Use "on the spot" solving for fundeps
[ghc-hetmet.git] / compiler / typecheck / TcSMonad.lhs
index c986811..ad24eb7 100644 (file)
@@ -4,61 +4,65 @@ module TcSMonad (
 
        -- Canonical constraints
     CanonicalCts, emptyCCan, andCCan, andCCans, 
-    singleCCan, extendCCans, isEmptyCCan,
-    CanonicalCt(..), Xi, tyVarsOfCanonical, tyVarsOfCanonicals,
-    mkWantedConstraints, deCanonicaliseWanted, 
-    makeGivens, makeSolved,
+    singleCCan, extendCCans, isEmptyCCan, isCTyEqCan, 
+    isCDictCan_Maybe, isCIPCan_Maybe, isCFunEqCan_Maybe,
+    isCFrozenErr,
 
-    CtFlavor (..), isWanted, isGiven, isDerived, canRewrite, 
-    joinFlavors, mkGivenFlavor,
+    CanonicalCt(..), Xi, tyVarsOfCanonical, tyVarsOfCanonicals, tyVarsOfCDicts, 
+    deCanonicalise, mkFrozenError,
 
-    TcS, runTcS, failTcS, panicTcS, traceTcS, traceTcS0,  -- Basic functionality 
-    tryTcS, nestImplicTcS, wrapErrTcS, wrapWarnTcS,
+    isWanted, isGiven, isDerived,
+    isGivenCt, isWantedCt, isDerivedCt, pprFlavorArising,
+
+    isFlexiTcsTv,
+
+    canRewrite, canSolve,
+    combineCtLoc, mkGivenFlavor, mkWantedFlavor,
+    getWantedLoc,
+
+    TcS, runTcS, failTcS, panicTcS, traceTcS, -- Basic functionality 
+    traceFireTcS, bumpStepCountTcS,
+    tryTcS, nestImplicTcS, recoverTcS, wrapErrTcS, wrapWarnTcS,
     SimplContext(..), isInteractive, simplEqsOnly, performDefaulting,
-       
-       -- Creation of evidence variables
 
-    newWantedCoVar, newGivOrDerCoVar, newGivOrDerEvVar, 
+       -- Creation of evidence variables
+    newEvVar, newCoVar, newWantedCoVar, newGivenCoVar,
+    newDerivedId, 
     newIPVar, newDictVar, newKindConstraint,
 
        -- Setting evidence variables 
-    setWantedCoBind, setDerivedCoBind, 
+    setWantedCoBind,
     setIPBind, setDictBind, setEvBind,
 
     setWantedTyBind,
 
-    newTcEvBindsTcS,
-    getInstEnvs, getFamInstEnvs,                -- Getting the environments 
-    getTopEnv, getGblEnv, getTcEvBinds, getUntouchablesTcS,
-    getTcEvBindsBag, getTcSContext, getTcSTyBinds,
-
+    getInstEnvs, getFamInstEnvs,                -- Getting the environments
+    getTopEnv, getGblEnv, getTcEvBinds, getUntouchables,
+    getTcEvBindsBag, getTcSContext, getTcSTyBinds, getTcSTyBindsMap,
 
     newFlattenSkolemTy,                         -- Flatten skolems 
-    zonkFlattenedType, 
 
 
     instDFunTypes,                              -- Instantiation
-    instDFunConstraints,                        
+    instDFunConstraints,          
+    newFlexiTcSTy, instFlexiTcS,
 
-    isGoodRecEv,
+    compatKind,
 
+    TcsUntouchables,
     isTouchableMetaTyVar,
+    isTouchableMetaTyVar_InRange, 
 
     getDefaultInfo, getDynFlags,
 
     matchClass, matchFam, MatchInstResult (..), 
     checkWellStagedDFun, 
     warnTcS,
-    pprEq,                                   -- Smaller utils, re-exported from TcM 
+    pprEq                                   -- Smaller utils, re-exported from TcM 
                                              -- TODO (DV): these are only really used in the 
                                              -- instance matcher in TcSimplify. I am wondering
                                              -- if the whole instance matcher simply belongs
                                              -- here 
-
-
-    mkWantedFunDepEqns                       -- Instantiation of 'Equations' from FunDeps
-
 ) where 
 
 #include "HsVersions.h"
@@ -71,14 +75,11 @@ import InstEnv
 import FamInst 
 import FamInstEnv
 
-import NameSet ( addOneToNameSet ) 
-
 import qualified TcRnMonad as TcM
 import qualified TcMType as TcM
 import qualified TcEnv as TcM 
        ( checkWellStaged, topIdLvl, tcLookupFamInst, tcGetDefaultTys )
 import TcType
-import Module 
 import DynFlags
 
 import Coercion
@@ -88,6 +89,7 @@ import TypeRep
 
 import Name
 import Var
+import VarEnv
 import Outputable
 import Bag
 import MonadUtils
@@ -96,11 +98,9 @@ import FastString
 
 import HsBinds               -- for TcEvBinds stuff 
 import Id 
-import FunDeps
 
 import TcRnTypes
 
-import Control.Monad
 import Data.IORef
 \end{code}
 
@@ -134,7 +134,7 @@ data CanonicalCt
   | CIPCan {   -- ?x::tau
       -- See note [Canonical implicit parameter constraints].
       cc_id     :: EvVar,
-      cc_flavor :: CtFlavor, 
+      cc_flavor :: CtFlavor,
       cc_ip_nm  :: IPName Name,
       cc_ip_ty  :: TcTauType
     }
@@ -142,19 +142,18 @@ data CanonicalCt
   | CTyEqCan {  -- tv ~ xi     (recall xi means function free)
        -- Invariant: 
        --   * tv not in tvs(xi)   (occurs check)
-       --   * If tv is a MetaTyVar, then typeKind xi <: typeKind tv 
-       --              a skolem,    then typeKind xi =  typeKind tv 
+       --   * typeKind xi `compatKind` typeKind tv
+       --       See Note [Spontaneous solving and kind compatibility]
+       --   * We prefer unification variables on the left *JUST* for efficiency
       cc_id     :: EvVar, 
       cc_flavor :: CtFlavor, 
-      cc_tyvar :: TcTyVar, 
-      cc_rhs   :: Xi
+      cc_tyvar  :: TcTyVar, 
+      cc_rhs    :: Xi
     }
 
   | CFunEqCan {  -- F xis ~ xi  
                  -- Invariant: * isSynFamilyTyCon cc_fun 
-                 --            * cc_rhs is not a touchable unification variable 
-                 --                   See Note [No touchables as FunEq RHS]
-                 --            * typeKind (TyConApp cc_fun cc_tyargs) == typeKind cc_rhs
+                 --            * typeKind (F xis) `compatKind` typeKind xi
       cc_id     :: EvVar,
       cc_flavor :: CtFlavor, 
       cc_fun    :: TyCon,      -- A type function
@@ -164,34 +163,34 @@ data CanonicalCt
                    
     }
 
-makeGivens :: CanonicalCts -> CanonicalCts
-makeGivens = mapBag (\ct -> ct { cc_flavor = mkGivenFlavor (cc_flavor ct) UnkSkol })
-          -- The UnkSkol doesn't matter because these givens are
-          -- not contradictory (else we'd have rejected them already)
-
-makeSolved :: CanonicalCt -> CanonicalCt
--- Record that a constraint is now solved
---       Wanted         -> Derived
---       Given, Derived -> no-op
-makeSolved ct 
-  | Wanted loc <- cc_flavor ct = ct { cc_flavor = Derived loc }
-  | otherwise                  = ct
-
-mkWantedConstraints :: CanonicalCts -> Bag Implication -> WantedConstraints
-mkWantedConstraints flats implics 
-  = mapBag (WcEvVar . deCanonicaliseWanted) flats `unionBags` mapBag WcImplic implics
-
-deCanonicaliseWanted :: CanonicalCt -> WantedEvVar
-deCanonicaliseWanted ct 
-  = WARN( not (isWanted $ cc_flavor ct), ppr ct ) 
-    let Wanted loc = cc_flavor ct 
-    in WantedEvVar (cc_id ct) loc
+  | CFrozenErr {      -- A "frozen error" does not interact with anything
+                      -- See Note [Frozen Errors]
+      cc_id     :: EvVar,
+      cc_flavor :: CtFlavor
+    }
+
+mkFrozenError :: CtFlavor -> EvVar -> CanonicalCt
+mkFrozenError fl ev = CFrozenErr { cc_id = ev, cc_flavor = fl }
+
+compatKind :: Kind -> Kind -> Bool
+compatKind k1 k2 = k1 `isSubKind` k2 || k2 `isSubKind` k1 
+
+deCanonicalise :: CanonicalCt -> FlavoredEvVar
+deCanonicalise ct = mkEvVarX (cc_id ct) (cc_flavor ct)
 
 tyVarsOfCanonical :: CanonicalCt -> TcTyVarSet
 tyVarsOfCanonical (CTyEqCan { cc_tyvar = tv, cc_rhs = xi })    = extendVarSet (tyVarsOfType xi) tv
 tyVarsOfCanonical (CFunEqCan { cc_tyargs = tys, cc_rhs = xi }) = tyVarsOfTypes (xi:tys)
 tyVarsOfCanonical (CDictCan { cc_tyargs = tys })              = tyVarsOfTypes tys
-tyVarsOfCanonical (CIPCan { cc_ip_ty = ty })                  = tyVarsOfType ty
+tyVarsOfCanonical (CIPCan { cc_ip_ty = ty })                   = tyVarsOfType ty
+tyVarsOfCanonical (CFrozenErr { cc_id = ev })                  = tyVarsOfEvVar ev
+
+tyVarsOfCDict :: CanonicalCt -> TcTyVarSet 
+tyVarsOfCDict (CDictCan { cc_tyargs = tys }) = tyVarsOfTypes tys
+tyVarsOfCDict _ct                            = emptyVarSet 
+
+tyVarsOfCDicts :: CanonicalCts -> TcTyVarSet 
+tyVarsOfCDicts = foldrBag (unionVarSet . tyVarsOfCDict) emptyVarSet
 
 tyVarsOfCanonicals :: CanonicalCts -> TcTyVarSet
 tyVarsOfCanonicals = foldrBag (unionVarSet . tyVarsOfCanonical) emptyVarSet
@@ -205,26 +204,10 @@ instance Outputable CanonicalCt where
       = ppr fl <+> ppr co <+> dcolon <+> pprEqPred (mkTyVarTy tv, ty)
   ppr (CFunEqCan co fl tc tys ty) 
       = ppr fl <+> ppr co <+> dcolon <+> pprEqPred (mkTyConApp tc tys, ty)
+  ppr (CFrozenErr co fl)
+      = ppr fl <+> pprEvVarWithType co
 \end{code}
 
-
-Note [No touchables as FunEq RHS]
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
-Notice that (F xis ~ beta), where beta is an touchable unification
-variable, is not canonical.  Why?  
-  * If (F xis ~ beta) was the only wanted constraint, we'd 
-    definitely want to spontaneously-unify it
-
-  * But suppose we had an earlier wanted (beta ~ Int), and 
-    have already spontaneously unified it.  Then we have an
-    identity given (id : beta ~ Int) in the inert set.  
-
-  * But (F xis ~ beta) does not react with that given (because we
-    don't subsitute on the RHS of a function equality).  So there's a
-    serious danger that we'd spontaneously unify it a second time.
-
-Hence the invariant.
-
 Note [Canonical implicit parameter constraints]
 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 The type in a canonical implicit parameter constraint doesn't need to
@@ -254,6 +237,27 @@ emptyCCan = emptyBag
 
 isEmptyCCan :: CanonicalCts -> Bool
 isEmptyCCan = isEmptyBag
+
+isCTyEqCan :: CanonicalCt -> Bool 
+isCTyEqCan (CTyEqCan {})  = True 
+isCTyEqCan (CFunEqCan {}) = False
+isCTyEqCan _              = False 
+
+isCDictCan_Maybe :: CanonicalCt -> Maybe Class
+isCDictCan_Maybe (CDictCan {cc_class = cls })  = Just cls
+isCDictCan_Maybe _              = Nothing
+
+isCIPCan_Maybe :: CanonicalCt -> Maybe (IPName Name)
+isCIPCan_Maybe  (CIPCan {cc_ip_nm = nm }) = Just nm
+isCIPCan_Maybe _                = Nothing
+
+isCFunEqCan_Maybe :: CanonicalCt -> Maybe TyCon
+isCFunEqCan_Maybe (CFunEqCan { cc_fun = tc }) = Just tc
+isCFunEqCan_Maybe _ = Nothing
+
+isCFrozenErr :: CanonicalCt -> Bool
+isCFrozenErr (CFrozenErr {}) = True
+isCFrozenErr _               = False
 \end{code}
 
 %************************************************************************
@@ -264,54 +268,60 @@ isEmptyCCan = isEmptyBag
 %************************************************************************
 
 \begin{code}
-data CtFlavor 
-  = Given   GivenLoc  -- We have evidence for this constraint in TcEvBinds
-  | Derived WantedLoc -- We have evidence for this constraint in TcEvBinds;
-                      --   *however* this evidence can contain wanteds, so 
-                      --   it's valid only provisionally to the solution of
-                      --   these wanteds 
-  | Wanted WantedLoc  -- We have no evidence bindings for this constraint. 
-
-instance Outputable CtFlavor where 
-  ppr (Given _)   = ptext (sLit "[Given]")
-  ppr (Wanted _)  = ptext (sLit "[Wanted]")
-  ppr (Derived _) = ptext (sLit "[Derived]") 
-
-isWanted :: CtFlavor -> Bool 
-isWanted (Wanted {}) = True
-isWanted _           = False
-
-isGiven :: CtFlavor -> Bool 
-isGiven (Given {}) = True 
-isGiven _          = False 
-
-isDerived :: CtFlavor -> Bool 
-isDerived (Derived {}) = True
-isDerived _            = False
+getWantedLoc :: CanonicalCt -> WantedLoc
+getWantedLoc ct 
+  = ASSERT (isWanted (cc_flavor ct))
+    case cc_flavor ct of 
+      Wanted wl -> wl 
+      _         -> pprPanic "Can't get WantedLoc of non-wanted constraint!" empty
+
+isWantedCt :: CanonicalCt -> Bool
+isWantedCt ct = isWanted (cc_flavor ct)
+isGivenCt :: CanonicalCt -> Bool
+isGivenCt ct = isGiven (cc_flavor ct)
+isDerivedCt :: CanonicalCt -> Bool
+isDerivedCt ct = isDerived (cc_flavor ct)
+
+canSolve :: CtFlavor -> CtFlavor -> Bool 
+-- canSolve ctid1 ctid2 
+-- The constraint ctid1 can be used to solve ctid2 
+-- "to solve" means a reaction where the active parts of the two constraints match.
+--  active(F xis ~ xi) = F xis 
+--  active(tv ~ xi)    = tv 
+--  active(D xis)      = D xis 
+--  active(IP nm ty)   = nm 
+-----------------------------------------
+canSolve (Given {})   _            = True 
+canSolve (Derived {}) (Wanted {})  = False -- DV: changing the semantics
+canSolve (Derived {}) (Derived {}) = True  -- DV: changing the semantics of derived 
+canSolve (Wanted {})  (Wanted {})  = True
+canSolve _ _ = False
 
 canRewrite :: CtFlavor -> CtFlavor -> Bool 
 -- canRewrite ctid1 ctid2 
--- The constraint ctid1 can be used to rewrite ctid2 
-canRewrite (Given {})   _            = True 
-canRewrite (Derived {}) (Wanted {})  = True 
-canRewrite (Derived {}) (Derived {}) = True 
-canRewrite (Wanted {})  (Wanted {})  = True
-canRewrite _ _ = False
-
-joinFlavors :: CtFlavor -> CtFlavor -> CtFlavor 
-joinFlavors (Wanted loc) _  = Wanted loc 
-joinFlavors _ (Wanted loc)  = Wanted loc 
-joinFlavors (Derived loc) _ = Derived loc 
-joinFlavors _ (Derived loc) = Derived loc 
-joinFlavors (Given loc) _   = Given loc
+-- The *equality_constraint* ctid1 can be used to rewrite inside ctid2 
+canRewrite = canSolve 
+
+combineCtLoc :: CtFlavor -> CtFlavor -> WantedLoc
+-- Precondition: At least one of them should be wanted 
+combineCtLoc (Wanted loc) _    = loc 
+combineCtLoc _ (Wanted loc)    = loc 
+combineCtLoc (Derived loc ) _  = loc 
+combineCtLoc _ (Derived loc )  = loc 
+combineCtLoc _ _ = panic "combineCtLoc: both given"
 
 mkGivenFlavor :: CtFlavor -> SkolemInfo -> CtFlavor
-mkGivenFlavor (Wanted  loc) sk = Given (setCtLocOrigin loc sk)
-mkGivenFlavor (Derived loc) sk = Given (setCtLocOrigin loc sk)
-mkGivenFlavor (Given   loc) sk = Given (setCtLocOrigin loc sk)
-\end{code}
+mkGivenFlavor (Wanted  loc) sk  = Given (setCtLocOrigin loc sk)
+mkGivenFlavor (Derived loc) sk  = Given (setCtLocOrigin loc sk)
+mkGivenFlavor (Given   loc) sk  = Given (setCtLocOrigin loc sk)
 
 
+mkWantedFlavor :: CtFlavor -> CtFlavor
+mkWantedFlavor (Wanted  loc) = Wanted loc
+mkWantedFlavor (Derived loc) = Wanted loc
+mkWantedFlavor fl@(Given {}) = pprPanic "mkWantedFlavour" (ppr fl)
+\end{code}
+
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
 %*             The TcS solver monad                                    *
@@ -337,17 +347,30 @@ data TcSEnv
       tcs_ev_binds :: EvBindsVar,
           -- Evidence bindings
 
-      tcs_ty_binds :: IORef (Bag (TcTyVar, TcType)),
+      tcs_ty_binds :: IORef (TyVarEnv (TcTyVar, TcType)),
           -- Global type bindings
 
-      tcs_context :: SimplContext
+      tcs_context :: SimplContext,
+                     
+      tcs_untch :: TcsUntouchables,
+
+      tcs_ic_depth :: Int,     -- Implication nesting depth
+      tcs_count    :: IORef Int        -- Global step count
     }
 
+type TcsUntouchables = (Untouchables,TcTyVarSet)
+-- Like the TcM Untouchables, 
+-- but records extra TcsTv variables generated during simplification
+-- See Note [Extra TcsTv untouchables] in TcSimplify
+\end{code}
+
+\begin{code}
 data SimplContext
   = SimplInfer         -- Inferring type of a let-bound thing
   | SimplRuleLhs       -- Inferring type of a RULE lhs
   | SimplInteractive   -- Inferring type at GHCi prompt
   | SimplCheck         -- Checking a type signature or RULE rhs
+  deriving Eq
 
 instance Outputable SimplContext where
   ppr SimplInfer       = ptext (sLit "SimplInfer")
@@ -408,57 +431,95 @@ panicTcS doc = pprPanic "TcCanonical" doc
 traceTcS :: String -> SDoc -> TcS ()
 traceTcS herald doc = TcS $ \_env -> TcM.traceTc herald doc
 
-traceTcS0 :: String -> SDoc -> TcS ()
-traceTcS0 herald doc = TcS $ \_env -> TcM.traceTcN 0 herald doc
+bumpStepCountTcS :: TcS ()
+bumpStepCountTcS = TcS $ \env -> do { let ref = tcs_count env
+                                    ; n <- TcM.readTcRef ref
+                                    ; TcM.writeTcRef ref (n+1) }
+
+traceFireTcS :: Int -> SDoc -> TcS ()
+-- Dump a rule-firing trace
+traceFireTcS depth doc 
+  = TcS $ \env -> 
+    TcM.ifDOptM Opt_D_dump_cs_trace $ 
+    do { n <- TcM.readTcRef (tcs_count env)
+       ; let msg = int n 
+                <> text (replicate (tcs_ic_depth env) '>')
+                <> brackets (int depth) <+> doc
+       ; TcM.dumpTcRn msg }
 
 runTcS :: SimplContext
-       -> TcTyVarSet          -- Untouchables
+       -> Untouchables                -- Untouchables
        -> TcS a                       -- What to run
        -> TcM (a, Bag EvBind)
 runTcS context untouch tcs 
-  = do { ty_binds_var <- TcM.newTcRef emptyBag
+  = do { ty_binds_var <- TcM.newTcRef emptyVarEnv
        ; ev_binds_var@(EvBindsVar evb_ref _) <- TcM.newTcEvBinds
+       ; step_count <- TcM.newTcRef 0
        ; let env = TcSEnv { tcs_ev_binds = ev_binds_var
                           , tcs_ty_binds = ty_binds_var
-                          , tcs_context = context }
+                          , tcs_context  = context
+                          , tcs_untch    = (untouch, emptyVarSet) -- No Tcs untouchables yet
+                         , tcs_count    = step_count
+                         , tcs_ic_depth = 0
+                          }
 
             -- Run the computation
-       ; res <- TcM.setUntouchables untouch (unTcS tcs env)
-
+       ; res <- unTcS tcs env
             -- Perform the type unifications required
        ; ty_binds <- TcM.readTcRef ty_binds_var
-       ; mapBagM_ do_unification ty_binds
+       ; mapM_ do_unification (varEnvElts ty_binds)
 
+#ifdef DEBUG
+       ; count <- TcM.readTcRef step_count
+       ; TcM.dumpTcRn (ptext (sLit "Constraint solver steps =") <+> int count)
+#endif
              -- And return
-       ; ev_binds <- TcM.readTcRef evb_ref
+       ; ev_binds      <- TcM.readTcRef evb_ref
        ; return (res, evBindMapBinds ev_binds) }
   where
     do_unification (tv,ty) = TcM.writeMetaTyVar tv ty
-       
-nestImplicTcS :: EvBindsVar -> TcTyVarSet -> TcS a -> TcS a 
-nestImplicTcS ref untouch tcs 
-  = TcS $ \ TcSEnv { tcs_ty_binds = ty_binds, tcs_context = ctxt } -> 
+
+nestImplicTcS :: EvBindsVar -> TcsUntouchables -> TcS a -> TcS a
+nestImplicTcS ref (inner_range, inner_tcs) (TcS thing_inside)
+  = TcS $ \ TcSEnv { tcs_ty_binds = ty_binds 
+                  , tcs_untch = (_outer_range, outer_tcs)
+                  , tcs_count = count
+                  , tcs_ic_depth = idepth
+                   , tcs_context = ctxt } ->
     let 
+       inner_untch = (inner_range, outer_tcs `unionVarSet` inner_tcs)
+                          -- The inner_range should be narrower than the outer one
+                  -- (thus increasing the set of untouchables) but 
+                  -- the inner Tcs-untouchables must be unioned with the
+                  -- outer ones!
        nest_env = TcSEnv { tcs_ev_binds = ref
                          , tcs_ty_binds = ty_binds
-                         , tcs_context = ctxtUnderImplic ctxt }
+                         , tcs_untch    = inner_untch
+                         , tcs_count    = count
+                         , tcs_ic_depth = idepth+1
+                         , tcs_context  = ctxtUnderImplic ctxt }
     in 
-    TcM.setUntouchables untouch (unTcS tcs nest_env) 
+    thing_inside nest_env
+
+recoverTcS :: TcS a -> TcS a -> TcS a
+recoverTcS (TcS recovery_code) (TcS thing_inside)
+  = TcS $ \ env ->
+    TcM.recoverM (recovery_code env) (thing_inside env)
 
 ctxtUnderImplic :: SimplContext -> SimplContext
 -- See Note [Simplifying RULE lhs constraints] in TcSimplify
 ctxtUnderImplic SimplRuleLhs = SimplCheck
 ctxtUnderImplic ctxt         = ctxt
 
-tryTcS :: TcTyVarSet -> TcS a -> TcS a 
+tryTcS :: TcS a -> TcS a
 -- Like runTcS, but from within the TcS monad 
 -- Ignore all the evidence generated, and do not affect caller's evidence!
-tryTcS untch tcs 
-  = TcS (\env -> do { ty_binds_var <- TcM.newTcRef emptyBag
+tryTcS tcs 
+  = TcS (\env -> do { ty_binds_var <- TcM.newTcRef emptyVarEnv
                     ; ev_binds_var <- TcM.newTcEvBinds
                     ; let env1 = env { tcs_ev_binds = ev_binds_var
                                      , tcs_ty_binds = ty_binds_var }
-                    ; TcM.setUntouchables untch (unTcS tcs env1) })
+                    ; unTcS tcs env1 })
 
 -- Update TcEvBinds 
 -- ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
@@ -472,9 +533,16 @@ getTcSContext = TcS (return . tcs_context)
 getTcEvBinds :: TcS EvBindsVar
 getTcEvBinds = TcS (return . tcs_ev_binds) 
 
-getTcSTyBinds :: TcS (IORef (Bag (TcTyVar, TcType)))
+getUntouchables :: TcS TcsUntouchables
+getUntouchables = TcS (return . tcs_untch)
+
+getTcSTyBinds :: TcS (IORef (TyVarEnv (TcTyVar, TcType)))
 getTcSTyBinds = TcS (return . tcs_ty_binds)
 
+getTcSTyBindsMap :: TcS (TyVarEnv (TcTyVar, TcType))
+getTcSTyBindsMap = getTcSTyBinds >>= wrapTcS . (TcM.readTcRef) 
+
+
 getTcEvBindsBag :: TcS EvBindMap
 getTcEvBindsBag
   = do { EvBindsVar ev_ref _ <- getTcEvBinds 
@@ -485,17 +553,20 @@ setWantedCoBind cv co
   = setEvBind cv (EvCoercion co)
      -- Was: wrapTcS $ TcM.writeWantedCoVar cv co 
 
-setDerivedCoBind :: CoVar -> Coercion -> TcS () 
-setDerivedCoBind cv co 
-  = setEvBind cv (EvCoercion co)
-
 setWantedTyBind :: TcTyVar -> TcType -> TcS () 
 -- Add a type binding
+-- We never do this twice!
 setWantedTyBind tv ty 
   = do { ref <- getTcSTyBinds
        ; wrapTcS $ 
          do { ty_binds <- TcM.readTcRef ref
-            ; TcM.writeTcRef ref (ty_binds `snocBag` (tv,ty)) } }
+#ifdef DEBUG
+            ; TcM.checkErr (not (tv `elemVarEnv` ty_binds)) $
+              vcat [ text "TERRIBLE ERROR: double set of meta type variable"
+                   , ppr tv <+> text ":=" <+> ppr ty
+                   , text "Old value =" <+> ppr (lookupVarEnv_NF ty_binds tv)]
+#endif
+            ; TcM.writeTcRef ref (extendVarEnv ty_binds tv (tv,ty)) } }
 
 setIPBind :: EvVar -> EvTerm -> TcS () 
 setIPBind = setEvBind 
@@ -506,12 +577,9 @@ setDictBind = setEvBind
 setEvBind :: EvVar -> EvTerm -> TcS () 
 -- Internal
 setEvBind ev rhs 
-  = do { tc_evbinds <- getTcEvBinds 
+  = do { tc_evbinds <- getTcEvBinds
        ; wrapTcS (TcM.addTcEvBind tc_evbinds ev rhs) }
 
-newTcEvBindsTcS :: TcS EvBindsVar
-newTcEvBindsTcS = wrapTcS (TcM.newTcEvBinds)
-
 warnTcS :: CtLoc orig -> Bool -> SDoc -> TcS ()
 warnTcS loc warn_if doc 
   | warn_if   = wrapTcS $ TcM.setCtLoc loc $ TcM.addWarnTc doc
@@ -538,9 +606,6 @@ getTopEnv = wrapTcS $ TcM.getTopEnv
 getGblEnv :: TcS TcGblEnv 
 getGblEnv = wrapTcS $ TcM.getGblEnv 
 
-getUntouchablesTcS :: TcS TcTyVarSet 
-getUntouchablesTcS = wrapTcS $ TcM.getUntouchables
-
 -- Various smaller utilities [TODO, maybe will be absorbed in the instance matcher]
 -- ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 
@@ -557,76 +622,117 @@ pprEq :: TcType -> TcType -> SDoc
 pprEq ty1 ty2 = pprPred $ mkEqPred (ty1,ty2)
 
 isTouchableMetaTyVar :: TcTyVar -> TcS Bool
--- is touchable variable!
-isTouchableMetaTyVar v 
-  | isMetaTyVar v = wrapTcS $ do { untch <- TcM.isUntouchable v; 
-                                 ; return (not untch) }
-  | otherwise     = return False
+isTouchableMetaTyVar tv 
+  = do { untch <- getUntouchables
+       ; return $ isTouchableMetaTyVar_InRange untch tv } 
 
+isTouchableMetaTyVar_InRange :: TcsUntouchables -> TcTyVar -> Bool 
+isTouchableMetaTyVar_InRange (untch,untch_tcs) tv 
+  = case tcTyVarDetails tv of 
+      MetaTv TcsTv _ -> not (tv `elemVarSet` untch_tcs)
+                        -- See Note [Touchable meta type variables] 
+      MetaTv {}      -> inTouchableRange untch tv 
+      _              -> False 
 
--- Flatten skolems
--- ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 
-newFlattenSkolemTy :: TcType -> TcS TcType
-newFlattenSkolemTy ty = mkTyVarTy <$> newFlattenSkolemTyVar ty
-  where newFlattenSkolemTyVar :: TcType -> TcS TcTyVar
-        newFlattenSkolemTyVar ty
-            = wrapTcS $ do { uniq <- TcM.newUnique
-                           ; let name = mkSysTvName uniq (fsLit "f")
-                           ; return $ 
-                             mkTcTyVar name (typeKind ty) (FlatSkol ty) 
-                           }
+\end{code}
 
 
-zonkFlattenedType :: TcType -> TcS TcType 
-zonkFlattenedType ty = wrapTcS (TcM.zonkTcType ty) 
+Note [Touchable meta type variables]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+Meta type variables allocated *by the constraint solver itself* are always
+touchable.  Example: 
+   instance C a b => D [a] where...
+if we use this instance declaration we "make up" a fresh meta type
+variable for 'b', which we must later guess.  (Perhaps C has a
+functional dependency.)  But since we aren't in the constraint *generator*
+we can't allocate a Unique in the touchable range for this implication
+constraint.  Instead, we mark it as a "TcsTv", which makes it always-touchable.
 
 
-{-- 
-tyVarsOfUnflattenedType :: TcType -> TcTyVarSet
--- A version of tyVarsOfType which looks through flatSkols
-tyVarsOfUnflattenedType ty
-  = foldVarSet (unionVarSet . do_tv) emptyVarSet (tyVarsOfType ty)
-  where
-    do_tv :: TyVar -> TcTyVarSet
-    do_tv tv = ASSERT( isTcTyVar tv)
-               case tcTyVarDetails tv of 
-                  FlatSkol _ ty -> tyVarsOfUnflattenedType ty
-                  _             -> unitVarSet tv 
---} 
+\begin{code}
+-- Flatten skolems
+-- ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 
+newFlattenSkolemTy :: TcType -> TcS TcType
+newFlattenSkolemTy ty = mkTyVarTy <$> newFlattenSkolemTyVar ty
 
+newFlattenSkolemTyVar :: TcType -> TcS TcTyVar
+newFlattenSkolemTyVar ty
+  = do { tv <- wrapTcS $ do { uniq <- TcM.newUnique
+                            ; let name = TcM.mkTcTyVarName uniq (fsLit "f")
+                            ; return $ mkTcTyVar name (typeKind ty) (FlatSkol ty) } 
+       ; traceTcS "New Flatten Skolem Born" $ 
+           (ppr tv <+> text "[:= " <+> ppr ty <+> text "]")
+       ; return tv }
 
 -- Instantiations 
 -- ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 
 instDFunTypes :: [Either TyVar TcType] -> TcS [TcType] 
-instDFunTypes mb_inst_tys = 
-  let inst_tv :: Either TyVar TcType -> TcS Type
-      inst_tv (Left tv)  = wrapTcS $ TcM.tcInstTyVar tv >>= return . mkTyVarTy
-      inst_tv (Right ty) = return ty 
-  in mapM inst_tv mb_inst_tys
-
+instDFunTypes mb_inst_tys 
+  = mapM inst_tv mb_inst_tys
+  where
+    inst_tv :: Either TyVar TcType -> TcS Type
+    inst_tv (Left tv)  = mkTyVarTy <$> instFlexiTcS tv
+    inst_tv (Right ty) = return ty 
 
 instDFunConstraints :: TcThetaType -> TcS [EvVar] 
 instDFunConstraints preds = wrapTcS $ TcM.newWantedEvVars preds 
 
 
+instFlexiTcS :: TyVar -> TcS TcTyVar 
+-- Like TcM.instMetaTyVar but the variable that is created is always
+-- touchable; we are supposed to guess its instantiation. 
+-- See Note [Touchable meta type variables] 
+instFlexiTcS tv = instFlexiTcSHelper (tyVarName tv) (tyVarKind tv) 
+
+newFlexiTcSTy :: Kind -> TcS TcType  
+newFlexiTcSTy knd 
+  = wrapTcS $
+    do { uniq <- TcM.newUnique 
+       ; ref  <- TcM.newMutVar  Flexi 
+       ; let name = TcM.mkTcTyVarName uniq (fsLit "uf")
+       ; return $ mkTyVarTy (mkTcTyVar name knd (MetaTv TcsTv ref)) }
+
+isFlexiTcsTv :: TyVar -> Bool
+isFlexiTcsTv tv
+  | not (isTcTyVar tv)                  = False
+  | MetaTv TcsTv _ <- tcTyVarDetails tv = True
+  | otherwise                           = False
+
+newKindConstraint :: TcTyVar -> Kind -> TcS CoVar
+-- Create new wanted CoVar that constrains the type to have the specified kind. 
+newKindConstraint tv knd 
+  = do { tv_k <- instFlexiTcSHelper (tyVarName tv) knd 
+       ; let ty_k = mkTyVarTy tv_k
+       ; co_var <- newWantedCoVar (mkTyVarTy tv) ty_k
+       ; return co_var }
+
+instFlexiTcSHelper :: Name -> Kind -> TcS TcTyVar
+instFlexiTcSHelper tvname tvkind
+  = wrapTcS $ 
+    do { uniq <- TcM.newUnique 
+       ; ref  <- TcM.newMutVar  Flexi 
+       ; let name = setNameUnique tvname uniq 
+             kind = tvkind 
+       ; return (mkTcTyVar name kind (MetaTv TcsTv ref)) }
+
 -- Superclasses and recursive dictionaries 
 -- ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 
-newGivOrDerEvVar :: TcPredType -> EvTerm -> TcS EvVar 
-newGivOrDerEvVar pty evtrm 
-  = do { ev <- wrapTcS $ TcM.newEvVar pty 
-       ; setEvBind ev evtrm 
-       ; return ev }
+newEvVar :: TcPredType -> TcS EvVar
+newEvVar pty = wrapTcS $ TcM.newEvVar pty
 
-newGivOrDerCoVar :: TcType -> TcType -> Coercion -> TcS EvVar 
+newDerivedId :: TcPredType -> TcS EvVar 
+newDerivedId pty = wrapTcS $ TcM.newEvVar pty
+
+newGivenCoVar :: TcType -> TcType -> Coercion -> TcS EvVar 
 -- Note we create immutable variables for given or derived, since we
 -- must bind them to TcEvBinds (because their evidence may involve 
 -- superclasses). However we should be able to override existing
 -- 'derived' evidence, even in TcEvBinds 
-newGivOrDerCoVar ty1 ty2 co 
+newGivenCoVar ty1 ty2 co 
   = do { cv <- newCoVar ty1 ty2
        ; setEvBind cv (EvCoercion co) 
        ; return cv } 
@@ -634,10 +740,7 @@ newGivOrDerCoVar ty1 ty2 co
 newWantedCoVar :: TcType -> TcType -> TcS EvVar 
 newWantedCoVar ty1 ty2 =  wrapTcS $ TcM.newWantedCoVar ty1 ty2 
 
-newKindConstraint :: TcType -> Kind -> TcS (CoVar, TcType)
-newKindConstraint ty kind =  wrapTcS $ TcM.newKindConstraint ty kind
-
-newCoVar :: TcType -> TcType -> TcS EvVar 
+newCoVar :: TcType -> TcType -> TcS EvVar
 newCoVar ty1 ty2 = wrapTcS $ TcM.newCoVar ty1 ty2 
 
 newIPVar :: IPName Name -> TcType -> TcS EvVar 
@@ -649,83 +752,6 @@ newDictVar cl tys = wrapTcS $ TcM.newDict cl tys
 
 
 \begin{code} 
-isGoodRecEv :: EvVar -> WantedEvVar -> TcS Bool 
--- In a call (isGoodRecEv ev wv), we are considering solving wv 
--- using some term that involves ev, such as:
--- by setting          wv = ev
--- or                   wv = EvCast x |> ev
--- etc. 
--- But that would be Very Bad if the evidence for 'ev' mentions 'wv',
--- in an "unguarded" way. So isGoodRecEv looks at the evidence ev 
--- recursively through the evidence binds, to see if uses of 'wv' are guarded.
---
--- Guarded means: more instance calls than superclass selections. We
--- compute this by chasing the evidence, adding +1 for every instance
--- call (constructor) and -1 for every superclass selection (destructor).
---
--- See Note [Superclasses and recursive dictionaries] in TcInteract
-isGoodRecEv ev_var (WantedEvVar wv _)
-  = do { tc_evbinds <- getTcEvBindsBag 
-       ; mb <- chase_ev_var tc_evbinds wv 0 [] ev_var 
-       ; return $ case mb of 
-                    Nothing -> True 
-                    Just min_guardedness -> min_guardedness > 0
-       }
-
-  where chase_ev_var :: EvBindMap   -- Evidence binds 
-                 -> EvVar           -- Target variable whose gravity we want to return
-                 -> Int             -- Current gravity 
-                 -> [EvVar]         -- Visited nodes
-                 -> EvVar           -- Current node 
-                 -> TcS (Maybe Int)
-        chase_ev_var assocs trg curr_grav visited orig
-            | trg == orig         = return $ Just curr_grav
-            | orig `elem` visited = return $ Nothing 
-            | Just (EvBind _ ev_trm) <- lookupEvBind assocs orig
-            = chase_ev assocs trg curr_grav (orig:visited) ev_trm
-
-{-  No longer needed: evidence is in the EvBinds
-            | isTcTyVar orig && isMetaTyVar orig 
-            = do { meta_details <- wrapTcS $ TcM.readWantedCoVar orig
-                 ; case meta_details of 
-                     Flexi -> return Nothing 
-                     Indirect tyco -> chase_ev assocs trg curr_grav 
-                                             (orig:visited) (EvCoercion tyco)
-                           }
--}
-            | otherwise = return Nothing 
-
-        chase_ev assocs trg curr_grav visited (EvId v) 
-            = chase_ev_var assocs trg curr_grav visited v
-        chase_ev assocs trg curr_grav visited (EvSuperClass d_id _) 
-            = chase_ev_var assocs trg (curr_grav-1) visited d_id
-        chase_ev assocs trg curr_grav visited (EvCast v co)
-            = do { m1 <- chase_ev_var assocs trg curr_grav visited v
-                 ; m2 <- chase_co assocs trg curr_grav visited co
-                 ; return (comb_chase_res Nothing [m1,m2]) } 
-
-        chase_ev assocs trg curr_grav visited (EvCoercion co)
-            = chase_co assocs trg curr_grav visited co
-        chase_ev assocs trg curr_grav visited (EvDFunApp _ _ ev_vars) 
-            = do { chase_results <- mapM (chase_ev_var assocs trg (curr_grav+1) visited) ev_vars
-                 ; return (comb_chase_res Nothing chase_results) } 
-
-        chase_co assocs trg curr_grav visited co 
-            = -- Look for all the coercion variables in the coercion 
-              -- chase them, and combine the results. This is OK since the
-              -- coercion will not contain any superclass terms -- anything 
-              -- that involves dictionaries will be bound in assocs. 
-              let co_vars       = foldVarSet (\v vrs -> if isCoVar v then (v:vrs) else vrs) []
-                                             (tyVarsOfType co)
-              in do { chase_results <- mapM (chase_ev_var assocs trg curr_grav visited) co_vars
-                    ; return (comb_chase_res Nothing chase_results) } 
-
-        comb_chase_res f []                   = f 
-        comb_chase_res f (Nothing:rest)       = comb_chase_res f rest 
-        comb_chase_res Nothing (Just n:rest)  = comb_chase_res (Just n) rest
-        comb_chase_res (Just m) (Just n:rest) = comb_chase_res (Just (min n m)) rest 
-
-
 -- Matching and looking up classes and family instances
 -- ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 
@@ -740,7 +766,7 @@ matchClass :: Class -> [Type] -> TcS (MatchInstResult (DFunId, [Either TyVar TcT
 matchClass clas tys
   = do { let pred = mkClassPred clas tys 
         ; instEnvs <- getInstEnvs
-       ; case lookupInstEnv instEnvs clas tys of {
+        ; case lookupInstEnv instEnvs clas tys of {
             ([], unifs)               -- Nothing matches  
                 -> do { traceTcS "matchClass not matching"
                                  (vcat [ text "dict" <+> ppr pred, 
@@ -752,10 +778,9 @@ matchClass clas tys
                        ; traceTcS "matchClass success"
                                   (vcat [text "dict" <+> ppr pred, 
                                          text "witness" <+> ppr dfun_id
-                                          <+> ppr (idType dfun_id) ])
+                                           <+> ppr (idType dfun_id) ])
                                  -- Record that this dfun is needed
-                       ; record_dfun_usage dfun_id
-                       ; return $ MatchInstSingle (dfun_id, inst_tys) 
+                        ; return $ MatchInstSingle (dfun_id, inst_tys)
                         } ;
            (matches, unifs)          -- More than one matches 
                -> do   { traceTcS "matchClass multiple matches, deferring choice"
@@ -766,26 +791,8 @@ matchClass clas tys
                        }
        }
         }
-  where record_dfun_usage :: Id -> TcS () 
-        record_dfun_usage dfun_id 
-          = do { hsc_env <- getTopEnv 
-               ; let  dfun_name = idName dfun_id
-                     dfun_mod  = ASSERT( isExternalName dfun_name ) 
-                                 nameModule dfun_name
-               ; if isInternalName dfun_name ||    -- Internal name => defined in this module
-                   modulePackageId dfun_mod /= thisPackage (hsc_dflags hsc_env)
-                then return () -- internal, or in another package
-                else do updInstUses dfun_id 
-               }
-
-        updInstUses :: Id -> TcS () 
-        updInstUses dfun_id 
-            = do { tcg_env <- getGblEnv 
-                 ; wrapTcS $ TcM.updMutVar (tcg_inst_uses tcg_env) 
-                                            (`addOneToNameSet` idName dfun_id) 
-                 }
-
-matchFam :: TyCon 
+
+matchFam :: TyCon
          -> [Type] 
          -> TcS (MatchInstResult (TyCon, [Type]))
 matchFam tycon args
@@ -796,30 +803,4 @@ matchFam tycon args
        -- DV: We never return MatchInstMany, since tcLookupFamInst never returns 
        -- multiple matches. Check. 
        }
-
-
--- Functional dependencies, instantiation of equations
--------------------------------------------------------
-
-mkWantedFunDepEqns :: WantedLoc -> [(Equation, (PredType, SDoc), (PredType, SDoc))]
-                   -> TcS [WantedEvVar] 
-mkWantedFunDepEqns _   [] = return []
-mkWantedFunDepEqns loc eqns
-  = do { traceTcS "Improve:" (vcat (map pprEquationDoc eqns))
-       ; wevvars <- mapM to_work_item eqns
-       ; return $ concat wevvars }
-  where
-    to_work_item :: (Equation, (PredType,SDoc), (PredType,SDoc)) -> TcS [WantedEvVar]
-    to_work_item ((qtvs, pairs), _, _)
-      = do { (_, _, tenv) <- wrapTcS $ TcM.tcInstTyVars (varSetElems qtvs)
-           ; mapM (do_one tenv) pairs }
-
-    do_one tenv (ty1, ty2) = do { let sty1 = substTy tenv ty1 
-                                      sty2 = substTy tenv ty2 
-                                ; ev <- newWantedCoVar sty1 sty2
-                                ; return (WantedEvVar ev loc) }
-
-pprEquationDoc :: (Equation, (PredType, SDoc), (PredType, SDoc)) -> SDoc
-pprEquationDoc (eqn, (p1, _), (p2, _)) 
-  = vcat [pprEquation eqn, nest 2 (ppr p1), nest 2 (ppr p2)]
 \end{code}