs pat_tys)  $
+tcCheckExistentialPat pats ex_tvs pat_tys body_ty
+  = addErrCtxtM (sigPatCtxt pats ex_tvs pat_tys body_ty)       $
     checkSigTyVarsWrt (tcTyVarsOfTypes (body_ty:pat_tys)) ex_tvs
 
 data PatState = PS {
        pat_ctxt :: PatCtxt,
-       pat_reft :: GadtRefinement      -- Binds rigid TcTyVars to their refinements
+       pat_eqs  :: Bool        -- <=> there are any equational constraints 
+                               -- Used at the end to say whether the result
+                               -- type must be rigid
   }
 
 data PatCtxt 
-  = LamPat 
+  = APat (HsMatchContext Name)
   | LetPat (Name -> Maybe TcRhoType)   -- Used for let(rec) bindings
 
+notProcPat :: PatCtxt -> Bool
+notProcPat (APat ProcExpr) = False
+notProcPat _              = True
+
 patSigCtxt :: PatState -> UserTypeCtxt
 patSigCtxt (PS { pat_ctxt = LetPat _ }) = BindPatSigCtxt
-patSigCtxt other                       = LamPatSigCtxt
+patSigCtxt _                            = LamPatSigCtxt
 \end{code}
 
 
@@ -156,8 +178,19 @@ patSigCtxt other                   = LamPatSigCtxt
 
 \begin{code}
 tcPatBndr :: PatState -> Name -> BoxySigmaType -> TcM TcId
-tcPatBndr (PS { pat_ctxt = LamPat }) bndr_name pat_ty
-  = do { pat_ty' <- unBox pat_ty
+tcPatBndr (PS { pat_ctxt = LetPat lookup_sig }) bndr_name pat_ty
+  | Just mono_ty <- lookup_sig bndr_name
+  = do { mono_name <- newLocalName bndr_name
+       ; boxyUnify mono_ty pat_ty
+       ; return (Id.mkLocalId mono_name mono_ty) }
+
+  | otherwise
+  = do { pat_ty' <- unBoxPatBndrType pat_ty bndr_name
+       ; mono_name <- newLocalName bndr_name
+       ; return (Id.mkLocalId mono_name pat_ty') }
+
+tcPatBndr (PS { pat_ctxt = _lam_or_proc }) bndr_name pat_ty
+  = do { pat_ty' <- unBoxPatBndrType pat_ty bndr_name
                -- We have an undecorated binder, so we do rule ABS1,
                -- by unboxing the boxy type, forcing any un-filled-in
                -- boxes to become monotypes
@@ -166,18 +199,7 @@ tcPatBndr (PS { pat_ctxt = LamPat }) bndr_name pat_ty
                --      f t = case t of { MkT g -> ... }
                -- Here, the 'g' must get type (forall a. a->a) from the
                -- MkT context
-       ; return (mkLocalId bndr_name pat_ty') }
-
-tcPatBndr (PS { pat_ctxt = LetPat lookup_sig }) bndr_name pat_ty
-  | Just mono_ty <- lookup_sig bndr_name
-  = do { mono_name <- newLocalName bndr_name
-       ; boxyUnify mono_ty pat_ty
-       ; return (mkLocalId mono_name mono_ty) }
-
-  | otherwise
-  = do { pat_ty' <- unBox pat_ty
-       ; mono_name <- newLocalName bndr_name
-       ; return (mkLocalId mono_name pat_ty') }
+       ; return (Id.mkLocalId bndr_name pat_ty') }
 
 
 -------------------
@@ -189,6 +211,37 @@ bindInstsOfPatId id thing_inside
   = do { (res, lie) <- getLIE thing_inside
        ; binds <- bindInstsOfLocalFuns lie [id]
        ; return (res, binds) }
+
+-------------------
+unBoxPatBndrType :: BoxyType -> Name -> TcM TcType
+unBoxPatBndrType  ty name = unBoxArgType ty (ptext (sLit "The variable") <+> quotes (ppr name))
+
+unBoxWildCardType :: BoxyType -> TcM TcType
+unBoxWildCardType ty      = unBoxArgType ty (ptext (sLit "A wild-card pattern"))
+
+unBoxViewPatType :: BoxyType -> Pat Name -> TcM TcType
+unBoxViewPatType  ty pat  = unBoxArgType ty (ptext (sLit "The view pattern") <+> ppr pat)
+
+unBoxArgType :: BoxyType -> SDoc -> TcM TcType
+-- In addition to calling unbox, unBoxArgType ensures that the type is of ArgTypeKind; 
+-- that is, it can't be an unboxed tuple.  For example, 
+--     case (f x) of r -> ...
+-- should fail if 'f' returns an unboxed tuple.
+unBoxArgType ty pp_this
+  = do { ty' <- unBox ty       -- Returns a zonked type
+
+       -- Neither conditional is strictly necesssary (the unify alone will do)
+       -- but they improve error messages, and allocate fewer tyvars
+       ; if isUnboxedTupleType ty' then
+               failWithTc msg
+         else if isSubArgTypeKind (typeKind ty') then
+               return ty'
+         else do       -- OpenTypeKind, so constrain it
+       { ty2 <- newFlexiTyVarTy argTypeKind
+       ; unifyType ty' ty2
+       ; return ty' }}
+  where
+    msg = pp_this <+> ptext (sLit "cannot be bound to an unboxed tuple")
 \end{code}
 
 
@@ -200,7 +253,7 @@ bindInstsOfPatId id thing_inside
 
 Note [Nesting]
 ~~~~~~~~~~~~~~
-tcPat takes a "thing inside" over which the patter scopes.  This is partly
+tcPat takes a "thing inside" over which the pattern scopes.  This is partly
 so that tcPat can extend the environment for the thing_inside, but also 
 so that constraints arising in the thing_inside can be discharged by the
 pattern.
@@ -211,54 +264,57 @@ Hence the getErrCtxt/setErrCtxt stuff in tc_lpats.
 
 \begin{code}
 --------------------
-tc_lpats :: PatState
-        -> [LPat Name] 
-        -> [BoxySigmaType]     
-        -> (PatState -> TcM a)
-        -> TcM ([LPat TcId], [TcTyVar], a)
-
-tc_lpats pstate pats pat_tys thing_inside
+type Checker inp out =  forall r.
+                         inp
+                      -> PatState
+                      -> (PatState -> TcM r)
+                      -> TcM (out, [TcTyVar], r)
+
+tcMultiple :: Checker inp out -> Checker [inp] [out]
+tcMultiple tc_pat args pstate thing_inside
   = do { err_ctxt <- getErrCtxt
-       ; let loop pstate [] [] 
+       ; let loop pstate []
                = do { res <- thing_inside pstate
                     ; return ([], [], res) }
 
-             loop pstate (p:ps) (ty:tys)
+             loop pstate (arg:args)
                = do { (p', p_tvs, (ps', ps_tvs, res)) 
-                               <- tc_lpat pstate p ty $ \ pstate' ->
+                               <- tc_pat arg pstate $ \ pstate' ->
                                   setErrCtxt err_ctxt $
-                                  loop pstate' ps tys
+                                  loop pstate' args
                -- setErrCtxt: restore context before doing the next pattern
                -- See note [Nesting] above
                                
                     ; return (p':ps', p_tvs ++ ps_tvs, res) }
 
-             loop _ _ _ = pprPanic "tc_lpats" (ppr pats $$ ppr pat_tys)
-
-       ; loop pstate pats pat_tys }
+       ; loop pstate args }
 
 --------------------
-tc_lpat :: PatState
-        -> LPat Name 
-        -> BoxySigmaType
-        -> (PatState -> TcM a)
-        -> TcM (LPat TcId, [TcTyVar], a)
-tc_lpat pstate (L span pat) pat_ty thing_inside
+tc_lpat_pr :: (LPat Name, BoxySigmaType)
+          -> PatState
+          -> (PatState -> TcM a)
+          -> TcM (LPat TcId, [TcTyVar], a)
+tc_lpat_pr (pat, ty) = tc_lpat pat ty
+
+tc_lpat :: LPat Name 
+       -> BoxySigmaType
+       -> PatState
+       -> (PatState -> TcM a)
+       -> TcM (LPat TcId, [TcTyVar], a)
+tc_lpat (L span pat) pat_ty pstate thing_inside
   = setSrcSpan span              $
     maybeAddErrCtxt (patCtxt pat) $
-    do { let pat_ty' = refineType (pat_reft pstate) pat_ty
-               -- Make sure the result type reflects the current refinement
-       ; (pat', tvs, res) <- tc_pat pstate pat pat_ty' thing_inside
+    do { (pat', tvs, res) <- tc_pat pstate pat pat_ty thing_inside
        ; return (L span pat', tvs, res) }
 
-
 --------------------
 tc_pat :: PatState
-       -> Pat Name -> BoxySigmaType    -- Fully refined result type
-       -> (PatState -> TcM a)  -- Thing inside
-       -> TcM (Pat TcId,       -- Translated pattern
-               [TcTyVar],      -- Existential binders
-               a)              -- Result of thing inside
+        -> Pat Name 
+        -> BoxySigmaType       -- Fully refined result type
+        -> (PatState -> TcM a) -- Thing inside
+        -> TcM (Pat TcId,      -- Translated pattern
+                [TcTyVar],     -- Existential binders
+                a)             -- Result of thing inside
 
 tc_pat pstate (VarPat name) pat_ty thing_inside
   = do { id <- tcPatBndr pstate name pat_ty
@@ -271,14 +327,14 @@ tc_pat pstate (VarPat name) pat_ty thing_inside
        ; return (pat', [], res) }
 
 tc_pat pstate (ParPat pat) pat_ty thing_inside
-  = do { (pat', tvs, res) <- tc_lpat pstate pat pat_ty thing_inside
+  = do { (pat', tvs, res) <- tc_lpat pat pat_ty pstate thing_inside
        ; return (ParPat pat', tvs, res) }
 
 tc_pat pstate (BangPat pat) pat_ty thing_inside
-  = do { (pat', tvs, res) <- tc_lpat pstate pat pat_ty thing_inside
+  = do { (pat', tvs, res) <- tc_lpat pat pat_ty pstate thing_inside
        ; return (BangPat pat', tvs, res) }
 
--- There's a wrinkle with irrefuatable patterns, namely that we
+-- There's a wrinkle with irrefutable patterns, namely that we
 -- must not propagate type refinement from them.  For example
 --     data T a where { T1 :: Int -> T Int; ... }
 --     f :: T a -> Int -> a
@@ -288,24 +344,51 @@ tc_pat pstate (BangPat pat) pat_ty thing_inside
 --
 -- Nor should a lazy pattern bind any existential type variables
 -- because they won't be in scope when we do the desugaring
+--
+-- Note [Hopping the LIE in lazy patterns]
+-- ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+-- In a lazy pattern, we must *not* discharge constraints from the RHS
+-- from dictionaries bound in the pattern.  E.g.
+--     f ~(C x) = 3
+-- We can't discharge the Num constraint from dictionaries bound by
+-- the pattern C!  
+--
+-- So we have to make the constraints from thing_inside "hop around" 
+-- the pattern.  Hence the getLLE and extendLIEs later.
+
 tc_pat pstate lpat@(LazyPat pat) pat_ty thing_inside
-  = do { (pat', pat_tvs, res) <- tc_lpat pstate pat pat_ty $ \ _ ->
-                                 thing_inside pstate
-                                       -- Ignore refined pstate',
-                                       -- revert to pstate
-       ; if (null pat_tvs) then return ()
-         else lazyPatErr lpat pat_tvs
+  = do { (pat', pat_tvs, (res,lie)) 
+               <- tc_lpat pat pat_ty pstate $ \ _ ->
+                  getLIE (thing_inside pstate)
+               -- Ignore refined pstate', revert to pstate
+       ; extendLIEs lie
+       -- getLIE/extendLIEs: see Note [Hopping the LIE in lazy patterns]
+
+       -- Check no existentials
+       ; unless (null pat_tvs) $ lazyPatErr lpat pat_tvs
+
+       -- Check there are no unlifted types under the lazy pattern
+       ; when (any (isUnLiftedType . idType) $ collectPatBinders pat') $
+               lazyUnliftedPatErr lpat
+
+       -- Check that the pattern has a lifted type
+       ; pat_tv <- newBoxyTyVar liftedTypeKind
+       ; boxyUnify pat_ty (mkTyVarTy pat_tv)
+
        ; return (LazyPat pat', [], res) }
 
+tc_pat _ p@(QuasiQuotePat _) _ _
+  = pprPanic "Should never see QuasiQuotePat in type checker" (ppr p)
+
 tc_pat pstate (WildPat _) pat_ty thing_inside
-  = do { pat_ty' <- unBox pat_ty       -- Make sure it's filled in with monotypes
+  = do { pat_ty' <- unBoxWildCardType pat_ty   -- Make sure it's filled in with monotypes
        ; res <- thing_inside pstate
        ; return (WildPat pat_ty', [], res) }
 
 tc_pat pstate (AsPat (L nm_loc name) pat) pat_ty thing_inside
   = do { bndr_id <- setSrcSpan nm_loc (tcPatBndr pstate name pat_ty)
        ; (pat', tvs, res) <- tcExtendIdEnv1 name bndr_id $
-                             tc_lpat pstate pat (idType bndr_id) thing_inside
+                             tc_lpat pat (idType bndr_id) pstate thing_inside
            -- NB: if we do inference on:
            --          \ (y@(x::forall a. a->a)) = e
            -- we'll fail.  The as-pattern infers a monotype for 'y', which then
@@ -315,51 +398,93 @@ tc_pat pstate (AsPat (L nm_loc name) pat) pat_ty thing_inside
            -- If you fix it, don't forget the bindInstsOfPatIds!
        ; return (AsPat (L nm_loc bndr_id) pat', tvs, res) }
 
+tc_pat pstate (orig@(ViewPat expr pat _)) overall_pat_ty thing_inside 
+  = do { -- morally, expr must have type
+         -- `forall a1...aN. OPT' -> B` 
+         -- where overall_pat_ty is an instance of OPT'.
+         -- Here, we infer a rho type for it,
+         -- which replaces the leading foralls and constraints
+         -- with fresh unification variables.
+         (expr',expr'_inferred) <- tcInferRho expr
+         -- next, we check that expr is coercible to `overall_pat_ty -> pat_ty`
+       ; let expr'_expected = \ pat_ty -> (mkFunTy overall_pat_ty pat_ty)
+         -- tcSubExp: expected first, offered second
+         -- returns coercion
+         -- 
+         -- NOTE: this forces pat_ty to be a monotype (because we use a unification 
+         -- variable to find it).  this means that in an example like
+         -- (view -> f)    where view :: _ -> forall b. b
+         -- we will only be able to use view at one instantation in the
+         -- rest of the view
+       ; (expr_coerc, pat_ty) <- tcInfer $ \ pat_ty -> 
+               tcSubExp ViewPatOrigin (expr'_expected pat_ty) expr'_inferred
+
+         -- pattern must have pat_ty
+       ; (pat', tvs, res) <- tc_lpat pat pat_ty pstate thing_inside
+         -- this should get zonked later on, but we unBox it here
+         -- so that we do the same checks as above
+       ; annotation_ty <- unBoxViewPatType overall_pat_ty orig        
+       ; return (ViewPat (mkLHsWrap expr_coerc expr') pat' annotation_ty, tvs, res) }
+
 -- Type signatures in patterns
 -- See Note [Pattern coercions] below
 tc_pat pstate (SigPatIn pat sig_ty) pat_ty thing_inside
-  = do { (inner_ty, tv_binds) <- tcPatSig (patSigCtxt pstate) sig_ty pat_ty
+  = do { (inner_ty, tv_binds, coi) <- tcPatSig (patSigCtxt pstate) sig_ty 
+                                                                    pat_ty
+        ; unless (isIdentityCoI coi) $ 
+            failWithTc (badSigPat pat_ty)
        ; (pat', tvs, res) <- tcExtendTyVarEnv2 tv_binds $
-                             tc_lpat pstate pat inner_ty thing_inside
+                             tc_lpat pat inner_ty pstate thing_inside
        ; return (SigPatOut pat' inner_ty, tvs, res) }
 
-tc_pat pstate pat@(TypePat ty) pat_ty thing_inside
+tc_pat _ pat@(TypePat _) _ _
   = failWithTc (badTypePat pat)
 
 ------------------------
 -- Lists, tuples, arrays
 tc_pat pstate (ListPat pats _) pat_ty thing_inside
-  = do { elt_ty <- boxySplitListTy pat_ty
-       ; let elt_tys = takeList pats (repeat elt_ty) 
-       ; (pats', pats_tvs, res) <- tc_lpats pstate pats elt_tys thing_inside
-       ; return (ListPat pats' elt_ty, pats_tvs, res) }
+  = do { (elt_ty, coi) <- boxySplitListTy pat_ty
+        ; let scoi = mkSymCoI coi
+       ; (pats', pats_tvs, res) <- tcMultiple (\p -> tc_lpat p elt_ty)
+                                               pats pstate thing_inside
+       ; return (mkCoPatCoI scoi (ListPat pats' elt_ty) pat_ty, pats_tvs, res) 
+        }
 
 tc_pat pstate (PArrPat pats _) pat_ty thing_inside
-  = do { [elt_ty] <- boxySplitTyConApp parrTyCon pat_ty
-       ; let elt_tys = takeList pats (repeat elt_ty) 
-       ; (pats', pats_tvs, res) <- tc_lpats pstate pats elt_tys thing_inside 
-       ; ifM (null pats) (zapToMonotype pat_ty)        -- c.f. ExplicitPArr in TcExpr
-       ; return (PArrPat pats' elt_ty, pats_tvs, res) }
+  = do { (elt_ty, coi) <- boxySplitPArrTy pat_ty
+        ; let scoi = mkSymCoI coi
+       ; (pats', pats_tvs, res) <- tcMultiple (\p -> tc_lpat p elt_ty)
+                                               pats pstate thing_inside 
+       ; when (null pats) (zapToMonotype pat_ty >> return ())  -- c.f. ExplicitPArr in TcExpr
+       ; return (mkCoPatCoI scoi (PArrPat pats' elt_ty) pat_ty, pats_tvs, res)
+        }
 
 tc_pat pstate (TuplePat pats boxity _) pat_ty thing_inside
-  = do { arg_tys <- boxySplitTyConApp (tupleTyCon boxity (length pats)) pat_ty
-       ; (pats', pats_tvs, res) <- tc_lpats pstate pats arg_tys thing_inside
+  = do { let tc = tupleTyCon boxity (length pats)
+        ; (arg_tys, coi) <- boxySplitTyConApp tc pat_ty
+        ; let scoi = mkSymCoI coi
+       ; (pats', pats_tvs, res) <- tcMultiple tc_lpat_pr (pats `zip` arg_tys)
+                                              pstate thing_inside
 
        -- Under flag control turn a pattern (x,y,z) into ~(x,y,z)
        -- so that we can experiment with lazy tuple-matching.
        -- This is a pretty odd place to make the switch, but
        -- it was easy to do.
-       ; let unmangled_result = TuplePat pats' boxity pat_ty
+       ; let pat_ty'          = mkTyConApp tc arg_tys
+                                     -- pat_ty /= pat_ty iff coi /= IdCo
+              unmangled_result = TuplePat pats' boxity pat_ty'
              possibly_mangled_result
-               | opt_IrrefutableTuples && isBoxed boxity = LazyPat (noLoc unmangled_result)
-               | otherwise                               = unmangled_result
+               | opt_IrrefutableTuples && 
+                  isBoxed boxity            = LazyPat (noLoc unmangled_result)
+               | otherwise                 = unmangled_result
 
-       ; ASSERT( length arg_tys == length pats )       -- Syntactically enforced
-         return (possibly_mangled_result, pats_tvs, res) }
+       ; ASSERT( length arg_tys == length pats )      -- Syntactically enforced
+         return (mkCoPatCoI scoi possibly_mangled_result pat_ty, pats_tvs, res)
+        }
 
 ------------------------
 -- Data constructors
-tc_pat pstate pat_in@(ConPatIn (L con_span con_name) arg_pats) pat_ty thing_inside
+tc_pat pstate (ConPatIn (L con_span con_name) arg_pats) pat_ty thing_inside
   = do { data_con <- tcLookupDataCon con_name
        ; let tycon = dataConTyCon data_con
        ; tcConPat pstate con_span data_con tycon pat_ty arg_pats thing_inside }
@@ -367,13 +492,19 @@ tc_pat pstate pat_in@(ConPatIn (L con_span con_name) arg_pats) pat_ty thing_insi
 ------------------------
 -- Literal patterns
 tc_pat pstate (LitPat simple_lit) pat_ty thing_inside
-  = do { boxyUnify (hsLitType simple_lit) pat_ty
+  = do { let lit_ty = hsLitType simple_lit
+       ; coi <- boxyUnify lit_ty pat_ty
+                       -- coi is of kind: lit_ty ~ pat_ty
        ; res <- thing_inside pstate
-       ; returnM (LitPat simple_lit, [], res) }
+                       -- pattern coercions have to
+                       -- be of kind: pat_ty ~ lit_ty
+                       -- hence, sym coi
+       ; return (mkCoPatCoI (mkSymCoI coi) (LitPat simple_lit) pat_ty, 
+                   [], res) }
 
 ------------------------
 -- Overloaded patterns: n, and n+k
-tc_pat pstate pat@(NPat over_lit mb_neg eq _) pat_ty thing_inside
+tc_pat pstate (NPat over_lit mb_neg eq) pat_ty thing_inside
   = do { let orig = LiteralOrigin over_lit
        ; lit'    <- tcOverloadedLit orig over_lit pat_ty
        ; eq'     <- tcSyntaxOp orig eq (mkFunTys [pat_ty, pat_ty] boolTy)
@@ -384,9 +515,9 @@ tc_pat pstate pat@(NPat over_lit mb_neg eq _) pat_ty thing_inside
                            do { neg' <- tcSyntaxOp orig neg (mkFunTy pat_ty pat_ty)
                               ; return (Just neg') }
        ; res <- thing_inside pstate
-       ; returnM (NPat lit' mb_neg' eq' pat_ty, [], res) }
+       ; return (NPat lit' mb_neg' eq', [], res) }
 
-tc_pat pstate pat@(NPlusKPat (L nm_loc name) lit ge minus) pat_ty thing_inside
+tc_pat pstate (NPlusKPat (L nm_loc name) lit ge minus) pat_ty thing_inside
   = do { bndr_id <- setSrcSpan nm_loc (tcPatBndr pstate name pat_ty)
        ; let pat_ty' = idType bndr_id
              orig    = LiteralOrigin lit
@@ -399,11 +530,12 @@ tc_pat pstate pat@(NPlusKPat (L nm_loc name) lit ge minus) pat_ty thing_inside
        -- The Report says that n+k patterns must be in Integral
        -- We may not want this when using re-mappable syntax, though (ToDo?)
        ; icls <- tcLookupClass integralClassName
-       ; dicts <- newDicts orig [mkClassPred icls [pat_ty']]   
-       ; extendLIEs dicts
+       ; instStupidTheta orig [mkClassPred icls [pat_ty']]     
     
        ; res <- tcExtendIdEnv1 name bndr_id (thing_inside pstate)
-       ; returnM (NPlusKPat (L nm_loc bndr_id) lit' ge' minus', [], res) }
+       ; return (NPlusKPat (L nm_loc bndr_id) lit' ge' minus', [], res) }
+
+tc_pat _ _other_pat _ _ = panic "tc_pat"       -- ConPatOut, SigPatOut, VarPatOut
 \end{code}
 
 
@@ -414,119 +546,243 @@ tc_pat pstate pat@(NPlusKPat (L nm_loc name) lit ge minus) pat_ty thing_inside
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
+[Pattern matching indexed data types]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+Consider the following declarations:
+
+  data family Map k :: * -> *
+  data instance Map (a, b) v = MapPair (Map a (Pair b v))
+
+and a case expression
+
+  case x :: Map (Int, c) w of MapPair m -> ...
+
+As explained by [Wrappers for data instance tycons] in MkIds.lhs, the
+worker/wrapper types for MapPair are
+
+  $WMapPair :: forall a b v. Map a (Map a b v) -> Map (a, b) v
+  $wMapPair :: forall a b v. Map a (Map a b v) -> :R123Map a b v
+
+So, the type of the scrutinee is Map (Int, c) w, but the tycon of MapPair is
+:R123Map, which means the straight use of boxySplitTyConApp would give a type
+error.  Hence, the smart wrapper function boxySplitTyConAppWithFamily calls
+boxySplitTyConApp with the family tycon Map instead, which gives us the family
+type list {(Int, c), w}.  To get the correct split for :R123Map, we need to
+unify the family type list {(Int, c), w} with the instance types {(a, b), v}
+(provided by tyConFamInst_maybe together with the family tycon).  This
+unification yields the substitution [a -> Int, b -> c, v -> w], which gives us
+the split arguments for the representation tycon :R123Map as {Int, c, w}
+
+In other words, boxySplitTyConAppWithFamily implicitly takes the coercion 
+
+  Co123Map a b v :: {Map (a, b) v ~ :R123Map a b v}
+
+moving between representation and family type into account.  To produce type
+correct Core, this coercion needs to be used to case the type of the scrutinee
+from the family to the representation type.  This is achieved by
+unwrapFamInstScrutinee using a CoPat around the result pattern.
+
+Now it might appear seem as if we could have used the previous GADT type
+refinement infrastructure of refineAlt and friends instead of the explicit
+unification and CoPat generation.  However, that would be wrong.  Why?  The
+whole point of GADT refinement is that the refinement is local to the case
+alternative.  In contrast, the substitution generated by the unification of
+the family type list and instance types needs to be propagated to the outside.
+Imagine that in the above example, the type of the scrutinee would have been
+(Map x w), then we would have unified {x, w} with {(a, b), v}, yielding the
+substitution [x -> (a, b), v -> w].  In contrast to GADT matching, the
+instantiation of x with (a, b) must be global; ie, it must be valid in *all*
+alternatives of the case expression, whereas in the GADT case it might vary
+between alternatives.
+
+RIP GADT refinement: refinements have been replaced by the use of explicit
+equality constraints that are used in conjunction with implication constraints
+to express the local scope of GADT refinements.
+
 \begin{code}
+--     Running example:
+-- MkT :: forall a b c. (a~[b]) => b -> c -> T a
+--      with scrutinee of type (T ty)
+
 tcConPat :: PatState -> SrcSpan -> DataCon -> TyCon 
         -> BoxySigmaType       -- Type of the pattern
-        -> HsConDetails Name (LPat Name) -> (PatState -> TcM a)
+        -> HsConPatDetails Name -> (PatState -> TcM a)
         -> TcM (Pat TcId, [TcTyVar], a)
 tcConPat pstate con_span data_con tycon pat_ty arg_pats thing_inside
-  | isVanillaDataCon data_con
-  = do { ty_args <- boxySplitTyConApp tycon pat_ty
-       ; let (tvs, _, arg_tys, _, _) = dataConSig data_con
-             arg_tvs  = exactTyVarsOfTypes arg_tys
-               -- See Note [Silly type synonyms in smart-app] in TcExpr
-               -- for why we must use exactTyVarsOfTypes
-             inst_prs = zipEqual "tcConPat" tvs ty_args
-             subst    = mkTopTvSubst inst_prs
-             arg_tys' = substTys subst arg_tys
-             unconstrained_ty_args = [ty_arg | (tv,ty_arg) <- inst_prs,
-                                               not (tv `elemVarSet` arg_tvs)]
-       ; mapM unBox unconstrained_ty_args      -- Zap these to monotypes
-       ; tcInstStupidTheta data_con ty_args
-       ; traceTc (text "tcConPat" <+> vcat [ppr data_con, ppr ty_args, ppr arg_tys'])
-       ; (arg_pats', tvs, res) <- tcConArgs pstate data_con arg_pats arg_tys' thing_inside
-       ; return (ConPatOut (L con_span data_con) [] [] emptyLHsBinds 
-                           arg_pats' (mkTyConApp tycon ty_args),
-                 tvs, res) }
-
-  | otherwise  -- GADT case
-  = do { ty_args <- boxySplitTyConApp tycon pat_ty
-       ; span <- getSrcSpanM   -- The whole pattern
-
-       -- Instantiate the constructor type variables and result type
-       ; let (tvs, theta, arg_tys, _, res_tys) = dataConSig data_con
-             arg_tvs = exactTyVarsOfTypes arg_tys
-               -- See Note [Silly type synonyms in smart-app] in TcExpr
-               -- for why we must use exactTyVarsOfTypes
-             skol_info = PatSkol data_con span
-             arg_flags = [ tv `elemVarSet` arg_tvs | tv <- tvs ]
-       ; tvs' <- tcInstSkolTyVars skol_info tvs
-       ; let res_tys' = substTys (zipTopTvSubst tvs (mkTyVarTys tvs')) res_tys
-
-       -- Do type refinement!
-       ; traceTc (text "tcGadtPat" <+> vcat [ppr data_con, ppr tvs', ppr res_tys', 
-                                             text "ty-args:" <+> ppr ty_args ])
-       ; refineAlt pstate data_con tvs' arg_flags res_tys' ty_args 
-                       $ \ pstate' tv_tys' -> do
-
-       -- ToDo: arg_tys should be boxy, but I don't think theta' should be,
-       --       or the tv_tys' in the call to tcInstStupidTheta
-       { let tenv'    = zipTopTvSubst tvs tv_tys'
-             theta'   = substTheta tenv' theta
-             arg_tys' = substTys   tenv' arg_tys       -- Boxy types
+  = do { let (univ_tvs, ex_tvs, eq_spec, eq_theta, dict_theta, arg_tys, _)
+                = dataConFullSig data_con
+             skol_info  = PatSkol data_con
+             origin     = SigOrigin skol_info
+             full_theta = eq_theta ++ dict_theta
+
+         -- Instantiate the constructor type variables [a->ty]
+         -- This may involve doing a family-instance coercion, and building a
+         -- wrapper 
+       ; (ctxt_res_tys, coi, unwrap_ty) <- boxySplitTyConAppWithFamily tycon 
+                                                                        pat_ty
+        ; let sym_coi = mkSymCoI coi  -- boxy split coercion oriented wrongly
+             pat_ty' = mkTyConApp tycon ctxt_res_tys
+                                      -- pat_ty' /= pat_ty iff coi /= IdCo
+              
+              wrap_res_pat res_pat = mkCoPatCoI sym_coi uwScrut pat_ty
+                where
+                  uwScrut = unwrapFamInstScrutinee tycon ctxt_res_tys
+                                                   unwrap_ty res_pat
+
+         -- Add the stupid theta
+       ; addDataConStupidTheta data_con ctxt_res_tys
+
+       ; ex_tvs' <- tcInstSkolTyVars skol_info ex_tvs  
+                     -- Get location from monad, not from ex_tvs
+
+       ; let tenv     = zipTopTvSubst (univ_tvs ++ ex_tvs)
+                                      (ctxt_res_tys ++ mkTyVarTys ex_tvs')
+             arg_tys' = substTys tenv arg_tys
+
+       ; if null ex_tvs && null eq_spec && null full_theta
+         then do { -- The common case; no class bindings etc 
+                    -- (see Note [Arrows and patterns])
+                   (arg_pats', inner_tvs, res) <- tcConArgs data_con arg_tys' 
+                                                   arg_pats pstate thing_inside
+                 ; let res_pat = ConPatOut { pat_con = L con_span data_con, 
+                                             pat_tvs = [], pat_dicts = [], 
+                                              pat_binds = emptyLHsBinds,
+                                             pat_args = arg_pats', 
+                                              pat_ty = pat_ty' }
+
+                   ; return (wrap_res_pat res_pat, inner_tvs, res) }
+
+         else do   -- The general case, with existential, and local equality 
+                    -- constraints
+       { checkTc (notProcPat (pat_ctxt pstate))
+                 (existentialProcPat data_con)
+                 -- See Note [Arrows and patterns]
+
+          -- Need to test for rigidity if *any* constraints in theta as class
+          -- constraints may have superclass equality constraints.  However,
+          -- we don't want to check for rigidity if we got here only because
+          -- ex_tvs was non-null.
+--        ; unless (null theta') $
+          -- FIXME: AT THE MOMENT WE CHEAT!  We only perform the rigidity test
+          --   if we explicitly or implicitly (by a GADT def) have equality 
+          --   constraints.
+        ; let eq_preds = [mkEqPred (mkTyVarTy tv, ty) | (tv, ty) <- eq_spec]
+             theta'   = substTheta tenv (eq_preds ++ full_theta)
+                           -- order is *important* as we generate the list of
+                           -- dictionary binders from theta'
+             no_equalities = not (any isEqPred theta')
+             pstate' | no_equalities = pstate
+                     | otherwise     = pstate { pat_eqs = True }
+
+        ; gadts_on <- doptM Opt_GADTs
+       ; checkTc (no_equalities || gadts_on)
+                 (ptext (sLit "A pattern match on a GADT requires -XGADTs"))
+                 -- Trac #2905 decided that a *pattern-match* of a GADT
+                 -- should require the GADT language flag
+
+       ; unless no_equalities $ checkTc (isRigidTy pat_ty) $
+                                 nonRigidMatch (pat_ctxt pstate) data_con
 
        ; ((arg_pats', inner_tvs, res), lie_req) <- getLIE $
-               do { tcInstStupidTheta data_con tv_tys'
-                       -- The stupid-theta mentions the newly-bound tyvars, so
-                       -- it must live inside the getLIE, so that the
-                       -- tcSimplifyCheck will apply the type refinement to it
-                  ; tcConArgs pstate' data_con arg_pats arg_tys' thing_inside }
-
-       ; dicts <- newDicts (SigOrigin skol_info) theta'
-       ; dict_binds <- tcSimplifyCheck doc tvs' dicts lie_req
-
-       ; return (ConPatOut (L con_span data_con)
-                           tvs' (map instToId dicts) dict_binds
-                           arg_pats' (mkTyConApp tycon ty_args),
-                 tvs' ++ inner_tvs, res) 
+               tcConArgs data_con arg_tys' arg_pats pstate' thing_inside
+
+       ; loc <- getInstLoc origin
+       ; dicts <- newDictBndrs loc theta'
+       ; dict_binds <- tcSimplifyCheckPat loc ex_tvs' dicts lie_req
+
+        ; let res_pat = ConPatOut { pat_con = L con_span data_con, 
+                                   pat_tvs = ex_tvs',
+                                   pat_dicts = map instToVar dicts, 
+                                   pat_binds = dict_binds,
+                                   pat_args = arg_pats', pat_ty = pat_ty' }
+       ; return (wrap_res_pat res_pat, ex_tvs' ++ inner_tvs, res)
        } }
   where
-    doc = ptext SLIT("existential context for") <+> quotes (ppr data_con)
-
-tcConArgs :: PatState -> DataCon 
-          -> HsConDetails Name (LPat Name) -> [TcSigmaType]
-          -> (PatState -> TcM a)
-          -> TcM (HsConDetails TcId (LPat Id), [TcTyVar], a)
-
-tcConArgs pstate data_con (PrefixCon arg_pats) arg_tys thing_inside
+    -- Split against the family tycon if the pattern constructor 
+    -- belongs to a family instance tycon.
+    boxySplitTyConAppWithFamily tycon pat_ty =
+      traceTc traceMsg >>
+      case tyConFamInst_maybe tycon of
+        Nothing                   -> 
+          do { (scrutinee_arg_tys, coi1) <- boxySplitTyConApp tycon pat_ty
+             ; return (scrutinee_arg_tys, coi1, pat_ty)
+             }
+       Just (fam_tycon, instTys) -> 
+         do { (scrutinee_arg_tys, coi1) <- boxySplitTyConApp fam_tycon pat_ty
+            ; (_, freshTvs, subst) <- tcInstTyVars (tyConTyVars tycon)
+             ; let instTys' = substTys subst instTys
+            ; cois <- boxyUnifyList instTys' scrutinee_arg_tys
+             ; let coi = if isIdentityCoI coi1
+                         then  -- pat_ty was splittable
+                               -- => boxyUnifyList had real work to do
+                           mkTyConAppCoI fam_tycon instTys' cois
+                         else  -- pat_ty was not splittable
+                               -- => scrutinee_arg_tys are fresh tvs and
+                               --    boxyUnifyList just instantiated those
+                           coi1
+            ; return (freshTvs, coi, mkTyConApp fam_tycon instTys')
+                                      -- this is /= pat_ty 
+                                      -- iff cois is non-trivial
+            }
+      where
+        traceMsg = sep [ text "tcConPat:boxySplitTyConAppWithFamily:" <+>
+                        ppr tycon <+> ppr pat_ty
+                      , text "  family instance:" <+> 
+                        ppr (tyConFamInst_maybe tycon)
+                       ]
+
+    -- Wraps the pattern (which must be a ConPatOut pattern) in a coercion
+    -- pattern if the tycon is an instance of a family.
+    --
+    unwrapFamInstScrutinee :: TyCon -> [Type] -> Type -> Pat Id -> Pat Id
+    unwrapFamInstScrutinee tycon args unwrap_ty pat
+      | Just co_con <- tyConFamilyCoercion_maybe tycon 
+--      , not (isNewTyCon tycon)       -- newtypes are explicitly unwrapped by
+                                    -- the desugarer
+          -- NB: We can use CoPat directly, rather than mkCoPat, as we know the
+          --    coercion is not the identity; mkCoPat is inconvenient as it
+          --    wants a located pattern.
+      = CoPat (WpCast $ mkTyConApp co_con args)       -- co fam ty to repr ty
+             (pat {pat_ty = mkTyConApp tycon args})    -- representation type
+             unwrap_ty                                 -- family inst type
+      | otherwise
+      = pat
+
+tcConArgs :: DataCon -> [TcSigmaType]
+         -> Checker (HsConPatDetails Name) (HsConPatDetails Id)
+
+tcConArgs data_con arg_tys (PrefixCon arg_pats) pstate thing_inside
   = do { checkTc (con_arity == no_of_args)     -- Check correct arity
                  (arityErr "Constructor" data_con con_arity no_of_args)
-       ; (arg_pats', tvs, res) <- tc_lpats pstate arg_pats arg_tys thing_inside
+       ; let pats_w_tys = zipEqual "tcConArgs" arg_pats arg_tys
+       ; (arg_pats', tvs, res) <- tcMultiple tcConArg pats_w_tys
+                                             pstate thing_inside 
        ; return (PrefixCon arg_pats', tvs, res) }
   where
     con_arity  = dataConSourceArity data_con
     no_of_args = length arg_pats
 
-tcConArgs pstate data_con (InfixCon p1 p2) arg_tys thing_inside
+tcConArgs data_con arg_tys (InfixCon p1 p2) pstate thing_inside
   = do { checkTc (con_arity == 2)      -- Check correct arity
                  (arityErr "Constructor" data_con con_arity 2)
-       ; ([p1',p2'], tvs, res) <- tc_lpats pstate [p1,p2] arg_tys thing_inside
+       ; let [arg_ty1,arg_ty2] = arg_tys       -- This can't fail after the arity check
+       ; ([p1',p2'], tvs, res) <- tcMultiple tcConArg [(p1,arg_ty1),(p2,arg_ty2)]
+                                             pstate thing_inside
        ; return (InfixCon p1' p2', tvs, res) }
   where
     con_arity  = dataConSourceArity data_con
 
-tcConArgs pstate data_con (RecCon rpats) arg_tys thing_inside
-  = do { (rpats', tvs, res) <- tc_fields pstate rpats thing_inside
-       ; return (RecCon rpats', tvs, res) }
+tcConArgs data_con arg_tys (RecCon (HsRecFields rpats dd)) pstate thing_inside
+  = do { (rpats', tvs, res) <- tcMultiple tc_field rpats pstate thing_inside
+       ; return (RecCon (HsRecFields rpats' dd), tvs, res) }
   where
-    tc_fields :: PatState -> [(Located Name, LPat Name)]
-             -> (PatState -> TcM a)
-             -> TcM ([(Located TcId, LPat TcId)], [TcTyVar], a)
-    tc_fields pstate [] thing_inside
-      = do { res <- thing_inside pstate
-          ; return ([], [], res) }
-
-    tc_fields pstate (rpat : rpats) thing_inside
-      =        do { (rpat', tvs1, (rpats', tvs2, res)) 
-               <- tc_field pstate rpat  $ \ pstate' ->
-                  tc_fields pstate' rpats thing_inside
-          ; return (rpat':rpats', tvs1 ++ tvs2, res) }
-
-    tc_field pstate (field_lbl, pat) thing_inside
+    tc_field :: Checker (HsRecField FieldLabel (LPat Name)) (HsRecField TcId (LPat TcId))
+    tc_field (HsRecField field_lbl pat pun) pstate thing_inside
       = do { (sel_id, pat_ty) <- wrapLocFstM find_field_ty field_lbl
-          ; (pat', tvs, res) <- tc_lpat pstate pat pat_ty thing_inside
-          ; return ((sel_id, pat'), tvs, res) }
+          ; (pat', tvs, res) <- tcConArg (pat, pat_ty) pstate thing_inside
+          ; return (HsRecField sel_id pat' pun, tvs, res) }
 
+    find_field_ty :: FieldLabel -> TcM (Id, TcType)
     find_field_ty field_lbl
        = case [ty | (f,ty) <- field_tys, f == field_lbl] of
 
@@ -545,88 +801,62 @@ tcConArgs pstate data_con (RecCon rpats) arg_tys thing_inside
                -- The normal case, when the field comes from the right constructor
           (pat_ty : extras) -> 
                ASSERT( null extras )
-               do { sel_id <- tcLookupId field_lbl
+               do { sel_id <- tcLookupField field_lbl
                   ; return (sel_id, pat_ty) }
 
+    field_tys :: [(FieldLabel, TcType)]
     field_tys = zip (dataConFieldLabels data_con) arg_tys
        -- Don't use zipEqual! If the constructor isn't really a record, then
        -- dataConFieldLabels will be empty (and each field in the pattern
        -- will generate an error below).
-\end{code}
 
-
-%************************************************************************
-%*                                                                     *
-               Type refinement
-%*                                                                     *
-%************************************************************************
+tcConArg :: Checker (LPat Name, BoxySigmaType) (LPat Id)
+tcConArg (arg_pat, arg_ty) pstate thing_inside
+  = tc_lpat arg_pat arg_ty pstate thing_inside
+\end{code}
 
 \begin{code}
-refineAlt :: PatState 
-         -> DataCon            -- For tracing only
-         -> [TcTyVar]          -- Type variables from pattern
-         -> [Bool]             -- Flags indicating which type variables occur
-                               --      in the type of at least one argument
-         -> [TcType]           -- Result types from the pattern
-         -> [BoxySigmaType]    -- Result types from the scrutinee (context)
-         -> (PatState -> [BoxySigmaType] -> TcM a)
-                       -- Possibly-refined existentials
-         -> TcM a
-refineAlt pstate con pat_tvs arg_flags pat_res_tys ctxt_res_tys thing_inside
-  | not (all isRigidTy ctxt_res_tys)
-       -- The context is not a rigid type, so we do no type refinement here.  
-  = do { let arg_tvs = mkVarSet [ tv | (tv, True) <- pat_tvs `zip` arg_flags]
-             subst = boxyMatchTypes arg_tvs pat_res_tys ctxt_res_tys
-             
-             res_tvs = tcTyVarsOfTypes pat_res_tys
-               -- The tvs are (already) all fresh skolems. We need a 
-               -- fresh skolem for each type variable (to bind in the pattern)
-               -- even if it's refined away by the type refinement
-             find_inst tv 
-               | not (tv `elemVarSet` res_tvs)        = return (mkTyVarTy tv)
-               | Just boxy_ty <- lookupTyVar subst tv = return boxy_ty
-               | otherwise                            = do { tv <- newBoxyTyVar openTypeKind
-                                                           ; return (mkTyVarTy tv) }
-       ; pat_tys' <- mapM find_inst pat_tvs
-
-       -- Do the thing inside
-       ; res <- thing_inside pstate pat_tys'
-
-       -- Unbox the types that have been filled in by the thing_inside
-       -- I.e. the ones whose type variables are mentioned in at least one arg
-       ; let strip ty in_arg_tv | in_arg_tv = stripBoxyType ty
-                                | otherwise = return ty
-       ; pat_tys'' <- zipWithM strip pat_tys' arg_flags
-       ; let subst = zipOpenTvSubst pat_tvs pat_tys''
-       ; boxyUnifyList (substTys subst pat_res_tys) ctxt_res_tys
-
-       ; return res }          -- All boxes now filled
-
-  | otherwise  -- The context is rigid, so we can do type refinement
-  = case gadtRefineTys (pat_reft pstate) con pat_tvs pat_res_tys ctxt_res_tys of
-       Failed msg -> failWithTc (inaccessibleAlt msg)
-       Succeeded (new_subst, all_bound_here) 
-         | all_bound_here      -- All the new bindings are for pat_tvs, so no need
-                               -- to refine the environment or pstate
-         -> do  { traceTc trace_msg
-                ; thing_inside pstate pat_tvs' }
-         | otherwise   -- New bindings affect the context, so pass down pstate'.  
-                       -- DO NOT refine the envt, because we might be inside a
-                       -- lazy pattern
-         -> do { traceTc trace_msg
-               ; thing_inside pstate' pat_tvs' }
-         where
-            pat_tvs' = map (substTyVar new_subst) pat_tvs
-            pstate'  = pstate { pat_reft = new_subst }
-            trace_msg = text "refineTypes:match" <+> ppr con <+> ppr new_subst
-
-refineType :: GadtRefinement -> BoxyRhoType -> BoxyRhoType
--- Refine the type if it is rigid
-refineType reft ty
-  | isRefineableTy ty = substTy reft ty
-  | otherwise        = ty
+addDataConStupidTheta :: DataCon -> [TcType] -> TcM ()
+-- Instantiate the "stupid theta" of the data con, and throw 
+-- the constraints into the constraint set
+addDataConStupidTheta data_con inst_tys
+  | null stupid_theta = return ()
+  | otherwise        = instStupidTheta origin inst_theta
+  where
+    origin = OccurrenceOf (dataConName data_con)
+       -- The origin should always report "occurrence of C"
+       -- even when C occurs in a pattern
+    stupid_theta = dataConStupidTheta data_con
+    tenv = mkTopTvSubst (dataConUnivTyVars data_con `zip` inst_tys)
+        -- NB: inst_tys can be longer than the univ tyvars
+        --     because the constructor might have existentials
+    inst_theta = substTheta tenv stupid_theta
 \end{code}
 
+Note [Arrows and patterns]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+(Oct 07) Arrow noation has the odd property that it involves "holes in the scope". 
+For example:
+  expr :: Arrow a => a () Int
+  expr = proc (y,z) -> do
+          x <- term -< y
+          expr' -< x
+
+Here the 'proc (y,z)' binding scopes over the arrow tails but not the
+arrow body (e.g 'term').  As things stand (bogusly) all the
+constraints from the proc body are gathered together, so constraints
+from 'term' will be seen by the tcPat for (y,z).  But we must *not*
+bind constraints from 'term' here, becuase the desugarer will not make
+these bindings scope over 'term'.
+
+The Right Thing is not to confuse these constraints together. But for
+now the Easy Thing is to ensure that we do not have existential or
+GADT constraints in a 'proc', and to short-cut the constraint
+simplification for such vanilla patterns so that it binds no
+constraints. Hence the 'fast path' in tcConPat; but it's also a good
+plan for ordinary vanilla patterns to bypass the constraint
+simplification step.
+
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
@@ -644,49 +874,37 @@ tcOverloadedLit :: InstOrigin
                 -> HsOverLit Name
                 -> BoxyRhoType
                 -> TcM (HsOverLit TcId)
-tcOverloadedLit orig lit@(HsIntegral i fi) res_ty
-  | not (fi `isHsVar` fromIntegerName) -- Do not generate a LitInst for rebindable syntax.  
+tcOverloadedLit orig lit@(OverLit { ol_val = val, ol_rebindable = rebindable
+                                 , ol_witness = meth_name }) res_ty
+  | rebindable
+       -- Do not generate a LitInst for rebindable syntax.  
        -- Reason: If we do, tcSimplify will call lookupInst, which
        --         will call tcSyntaxName, which does unification, 
        --         which tcSimplify doesn't like
        -- ToDo: noLoc sadness
-  = do { integer_ty <- tcMetaTy integerTyConName
-       ; fi' <- tcSyntaxOp orig fi (mkFunTy integer_ty res_ty)
-       ; return (HsIntegral i (HsApp (noLoc fi') (nlHsLit (HsInteger i integer_ty)))) }
-
-  | Just expr <- shortCutIntLit i res_ty 
-  = return (HsIntegral i expr)
-
-  | otherwise
-  = do         { expr <- newLitInst orig lit res_ty
-       ; return (HsIntegral i expr) }
-
-tcOverloadedLit orig lit@(HsFractional r fr) res_ty
-  | not (fr `isHsVar` fromRationalName)        -- c.f. HsIntegral case
-  = do { rat_ty <- tcMetaTy rationalTyConName
-       ; fr' <- tcSyntaxOp orig fr (mkFunTy rat_ty res_ty)
+  = do { hs_lit <- mkOverLit val
+       ; let lit_ty = hsLitType hs_lit
+       ; fi' <- tcSyntaxOp orig meth_name (mkFunTy lit_ty res_ty)
                -- Overloaded literals must have liftedTypeKind, because
                -- we're instantiating an overloaded function here,
                -- whereas res_ty might be openTypeKind. This was a bug in 6.2.2
                -- However this'll be picked up by tcSyntaxOp if necessary
-       ; return (HsFractional r (HsApp (noLoc fr') (nlHsLit (HsRat r rat_ty)))) }
+       ; let witness = HsApp (noLoc fi') (noLoc (HsLit hs_lit))
+       ; return (lit { ol_witness = witness, ol_type = res_ty }) }
 
-  | Just expr <- shortCutFracLit r res_ty 
-  = return (HsFractional r expr)
+  | Just expr <- shortCutLit val res_ty 
+  = return (lit { ol_witness = expr, ol_type = res_ty })
 
   | otherwise
-  = do         { expr <- newLitInst orig lit res_ty
-       ; return (HsFractional r expr) }
-
-newLitInst :: InstOrigin -> HsOverLit Name -> BoxyRhoType -> TcM (HsExpr TcId)
-newLitInst orig lit res_ty     -- Make a LitInst
   = do         { loc <- getInstLoc orig
        ; res_tau <- zapToMonotype res_ty
        ; new_uniq <- newUnique
-       ; let   lit_nm   = mkSystemVarName new_uniq FSLIT("lit")
-               lit_inst = LitInst lit_nm lit res_tau loc
+       ; let   lit_nm   = mkSystemVarName new_uniq (fsLit "lit")
+               lit_inst = LitInst {tci_name = lit_nm, tci_lit = lit, 
+                                   tci_ty = res_tau, tci_loc = loc}
+               witness = HsVar (instToId lit_inst)
        ; extendLIE lit_inst
-       ; return (HsVar (instToId lit_inst)) }
+       ; return (lit { ol_witness = witness, ol_type = res_ty }) }
 \end{code}
 
 
@@ -762,54 +980,99 @@ patCtxt :: Pat Name -> Maybe Message      -- Not all patterns are worth pushing a con
 patCtxt (VarPat _)  = Nothing
 patCtxt (ParPat _)  = Nothing
 patCtxt (AsPat _ _) = Nothing
-patCtxt pat        = Just (hang (ptext SLIT("In the pattern:")) 
+patCtxt pat        = Just (hang (ptext (sLit "In the pattern:")) 
                               4 (ppr pat))
 
 -----------------------------------------------
 
-existentialExplode pats
+existentialExplode :: LPat Name -> SDoc
+existentialExplode pat
   = hang (vcat [text "My brain just exploded.",
-               text "I can't handle pattern bindings for existentially-quantified constructors.",
+               text "I can't handle pattern bindings for existential or GADT data constructors.",
+               text "Instead, use a case-expression, or do-notation, to unpack the constructor.",
                text "In the binding group for"])
-       4 (vcat (map ppr pats))
-
-sigPatCtxt bound_ids bound_tvs tys tidy_env 
-  =    -- tys is (body_ty : pat_tys)  
-    mapM zonkTcType tys                `thenM` \ tys' ->
-    let
-       (env1,  tidy_tys) = tidyOpenTypes tidy_env (map idType show_ids)
-       (_env2, tidy_body_ty : tidy_pat_tys) = tidyOpenTypes env1 tys'
-    in
-    returnM (env1,
-                sep [ptext SLIT("When checking an existential match that binds"),
+       4 (ppr pat)
+
+sigPatCtxt :: [LPat Var] -> [Var] -> [TcType] -> TcType -> TidyEnv
+           -> TcM (TidyEnv, SDoc)
+sigPatCtxt pats bound_tvs pat_tys body_ty tidy_env 
+  = do { pat_tys' <- mapM zonkTcType pat_tys
+       ; body_ty' <- zonkTcType body_ty
+       ; let (env1,  tidy_tys)    = tidyOpenTypes tidy_env (map idType show_ids)
+             (env2, tidy_pat_tys) = tidyOpenTypes env1 pat_tys'
+             (env3, tidy_body_ty) = tidyOpenType  env2 body_ty'
+       ; return (env3,
+                sep [ptext (sLit "When checking an existential match that binds"),
                      nest 4 (vcat (zipWith ppr_id show_ids tidy_tys)),
-                     ptext SLIT("The pattern(s) have type(s):") <+> vcat (map ppr tidy_pat_tys),
-                     ptext SLIT("The body has type:") <+> ppr tidy_body_ty
-               ])
+                     ptext (sLit "The pattern(s) have type(s):") <+> vcat (map ppr tidy_pat_tys),
+                     ptext (sLit "The body has type:") <+> ppr tidy_body_ty
+               ]) }
   where
+    bound_ids = collectPatsBinders pats
     show_ids = filter is_interesting bound_ids
-    is_interesting id = any (`elemVarSet` idFreeTyVars id) bound_tvs
+    is_interesting id = any (`elemVarSet` varTypeTyVars id) bound_tvs
 
     ppr_id id ty = ppr id <+> dcolon <+> ppr ty
        -- Don't zonk the types so we get the separate, un-unified versions
 
 badFieldCon :: DataCon -> Name -> SDoc
 badFieldCon con field
-  = hsep [ptext SLIT("Constructor") <+> quotes (ppr con),
-         ptext SLIT("does not have field"), quotes (ppr field)]
+  = hsep [ptext (sLit "Constructor") <+> quotes (ppr con),
+         ptext (sLit "does not have field"), quotes (ppr field)]
 
 polyPatSig :: TcType -> SDoc
 polyPatSig sig_ty
-  = hang (ptext SLIT("Illegal polymorphic type signature in pattern:"))
-        4 (ppr sig_ty)
+  = hang (ptext (sLit "Illegal polymorphic type signature in pattern:"))
+       2 (ppr sig_ty)
+
+badSigPat :: TcType -> SDoc
+badSigPat pat_ty = ptext (sLit "Pattern signature must exactly match:") <+> 
+                   ppr pat_ty
 
-badTypePat pat = ptext SLIT("Illegal type pattern") <+> ppr pat
+badTypePat :: Pat Name -> SDoc
+badTypePat pat = ptext (sLit "Illegal type pattern") <+> ppr pat
 
-lazyPatErr pat tvs
+existentialProcPat :: DataCon -> SDoc
+existentialProcPat con
+  = hang (ptext (sLit "Illegal constructor") <+> quotes (ppr con) <+> ptext (sLit "in a 'proc' pattern"))
+       2 (ptext (sLit "Proc patterns cannot use existentials or GADTs"))
+
+lazyPatErr :: Pat name -> [TcTyVar] -> TcM ()
+lazyPatErr _ tvs
   = failWithTc $
-    hang (ptext SLIT("A lazy (~) pattern connot bind existential type variables"))
+    hang (ptext (sLit "A lazy (~) pattern cannot match existential or GADT data constructors"))
        2 (vcat (map pprSkolTvBinding tvs))
 
-inaccessibleAlt msg
-  = hang (ptext SLIT("Inaccessible case alternative:")) 2 msg
+lazyUnliftedPatErr :: OutputableBndr name => Pat name -> TcM ()
+lazyUnliftedPatErr pat
+  = failWithTc $
+    hang (ptext (sLit "A lazy (~) pattern cannot contain unlifted types"))
+       2 (ppr pat)
+
+nonRigidMatch :: PatCtxt -> DataCon -> SDoc
+nonRigidMatch ctxt con
+  =  hang (ptext (sLit "GADT pattern match in non-rigid context for") <+> quotes (ppr con))
+       2 (ptext (sLit "Probable solution: add a type signature for") <+> what ctxt)
+  where
+     what (APat (FunRhs f _)) = quotes (ppr f)
+     what (APat CaseAlt)      = ptext (sLit "the scrutinee of the case expression")
+     what (APat LambdaExpr )  = ptext (sLit "the lambda expression")
+     what (APat (StmtCtxt _)) = ptext (sLit "the right hand side of a do/comprehension binding")
+     what _other             = ptext (sLit "something")
+
+nonRigidResult :: PatCtxt -> Type -> TcM a
+nonRigidResult ctxt res_ty
+  = do { env0 <- tcInitTidyEnv
+       ; let (env1, res_ty') = tidyOpenType env0 res_ty
+             msg = hang (ptext (sLit "GADT pattern match with non-rigid result type")
+                               <+> quotes (ppr res_ty'))
+                        2 (ptext (sLit "Solution: add a type signature for")
+                                 <+> what ctxt )
+       ; failWithTcM (env1, msg) }
+  where
+     what (APat (FunRhs f _)) = quotes (ppr f)
+     what (APat CaseAlt)      = ptext (sLit "the entire case expression")
+     what (APat LambdaExpr)   = ptext (sLit "the lambda exression")
+     what (APat (StmtCtxt _)) = ptext (sLit "the entire do/comprehension expression")
+     what _other              = ptext (sLit "something")
 \end{code}