Super-monster patch implementing the new typechecker -- at last
[ghc-hetmet.git] / compiler / typecheck / TcSimplify.lhs-old
diff --git a/compiler/typecheck/TcSimplify.lhs-old b/compiler/typecheck/TcSimplify.lhs-old
new file mode 100644 (file)
index 0000000..c9b5736
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,3297 @@
+%
+% (c) The University of Glasgow 2006
+% (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
+%
+
+TcSimplify
+
+\begin{code}
+module TcSimplify (
+       tcSimplifyInfer, tcSimplifyInferCheck,
+       tcSimplifyCheck, tcSimplifyRestricted,
+       tcSimplifyRuleLhs, tcSimplifyIPs, 
+       tcSimplifySuperClasses,
+       tcSimplifyTop, tcSimplifyInteractive,
+       tcSimplifyBracket, tcSimplifyCheckPat,
+
+       tcSimplifyDeriv, tcSimplifyDefault,
+       bindInstsOfLocalFuns, 
+       
+        misMatchMsg
+    ) where
+
+#include "HsVersions.h"
+
+import {-# SOURCE #-} TcUnify( unifyType )
+import HsSyn
+
+import TcRnMonad
+import TcHsSyn ( hsLPatType )
+import Inst
+import TcEnv
+import InstEnv
+import TcType
+import TcMType
+import TcIface
+import TcTyFuns
+import DsUtils -- Big-tuple functions
+import Var
+import Id
+import Name
+import NameSet
+import Class
+import FunDeps
+import PrelInfo
+import PrelNames
+import TysWiredIn
+import ErrUtils
+import BasicTypes
+import VarSet
+import VarEnv
+import FiniteMap
+import Bag
+import Outputable
+import ListSetOps
+import Util
+import SrcLoc
+import DynFlags
+import FastString
+
+import Control.Monad
+import Data.List
+\end{code}
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{NOTES}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+       --------------------------------------
+       Notes on functional dependencies (a bug)
+       --------------------------------------
+
+Consider this:
+
+       class C a b | a -> b
+       class D a b | a -> b
+
+       instance D a b => C a b -- Undecidable 
+                               -- (Not sure if it's crucial to this eg)
+       f :: C a b => a -> Bool
+       f _ = True
+       
+       g :: C a b => a -> Bool
+       g = f
+
+Here f typechecks, but g does not!!  Reason: before doing improvement,
+we reduce the (C a b1) constraint from the call of f to (D a b1).
+
+Here is a more complicated example:
+
+@
+  > class Foo a b | a->b
+  >
+  > class Bar a b | a->b
+  >
+  > data Obj = Obj
+  >
+  > instance Bar Obj Obj
+  >
+  > instance (Bar a b) => Foo a b
+  >
+  > foo:: (Foo a b) => a -> String
+  > foo _ = "works"
+  >
+  > runFoo:: (forall a b. (Foo a b) => a -> w) -> w
+  > runFoo f = f Obj
+
+  *Test> runFoo foo
+
+  <interactive>:1:
+      Could not deduce (Bar a b) from the context (Foo a b)
+        arising from use of `foo' at <interactive>:1
+      Probable fix:
+          Add (Bar a b) to the expected type of an expression
+      In the first argument of `runFoo', namely `foo'
+      In the definition of `it': it = runFoo foo
+
+  Why all of the sudden does GHC need the constraint Bar a b? The
+  function foo didn't ask for that...
+@
+
+The trouble is that to type (runFoo foo), GHC has to solve the problem:
+
+       Given constraint        Foo a b
+       Solve constraint        Foo a b'
+
+Notice that b and b' aren't the same.  To solve this, just do
+improvement and then they are the same.  But GHC currently does
+       simplify constraints
+       apply improvement
+       and loop
+
+That is usually fine, but it isn't here, because it sees that Foo a b is
+not the same as Foo a b', and so instead applies the instance decl for
+instance Bar a b => Foo a b.  And that's where the Bar constraint comes
+from.
+
+The Right Thing is to improve whenever the constraint set changes at
+all.  Not hard in principle, but it'll take a bit of fiddling to do.  
+
+Note [Choosing which variables to quantify]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+Suppose we are about to do a generalisation step.  We have in our hand
+
+       G       the environment
+       T       the type of the RHS
+       C       the constraints from that RHS
+
+The game is to figure out
+
+       Q       the set of type variables over which to quantify
+       Ct      the constraints we will *not* quantify over
+       Cq      the constraints we will quantify over
+
+So we're going to infer the type
+
+       forall Q. Cq => T
+
+and float the constraints Ct further outwards.
+
+Here are the things that *must* be true:
+
+ (A)   Q intersect fv(G) = EMPTY                       limits how big Q can be
+ (B)   Q superset fv(Cq union T) \ oclose(fv(G),C)     limits how small Q can be
+
+ (A) says we can't quantify over a variable that's free in the environment. 
+ (B) says we must quantify over all the truly free variables in T, else 
+     we won't get a sufficiently general type.  
+
+We do not *need* to quantify over any variable that is fixed by the
+free vars of the environment G.
+
+       BETWEEN THESE TWO BOUNDS, ANY Q WILL DO!
+
+Example:       class H x y | x->y where ...
+
+       fv(G) = {a}     C = {H a b, H c d}
+                       T = c -> b
+
+       (A)  Q intersect {a} is empty
+       (B)  Q superset {a,b,c,d} \ oclose({a}, C) = {a,b,c,d} \ {a,b} = {c,d}
+
+       So Q can be {c,d}, {b,c,d}
+
+In particular, it's perfectly OK to quantify over more type variables
+than strictly necessary; there is no need to quantify over 'b', since
+it is determined by 'a' which is free in the envt, but it's perfectly
+OK to do so.  However we must not quantify over 'a' itself.
+
+Other things being equal, however, we'd like to quantify over as few
+variables as possible: smaller types, fewer type applications, more
+constraints can get into Ct instead of Cq.  Here's a good way to
+choose Q:
+
+       Q = grow( fv(T), C ) \ oclose( fv(G), C )
+
+That is, quantify over all variable that that MIGHT be fixed by the
+call site (which influences T), but which aren't DEFINITELY fixed by
+G.  This choice definitely quantifies over enough type variables,
+albeit perhaps too many.
+
+Why grow( fv(T), C ) rather than fv(T)?  Consider
+
+       class H x y | x->y where ...
+
+       T = c->c
+       C = (H c d)
+
+  If we used fv(T) = {c} we'd get the type
+
+       forall c. H c d => c -> b
+
+  And then if the fn was called at several different c's, each of
+  which fixed d differently, we'd get a unification error, because
+  d isn't quantified.  Solution: quantify d.  So we must quantify
+  everything that might be influenced by c.
+
+Why not oclose( fv(T), C )?  Because we might not be able to see
+all the functional dependencies yet:
+
+       class H x y | x->y where ...
+       instance H x y => Eq (T x y) where ...
+
+       T = c->c
+       C = (Eq (T c d))
+
+Now oclose(fv(T),C) = {c}, because the functional dependency isn't
+apparent yet, and that's wrong.  We must really quantify over d too.
+
+There really isn't any point in quantifying over any more than
+grow( fv(T), C ), because the call sites can't possibly influence
+any other type variables.
+
+
+
+-------------------------------------
+       Note [Ambiguity]
+-------------------------------------
+
+It's very hard to be certain when a type is ambiguous.  Consider
+
+       class K x
+       class H x y | x -> y
+       instance H x y => K (x,y)
+
+Is this type ambiguous?
+       forall a b. (K (a,b), Eq b) => a -> a
+
+Looks like it!  But if we simplify (K (a,b)) we get (H a b) and
+now we see that a fixes b.  So we can't tell about ambiguity for sure
+without doing a full simplification.  And even that isn't possible if
+the context has some free vars that may get unified.  Urgle!
+
+Here's another example: is this ambiguous?
+       forall a b. Eq (T b) => a -> a
+Not if there's an insance decl (with no context)
+       instance Eq (T b) where ...
+
+You may say of this example that we should use the instance decl right
+away, but you can't always do that:
+
+       class J a b where ...
+       instance J Int b where ...
+
+       f :: forall a b. J a b => a -> a
+
+(Notice: no functional dependency in J's class decl.)
+Here f's type is perfectly fine, provided f is only called at Int.
+It's premature to complain when meeting f's signature, or even
+when inferring a type for f.
+
+
+
+However, we don't *need* to report ambiguity right away.  It'll always
+show up at the call site.... and eventually at main, which needs special
+treatment.  Nevertheless, reporting ambiguity promptly is an excellent thing.
+
+So here's the plan.  We WARN about probable ambiguity if
+
+       fv(Cq) is not a subset of  oclose(fv(T) union fv(G), C)
+
+(all tested before quantification).
+That is, all the type variables in Cq must be fixed by the the variables
+in the environment, or by the variables in the type.
+
+Notice that we union before calling oclose.  Here's an example:
+
+       class J a b c | a b -> c
+       fv(G) = {a}
+
+Is this ambiguous?
+       forall b c. (J a b c) => b -> b
+
+Only if we union {a} from G with {b} from T before using oclose,
+do we see that c is fixed.
+
+It's a bit vague exactly which C we should use for this oclose call.  If we
+don't fix enough variables we might complain when we shouldn't (see
+the above nasty example).  Nothing will be perfect.  That's why we can
+only issue a warning.
+
+
+Can we ever be *certain* about ambiguity?  Yes: if there's a constraint
+
+       c in C such that fv(c) intersect (fv(G) union fv(T)) = EMPTY
+
+then c is a "bubble"; there's no way it can ever improve, and it's
+certainly ambiguous.  UNLESS it is a constant (sigh).  And what about
+the nasty example?
+
+       class K x
+       class H x y | x -> y
+       instance H x y => K (x,y)
+
+Is this type ambiguous?
+       forall a b. (K (a,b), Eq b) => a -> a
+
+Urk.  The (Eq b) looks "definitely ambiguous" but it isn't.  What we are after
+is a "bubble" that's a set of constraints
+
+       Cq = Ca union Cq'  st  fv(Ca) intersect (fv(Cq') union fv(T) union fv(G)) = EMPTY
+
+Hence another idea.  To decide Q start with fv(T) and grow it
+by transitive closure in Cq (no functional dependencies involved).
+Now partition Cq using Q, leaving the definitely-ambiguous and probably-ok.
+The definitely-ambiguous can then float out, and get smashed at top level
+(which squashes out the constants, like Eq (T a) above)
+
+
+       --------------------------------------
+               Notes on principal types
+       --------------------------------------
+
+    class C a where
+      op :: a -> a
+
+    f x = let g y = op (y::Int) in True
+
+Here the principal type of f is (forall a. a->a)
+but we'll produce the non-principal type
+    f :: forall a. C Int => a -> a
+
+
+       --------------------------------------
+       The need for forall's in constraints
+       --------------------------------------
+
+[Exchange on Haskell Cafe 5/6 Dec 2000]
+
+  class C t where op :: t -> Bool
+  instance C [t] where op x = True
+
+  p y = (let f :: c -> Bool; f x = op (y >> return x) in f, y ++ [])
+  q y = (y ++ [], let f :: c -> Bool; f x = op (y >> return x) in f)
+
+The definitions of p and q differ only in the order of the components in
+the pair on their right-hand sides.  And yet:
+
+  ghc and "Typing Haskell in Haskell" reject p, but accept q;
+  Hugs rejects q, but accepts p;
+  hbc rejects both p and q;
+  nhc98 ... (Malcolm, can you fill in the blank for us!).
+
+The type signature for f forces context reduction to take place, and
+the results of this depend on whether or not the type of y is known,
+which in turn depends on which component of the pair the type checker
+analyzes first.  
+
+Solution: if y::m a, float out the constraints
+       Monad m, forall c. C (m c)
+When m is later unified with [], we can solve both constraints.
+
+
+       --------------------------------------
+               Notes on implicit parameters
+       --------------------------------------
+
+Note [Inheriting implicit parameters]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+Consider this:
+
+       f x = (x::Int) + ?y
+
+where f is *not* a top-level binding.
+From the RHS of f we'll get the constraint (?y::Int).
+There are two types we might infer for f:
+
+       f :: Int -> Int
+
+(so we get ?y from the context of f's definition), or
+
+       f :: (?y::Int) => Int -> Int
+
+At first you might think the first was better, becuase then
+?y behaves like a free variable of the definition, rather than
+having to be passed at each call site.  But of course, the WHOLE
+IDEA is that ?y should be passed at each call site (that's what
+dynamic binding means) so we'd better infer the second.
+
+BOTTOM LINE: when *inferring types* you *must* quantify 
+over implicit parameters. See the predicate isFreeWhenInferring.
+
+
+Note [Implicit parameters and ambiguity] 
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+Only a *class* predicate can give rise to ambiguity
+An *implicit parameter* cannot.  For example:
+       foo :: (?x :: [a]) => Int
+       foo = length ?x
+is fine.  The call site will suppply a particular 'x'
+
+Furthermore, the type variables fixed by an implicit parameter
+propagate to the others.  E.g.
+       foo :: (Show a, ?x::[a]) => Int
+       foo = show (?x++?x)
+The type of foo looks ambiguous.  But it isn't, because at a call site
+we might have
+       let ?x = 5::Int in foo
+and all is well.  In effect, implicit parameters are, well, parameters,
+so we can take their type variables into account as part of the
+"tau-tvs" stuff.  This is done in the function 'FunDeps.grow'.
+
+
+Question 2: type signatures
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+BUT WATCH OUT: When you supply a type signature, we can't force you
+to quantify over implicit parameters.  For example:
+
+       (?x + 1) :: Int
+
+This is perfectly reasonable.  We do not want to insist on
+
+       (?x + 1) :: (?x::Int => Int)
+
+That would be silly.  Here, the definition site *is* the occurrence site,
+so the above strictures don't apply.  Hence the difference between
+tcSimplifyCheck (which *does* allow implicit paramters to be inherited)
+and tcSimplifyCheckBind (which does not).
+
+What about when you supply a type signature for a binding?
+Is it legal to give the following explicit, user type 
+signature to f, thus:
+
+       f :: Int -> Int
+       f x = (x::Int) + ?y
+
+At first sight this seems reasonable, but it has the nasty property
+that adding a type signature changes the dynamic semantics.
+Consider this:
+
+       (let f x = (x::Int) + ?y
+        in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
+
+               returns (3+6, 3+5)
+vs
+       (let f :: Int -> Int
+            f x = x + ?y
+        in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
+
+               returns (3+6, 3+6)
+
+Indeed, simply inlining f (at the Haskell source level) would change the
+dynamic semantics.
+
+Nevertheless, as Launchbury says (email Oct 01) we can't really give the
+semantics for a Haskell program without knowing its typing, so if you 
+change the typing you may change the semantics.
+
+To make things consistent in all cases where we are *checking* against
+a supplied signature (as opposed to inferring a type), we adopt the
+rule: 
+
+       a signature does not need to quantify over implicit params.
+
+[This represents a (rather marginal) change of policy since GHC 5.02,
+which *required* an explicit signature to quantify over all implicit
+params for the reasons mentioned above.]
+
+But that raises a new question.  Consider 
+
+       Given (signature)       ?x::Int
+       Wanted (inferred)       ?x::Int, ?y::Bool
+
+Clearly we want to discharge the ?x and float the ?y out.  But
+what is the criterion that distinguishes them?  Clearly it isn't
+what free type variables they have.  The Right Thing seems to be
+to float a constraint that
+       neither mentions any of the quantified type variables
+       nor any of the quantified implicit parameters
+
+See the predicate isFreeWhenChecking.
+
+
+Question 3: monomorphism
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+There's a nasty corner case when the monomorphism restriction bites:
+
+       z = (x::Int) + ?y
+
+The argument above suggests that we *must* generalise
+over the ?y parameter, to get
+       z :: (?y::Int) => Int,
+but the monomorphism restriction says that we *must not*, giving
+       z :: Int.
+Why does the momomorphism restriction say this?  Because if you have
+
+       let z = x + ?y in z+z
+
+you might not expect the addition to be done twice --- but it will if
+we follow the argument of Question 2 and generalise over ?y.
+
+
+Question 4: top level
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+At the top level, monomorhism makes no sense at all.
+
+    module Main where
+       main = let ?x = 5 in print foo
+
+       foo = woggle 3
+
+       woggle :: (?x :: Int) => Int -> Int
+       woggle y = ?x + y
+
+We definitely don't want (foo :: Int) with a top-level implicit parameter
+(?x::Int) becuase there is no way to bind it.  
+
+
+Possible choices
+~~~~~~~~~~~~~~~~
+(A) Always generalise over implicit parameters
+    Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
+       be generalised
+
+    Consequences:
+       * Inlining remains valid
+       * No unexpected loss of sharing
+       * But simple bindings like
+               z = ?y + 1
+         will be rejected, unless you add an explicit type signature
+         (to avoid the monomorphism restriction)
+               z :: (?y::Int) => Int
+               z = ?y + 1
+         This seems unacceptable
+
+(B) Monomorphism restriction "wins"
+    Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
+       be generalised
+    Always generalise over implicit parameters *except* for bindings
+       that fall under the monomorphism restriction
+
+    Consequences
+       * Inlining isn't valid in general
+       * No unexpected loss of sharing
+       * Simple bindings like
+               z = ?y + 1
+         accepted (get value of ?y from binding site)
+
+(C) Always generalise over implicit parameters
+    Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
+       be generalised, EXCEPT for implicit parameters
+    Consequences
+       * Inlining remains valid
+       * Unexpected loss of sharing (from the extra generalisation)
+       * Simple bindings like
+               z = ?y + 1
+         accepted (get value of ?y from occurrence sites)
+
+
+Discussion
+~~~~~~~~~~
+None of these choices seems very satisfactory.  But at least we should
+decide which we want to do.
+
+It's really not clear what is the Right Thing To Do.  If you see
+
+       z = (x::Int) + ?y
+
+would you expect the value of ?y to be got from the *occurrence sites*
+of 'z', or from the valuue of ?y at the *definition* of 'z'?  In the
+case of function definitions, the answer is clearly the former, but
+less so in the case of non-fucntion definitions.   On the other hand,
+if we say that we get the value of ?y from the definition site of 'z',
+then inlining 'z' might change the semantics of the program.
+
+Choice (C) really says "the monomorphism restriction doesn't apply
+to implicit parameters".  Which is fine, but remember that every
+innocent binding 'x = ...' that mentions an implicit parameter in
+the RHS becomes a *function* of that parameter, called at each
+use of 'x'.  Now, the chances are that there are no intervening 'with'
+clauses that bind ?y, so a decent compiler should common up all
+those function calls.  So I think I strongly favour (C).  Indeed,
+one could make a similar argument for abolishing the monomorphism
+restriction altogether.
+
+BOTTOM LINE: we choose (B) at present.  See tcSimplifyRestricted
+
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{tcSimplifyInfer}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+tcSimplify is called when we *inferring* a type.  Here's the overall game plan:
+
+    1. Compute Q = grow( fvs(T), C )
+
+    2. Partition C based on Q into Ct and Cq.  Notice that ambiguous
+       predicates will end up in Ct; we deal with them at the top level
+
+    3. Try improvement, using functional dependencies
+
+    4. If Step 3 did any unification, repeat from step 1
+       (Unification can change the result of 'grow'.)
+
+Note: we don't reduce dictionaries in step 2.  For example, if we have
+Eq (a,b), we don't simplify to (Eq a, Eq b).  So Q won't be different
+after step 2.  However note that we may therefore quantify over more
+type variables than we absolutely have to.
+
+For the guts, we need a loop, that alternates context reduction and
+improvement with unification.  E.g. Suppose we have
+
+       class C x y | x->y where ...
+
+and tcSimplify is called with:
+       (C Int a, C Int b)
+Then improvement unifies a with b, giving
+       (C Int a, C Int a)
+
+If we need to unify anything, we rattle round the whole thing all over
+again.
+
+
+\begin{code}
+tcSimplifyInfer
+       :: SDoc
+       -> TcTyVarSet           -- fv(T); type vars
+       -> [Inst]               -- Wanted
+       -> TcM ([TcTyVar],      -- Tyvars to quantify (zonked and quantified)
+               [Inst],         -- Dict Ids that must be bound here (zonked)
+               TcDictBinds)    -- Bindings
+       -- Any free (escaping) Insts are tossed into the environment
+\end{code}
+
+
+\begin{code}
+tcSimplifyInfer doc tau_tvs wanted
+  = do { tau_tvs1 <- zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs)
+       ; wanted'  <- mapM zonkInst wanted      -- Zonk before deciding quantified tyvars
+       ; gbl_tvs  <- tcGetGlobalTyVars
+       ; let preds1   = fdPredsOfInsts wanted'
+             gbl_tvs1 = oclose preds1 gbl_tvs
+             qtvs     = growInstsTyVars wanted' tau_tvs1 `minusVarSet` gbl_tvs1
+                       -- See Note [Choosing which variables to quantify]
+
+               -- To maximise sharing, remove from consideration any 
+               -- constraints that don't mention qtvs at all
+       ; let (free, bound) = partition (isFreeWhenInferring qtvs) wanted'
+       ; extendLIEs free
+
+               -- To make types simple, reduce as much as possible
+       ; traceTc (text "infer" <+> (ppr preds1 $$ ppr (growInstsTyVars wanted' tau_tvs1) $$ ppr gbl_tvs $$ 
+                  ppr gbl_tvs1 $$ ppr free $$ ppr bound))
+       ; (irreds1, binds1) <- tryHardCheckLoop doc bound
+
+               -- Note [Inference and implication constraints]
+       ; let want_dict d = tyVarsOfInst d `intersectsVarSet` qtvs
+       ; (irreds2, binds2) <- approximateImplications doc want_dict irreds1
+
+               -- Now work out all over again which type variables to quantify,
+               -- exactly in the same way as before, but starting from irreds2.  Why?
+               -- a) By now improvment may have taken place, and we must *not*
+               --    quantify over any variable free in the environment
+               --    tc137 (function h inside g) is an example
+               --
+               -- b) Do not quantify over constraints that *now* do not
+               --    mention quantified type variables, because they are
+               --    simply ambiguous (or might be bound further out).  Example:
+               --      f :: Eq b => a -> (a, b)
+               --      g x = fst (f x)
+               --    From the RHS of g we get the MethodInst f77 :: alpha -> (alpha, beta)
+               --    We decide to quantify over 'alpha' alone, but free1 does not include f77
+               --    because f77 mentions 'alpha'.  Then reducing leaves only the (ambiguous)
+               --    constraint (Eq beta), which we dump back into the free set
+               --    See test tcfail181
+               --
+               -- c) irreds may contain type variables not previously mentioned,
+               --    e.g.  instance D a x => Foo [a] 
+               --          wanteds = Foo [a]
+               --       Then after simplifying we'll get (D a x), and x is fresh
+               --       We must quantify over x else it'll be totally unbound
+       ; tau_tvs2 <- zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs1)
+       ; gbl_tvs2 <- zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems gbl_tvs1)
+               -- Note that we start from gbl_tvs1
+               -- We use tcGetGlobalTyVars, then oclose wrt preds2, because
+               -- we've already put some of the original preds1 into frees
+               -- E.g.         wanteds = C a b   (where a->b)
+               --              gbl_tvs = {a}
+               --              tau_tvs = {b}
+               -- Then b is fixed by gbl_tvs, so (C a b) will be in free, and
+               -- irreds2 will be empty.  But we don't want to generalise over b!
+       ; let preds2 = fdPredsOfInsts irreds2   -- irreds2 is zonked
+             qtvs   = growInstsTyVars irreds2 tau_tvs2 `minusVarSet` oclose preds2 gbl_tvs2
+               ---------------------------------------------------
+               -- BUG WARNING: there's a nasty bug lurking here
+               -- fdPredsOfInsts may return preds that mention variables quantified in
+               -- one of the implication constraints in irreds2; and that is clearly wrong:
+               -- we might quantify over too many variables through accidental capture
+               ---------------------------------------------------
+       ; let (free, irreds3) = partition (isFreeWhenInferring qtvs) irreds2
+       ; extendLIEs free
+
+               -- Turn the quantified meta-type variables into real type variables
+       ; qtvs2 <- zonkQuantifiedTyVars (varSetElems qtvs)
+
+               -- We can't abstract over any remaining unsolved 
+               -- implications so instead just float them outwards. Ugh.
+       ; let (q_dicts0, implics) = partition isAbstractableInst irreds3
+       ; loc <- getInstLoc (ImplicOrigin doc)
+       ; implic_bind <- bindIrreds loc qtvs2 q_dicts0 implics
+
+               -- Prepare equality instances for quantification
+       ; let (q_eqs0,q_dicts) = partition isEqInst q_dicts0
+       ; q_eqs <- mapM finalizeEqInst q_eqs0
+
+       ; return (qtvs2, q_eqs ++ q_dicts, binds1 `unionBags` binds2 `unionBags` implic_bind) }
+       -- NB: when we are done, we might have some bindings, but
+       -- the final qtvs might be empty.  See Note [NO TYVARS] below.
+
+approximateImplications :: SDoc -> (Inst -> Bool) -> [Inst] -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
+-- Note [Inference and implication constraints]
+-- Given a bunch of Dict and ImplicInsts, try to approximate the implications by
+--     - fetching any dicts inside them that are free
+--     - using those dicts as cruder constraints, to solve the implications
+--     - returning the extra ones too
+
+approximateImplications doc want_dict irreds
+  | null extra_dicts 
+  = return (irreds, emptyBag)
+  | otherwise
+  = do { extra_dicts' <- mapM cloneDict extra_dicts
+       ; tryHardCheckLoop doc (extra_dicts' ++ irreds) }
+               -- By adding extra_dicts', we make them 
+               -- available to solve the implication constraints
+  where 
+    extra_dicts = get_dicts (filter isImplicInst irreds)
+
+    get_dicts :: [Inst] -> [Inst]      -- Returns only Dicts
+       -- Find the wanted constraints in implication constraints that satisfy
+       -- want_dict, and are not bound by forall's in the constraint itself
+    get_dicts ds = concatMap get_dict ds
+
+    get_dict d@(Dict {}) | want_dict d = [d]
+                        | otherwise   = []
+    get_dict (ImplicInst {tci_tyvars = tvs, tci_wanted = wanteds})
+       = [ d | let tv_set = mkVarSet tvs
+             , d <- get_dicts wanteds 
+             , not (tyVarsOfInst d `intersectsVarSet` tv_set)]
+    get_dict i@(EqInst {}) | want_dict i = [i]
+                          | otherwise   = [] 
+    get_dict other = pprPanic "approximateImplications" (ppr other)
+\end{code}
+
+Note [Inference and implication constraints]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 
+Suppose we have a wanted implication constraint (perhaps arising from
+a nested pattern match) like
+       C a => D [a]
+and we are now trying to quantify over 'a' when inferring the type for
+a function.  In principle it's possible that there might be an instance
+       instance (C a, E a) => D [a]
+so the context (E a) would suffice.  The Right Thing is to abstract over
+the implication constraint, but we don't do that (a) because it'll be
+surprising to programmers and (b) because we don't have the machinery to deal
+with 'given' implications.
+
+So our best approximation is to make (D [a]) part of the inferred
+context, so we can use that to discharge the implication. Hence
+the strange function get_dicts in approximateImplications.
+
+The common cases are more clear-cut, when we have things like
+       forall a. C a => C b
+Here, abstracting over (C b) is not an approximation at all -- but see
+Note [Freeness and implications].
+See Trac #1430 and test tc228.
+
+
+\begin{code}
+-----------------------------------------------------------
+-- tcSimplifyInferCheck is used when we know the constraints we are to simplify
+-- against, but we don't know the type variables over which we are going to quantify.
+-- This happens when we have a type signature for a mutually recursive group
+tcSimplifyInferCheck
+        :: InstLoc
+        -> TcTyVarSet          -- fv(T)
+        -> [Inst]              -- Given
+        -> [Inst]              -- Wanted
+        -> TcM ([TyVar],       -- Fully zonked, and quantified
+                TcDictBinds)   -- Bindings
+
+tcSimplifyInferCheck loc tau_tvs givens wanteds
+  = do { traceTc (text "tcSimplifyInferCheck <-" <+> ppr wanteds)
+       ; (irreds, binds) <- gentleCheckLoop loc givens wanteds
+
+       -- Figure out which type variables to quantify over
+       -- You might think it should just be the signature tyvars,
+       -- but in bizarre cases you can get extra ones
+       --      f :: forall a. Num a => a -> a
+       --      f x = fst (g (x, head [])) + 1
+       --      g a b = (b,a)
+       -- Here we infer g :: forall a b. a -> b -> (b,a)
+       -- We don't want g to be monomorphic in b just because
+       -- f isn't quantified over b.
+       ; let all_tvs = varSetElems (tau_tvs `unionVarSet` tyVarsOfInsts givens)
+       ; all_tvs <- zonkTcTyVarsAndFV all_tvs
+       ; gbl_tvs <- tcGetGlobalTyVars
+       ; let qtvs = varSetElems (all_tvs `minusVarSet` gbl_tvs)
+               -- We could close gbl_tvs, but its not necessary for
+               -- soundness, and it'll only affect which tyvars, not which
+               -- dictionaries, we quantify over
+
+       ; qtvs' <- zonkQuantifiedTyVars qtvs
+
+               -- Now we are back to normal (c.f. tcSimplCheck)
+       ; implic_bind <- bindIrreds loc qtvs' givens irreds
+
+       ; traceTc (text "tcSimplifyInferCheck ->" <+> ppr (implic_bind))
+       ; return (qtvs', binds `unionBags` implic_bind) }
+\end{code}
+
+Note [Squashing methods]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+Be careful if you want to float methods more:
+       truncate :: forall a. RealFrac a => forall b. Integral b => a -> b
+From an application (truncate f i) we get
+       t1 = truncate at f
+       t2 = t1 at i
+If we have also have a second occurrence of truncate, we get
+       t3 = truncate at f
+       t4 = t3 at i
+When simplifying with i,f free, we might still notice that
+t1=t3; but alas, the binding for t2 (which mentions t1)
+may continue to float out!
+
+
+Note [NO TYVARS]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~
+       class Y a b | a -> b where
+           y :: a -> X b
+       
+       instance Y [[a]] a where
+           y ((x:_):_) = X x
+       
+       k :: X a -> X a -> X a
+
+       g :: Num a => [X a] -> [X a]
+       g xs = h xs
+           where
+           h ys = ys ++ map (k (y [[0]])) xs
+
+The excitement comes when simplifying the bindings for h.  Initially
+try to simplify {y @ [[t1]] t2, 0 @ t1}, with initial qtvs = {t2}.
+From this we get t1~t2, but also various bindings.  We can't forget
+the bindings (because of [LOOP]), but in fact t1 is what g is
+polymorphic in.  
+
+The net effect of [NO TYVARS] 
+
+\begin{code}
+\end{code}
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{tcSimplifyCheck}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+@tcSimplifyCheck@ is used when we know exactly the set of variables
+we are going to quantify over.  For example, a class or instance declaration.
+
+\begin{code}
+-----------------------------------------------------------
+-- tcSimplifyCheck is used when checking expression type signatures,
+-- class decls, instance decls etc.
+tcSimplifyCheck        :: InstLoc
+               -> [TcTyVar]            -- Quantify over these
+               -> [Inst]               -- Given
+               -> [Inst]               -- Wanted
+               -> TcM TcDictBinds      -- Bindings
+tcSimplifyCheck loc qtvs givens wanteds 
+  = ASSERT( all isTcTyVar qtvs && all isSkolemTyVar qtvs )
+    do { traceTc (text "tcSimplifyCheck")
+       ; (irreds, binds) <- gentleCheckLoop loc givens wanteds
+       ; implic_bind <- bindIrreds loc qtvs givens irreds
+       ; return (binds `unionBags` implic_bind) }
+
+-----------------------------------------------------------
+-- tcSimplifyCheckPat is used for existential pattern match
+tcSimplifyCheckPat :: InstLoc
+                  -> [TcTyVar]         -- Quantify over these
+                  -> [Inst]            -- Given
+                  -> [Inst]            -- Wanted
+                  -> TcM TcDictBinds   -- Bindings
+tcSimplifyCheckPat loc qtvs givens wanteds
+  = ASSERT( all isTcTyVar qtvs && all isSkolemTyVar qtvs )
+    do { traceTc (text "tcSimplifyCheckPat")
+       ; (irreds, binds) <- gentleCheckLoop loc givens wanteds
+       ; implic_bind <- bindIrredsR loc qtvs givens irreds
+       ; return (binds `unionBags` implic_bind) }
+
+-----------------------------------------------------------
+bindIrreds :: InstLoc -> [TcTyVar]
+          -> [Inst] -> [Inst]
+          -> TcM TcDictBinds
+bindIrreds loc qtvs givens irreds 
+  = bindIrredsR loc qtvs givens irreds
+
+bindIrredsR :: InstLoc -> [TcTyVar] -> [Inst] -> [Inst] -> TcM TcDictBinds     
+-- Make a binding that binds 'irreds', by generating an implication
+-- constraint for them, *and* throwing the constraint into the LIE
+bindIrredsR loc qtvs givens irreds
+  | null irreds
+  = return emptyBag
+  | otherwise
+  = do { let givens' = filter isAbstractableInst givens
+               -- The givens can (redundantly) include methods
+               -- We want to retain both EqInsts and Dicts
+               -- There should be no implicadtion constraints
+               -- See Note [Pruning the givens in an implication constraint]
+
+          -- If there are no 'givens', then it's safe to 
+          -- partition the 'wanteds' by their qtvs, thereby trimming irreds
+          -- See Note [Freeness and implications]
+       ; irreds' <- if null givens'
+                    then do
+                       { let qtv_set = mkVarSet qtvs
+                             (frees, real_irreds) = partition (isFreeWrtTyVars qtv_set) irreds
+                       ; extendLIEs frees
+                       ; return real_irreds }
+                    else return irreds
+       
+       ; (implics, bind) <- makeImplicationBind loc qtvs givens' irreds'
+                       -- This call does the real work
+                       -- If irreds' is empty, it does something sensible
+       ; extendLIEs implics
+       ; return bind } 
+
+
+makeImplicationBind :: InstLoc -> [TcTyVar]
+                   -> [Inst] -> [Inst]
+                   -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
+-- Make a binding that binds 'irreds', by generating an implication
+-- constraint for them.
+--
+-- The binding looks like
+--     (ir1, .., irn) = f qtvs givens
+-- where f is (evidence for) the new implication constraint
+--     f :: forall qtvs. givens => (ir1, .., irn)
+-- qtvs includes coercion variables
+--
+-- This binding must line up the 'rhs' in reduceImplication
+makeImplicationBind loc all_tvs
+                   givens      -- Guaranteed all Dicts or EqInsts
+                   irreds
+ | null irreds                 -- If there are no irreds, we are done
+ = return ([], emptyBag)
+ | otherwise                   -- Otherwise we must generate a binding
+ = do  { uniq <- newUnique 
+       ; span <- getSrcSpanM
+       ; let (eq_givens, dict_givens) = partition isEqInst givens
+
+                -- extract equality binders
+              eq_cotvs = map eqInstType eq_givens
+
+                -- make the implication constraint instance
+             name = mkInternalName uniq (mkVarOcc "ic") span
+             implic_inst = ImplicInst { tci_name = name,
+                                        tci_tyvars = all_tvs, 
+                                        tci_given = eq_givens ++ dict_givens,
+                                                       -- same order as binders
+                                        tci_wanted = irreds, 
+                                         tci_loc = loc }
+
+               -- create binders for the irreducible dictionaries
+             dict_irreds    = filter (not . isEqInst) irreds
+             dict_irred_ids = map instToId dict_irreds
+             lpat = mkBigLHsPatTup (map (L span . VarPat) dict_irred_ids)
+
+                -- create the binding
+             rhs  = L span (mkHsWrap co (HsVar (instToId implic_inst)))
+             co   =     mkWpApps (map instToId dict_givens)
+                    <.> mkWpTyApps eq_cotvs
+                    <.> mkWpTyApps (mkTyVarTys all_tvs)
+             bind | [dict_irred_id] <- dict_irred_ids  
+                   = mkVarBind dict_irred_id rhs
+                  | otherwise        
+                   = L span $ 
+                     PatBind { pat_lhs = lpat
+                            , pat_rhs = unguardedGRHSs rhs 
+                            , pat_rhs_ty = hsLPatType lpat
+                            , bind_fvs = placeHolderNames 
+                             }
+
+       ; traceTc $ text "makeImplicationBind" <+> ppr implic_inst
+       ; return ([implic_inst], unitBag bind) 
+        }
+
+-----------------------------------------------------------
+tryHardCheckLoop :: SDoc
+            -> [Inst]                  -- Wanted
+            -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
+
+tryHardCheckLoop doc wanteds
+  = do { (irreds,binds) <- checkLoop (mkInferRedEnv doc try_me) wanteds
+       ; return (irreds,binds)
+       }
+  where
+    try_me _ = ReduceMe
+       -- Here's the try-hard bit
+
+-----------------------------------------------------------
+gentleCheckLoop :: InstLoc
+              -> [Inst]                -- Given
+              -> [Inst]                -- Wanted
+              -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
+
+gentleCheckLoop inst_loc givens wanteds
+  = do { (irreds,binds) <- checkLoop env wanteds
+       ; return (irreds,binds)
+       }
+  where
+    env = mkRedEnv (pprInstLoc inst_loc) try_me givens
+
+    try_me inst | isMethodOrLit inst = ReduceMe
+               | otherwise          = Stop
+       -- When checking against a given signature 
+       -- we MUST be very gentle: Note [Check gently]
+
+gentleInferLoop :: SDoc -> [Inst]
+               -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
+gentleInferLoop doc wanteds
+  = do         { (irreds, binds) <- checkLoop env wanteds
+       ; return (irreds, binds) }
+  where
+    env = mkInferRedEnv doc try_me
+    try_me inst | isMethodOrLit inst = ReduceMe
+               | otherwise          = Stop
+\end{code}
+
+Note [Check gently]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+We have to very careful about not simplifying too vigorously
+Example:  
+  data T a where
+    MkT :: a -> T [a]
+
+  f :: Show b => T b -> b
+  f (MkT x) = show [x]
+
+Inside the pattern match, which binds (a:*, x:a), we know that
+       b ~ [a]
+Hence we have a dictionary for Show [a] available; and indeed we 
+need it.  We are going to build an implication contraint
+       forall a. (b~[a]) => Show [a]
+Later, we will solve this constraint using the knowledge (Show b)
+       
+But we MUST NOT reduce (Show [a]) to (Show a), else the whole
+thing becomes insoluble.  So we simplify gently (get rid of literals
+and methods only, plus common up equal things), deferring the real
+work until top level, when we solve the implication constraint
+with tryHardCheckLooop.
+
+
+\begin{code}
+-----------------------------------------------------------
+checkLoop :: RedEnv
+         -> [Inst]                     -- Wanted
+         -> TcM ([Inst], TcDictBinds) 
+-- Precondition: givens are completely rigid
+-- Postcondition: returned Insts are zonked
+
+checkLoop env wanteds
+  = go env wanteds
+  where go env wanteds
+         = do  {  -- We do need to zonk the givens; cf Note [Zonking RedEnv]
+                ; env'     <- zonkRedEnv env
+               ; wanteds' <- zonkInsts  wanteds
+       
+               ; (improved, tybinds, binds, irreds) 
+                    <- reduceContext env' wanteds'
+                ; execTcTyVarBinds tybinds
+
+               ; if null irreds || not improved then
+                   return (irreds, binds)
+                 else do
+       
+               -- If improvement did some unification, we go round again.
+               -- We start again with irreds, not wanteds
+               -- Using an instance decl might have introduced a fresh type
+               -- variable which might have been unified, so we'd get an 
+                -- infinite loop if we started again with wanteds!  
+                -- See Note [LOOP]
+               { (irreds1, binds1) <- go env' irreds
+               ; return (irreds1, binds `unionBags` binds1) } }
+\end{code}
+
+Note [Zonking RedEnv]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+It might appear as if the givens in RedEnv are always rigid, but that is not
+necessarily the case for programs involving higher-rank types that have class
+contexts constraining the higher-rank variables.  An example from tc237 in the
+testsuite is
+
+  class Modular s a | s -> a
+
+  wim ::  forall a w. Integral a 
+                        => a -> (forall s. Modular s a => M s w) -> w
+  wim i k = error "urk"
+
+  test5  ::  (Modular s a, Integral a) => M s a
+  test5  =   error "urk"
+
+  test4   =   wim 4 test4'
+
+Notice how the variable 'a' of (Modular s a) in the rank-2 type of wim is
+quantified further outside.  When type checking test4, we have to check
+whether the signature of test5 is an instance of 
+
+  (forall s. Modular s a => M s w)
+
+Consequently, we will get (Modular s t_a), where t_a is a TauTv into the
+givens. 
+
+Given the FD of Modular in this example, class improvement will instantiate
+t_a to 'a', where 'a' is the skolem from test5's signatures (due to the
+Modular s a predicate in that signature).  If we don't zonk (Modular s t_a) in
+the givens, we will get into a loop as improveOne uses the unification engine
+Unify.tcUnifyTys, which doesn't know about mutable type variables.
+
+
+Note [LOOP]
+~~~~~~~~~~~
+       class If b t e r | b t e -> r
+       instance If T t e t
+       instance If F t e e
+       class Lte a b c | a b -> c where lte :: a -> b -> c
+       instance Lte Z b T
+       instance (Lte a b l,If l b a c) => Max a b c
+
+Wanted:        Max Z (S x) y
+
+Then we'll reduce using the Max instance to:
+       (Lte Z (S x) l, If l (S x) Z y)
+and improve by binding l->T, after which we can do some reduction
+on both the Lte and If constraints.  What we *can't* do is start again
+with (Max Z (S x) y)!
+
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+               tcSimplifySuperClasses
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+Note [SUPERCLASS-LOOP 1]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+We have to be very, very careful when generating superclasses, lest we
+accidentally build a loop. Here's an example:
+
+  class S a
+
+  class S a => C a where { opc :: a -> a }
+  class S b => D b where { opd :: b -> b }
+  
+  instance C Int where
+     opc = opd
+  
+  instance D Int where
+     opd = opc
+
+From (instance C Int) we get the constraint set {ds1:S Int, dd:D Int}
+Simplifying, we may well get:
+       $dfCInt = :C ds1 (opd dd)
+       dd  = $dfDInt
+       ds1 = $p1 dd
+Notice that we spot that we can extract ds1 from dd.  
+
+Alas!  Alack! We can do the same for (instance D Int):
+
+       $dfDInt = :D ds2 (opc dc)
+       dc  = $dfCInt
+       ds2 = $p1 dc
+
+And now we've defined the superclass in terms of itself.
+Two more nasty cases are in
+       tcrun021
+       tcrun033
+
+Solution: 
+  - Satisfy the superclass context *all by itself* 
+    (tcSimplifySuperClasses)
+  - And do so completely; i.e. no left-over constraints
+    to mix with the constraints arising from method declarations
+
+
+Note [Recursive instances and superclases]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+Consider this code, which arises in the context of "Scrap Your 
+Boilerplate with Class".  
+
+    class Sat a
+    class Data ctx a
+    instance  Sat (ctx Char)             => Data ctx Char
+    instance (Sat (ctx [a]), Data ctx a) => Data ctx [a]
+
+    class Data Maybe a => Foo a
+
+    instance Foo t => Sat (Maybe t)
+
+    instance Data Maybe a => Foo a
+    instance Foo a        => Foo [a]
+    instance                 Foo [Char]
+
+In the instance for Foo [a], when generating evidence for the superclasses
+(ie in tcSimplifySuperClasses) we need a superclass (Data Maybe [a]).
+Using the instance for Data, we therefore need
+        (Sat (Maybe [a], Data Maybe a)
+But we are given (Foo a), and hence its superclass (Data Maybe a).
+So that leaves (Sat (Maybe [a])).  Using the instance for Sat means
+we need (Foo [a]).  And that is the very dictionary we are bulding
+an instance for!  So we must put that in the "givens".  So in this
+case we have
+       Given:  Foo a, Foo [a]
+       Watend: Data Maybe [a]
+
+BUT we must *not not not* put the *superclasses* of (Foo [a]) in
+the givens, which is what 'addGiven' would normally do. Why? Because
+(Data Maybe [a]) is the superclass, so we'd "satisfy" the wanted 
+by selecting a superclass from Foo [a], which simply makes a loop.
+
+On the other hand we *must* put the superclasses of (Foo a) in
+the givens, as you can see from the derivation described above.
+
+Conclusion: in the very special case of tcSimplifySuperClasses
+we have one 'given' (namely the "this" dictionary) whose superclasses
+must not be added to 'givens' by addGiven.  
+
+There is a complication though.  Suppose there are equalities
+      instance (Eq a, a~b) => Num (a,b)
+Then we normalise the 'givens' wrt the equalities, so the original
+given "this" dictionary is cast to one of a different type.  So it's a
+bit trickier than before to identify the "special" dictionary whose
+superclasses must not be added. See test
+   indexed-types/should_run/EqInInstance
+
+We need a persistent property of the dictionary to record this
+special-ness.  Current I'm using the InstLocOrigin (a bit of a hack,
+but cool), which is maintained by dictionary normalisation.
+Specifically, the InstLocOrigin is
+            NoScOrigin
+then the no-superclass thing kicks in.  WATCH OUT if you fiddle
+with InstLocOrigin!
+
+\begin{code}
+tcSimplifySuperClasses
+       :: InstLoc 
+       -> Inst         -- The dict whose superclasses 
+                       -- are being figured out
+       -> [Inst]       -- Given 
+       -> [Inst]       -- Wanted
+       -> TcM TcDictBinds
+tcSimplifySuperClasses loc this givens sc_wanteds
+  = do { traceTc (text "tcSimplifySuperClasses")
+
+             -- Note [Recursive instances and superclases]
+        ; no_sc_loc <- getInstLoc NoScOrigin
+       ; let no_sc_this = setInstLoc this no_sc_loc
+
+       ; let env =  RedEnv { red_doc = pprInstLoc loc, 
+                             red_try_me = try_me,
+                             red_givens = no_sc_this : givens, 
+                             red_stack = (0,[]),
+                             red_improve = False }  -- No unification vars
+
+
+       ; (irreds,binds1) <- checkLoop env sc_wanteds
+       ; let (tidy_env, tidy_irreds) = tidyInsts irreds
+       ; reportNoInstances tidy_env (Just (loc, givens)) [] tidy_irreds
+       ; return binds1 }
+  where
+    try_me _ = ReduceMe  -- Try hard, so we completely solve the superclass 
+                        -- constraints right here. See Note [SUPERCLASS-LOOP 1]
+\end{code}
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{tcSimplifyRestricted}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+tcSimplifyRestricted infers which type variables to quantify for a 
+group of restricted bindings.  This isn't trivial.
+
+Eg1:   id = \x -> x
+       We want to quantify over a to get id :: forall a. a->a
+       
+Eg2:   eq = (==)
+       We do not want to quantify over a, because there's an Eq a 
+       constraint, so we get eq :: a->a->Bool  (notice no forall)
+
+So, assume:
+       RHS has type 'tau', whose free tyvars are tau_tvs
+       RHS has constraints 'wanteds'
+
+Plan A (simple)
+  Quantify over (tau_tvs \ ftvs(wanteds))
+  This is bad. The constraints may contain (Monad (ST s))
+  where we have        instance Monad (ST s) where...
+  so there's no need to be monomorphic in s!
+
+  Also the constraint might be a method constraint,
+  whose type mentions a perfectly innocent tyvar:
+         op :: Num a => a -> b -> a
+  Here, b is unconstrained.  A good example would be
+       foo = op (3::Int)
+  We want to infer the polymorphic type
+       foo :: forall b. b -> b
+
+
+Plan B (cunning, used for a long time up to and including GHC 6.2)
+  Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
+  with Plan A's problem).  Then set
+       qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
+
+  Step 2: Now simplify again, treating the constraint as 'free' if 
+  it does not mention qtvs, and trying to reduce it otherwise.
+  The reasons for this is to maximise sharing.
+
+  This fails for a very subtle reason.  Suppose that in the Step 2
+  a constraint (Foo (Succ Zero) (Succ Zero) b) gets thrown upstairs as 'free'.
+  In the Step 1 this constraint might have been simplified, perhaps to
+  (Foo Zero Zero b), AND THEN THAT MIGHT BE IMPROVED, to bind 'b' to 'T'.
+  This won't happen in Step 2... but that in turn might prevent some other
+  constraint (Baz [a] b) being simplified (e.g. via instance Baz [a] T where {..}) 
+  and that in turn breaks the invariant that no constraints are quantified over.
+
+  Test typecheck/should_compile/tc177 (which failed in GHC 6.2) demonstrates
+  the problem.
+
+
+Plan C (brutal)
+  Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
+  with Plan A's problem).  Then set
+       qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
+  Return the bindings from Step 1.
+  
+
+A note about Plan C (arising from "bug" reported by George Russel March 2004)
+Consider this:
+
+      instance (HasBinary ty IO) => HasCodedValue ty
+
+      foo :: HasCodedValue a => String -> IO a
+
+      doDecodeIO :: HasCodedValue a => () -> () -> IO a
+      doDecodeIO codedValue view  
+        = let { act = foo "foo" } in  act
+
+You might think this should work becuase the call to foo gives rise to a constraint
+(HasCodedValue t), which can be satisfied by the type sig for doDecodeIO.  But the
+restricted binding act = ... calls tcSimplifyRestricted, and PlanC simplifies the
+constraint using the (rather bogus) instance declaration, and now we are stuffed.
+
+I claim this is not really a bug -- but it bit Sergey as well as George.  So here's
+plan D
+
+
+Plan D (a variant of plan B)
+  Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
+  with Plan A's problem), BUT DO NO IMPROVEMENT.  Then set
+       qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
+
+  Step 2: Now simplify again, treating the constraint as 'free' if 
+  it does not mention qtvs, and trying to reduce it otherwise.
+
+  The point here is that it's generally OK to have too few qtvs; that is,
+  to make the thing more monomorphic than it could be.  We don't want to
+  do that in the common cases, but in wierd cases it's ok: the programmer
+  can always add a signature.  
+
+  Too few qtvs => too many wanteds, which is what happens if you do less
+  improvement.
+
+
+\begin{code}
+tcSimplifyRestricted   -- Used for restricted binding groups
+                       -- i.e. ones subject to the monomorphism restriction
+       :: SDoc
+       -> TopLevelFlag
+       -> [Name]               -- Things bound in this group
+       -> TcTyVarSet           -- Free in the type of the RHSs
+       -> [Inst]               -- Free in the RHSs
+       -> TcM ([TyVar],        -- Tyvars to quantify (zonked and quantified)
+               TcDictBinds)    -- Bindings
+       -- tcSimpifyRestricted returns no constraints to
+       -- quantify over; by definition there are none.
+       -- They are all thrown back in the LIE
+
+tcSimplifyRestricted doc top_lvl bndrs tau_tvs wanteds
+       -- Zonk everything in sight
+  = do { traceTc (text "tcSimplifyRestricted")
+       ; wanteds_z <- zonkInsts wanteds
+
+       -- 'ReduceMe': Reduce as far as we can.  Don't stop at
+       -- dicts; the idea is to get rid of as many type
+       -- variables as possible, and we don't want to stop
+       -- at (say) Monad (ST s), because that reduces
+       -- immediately, with no constraint on s.
+       --
+       -- BUT do no improvement!  See Plan D above
+       -- HOWEVER, some unification may take place, if we instantiate
+       --          a method Inst with an equality constraint
+       ; let env = mkNoImproveRedEnv doc (\_ -> ReduceMe)
+       ; (_imp, _tybinds, _binds, constrained_dicts) 
+            <- reduceContext env wanteds_z
+
+       -- Next, figure out the tyvars we will quantify over
+       ; tau_tvs' <- zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs)
+       ; gbl_tvs' <- tcGetGlobalTyVars
+       ; constrained_dicts' <- zonkInsts constrained_dicts
+
+       ; let qtvs1 = tau_tvs' `minusVarSet` oclose (fdPredsOfInsts constrained_dicts) gbl_tvs'
+                               -- As in tcSimplifyInfer
+
+               -- Do not quantify over constrained type variables:
+               -- this is the monomorphism restriction
+             constrained_tvs' = tyVarsOfInsts constrained_dicts'
+             qtvs = qtvs1 `minusVarSet` constrained_tvs'
+             pp_bndrs = pprWithCommas (quotes . ppr) bndrs
+
+       -- Warn in the mono
+       ; warn_mono <- doptM Opt_WarnMonomorphism
+       ; warnTc (warn_mono && (constrained_tvs' `intersectsVarSet` qtvs1))
+                (vcat[ ptext (sLit "the Monomorphism Restriction applies to the binding")
+                               <> plural bndrs <+> ptext (sLit "for") <+> pp_bndrs,
+                       ptext (sLit "Consider giving a type signature for") <+> pp_bndrs])
+
+       ; traceTc (text "tcSimplifyRestricted" <+> vcat [
+               pprInsts wanteds, pprInsts constrained_dicts',
+               ppr _binds,
+               ppr constrained_tvs', ppr tau_tvs', ppr qtvs ])
+
+       -- The first step may have squashed more methods than
+       -- necessary, so try again, this time more gently, knowing the exact
+       -- set of type variables to quantify over.
+       --
+       -- We quantify only over constraints that are captured by qtvs;
+       -- these will just be a subset of non-dicts.  This in contrast
+       -- to normal inference (using isFreeWhenInferring) in which we quantify over
+       -- all *non-inheritable* constraints too.  This implements choice
+       -- (B) under "implicit parameter and monomorphism" above.
+       --
+       -- Remember that we may need to do *some* simplification, to
+       -- (for example) squash {Monad (ST s)} into {}.  It's not enough
+       -- just to float all constraints
+       --
+       -- At top level, we *do* squash methods because we want to 
+       -- expose implicit parameters to the test that follows
+       ; let is_nested_group = isNotTopLevel top_lvl
+             try_me inst | isFreeWrtTyVars qtvs inst,
+                          (is_nested_group || isDict inst) = Stop
+                         | otherwise                       = ReduceMe 
+             env = mkNoImproveRedEnv doc try_me
+       ; (_imp, tybinds, binds, irreds) <- reduceContext env wanteds_z
+        ; execTcTyVarBinds tybinds
+
+       -- See "Notes on implicit parameters, Question 4: top level"
+       ; ASSERT( all (isFreeWrtTyVars qtvs) irreds )   -- None should be captured
+         if is_nested_group then
+               extendLIEs irreds
+         else do { let (bad_ips, non_ips) = partition isIPDict irreds
+                 ; addTopIPErrs bndrs bad_ips
+                 ; extendLIEs non_ips }
+
+       ; qtvs' <- zonkQuantifiedTyVars (varSetElems qtvs)
+       ; return (qtvs', binds) }
+\end{code}
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+               tcSimplifyRuleLhs
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+On the LHS of transformation rules we only simplify methods and constants,
+getting dictionaries.  We want to keep all of them unsimplified, to serve
+as the available stuff for the RHS of the rule.
+
+Example.  Consider the following left-hand side of a rule
+       
+       f (x == y) (y > z) = ...
+
+If we typecheck this expression we get constraints
+
+       d1 :: Ord a, d2 :: Eq a
+
+We do NOT want to "simplify" to the LHS
+
+       forall x::a, y::a, z::a, d1::Ord a.
+         f ((==) (eqFromOrd d1) x y) ((>) d1 y z) = ...
+
+Instead we want        
+
+       forall x::a, y::a, z::a, d1::Ord a, d2::Eq a.
+         f ((==) d2 x y) ((>) d1 y z) = ...
+
+Here is another example:
+
+       fromIntegral :: (Integral a, Num b) => a -> b
+       {-# RULES "foo"  fromIntegral = id :: Int -> Int #-}
+
+In the rule, a=b=Int, and Num Int is a superclass of Integral Int. But
+we *dont* want to get
+
+       forall dIntegralInt.
+          fromIntegral Int Int dIntegralInt (scsel dIntegralInt) = id Int
+
+because the scsel will mess up RULE matching.  Instead we want
+
+       forall dIntegralInt, dNumInt.
+         fromIntegral Int Int dIntegralInt dNumInt = id Int
+
+Even if we have 
+
+       g (x == y) (y == z) = ..
+
+where the two dictionaries are *identical*, we do NOT WANT
+
+       forall x::a, y::a, z::a, d1::Eq a
+         f ((==) d1 x y) ((>) d1 y z) = ...
+
+because that will only match if the dict args are (visibly) equal.
+Instead we want to quantify over the dictionaries separately.
+
+In short, tcSimplifyRuleLhs must *only* squash LitInst and MethInts, leaving
+all dicts unchanged, with absolutely no sharing.  It's simpler to do this
+from scratch, rather than further parameterise simpleReduceLoop etc.
+Simpler, maybe, but alas not simple (see Trac #2494)
+
+* Type errors may give rise to an (unsatisfiable) equality constraint
+
+* Applications of a higher-rank function on the LHS may give
+  rise to an implication constraint, esp if there are unsatisfiable
+  equality constraints inside.
+
+\begin{code}
+tcSimplifyRuleLhs :: [Inst] -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
+tcSimplifyRuleLhs wanteds
+  = do { wanteds' <- zonkInsts wanteds
+       
+               -- Simplify equalities  
+               -- It's important to do this: Trac #3346 for example
+        ; (_, wanteds'', tybinds, binds1) <- tcReduceEqs [] wanteds'
+        ; execTcTyVarBinds tybinds
+
+               -- Simplify other constraints
+       ; (irreds, binds2) <- go [] emptyBag wanteds''
+
+               -- Report anything that is left
+       ; let (dicts, bad_irreds) = partition isDict irreds
+       ; traceTc (text "tcSimplifyrulelhs" <+> pprInsts bad_irreds)
+       ; addNoInstanceErrs (nub bad_irreds)
+               -- The nub removes duplicates, which has
+               -- not happened otherwise (see notes above)
+
+       ; return (dicts, binds1 `unionBags` binds2) }
+  where
+    go :: [Inst] -> TcDictBinds -> [Inst] -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
+    go irreds binds []
+       = return (irreds, binds)
+    go irreds binds (w:ws)
+       | isDict w
+       = go (w:irreds) binds ws
+       | isImplicInst w        -- Have a go at reducing the implication
+       = do { (binds1, irreds1) <- reduceImplication red_env w
+            ; let (bad_irreds, ok_irreds) = partition isImplicInst irreds1
+            ; go (bad_irreds ++ irreds) 
+                 (binds `unionBags` binds1) 
+                 (ok_irreds ++ ws)}
+       | otherwise
+       = do { w' <- zonkInst w  -- So that (3::Int) does not generate a call
+                                -- to fromInteger; this looks fragile to me
+            ; lookup_result <- lookupSimpleInst w'
+            ; case lookup_result of
+                NoInstance      -> go (w:irreds) binds ws
+                GenInst ws' rhs -> go irreds binds' (ws' ++ ws)
+                       where
+                         binds' = addInstToDictBind binds w rhs
+         }
+
+       -- Sigh: we need to reduce inside implications
+    red_env = mkInferRedEnv doc try_me
+    doc = ptext (sLit "Implication constraint in RULE lhs")
+    try_me inst | isMethodOrLit inst = ReduceMe
+               | otherwise          = Stop     -- Be gentle
+\end{code}
+
+tcSimplifyBracket is used when simplifying the constraints arising from
+a Template Haskell bracket [| ... |].  We want to check that there aren't
+any constraints that can't be satisfied (e.g. Show Foo, where Foo has no
+Show instance), but we aren't otherwise interested in the results.
+Nor do we care about ambiguous dictionaries etc.  We will type check
+this bracket again at its usage site.
+
+\begin{code}
+tcSimplifyBracket :: [Inst] -> TcM ()
+tcSimplifyBracket wanteds
+  = do { _ <- tryHardCheckLoop doc wanteds
+       ; return () }
+  where
+    doc = text "tcSimplifyBracket"
+\end{code}
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{Filtering at a dynamic binding}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+When we have
+       let ?x = R in B
+
+we must discharge all the ?x constraints from B.  We also do an improvement
+step; if we have ?x::t1 and ?x::t2 we must unify t1, t2.
+
+Actually, the constraints from B might improve the types in ?x. For example
+
+       f :: (?x::Int) => Char -> Char
+       let ?x = 3 in f 'c'
+
+then the constraint (?x::Int) arising from the call to f will
+force the binding for ?x to be of type Int.
+
+\begin{code}
+tcSimplifyIPs :: [Inst]                -- The implicit parameters bound here
+             -> [Inst]         -- Wanted
+             -> TcM TcDictBinds
+       -- We need a loop so that we do improvement, and then
+       -- (next time round) generate a binding to connect the two
+       --      let ?x = e in ?x
+       -- Here the two ?x's have different types, and improvement 
+       -- makes them the same.
+
+tcSimplifyIPs given_ips wanteds
+  = do { wanteds'   <- zonkInsts wanteds
+       ; given_ips' <- zonkInsts given_ips
+               -- Unusually for checking, we *must* zonk the given_ips
+
+       ; let env = mkRedEnv doc try_me given_ips'
+       ; (improved, tybinds, binds, irreds) <- reduceContext env wanteds'
+        ; execTcTyVarBinds tybinds
+
+       ; if null irreds || not improved then 
+               ASSERT( all is_free irreds )
+               do { extendLIEs irreds
+                  ; return binds }
+         else do
+        -- If improvement did some unification, we go round again.
+        -- We start again with irreds, not wanteds
+        -- Using an instance decl might have introduced a fresh type
+        -- variable which might have been unified, so we'd get an 
+        -- infinite loop if we started again with wanteds!  
+        -- See Note [LOOP]
+        { binds1 <- tcSimplifyIPs given_ips' irreds
+        ; return $ binds `unionBags` binds1
+        } }
+  where
+    doc           = text "tcSimplifyIPs" <+> ppr given_ips
+    ip_set = mkNameSet (ipNamesOfInsts given_ips)
+    is_free inst = isFreeWrtIPs ip_set inst
+
+       -- Simplify any methods that mention the implicit parameter
+    try_me inst | is_free inst = Stop
+               | otherwise    = ReduceMe
+\end{code}
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection[binds-for-local-funs]{@bindInstsOfLocalFuns@}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+When doing a binding group, we may have @Insts@ of local functions.
+For example, we might have...
+\begin{verbatim}
+let f x = x + 1            -- orig local function (overloaded)
+    f.1 = f Int            -- two instances of f
+    f.2 = f Float
+ in
+    (f.1 5, f.2 6.7)
+\end{verbatim}
+The point is: we must drop the bindings for @f.1@ and @f.2@ here,
+where @f@ is in scope; those @Insts@ must certainly not be passed
+upwards towards the top-level. If the @Insts@ were binding-ified up
+there, they would have unresolvable references to @f@.
+
+We pass in an @init_lie@ of @Insts@ and a list of locally-bound @Ids@.
+For each method @Inst@ in the @init_lie@ that mentions one of the
+@Ids@, we create a binding.  We return the remaining @Insts@ (in an
+@LIE@), as well as the @HsBinds@ generated.
+
+\begin{code}
+bindInstsOfLocalFuns ::        [Inst] -> [TcId] -> TcM TcDictBinds
+-- Simlifies only MethodInsts, and generate only bindings of form 
+--     fm = f tys dicts
+-- We're careful not to even generate bindings of the form
+--     d1 = d2
+-- You'd think that'd be fine, but it interacts with what is
+-- arguably a bug in Match.tidyEqnInfo (see notes there)
+
+bindInstsOfLocalFuns wanteds local_ids
+  | null overloaded_ids = do
+       -- Common case
+    extendLIEs wanteds
+    return emptyLHsBinds
+
+  | otherwise
+  = do { (irreds, binds) <- gentleInferLoop doc for_me
+       ; extendLIEs not_for_me 
+       ; extendLIEs irreds
+       ; return binds }
+  where
+    doc                     = text "bindInsts" <+> ppr local_ids
+    overloaded_ids   = filter is_overloaded local_ids
+    is_overloaded id = isOverloadedTy (idType id)
+    (for_me, not_for_me) = partition (isMethodFor overloaded_set) wanteds
+
+    overloaded_set = mkVarSet overloaded_ids   -- There can occasionally be a lot of them
+                                               -- so it's worth building a set, so that
+                                               -- lookup (in isMethodFor) is faster
+\end{code}
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{Data types for the reduction mechanism}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+The main control over context reduction is here
+
+\begin{code}
+data RedEnv 
+  = RedEnv { red_doc   :: SDoc                 -- The context
+          , red_try_me :: Inst -> WhatToDo
+          , red_improve :: Bool                -- True <=> do improvement
+          , red_givens :: [Inst]               -- All guaranteed rigid
+                                               -- Always dicts & equalities
+                                               -- but see Note [Rigidity]
+          , red_stack  :: (Int, [Inst])        -- Recursion stack (for err msg)
+                                               -- See Note [RedStack]
+  }
+
+-- Note [Rigidity]
+-- The red_givens are rigid so far as cmpInst is concerned.
+-- There is one case where they are not totally rigid, namely in tcSimplifyIPs
+--     let ?x = e in ...
+-- Here, the given is (?x::a), where 'a' is not necy a rigid type
+-- But that doesn't affect the comparison, which is based only on mame.
+
+-- Note [RedStack]
+-- The red_stack pair (n,insts) pair is just used for error reporting.
+-- 'n' is always the depth of the stack.
+-- The 'insts' is the stack of Insts being reduced: to produce X
+-- I had to produce Y, to produce Y I had to produce Z, and so on.
+
+
+mkRedEnv :: SDoc -> (Inst -> WhatToDo) -> [Inst] -> RedEnv
+mkRedEnv doc try_me givens
+  = RedEnv { red_doc = doc, red_try_me = try_me,
+            red_givens = givens, 
+            red_stack = (0,[]),
+            red_improve = True }       
+
+mkInferRedEnv :: SDoc -> (Inst -> WhatToDo) -> RedEnv
+-- No givens at all
+mkInferRedEnv doc try_me
+  = RedEnv { red_doc = doc, red_try_me = try_me,
+            red_givens = [], 
+            red_stack = (0,[]),
+            red_improve = True }       
+
+mkNoImproveRedEnv :: SDoc -> (Inst -> WhatToDo) -> RedEnv
+-- Do not do improvement; no givens
+mkNoImproveRedEnv doc try_me
+  = RedEnv { red_doc = doc, red_try_me = try_me,
+            red_givens = [], 
+            red_stack = (0,[]),
+            red_improve = True }       
+
+data WhatToDo
+ = ReduceMe    -- Try to reduce this
+               -- If there's no instance, add the inst to the 
+               -- irreductible ones, but don't produce an error 
+               -- message of any kind.
+               -- It might be quite legitimate such as (Eq a)!
+
+ | Stop                -- Return as irreducible unless it can
+                       -- be reduced to a constant in one step
+                       -- Do not add superclasses; see 
+
+data WantSCs = NoSCs | AddSCs  -- Tells whether we should add the superclasses
+                               -- of a predicate when adding it to the avails
+       -- The reason for this flag is entirely the super-class loop problem
+       -- Note [SUPER-CLASS LOOP 1]
+
+zonkRedEnv :: RedEnv -> TcM RedEnv
+zonkRedEnv env
+  = do { givens' <- mapM zonkInst (red_givens env)
+       ; return $ env {red_givens = givens'}
+       }
+\end{code}
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection[reduce]{@reduce@}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+Note [Ancestor Equalities]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+During context reduction, we add to the wanted equalities also those
+equalities that (transitively) occur in superclass contexts of wanted
+class constraints.  Consider the following code
+
+  class a ~ Int => C a
+  instance C Int
+
+If (C a) is wanted, we want to add (a ~ Int), which will be discharged by
+substituting Int for a.  Hence, we ultimately want (C Int), which we
+discharge with the explicit instance.
+
+\begin{code}
+reduceContext :: RedEnv
+             -> [Inst]                 -- Wanted
+             -> TcM (ImprovementDone,
+                      TcTyVarBinds,     -- Type variable bindings
+                     TcDictBinds,      -- Dictionary bindings
+                     [Inst])           -- Irreducible
+
+reduceContext env wanteds0
+  = do { traceTc (text "reduceContext" <+> (vcat [
+            text "----------------------",
+            red_doc env,
+            text "given" <+> ppr (red_givens env),
+            text "wanted" <+> ppr wanteds0,
+            text "----------------------"
+            ]))
+
+          -- We want to add as wanted equalities those that (transitively) 
+          -- occur in superclass contexts of wanted class constraints.
+          -- See Note [Ancestor Equalities]
+       ; ancestor_eqs <- ancestorEqualities wanteds0
+       ; traceTc $ text "reduceContext: ancestor eqs" <+> ppr ancestor_eqs
+
+          -- Normalise and solve all equality constraints as far as possible
+          -- and normalise all dictionary constraints wrt to the reduced
+          -- equalities.  The returned wanted constraints include the
+          -- irreducible wanted equalities.
+        ; let wanteds = wanteds0 ++ ancestor_eqs
+              givens  = red_givens env
+        ; (givens', 
+           wanteds', 
+           tybinds,
+           normalise_binds) <- tcReduceEqs givens wanteds
+       ; traceTc $ text "reduceContext: tcReduceEqs result" <+> vcat
+                     [ppr givens', ppr wanteds', ppr tybinds, 
+                       ppr normalise_binds]
+
+          -- Build the Avail mapping from "given_dicts"
+       ; (init_state, _) <- getConstraints $ do 
+               { init_state <- foldlM addGiven emptyAvails givens'
+               ; return init_state
+                }
+
+          -- Solve the *wanted* *dictionary* constraints (not implications)
+         -- This may expose some further equational constraints in the course
+          -- of improvement due to functional dependencies if any of the
+          -- involved unifications gets deferred.
+       ; let (wanted_implics, wanted_dicts) = partition isImplicInst wanteds'
+       ; (avails, extra_eqs) <- getConstraints (reduceList env wanted_dicts init_state)
+                  -- The getConstraints is reqd because reduceList does improvement
+                  -- (via extendAvails) which may in turn do unification
+       ; (dict_binds, 
+           bound_dicts, 
+           dict_irreds)       <- extractResults avails wanted_dicts
+       ; traceTc $ text "reduceContext: extractResults" <+> vcat
+                     [ppr avails, ppr wanted_dicts, ppr dict_binds]
+
+         -- Solve the wanted *implications*.  In doing so, we can provide
+         -- as "given"   all the dicts that were originally given, 
+         --              *or* for which we now have bindings, 
+         --              *or* which are now irreds
+          -- NB: Equality irreds need to be converted, as the recursive 
+          --     invocation of the solver will still treat them as wanteds
+          --     otherwise.
+       ; let implic_env = env { red_givens 
+                                   = givens ++ bound_dicts ++
+                                     map wantedToLocalEqInst dict_irreds }
+       ; (implic_binds_s, implic_irreds_s) 
+            <- mapAndUnzipM (reduceImplication implic_env) wanted_implics
+       ; let implic_binds  = unionManyBags implic_binds_s
+             implic_irreds = concat implic_irreds_s
+
+          -- Collect all irreducible instances, and determine whether we should
+          -- go round again.  We do so in either of two cases:
+          -- (1) If dictionary reduction or equality solving led to
+          --     improvement (i.e., bindings for type variables).
+          -- (2) If we reduced dictionaries (i.e., got dictionary bindings),
+          --     they may have exposed further opportunities to normalise
+          --     family applications.  See Note [Dictionary Improvement]
+          --
+          -- NB: We do *not* go around for new extra_eqs.  Morally, we should,
+          --     but we can't without risking non-termination (see #2688).  By
+          --     not going around, we miss some legal programs mixing FDs and
+          --     TFs, but we never claimed to support such programs in the
+          --     current implementation anyway.
+
+       ; let all_irreds       = dict_irreds ++ implic_irreds ++ extra_eqs
+             avails_improved  = availsImproved avails
+              eq_improved      = anyBag (not . isCoVarBind) tybinds
+              improvedFlexible = avails_improved || eq_improved
+              reduced_dicts    = not (isEmptyBag dict_binds)
+              improved         = improvedFlexible || reduced_dicts
+              --
+              improvedHint  = (if avails_improved then " [AVAILS]" else "") ++
+                              (if eq_improved then " [EQ]" else "")
+
+       ; traceTc (text "reduceContext end" <+> (vcat [
+            text "----------------------",
+            red_doc env,
+            text "given" <+> ppr givens,
+            text "wanted" <+> ppr wanteds0,
+            text "----",
+            text "tybinds" <+> ppr tybinds,
+            text "avails" <+> pprAvails avails,
+            text "improved =" <+> ppr improved <+> text improvedHint,
+            text "(all) irreds = " <+> ppr all_irreds,
+            text "dict-binds = " <+> ppr dict_binds,
+            text "implic-binds = " <+> ppr implic_binds,
+            text "----------------------"
+            ]))
+
+       ; return (improved, 
+                  tybinds,
+                  normalise_binds `unionBags` dict_binds 
+                                  `unionBags` implic_binds, 
+                  all_irreds) 
+        }
+  where
+    isCoVarBind (TcTyVarBind tv _) = isCoVar tv
+
+tcImproveOne :: Avails -> Inst -> TcM ImprovementDone
+tcImproveOne avails inst
+  | not (isDict inst) = return False
+  | otherwise
+  = do { inst_envs <- tcGetInstEnvs
+       ; let eqns = improveOne (classInstances inst_envs)
+                               (dictPred inst, pprInstArising inst)
+                               [ (dictPred p, pprInstArising p)
+                               | p <- availsInsts avails, isDict p ]
+               -- Avails has all the superclasses etc (good)
+               -- It also has all the intermediates of the deduction (good)
+               -- It does not have duplicates (good)
+               -- NB that (?x::t1) and (?x::t2) will be held separately in 
+                --    avails so that improve will see them separate
+       ; traceTc (text "improveOne" <+> ppr inst)
+       ; unifyEqns eqns }
+
+unifyEqns :: [(Equation, (PredType, SDoc), (PredType, SDoc))] 
+         -> TcM ImprovementDone
+unifyEqns [] = return False
+unifyEqns eqns
+  = do { traceTc (ptext (sLit "Improve:") <+> vcat (map pprEquationDoc eqns))
+        ; improved <- mapM unify eqns
+       ; return $ or improved
+        }
+  where
+    unify ((qtvs, pairs), what1, what2)
+         = addErrCtxtM (mkEqnMsg what1 what2) $ 
+             do { let freeTyVars = unionVarSets (map tvs_pr pairs) 
+                                   `minusVarSet` qtvs
+                ; (_, _, tenv) <- tcInstTyVars (varSetElems qtvs)
+                ; mapM_ (unif_pr tenv) pairs
+                ; anyM isFilledMetaTyVar $ varSetElems freeTyVars
+                }
+
+    unif_pr tenv (ty1, ty2) = unifyType (substTy tenv ty1) (substTy tenv ty2)
+
+    tvs_pr (ty1, ty2) = tyVarsOfType ty1 `unionVarSet` tyVarsOfType ty2
+
+pprEquationDoc :: (Equation, (PredType, SDoc), (PredType, SDoc)) -> SDoc
+pprEquationDoc (eqn, (p1, _), (p2, _)) 
+  = vcat [pprEquation eqn, nest 2 (ppr p1), nest 2 (ppr p2)]
+
+mkEqnMsg :: (TcPredType, SDoc) -> (TcPredType, SDoc) -> TidyEnv
+         -> TcM (TidyEnv, SDoc)
+mkEqnMsg (pred1,from1) (pred2,from2) tidy_env
+  = do { pred1' <- zonkTcPredType pred1
+        ; pred2' <- zonkTcPredType pred2
+       ; let { pred1'' = tidyPred tidy_env pred1'
+              ; pred2'' = tidyPred tidy_env pred2' }
+       ; let msg = vcat [ptext (sLit "When using functional dependencies to combine"),
+                         nest 2 (sep [ppr pred1'' <> comma, nest 2 from1]), 
+                         nest 2 (sep [ppr pred2'' <> comma, nest 2 from2])]
+       ; return (tidy_env, msg) }
+\end{code}
+
+Note [Dictionary Improvement]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+In reduceContext, we first reduce equalities and then class constraints.
+However, the letter may expose further opportunities for the former.  Hence,
+we need to go around again if dictionary reduction produced any dictionary
+bindings.  The following example demonstrated the point:
+
+  data EX _x _y (p :: * -> *)
+  data ANY
+
+  class Base p
+
+  class Base (Def p) => Prop p where
+   type Def p
+
+  instance Base ()
+  instance Prop () where
+   type Def () = ()
+
+  instance (Base (Def (p ANY))) => Base (EX _x _y p)
+  instance (Prop (p ANY)) => Prop (EX _x _y p) where
+   type Def (EX _x _y p) = EX _x _y p
+
+  data FOO x
+  instance Prop (FOO x) where
+   type Def (FOO x) = ()
+
+  data BAR
+  instance Prop BAR where
+   type Def BAR = EX () () FOO
+
+During checking the last instance declaration, we need to check the superclass
+cosntraint Base (Def BAR), which family normalisation reduced to 
+Base (EX () () FOO).  Chasing the instance for Base (EX _x _y p), gives us
+Base (Def (FOO ANY)), which again requires family normalisation of Def to
+Base () before we can finish.
+
+
+The main context-reduction function is @reduce@.  Here's its game plan.
+
+\begin{code}
+reduceList :: RedEnv -> [Inst] -> Avails -> TcM Avails
+reduceList env@(RedEnv {red_stack = (n,stk)}) wanteds state
+  = do { traceTc (text "reduceList " <+> (ppr wanteds $$ ppr state))
+       ; dopts <- getDOpts
+       ; when (debugIsOn && (n > 8)) $ do
+               debugDumpTcRn (hang (ptext (sLit "Interesting! Context reduction stack depth") <+> int n) 
+                            2 (ifPprDebug (nest 2 (pprStack stk))))
+       ; if n >= ctxtStkDepth dopts then
+           failWithTc (reduceDepthErr n stk)
+         else
+           go wanteds state }
+  where
+    go []     state = return state
+    go (w:ws) state = do { state' <- reduce (env {red_stack = (n+1, w:stk)}) w state
+                        ; go ws state' }
+
+    -- Base case: we're done!
+reduce :: RedEnv -> Inst -> Avails -> TcM Avails
+reduce env wanted avails
+
+    -- We don't reduce equalities here (and they must not end up as irreds
+    -- in the Avails!)
+  | isEqInst wanted
+  = return avails
+
+    -- It's the same as an existing inst, or a superclass thereof
+  | Just _ <- findAvail avails wanted
+  = do { traceTc (text "reduce: found " <+> ppr wanted)
+       ; return avails
+       }
+
+  | otherwise
+  = do { traceTc (text "reduce" <+> ppr wanted $$ ppr avails)
+       ; case red_try_me env wanted of {
+           Stop -> try_simple (addIrred NoSCs);
+                       -- See Note [No superclasses for Stop]
+
+           ReduceMe -> do      -- It should be reduced
+               { (avails, lookup_result) <- reduceInst env avails wanted
+               ; case lookup_result of
+                   NoInstance -> addIrred AddSCs avails wanted
+                            -- Add it and its superclasses
+                            
+                   GenInst [] rhs -> addWanted AddSCs avails wanted rhs []
+
+                   GenInst wanteds' rhs
+                         -> do { avails1 <- addIrred NoSCs avails wanted
+                               ; avails2 <- reduceList env wanteds' avails1
+                               ; addWanted AddSCs avails2 wanted rhs wanteds' } }
+               -- Temporarily do addIrred *before* the reduceList, 
+               -- which has the effect of adding the thing we are trying
+               -- to prove to the database before trying to prove the things it
+               -- needs.  See note [RECURSIVE DICTIONARIES]
+               -- NB: we must not do an addWanted before, because that adds the
+               --     superclasses too, and that can lead to a spurious loop; see
+               --     the examples in [SUPERCLASS-LOOP]
+               -- So we do an addIrred before, and then overwrite it afterwards with addWanted
+    } }
+  where
+       -- First, see if the inst can be reduced to a constant in one step
+       -- Works well for literals (1::Int) and constant dictionaries (d::Num Int)
+       -- Don't bother for implication constraints, which take real work
+    try_simple do_this_otherwise
+      = do { res <- lookupSimpleInst wanted
+          ; case res of
+               GenInst [] rhs -> addWanted AddSCs avails wanted rhs []
+               _              -> do_this_otherwise avails wanted }
+\end{code}
+
+
+Note [RECURSIVE DICTIONARIES]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+Consider 
+    data D r = ZeroD | SuccD (r (D r));
+    
+    instance (Eq (r (D r))) => Eq (D r) where
+        ZeroD     == ZeroD     = True
+        (SuccD a) == (SuccD b) = a == b
+        _         == _         = False;
+    
+    equalDC :: D [] -> D [] -> Bool;
+    equalDC = (==);
+
+We need to prove (Eq (D [])).  Here's how we go:
+
+       d1 : Eq (D [])
+
+by instance decl, holds if
+       d2 : Eq [D []]
+       where   d1 = dfEqD d2
+
+by instance decl of Eq, holds if
+       d3 : D []
+       where   d2 = dfEqList d3
+               d1 = dfEqD d2
+
+But now we can "tie the knot" to give
+
+       d3 = d1
+       d2 = dfEqList d3
+       d1 = dfEqD d2
+
+and it'll even run!  The trick is to put the thing we are trying to prove
+(in this case Eq (D []) into the database before trying to prove its
+contributing clauses.
+       
+Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+We need to be careful when adding "the constaint we are trying to prove".
+Suppose we are *given* d1:Ord a, and want to deduce (d2:C [a]) where
+
+       class Ord a => C a where
+       instance Ord [a] => C [a] where ...
+
+Then we'll use the instance decl to deduce C [a] from Ord [a], and then add the
+superclasses of C [a] to avails.  But we must not overwrite the binding
+for Ord [a] (which is obtained from Ord a) with a superclass selection or we'll just
+build a loop! 
+
+Here's another variant, immortalised in tcrun020
+       class Monad m => C1 m
+       class C1 m => C2 m x
+       instance C2 Maybe Bool
+For the instance decl we need to build (C1 Maybe), and it's no good if
+we run around and add (C2 Maybe Bool) and its superclasses to the avails 
+before we search for C1 Maybe.
+
+Here's another example 
+       class Eq b => Foo a b
+       instance Eq a => Foo [a] a
+If we are reducing
+       (Foo [t] t)
+
+we'll first deduce that it holds (via the instance decl).  We must not
+then overwrite the Eq t constraint with a superclass selection!
+
+At first I had a gross hack, whereby I simply did not add superclass constraints
+in addWanted, though I did for addGiven and addIrred.  This was sub-optimal,
+becuase it lost legitimate superclass sharing, and it still didn't do the job:
+I found a very obscure program (now tcrun021) in which improvement meant the
+simplifier got two bites a the cherry... so something seemed to be an Stop
+first time, but reducible next time.
+
+Now we implement the Right Solution, which is to check for loops directly 
+when adding superclasses.  It's a bit like the occurs check in unification.
+
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+               Reducing a single constraint
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+\begin{code}
+---------------------------------------------
+reduceInst :: RedEnv -> Avails -> Inst -> TcM (Avails, LookupInstResult)
+reduceInst _ avails other_inst
+  = do { result <- lookupSimpleInst other_inst
+       ; return (avails, result) }
+\end{code}
+
+Note [Equational Constraints in Implication Constraints]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+
+An implication constraint is of the form 
+       Given => Wanted 
+where Given and Wanted may contain both equational and dictionary
+constraints. The delay and reduction of these two kinds of constraints
+is distinct:
+
+-) In the generated code, wanted Dictionary constraints are wrapped up in an
+   implication constraint that is created at the code site where the wanted
+   dictionaries can be reduced via a let-binding. This let-bound implication
+   constraint is deconstructed at the use-site of the wanted dictionaries.
+
+-) While the reduction of equational constraints is also delayed, the delay
+   is not manifest in the generated code. The required evidence is generated
+   in the code directly at the use-site. There is no let-binding and deconstruction
+   necessary. The main disadvantage is that we cannot exploit sharing as the
+   same evidence may be generated at multiple use-sites. However, this disadvantage
+   is limited because it only concerns coercions which are erased.
+
+The different treatment is motivated by the different in representation. Dictionary
+constraints require manifest runtime dictionaries, while equations require coercions
+which are types.
+
+\begin{code}
+---------------------------------------------
+reduceImplication :: RedEnv
+                 -> Inst
+                 -> TcM (TcDictBinds, [Inst])
+\end{code}
+
+Suppose we are simplifying the constraint
+       forall bs. extras => wanted
+in the context of an overall simplification problem with givens 'givens'.
+
+Note that
+  * The 'givens' need not mention any of the quantified type variables
+       e.g.    forall {}. Eq a => Eq [a]
+               forall {}. C Int => D (Tree Int)
+
+    This happens when you have something like
+       data T a where
+         T1 :: Eq a => a -> T a
+
+       f :: T a -> Int
+       f x = ...(case x of { T1 v -> v==v })...
+
+\begin{code}
+       -- ToDo: should we instantiate tvs?  I think it's not necessary
+       --
+       -- Note on coercion variables:
+       --
+       --      The extra given coercion variables are bound at two different 
+        --      sites:
+        --
+       --      -) in the creation context of the implication constraint        
+       --              the solved equational constraints use these binders
+       --
+       --      -) at the solving site of the implication constraint
+       --              the solved dictionaries use these binders;
+       --              these binders are generated by reduceImplication
+       --
+        -- Note [Binders for equalities]
+        -- ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+        -- To reuse the binders of local/given equalities in the binders of 
+        -- implication constraints, it is crucial that these given equalities
+        -- always have the form
+        --   cotv :: t1 ~ t2
+        -- where cotv is a simple coercion type variable (and not a more
+        -- complex coercion term).  We require that the extra_givens always
+        -- have this form and exploit the special form when generating binders.
+reduceImplication env
+       orig_implic@(ImplicInst { tci_name = name, tci_loc = inst_loc,
+                                 tci_tyvars = tvs,
+                                 tci_given = extra_givens, tci_wanted = wanteds
+                                 })
+  = do {       -- Solve the sub-problem
+       ; let try_me _ = ReduceMe  -- Note [Freeness and implications]
+             env' = env { red_givens = extra_givens ++ red_givens env
+                        , red_doc = sep [ptext (sLit "reduceImplication for") 
+                                            <+> ppr name,
+                                         nest 2 (parens $ ptext (sLit "within")
+                                                           <+> red_doc env)]
+                        , red_try_me = try_me }
+
+       ; traceTc (text "reduceImplication" <+> vcat
+                       [ ppr (red_givens env), ppr extra_givens, 
+                         ppr wanteds])
+       ; (irreds, binds) <- checkLoop env' wanteds
+
+       ; traceTc (text "reduceImplication result" <+> vcat
+                       [ppr irreds, ppr binds])
+
+       ; -- extract superclass binds
+         --  (sc_binds,_) <- extractResults avails []
+--     ; traceTc (text "reduceImplication sc_binds" <+> vcat
+--                     [ppr sc_binds, ppr avails])
+--  
+
+       -- SLPJ Sept 07: what if improvement happened inside the checkLoop?
+       -- Then we must iterate the outer loop too!
+
+        ; didntSolveWantedEqs <- allM wantedEqInstIsUnsolved wanteds
+                                   -- we solve wanted eqs by side effect!
+
+            -- Progress is no longer measered by the number of bindings
+            -- If there are any irreds, but no bindings and no solved
+            -- equalities, we back off and do nothing
+        ; let backOff = isEmptyLHsBinds binds &&   -- no new bindings
+                        (not $ null irreds)   &&   -- but still some irreds
+                        didntSolveWantedEqs        -- no instantiated cotv
+
+       ; if backOff then       -- No progress
+               return (emptyBag, [orig_implic])
+         else do
+       { (simpler_implic_insts, bind) 
+            <- makeImplicationBind inst_loc tvs extra_givens irreds
+               -- This binding is useless if the recursive simplification
+               -- made no progress; but currently we don't try to optimise that
+               -- case.  After all, we only try hard to reduce at top level, or
+               -- when inferring types.
+
+       ; let   -- extract Id binders for dicts and CoTyVar binders for eqs;
+                -- see Note [Binders for equalities]
+             (extra_eq_givens, extra_dict_givens) = partition isEqInst 
+                                                               extra_givens
+              eq_cotvs = map instToVar extra_eq_givens
+             dict_ids = map instToId  extra_dict_givens 
+
+              co         = mkWpTyLams tvs
+                           <.> mkWpTyLams eq_cotvs
+                           <.> mkWpLams dict_ids
+                           <.> WpLet (binds `unionBags` bind)
+              rhs        = mkLHsWrap co payload
+              loc        = instLocSpan inst_loc
+                            -- wanted equalities are solved by updating their
+                             -- cotv; we don't generate bindings for them
+              dict_bndrs =   map (L loc . HsVar . instToId) 
+                           . filter (not . isEqInst) 
+                           $ wanteds
+              payload    = mkBigLHsTup dict_bndrs
+       
+       ; traceTc (vcat [text "reduceImplication" <+> ppr name,
+                        ppr simpler_implic_insts,
+                        text "->" <+> ppr rhs])
+       ; return (unitBag (L loc (VarBind { var_id= instToId orig_implic
+                                         , var_rhs = rhs
+                                         , var_inline = notNull dict_ids }
+                               -- See Note [Always inline implication constraints]
+                         )),
+                 simpler_implic_insts)
+       } 
+    }
+reduceImplication _ i = pprPanic "reduceImplication" (ppr i)
+\end{code}
+
+Note [Always inline implication constraints]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+Suppose an implication constraint floats out of an INLINE function.
+Then although the implication has a single call site, it won't be 
+inlined.  And that is bad because it means that even if there is really
+*no* overloading (type signatures specify the exact types) there will
+still be dictionary passing in the resulting code.  To avert this,
+we mark the implication constraints themselves as INLINE, at least when
+there is no loss of sharing as a result.
+
+Note [Freeness and implications]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+It's hard to say when an implication constraint can be floated out.  Consider
+       forall {} Eq a => Foo [a]
+The (Foo [a]) doesn't mention any of the quantified variables, but it
+still might be partially satisfied by the (Eq a). 
+
+There is a useful special case when it *is* easy to partition the 
+constraints, namely when there are no 'givens'.  Consider
+       forall {a}. () => Bar b
+There are no 'givens', and so there is no reason to capture (Bar b).
+We can let it float out.  But if there is even one constraint we
+must be much more careful:
+       forall {a}. C a b => Bar (m b)
+because (C a b) might have a superclass (D b), from which we might 
+deduce (Bar [b]) when m later gets instantiated to [].  Ha!
+
+Here is an even more exotic example
+       class C a => D a b
+Now consider the constraint
+       forall b. D Int b => C Int
+We can satisfy the (C Int) from the superclass of D, so we don't want
+to float the (C Int) out, even though it mentions no type variable in
+the constraints!
+
+One more example: the constraint
+       class C a => D a b
+       instance (C a, E c) => E (a,c)
+
+       constraint: forall b. D Int b => E (Int,c)
+
+You might think that the (D Int b) can't possibly contribute
+to solving (E (Int,c)), since the latter mentions 'c'.  But 
+in fact it can, because solving the (E (Int,c)) constraint needs 
+dictionaries
+       C Int, E c
+and the (C Int) can be satisfied from the superclass of (D Int b).
+So we must still not float (E (Int,c)) out.
+
+To think about: special cases for unary type classes?
+
+Note [Pruning the givens in an implication constraint]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+Suppose we are about to form the implication constraint
+       forall tvs.  Eq a => Ord b
+The (Eq a) cannot contribute to the (Ord b), because it has no access to
+the type variable 'b'.  So we could filter out the (Eq a) from the givens.
+But BE CAREFUL of the examples above in [Freeness and implications].
+
+Doing so would be a bit tidier, but all the implication constraints get
+simplified away by the optimiser, so it's no great win.   So I don't take
+advantage of that at the moment.
+
+If you do, BE CAREFUL of wobbly type variables.
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+               Avails and AvailHow: the pool of evidence
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+
+\begin{code}
+data Avails = Avails !ImprovementDone !AvailEnv
+
+type ImprovementDone = Bool    -- True <=> some unification has happened
+                               -- so some Irreds might now be reducible
+                               -- keys that are now 
+
+type AvailEnv = FiniteMap Inst AvailHow
+data AvailHow
+  = IsIrred            -- Used for irreducible dictionaries,
+                       -- which are going to be lambda bound
+
+  | Given Inst                 -- Used for dictionaries for which we have a binding
+                       -- e.g. those "given" in a signature
+
+  | Rhs                -- Used when there is a RHS
+       (LHsExpr TcId)  -- The RHS
+       [Inst]          -- Insts free in the RHS; we need these too
+
+instance Outputable Avails where
+  ppr = pprAvails
+
+pprAvails :: Avails -> SDoc
+pprAvails (Avails imp avails)
+  = vcat [ ptext (sLit "Avails") <> (if imp then ptext (sLit "[improved]") else empty)
+        , nest 2 $ braces $ 
+          vcat [ sep [ppr inst, nest 2 (equals <+> ppr avail)]
+               | (inst,avail) <- fmToList avails ]]
+
+instance Outputable AvailHow where
+    ppr = pprAvail
+
+-------------------------
+pprAvail :: AvailHow -> SDoc
+pprAvail IsIrred       = text "Irred"
+pprAvail (Given x)     = text "Given" <+> ppr x
+pprAvail (Rhs rhs bs)   = sep [text "Rhs" <+> ppr bs,
+                              nest 2 (ppr rhs)]
+
+-------------------------
+extendAvailEnv :: AvailEnv -> Inst -> AvailHow -> AvailEnv
+extendAvailEnv env inst avail = addToFM env inst avail
+
+findAvailEnv :: AvailEnv -> Inst -> Maybe AvailHow
+findAvailEnv env wanted = lookupFM env wanted
+       -- NB 1: the Ord instance of Inst compares by the class/type info
+       --  *not* by unique.  So
+       --      d1::C Int ==  d2::C Int
+
+emptyAvails :: Avails
+emptyAvails = Avails False emptyFM
+
+findAvail :: Avails -> Inst -> Maybe AvailHow
+findAvail (Avails _ avails) wanted = findAvailEnv avails wanted
+
+elemAvails :: Inst -> Avails -> Bool
+elemAvails wanted (Avails _ avails) = wanted `elemFM` avails
+
+extendAvails :: Avails -> Inst -> AvailHow -> TcM Avails
+-- Does improvement
+extendAvails avails@(Avails imp env) inst avail
+  = do { imp1 <- tcImproveOne avails inst      -- Do any improvement
+       ; return (Avails (imp || imp1) (extendAvailEnv env inst avail)) }
+
+availsInsts :: Avails -> [Inst]
+availsInsts (Avails _ avails) = keysFM avails
+
+availsImproved :: Avails -> ImprovementDone
+availsImproved (Avails imp _) = imp
+\end{code}
+
+Extracting the bindings from a bunch of Avails.
+The bindings do *not* come back sorted in dependency order.
+We assume that they'll be wrapped in a big Rec, so that the
+dependency analyser can sort them out later
+
+\begin{code}
+type DoneEnv = FiniteMap Inst [Id]
+-- Tracks which things we have evidence for
+
+extractResults :: Avails
+              -> [Inst]                -- Wanted
+              -> TcM (TcDictBinds,     -- Bindings
+                      [Inst],          -- The insts bound by the bindings
+                      [Inst])          -- Irreducible ones
+                       -- Note [Reducing implication constraints]
+
+extractResults (Avails _ avails) wanteds
+  = go emptyBag [] [] emptyFM wanteds
+  where
+    go :: TcDictBinds  -- Bindings for dicts
+       -> [Inst]       -- Bound by the bindings
+       -> [Inst]       -- Irreds
+       -> DoneEnv      -- Has an entry for each inst in the above three sets
+       -> [Inst]       -- Wanted
+       -> TcM (TcDictBinds, [Inst], [Inst])
+    go binds bound_dicts irreds _ [] 
+      = return (binds, bound_dicts, irreds)
+
+    go binds bound_dicts irreds done (w:ws)
+      | isEqInst w
+      = go binds bound_dicts (w:irreds) done' ws
+
+      | Just done_ids@(done_id : rest_done_ids) <- lookupFM done w
+      = if w_id `elem` done_ids then
+          go binds bound_dicts irreds done ws
+       else
+          go (add_bind (nlHsVar done_id)) bound_dicts irreds
+             (addToFM done w (done_id : w_id : rest_done_ids)) ws
+
+      | otherwise      -- Not yet done
+      = case findAvailEnv avails w of
+         Nothing -> pprTrace "Urk: extractResults" (ppr w) $
+                    go binds bound_dicts irreds done ws
+
+         Just IsIrred -> go binds bound_dicts (w:irreds) done' ws
+
+         Just (Rhs rhs ws') -> go (add_bind rhs) (w:bound_dicts) irreds done' (ws' ++ ws)
+
+         Just (Given g) -> go binds' bound_dicts irreds (addToFM done w [g_id]) ws 
+               where
+                 g_id = instToId g
+                 binds' | w_id == g_id = binds
+                        | otherwise    = add_bind (nlHsVar g_id)
+      where
+       w_id  = instToId w      
+       done' = addToFM done w [w_id]
+       add_bind rhs = addInstToDictBind binds w rhs
+\end{code}
+
+
+Note [No superclasses for Stop]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+When we decide not to reduce an Inst -- the 'WhatToDo' --- we still
+add it to avails, so that any other equal Insts will be commoned up
+right here.  However, we do *not* add superclasses.  If we have
+       df::Floating a
+       dn::Num a
+but a is not bound here, then we *don't* want to derive dn from df
+here lest we lose sharing.
+
+\begin{code}
+addWanted :: WantSCs -> Avails -> Inst -> LHsExpr TcId -> [Inst] -> TcM Avails
+addWanted want_scs avails wanted rhs_expr wanteds
+  = addAvailAndSCs want_scs avails wanted avail
+  where
+    avail = Rhs rhs_expr wanteds
+
+addGiven :: Avails -> Inst -> TcM Avails
+addGiven avails given 
+  = addAvailAndSCs want_scs avails given (Given given)
+  where
+    want_scs = case instLocOrigin (instLoc given) of
+                NoScOrigin -> NoSCs
+                _other     -> AddSCs
+       -- Conditionally add superclasses for 'given'
+       -- See Note [Recursive instances and superclases]
+
+  -- No ASSERT( not (given `elemAvails` avails) ) because in an
+  -- instance decl for Ord t we can add both Ord t and Eq t as
+  -- 'givens', so the assert isn't true
+\end{code}
+
+\begin{code}
+addIrred :: WantSCs -> Avails -> Inst -> TcM Avails
+addIrred want_scs avails irred = ASSERT2( not (irred `elemAvails` avails), ppr irred $$ ppr avails )
+                                addAvailAndSCs want_scs avails irred IsIrred
+
+addAvailAndSCs :: WantSCs -> Avails -> Inst -> AvailHow -> TcM Avails
+addAvailAndSCs want_scs avails inst avail
+  | not (isClassDict inst) = extendAvails avails inst avail
+  | NoSCs <- want_scs     = extendAvails avails inst avail
+  | otherwise             = do { traceTc (text "addAvailAndSCs" <+> vcat [ppr inst, ppr deps])
+                               ; avails' <- extendAvails avails inst avail
+                               ; addSCs is_loop avails' inst }
+  where
+    is_loop pred = any (`tcEqType` mkPredTy pred) dep_tys
+                       -- Note: this compares by *type*, not by Unique
+    deps         = findAllDeps (unitVarSet (instToVar inst)) avail
+    dep_tys     = map idType (varSetElems deps)
+
+    findAllDeps :: IdSet -> AvailHow -> IdSet
+    -- Find all the Insts that this one depends on
+    -- See Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
+    -- Watch out, though.  Since the avails may contain loops 
+    -- (see Note [RECURSIVE DICTIONARIES]), so we need to track the ones we've seen so far
+    findAllDeps so_far (Rhs _ kids) = foldl find_all so_far kids
+    findAllDeps so_far _            = so_far
+
+    find_all :: IdSet -> Inst -> IdSet
+    find_all so_far kid
+      | isEqInst kid                       = so_far
+      | kid_id `elemVarSet` so_far        = so_far
+      | Just avail <- findAvail avails kid = findAllDeps so_far' avail
+      | otherwise                         = so_far'
+      where
+       so_far' = extendVarSet so_far kid_id    -- Add the new kid to so_far
+       kid_id = instToId kid
+
+addSCs :: (TcPredType -> Bool) -> Avails -> Inst -> TcM Avails
+       -- Add all the superclasses of the Inst to Avails
+       -- The first param says "don't do this because the original thing
+       --      depends on this one, so you'd build a loop"
+       -- Invariant: the Inst is already in Avails.
+
+addSCs is_loop avails dict
+  = ASSERT( isDict dict )
+    do { sc_dicts <- newCtGivens (instLoc dict) sc_theta'
+       ; foldlM add_sc avails (zipEqual "add_scs" sc_dicts sc_sels) }
+  where
+    (clas, tys) = getDictClassTys dict
+    (tyvars, sc_theta, sc_sels, _) = classBigSig clas
+    sc_theta' = filter (not . isEqPred) $
+                  substTheta (zipTopTvSubst tyvars tys) sc_theta
+
+    add_sc avails (sc_dict, sc_sel)
+      | is_loop (dictPred sc_dict) = return avails     -- See Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
+      | is_given sc_dict          = return avails
+      | otherwise                 = do { avails' <- extendAvails avails sc_dict (Rhs sc_sel_rhs [dict])
+                                       ; addSCs is_loop avails' sc_dict }
+      where
+       sc_sel_rhs = L (instSpan dict) (HsWrap co_fn (HsVar sc_sel))
+       co_fn      = WpApp (instToVar dict) <.> mkWpTyApps tys
+
+    is_given :: Inst -> Bool
+    is_given sc_dict = case findAvail avails sc_dict of
+                         Just (Given _) -> True        -- Given is cheaper than superclass selection
+                         _              -> False
+
+-- From the a set of insts obtain all equalities that (transitively) occur in
+-- superclass contexts of class constraints (aka the ancestor equalities). 
+--
+ancestorEqualities :: [Inst] -> TcM [Inst]
+ancestorEqualities
+  =   mapM mkWantedEqInst               -- turn only equality predicates..
+    . filter isEqPred                   -- ..into wanted equality insts
+    . bagToList 
+    . addAEsToBag emptyBag              -- collect the superclass constraints..
+    . map dictPred                      -- ..of all predicates in a bag
+    . filter isClassDict
+  where
+    addAEsToBag :: Bag PredType -> [PredType] -> Bag PredType
+    addAEsToBag bag []           = bag
+    addAEsToBag bag (pred:preds)
+      | pred `elemBag` bag = addAEsToBag bag         preds
+      | isEqPred pred      = addAEsToBag bagWithPred preds
+      | isClassPred pred   = addAEsToBag bagWithPred predsWithSCs
+      | otherwise          = addAEsToBag bag         preds
+      where
+        bagWithPred  = bag `snocBag` pred
+        predsWithSCs = preds ++ substTheta (zipTopTvSubst tyvars tys) sc_theta
+        --
+        (tyvars, sc_theta, _, _) = classBigSig clas
+        (clas, tys)             = getClassPredTys pred 
+\end{code}
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\section{tcSimplifyTop: defaulting}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+
+@tcSimplifyTop@ is called once per module to simplify all the constant
+and ambiguous Insts.
+
+We need to be careful of one case.  Suppose we have
+
+       instance Num a => Num (Foo a b) where ...
+
+and @tcSimplifyTop@ is given a constraint (Num (Foo x y)).  Then it'll simplify
+to (Num x), and default x to Int.  But what about y??
+
+It's OK: the final zonking stage should zap y to (), which is fine.
+
+
+\begin{code}
+tcSimplifyTop, tcSimplifyInteractive :: [Inst] -> TcM TcDictBinds
+tcSimplifyTop wanteds
+  = tc_simplify_top doc False wanteds
+  where 
+    doc = text "tcSimplifyTop"
+
+tcSimplifyInteractive wanteds
+  = tc_simplify_top doc True wanteds
+  where 
+    doc = text "tcSimplifyInteractive"
+
+-- The TcLclEnv should be valid here, solely to improve
+-- error message generation for the monomorphism restriction
+tc_simplify_top :: SDoc -> Bool -> [Inst] -> TcM (Bag (LHsBind TcId))
+tc_simplify_top doc interactive wanteds
+  = do { dflags <- getDOpts
+       ; wanteds <- zonkInsts wanteds
+       ; mapM_ zonkTopTyVar (varSetElems (tyVarsOfInsts wanteds))
+
+       ; traceTc (text "tc_simplify_top 0: " <+> ppr wanteds)
+       ; (irreds1, binds1) <- tryHardCheckLoop doc1 wanteds
+--     ; (irreds1, binds1) <- gentleInferLoop doc1 wanteds
+       ; traceTc (text "tc_simplify_top 1: " <+> ppr irreds1)
+       ; (irreds2, binds2) <- approximateImplications doc2 (\_ -> True) irreds1
+       ; traceTc (text "tc_simplify_top 2: " <+> ppr irreds2)
+
+               -- Use the defaulting rules to do extra unification
+               -- NB: irreds2 are already zonked
+       ; (irreds3, binds3) <- disambiguate doc3 interactive dflags irreds2
+
+               -- Deal with implicit parameters
+       ; let (bad_ips, non_ips) = partition isIPDict irreds3
+             (ambigs, others)   = partition isTyVarDict non_ips
+
+       ; topIPErrs bad_ips     -- Can arise from   f :: Int -> Int
+                               --                  f x = x + ?y
+       ; addNoInstanceErrs others
+       ; addTopAmbigErrs ambigs        
+
+       ; return (binds1 `unionBags` binds2 `unionBags` binds3) }
+  where
+    doc1 = doc <+> ptext (sLit "(first round)")
+    doc2 = doc <+> ptext (sLit "(approximate)")
+    doc3 = doc <+> ptext (sLit "(disambiguate)")
+\end{code}
+
+If a dictionary constrains a type variable which is
+       * not mentioned in the environment
+       * and not mentioned in the type of the expression
+then it is ambiguous. No further information will arise to instantiate
+the type variable; nor will it be generalised and turned into an extra
+parameter to a function.
+
+It is an error for this to occur, except that Haskell provided for
+certain rules to be applied in the special case of numeric types.
+Specifically, if
+       * at least one of its classes is a numeric class, and
+       * all of its classes are numeric or standard
+then the type variable can be defaulted to the first type in the
+default-type list which is an instance of all the offending classes.
+
+So here is the function which does the work.  It takes the ambiguous
+dictionaries and either resolves them (producing bindings) or
+complains.  It works by splitting the dictionary list by type
+variable, and using @disambigOne@ to do the real business.
+
+@disambigOne@ assumes that its arguments dictionaries constrain all
+the same type variable.
+
+ADR Comment 20/6/94: I've changed the @CReturnable@ case to default to
+@()@ instead of @Int@.  I reckon this is the Right Thing to do since
+the most common use of defaulting is code like:
+\begin{verbatim}
+       _ccall_ foo     `seqPrimIO` bar
+\end{verbatim}
+Since we're not using the result of @foo@, the result if (presumably)
+@void@.
+
+\begin{code}
+disambiguate :: SDoc -> Bool -> DynFlags -> [Inst] -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
+       -- Just does unification to fix the default types
+       -- The Insts are assumed to be pre-zonked
+disambiguate doc interactive dflags insts
+  | null insts
+  = return (insts, emptyBag)
+
+  | null defaultable_groups
+  = do { traceTc (text "disambigutate, no defaultable groups" <+> vcat [ppr unaries, ppr insts, ppr bad_tvs, ppr defaultable_groups])
+       ; return (insts, emptyBag) }
+
+  | otherwise
+  = do         {       -- Figure out what default types to use
+         default_tys <- getDefaultTys extended_defaulting ovl_strings
+
+       ; traceTc (text "disambiguate1" <+> vcat [ppr insts, ppr unaries, ppr bad_tvs, ppr defaultable_groups])
+       ; mapM_ (disambigGroup default_tys) defaultable_groups
+
+       -- disambigGroup does unification, hence try again
+       ; tryHardCheckLoop doc insts }
+
+  where
+   extended_defaulting = interactive || dopt Opt_ExtendedDefaultRules dflags
+                      -- See also Trac #1974
+   ovl_strings = dopt Opt_OverloadedStrings dflags
+
+   unaries :: [(Inst, Class, TcTyVar)]  -- (C tv) constraints
+   bad_tvs :: TcTyVarSet  -- Tyvars mentioned by *other* constraints
+   (unaries, bad_tvs_s) = partitionWith find_unary insts 
+   bad_tvs             = unionVarSets bad_tvs_s
+
+       -- Finds unary type-class constraints
+   find_unary d@(Dict {tci_pred = ClassP cls [ty]})
+       | Just tv <- tcGetTyVar_maybe ty = Left (d,cls,tv)
+   find_unary inst                      = Right (tyVarsOfInst inst)
+
+               -- Group by type variable
+   defaultable_groups :: [[(Inst,Class,TcTyVar)]]
+   defaultable_groups = filter defaultable_group (equivClasses cmp_tv unaries)
+   cmp_tv (_,_,tv1) (_,_,tv2) = tv1 `compare` tv2
+
+   defaultable_group :: [(Inst,Class,TcTyVar)] -> Bool
+   defaultable_group ds@((_,_,tv):_)
+       =  isTyConableTyVar tv  -- Note [Avoiding spurious errors]
+       && not (tv `elemVarSet` bad_tvs)
+       && defaultable_classes [c | (_,c,_) <- ds]
+   defaultable_group [] = panic "defaultable_group"
+
+   defaultable_classes clss 
+       | extended_defaulting = any isInteractiveClass clss
+       | otherwise           = all is_std_class clss && (any is_num_class clss)
+
+       -- In interactive mode, or with -XExtendedDefaultRules,
+       -- we default Show a to Show () to avoid graututious errors on "show []"
+   isInteractiveClass cls 
+       = is_num_class cls || (classKey cls `elem` [showClassKey, eqClassKey, ordClassKey])
+
+   is_num_class cls = isNumericClass cls || (ovl_strings && (cls `hasKey` isStringClassKey))
+       -- is_num_class adds IsString to the standard numeric classes, 
+       -- when -foverloaded-strings is enabled
+
+   is_std_class cls = isStandardClass cls || (ovl_strings && (cls `hasKey` isStringClassKey))
+       -- Similarly is_std_class
+
+-----------------------
+disambigGroup :: [Type]                        -- The default types
+             -> [(Inst,Class,TcTyVar)] -- All standard classes of form (C a)
+             -> TcM () -- Just does unification, to fix the default types
+
+disambigGroup default_tys dicts
+  = do { mb_chosen_ty <- try_default default_tys
+       ; case mb_chosen_ty of
+            Nothing        -> return ()
+            Just chosen_ty -> do { _ <- unifyType chosen_ty (mkTyVarTy tyvar) 
+                                ; warnDefault dicts chosen_ty } }
+  where
+    (_,_,tyvar) = ASSERT(not (null dicts)) head dicts  -- Should be non-empty
+    classes = [c | (_,c,_) <- dicts]
+
+    try_default [] = return Nothing
+    try_default (default_ty : default_tys)
+      = tryTcLIE_ (try_default default_tys) $
+       do { tcSimplifyDefault [mkClassPred clas [default_ty] | clas <- classes]
+               -- This may fail; then the tryTcLIE_ kicks in
+               -- Failure here is caused by there being no type in the
+               -- default list which can satisfy all the ambiguous classes.
+               -- For example, if Real a is reqd, but the only type in the
+               -- default list is Int.
+
+          ; return (Just default_ty) -- TOMDO: do something with the coercion
+          }
+
+
+-----------------------
+getDefaultTys :: Bool -> Bool -> TcM [Type]
+getDefaultTys extended_deflts ovl_strings
+  = do { mb_defaults <- getDeclaredDefaultTys
+       ; case mb_defaults of {
+          Just tys -> return tys ;     -- User-supplied defaults
+          Nothing  -> do
+
+       -- No use-supplied default
+       -- Use [Integer, Double], plus modifications
+       { integer_ty <- tcMetaTy integerTyConName
+       ; checkWiredInTyCon doubleTyCon
+       ; string_ty <- tcMetaTy stringTyConName
+       ; return (opt_deflt extended_deflts unitTy
+                       -- Note [Default unitTy]
+                       ++
+                 [integer_ty,doubleTy]
+                       ++
+                 opt_deflt ovl_strings string_ty) } } }
+  where
+    opt_deflt True  ty = [ty]
+    opt_deflt False _  = []
+\end{code}
+
+Note [Default unitTy]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+In interative mode (or with -XExtendedDefaultRules) we add () as the first type we
+try when defaulting.  This has very little real impact, except in the following case.
+Consider: 
+       Text.Printf.printf "hello"
+This has type (forall a. IO a); it prints "hello", and returns 'undefined'.  We don't
+want the GHCi repl loop to try to print that 'undefined'.  The neatest thing is to
+default the 'a' to (), rather than to Integer (which is what would otherwise happen;
+and then GHCi doesn't attempt to print the ().  So in interactive mode, we add
+() to the list of defaulting types.  See Trac #1200.
+
+Note [Avoiding spurious errors]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+When doing the unification for defaulting, we check for skolem
+type variables, and simply don't default them.  For example:
+   f = (*)     -- Monomorphic
+   g :: Num a => a -> a
+   g x = f x x
+Here, we get a complaint when checking the type signature for g,
+that g isn't polymorphic enough; but then we get another one when
+dealing with the (Num a) context arising from f's definition;
+we try to unify a with Int (to default it), but find that it's
+already been unified with the rigid variable from g's type sig
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection[simple]{@Simple@ versions}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+Much simpler versions when there are no bindings to make!
+
+@tcSimplifyThetas@ simplifies class-type constraints formed by
+@deriving@ declarations and when specialising instances.  We are
+only interested in the simplified bunch of class/type constraints.
+
+It simplifies to constraints of the form (C a b c) where
+a,b,c are type variables.  This is required for the context of
+instance declarations.
+
+\begin{code}
+tcSimplifyDeriv :: InstOrigin
+               -> [TyVar]      
+               -> ThetaType            -- Wanted
+               -> TcM ThetaType        -- Needed
+-- Given  instance (wanted) => C inst_ty 
+-- Simplify 'wanted' as much as possible
+
+tcSimplifyDeriv orig tyvars theta
+  = do { (tvs, _, tenv) <- tcInstTyVars tyvars
+       -- The main loop may do unification, and that may crash if 
+       -- it doesn't see a TcTyVar, so we have to instantiate. Sigh
+       -- ToDo: what if two of them do get unified?
+       ; wanteds <- newCtGivensO orig (substTheta tenv theta)
+       ; (irreds, _) <- tryHardCheckLoop doc wanteds
+
+       ; let (tv_dicts, others) = partition ok irreds
+             (tidy_env, tidy_insts) = tidyInsts others
+        ; reportNoInstances tidy_env Nothing [alt_fix] tidy_insts
+       -- See Note [Exotic derived instance contexts] in TcMType
+
+       ; let rev_env = zipTopTvSubst tvs (mkTyVarTys tyvars)
+             simpl_theta = substTheta rev_env (map dictPred tv_dicts)
+               -- This reverse-mapping is a pain, but the result
+               -- should mention the original TyVars not TcTyVars
+
+       ; return simpl_theta }
+  where
+    doc = ptext (sLit "deriving classes for a data type")
+
+    ok dict | isDict dict = validDerivPred (dictPred dict)
+           | otherwise   = False
+    alt_fix = vcat [ptext (sLit "use a standalone 'deriving instance' declaration instead,"),
+                    ptext (sLit "so you can specify the instance context yourself")]
+\end{code}
+
+
+@tcSimplifyDefault@ just checks class-type constraints, essentially;
+used with \tr{default} declarations.  We are only interested in
+whether it worked or not.
+
+\begin{code}
+tcSimplifyDefault :: ThetaType -- Wanted; has no type variables in it
+                 -> TcM ()
+
+tcSimplifyDefault theta = do
+    wanteds <- newCtGivensO DefaultOrigin theta
+    (irreds, _) <- tryHardCheckLoop doc wanteds
+    addNoInstanceErrs irreds
+    if null irreds then
+       return ()
+     else
+       traceTc (ptext (sLit "tcSimplifyDefault failing")) >> failM
+  where
+    doc = ptext (sLit "default declaration")
+\end{code}
+
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\section{Errors and contexts}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+ToDo: for these error messages, should we note the location as coming
+from the insts, or just whatever seems to be around in the monad just
+now?
+
+\begin{code}
+groupErrs :: ([Inst] -> TcM ())        -- Deal with one group
+         -> [Inst]             -- The offending Insts
+          -> TcM ()
+-- Group together insts with the same origin
+-- We want to report them together in error messages
+
+groupErrs _ [] 
+  = return ()
+groupErrs report_err (inst:insts)
+  = do { do_one (inst:friends)
+       ; groupErrs report_err others }
+  where
+       -- (It may seem a bit crude to compare the error messages,
+       --  but it makes sure that we combine just what the user sees,
+       --  and it avoids need equality on InstLocs.)
+   (friends, others) = partition is_friend insts
+   loc_msg          = showSDoc (pprInstLoc (instLoc inst))
+   is_friend friend  = showSDoc (pprInstLoc (instLoc friend)) == loc_msg
+   do_one insts = setInstCtxt (instLoc (head insts)) (report_err insts)
+               -- Add location and context information derived from the Insts
+
+-- Add the "arising from..." part to a message about bunch of dicts
+addInstLoc :: [Inst] -> Message -> Message
+addInstLoc insts msg = msg $$ nest 2 (pprInstArising (head insts))
+
+addTopIPErrs :: [Name] -> [Inst] -> TcM ()
+addTopIPErrs _ [] 
+  = return ()
+addTopIPErrs bndrs ips
+  = do { dflags <- getDOpts
+       ; addErrTcM (tidy_env, mk_msg dflags tidy_ips) }
+  where
+    (tidy_env, tidy_ips) = tidyInsts ips
+    mk_msg dflags ips 
+       = vcat [sep [ptext (sLit "Implicit parameters escape from"),
+               nest 2 (ptext (sLit "the monomorphic top-level binding") 
+                                           <> plural bndrs <+> ptext (sLit "of")
+                                           <+> pprBinders bndrs <> colon)],
+               nest 2 (vcat (map ppr_ip ips)),
+               monomorphism_fix dflags]
+    ppr_ip ip = pprPred (dictPred ip) <+> pprInstArising ip
+
+topIPErrs :: [Inst] -> TcM ()
+topIPErrs dicts
+  = groupErrs report tidy_dicts
+  where
+    (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
+    report dicts = addErrTcM (tidy_env, mk_msg dicts)
+    mk_msg dicts = addInstLoc dicts (ptext (sLit "Unbound implicit parameter") <> 
+                                    plural tidy_dicts <+> pprDictsTheta tidy_dicts)
+
+addNoInstanceErrs :: [Inst]    -- Wanted (can include implications)
+                 -> TcM ()     
+addNoInstanceErrs insts
+  = do { let (tidy_env, tidy_insts) = tidyInsts insts
+       ; reportNoInstances tidy_env Nothing [] tidy_insts }
+
+reportNoInstances 
+       :: TidyEnv
+       -> Maybe (InstLoc, [Inst])      -- Context
+                       -- Nothing => top level
+                       -- Just (d,g) => d describes the construct
+                       --               with givens g
+        -> [SDoc]      -- Alternative fix for no-such-instance
+       -> [Inst]       -- What is wanted (can include implications)
+       -> TcM ()       
+
+reportNoInstances tidy_env mb_what alt_fix insts 
+  = groupErrs (report_no_instances tidy_env mb_what alt_fix) insts
+
+report_no_instances :: TidyEnv -> Maybe (InstLoc, [Inst]) -> [SDoc] -> [Inst] -> TcM ()
+report_no_instances tidy_env mb_what alt_fixes insts
+  = do { inst_envs <- tcGetInstEnvs
+       ; let (implics, insts1)  = partition isImplicInst insts
+            (insts2, overlaps) = partitionWith (check_overlap inst_envs) insts1
+             (eqInsts, insts3)  = partition isEqInst insts2
+       ; traceTc (text "reportNoInstances" <+> vcat 
+                       [ppr insts, ppr implics, ppr insts1, ppr insts2])
+       ; mapM_ complain_implic implics
+       ; mapM_ (\doc -> addErrTcM (tidy_env, doc)) overlaps
+       ; groupErrs complain_no_inst insts3 
+       ; mapM_ (addErrTcM . mk_eq_err) eqInsts
+       }
+  where
+    complain_no_inst insts = addErrTcM (tidy_env, mk_no_inst_err insts)
+
+    complain_implic inst       -- Recurse!
+      = reportNoInstances tidy_env 
+                         (Just (tci_loc inst, tci_given inst)) 
+                         alt_fixes (tci_wanted inst)
+
+    check_overlap :: (InstEnv,InstEnv) -> Inst -> Either Inst SDoc
+       -- Right msg  => overlap message
+       -- Left  inst => no instance
+    check_overlap inst_envs wanted
+       | not (isClassDict wanted) = Left wanted
+       | otherwise
+       = case lookupInstEnv inst_envs clas tys of
+               ([], _) -> Left wanted          -- No match
+               -- The case of exactly one match and no unifiers means a
+               -- successful lookup.  That can't happen here, because dicts
+               -- only end up here if they didn't match in Inst.lookupInst
+               ([_],[])
+                | debugIsOn -> pprPanic "reportNoInstance" (ppr wanted)
+               res -> Right (mk_overlap_msg wanted res)
+         where
+           (clas,tys) = getDictClassTys wanted
+
+    mk_overlap_msg dict (matches, unifiers)
+      = ASSERT( not (null matches) )
+        vcat [ addInstLoc [dict] ((ptext (sLit "Overlapping instances for") 
+                                       <+> pprPred (dictPred dict))),
+               sep [ptext (sLit "Matching instances") <> colon,
+                    nest 2 (vcat [pprInstances ispecs, pprInstances unifiers])],
+               if not (isSingleton matches)
+               then    -- Two or more matches
+                    empty
+               else    -- One match, plus some unifiers
+               ASSERT( not (null unifiers) )
+               parens (vcat [ptext (sLit "The choice depends on the instantiation of") <+>
+                                quotes (pprWithCommas ppr (varSetElems (tyVarsOfInst dict))),
+                             ptext (sLit "To pick the first instance above, use -XIncoherentInstances"),
+                             ptext (sLit "when compiling the other instance declarations")])]
+      where
+       ispecs = [ispec | (ispec, _) <- matches]
+
+    mk_eq_err :: Inst -> (TidyEnv, SDoc)
+    mk_eq_err inst = misMatchMsg tidy_env (eqInstTys inst)
+
+    mk_no_inst_err insts
+      | null insts = empty
+
+      | Just (loc, givens) <- mb_what,   -- Nested (type signatures, instance decls)
+       not (isEmptyVarSet (tyVarsOfInsts insts))
+      = vcat [ addInstLoc insts $
+              sep [ ptext (sLit "Could not deduce") <+> pprDictsTheta insts
+                  , nest 2 $ ptext (sLit "from the context") <+> pprDictsTheta givens]
+            , show_fixes (fix1 loc : fixes2 ++ alt_fixes) ]
+
+      | otherwise      -- Top level 
+      = vcat [ addInstLoc insts $
+              ptext (sLit "No instance") <> plural insts
+                   <+> ptext (sLit "for") <+> pprDictsTheta insts
+            , show_fixes (fixes2 ++ alt_fixes) ]
+
+      where
+       fix1 loc = sep [ ptext (sLit "add") <+> pprDictsTheta insts
+                                <+> ptext (sLit "to the context of"),
+                        nest 2 (ppr (instLocOrigin loc)) ]
+                        -- I'm not sure it helps to add the location
+                        -- nest 2 (ptext (sLit "at") <+> ppr (instLocSpan loc)) ]
+
+       fixes2 | null instance_dicts = []
+              | otherwise           = [sep [ptext (sLit "add an instance declaration for"),
+                                       pprDictsTheta instance_dicts]]
+       instance_dicts = [d | d <- insts, isClassDict d, not (isTyVarDict d)]
+               -- Insts for which it is worth suggesting an adding an instance declaration
+               -- Exclude implicit parameters, and tyvar dicts
+
+       show_fixes :: [SDoc] -> SDoc
+       show_fixes []     = empty
+       show_fixes (f:fs) = sep [ptext (sLit "Possible fix:"), 
+                                nest 2 (vcat (f : map (ptext (sLit "or") <+>) fs))]
+
+addTopAmbigErrs :: [Inst] -> TcRn ()
+addTopAmbigErrs dicts
+-- Divide into groups that share a common set of ambiguous tyvars
+  = ifErrsM (return ()) $      -- Only report ambiguity if no other errors happened
+                               -- See Note [Avoiding spurious errors]
+    mapM_ report (equivClasses cmp [(d, tvs_of d) | d <- tidy_dicts])
+  where
+    (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
+
+    tvs_of :: Inst -> [TcTyVar]
+    tvs_of d = varSetElems (tyVarsOfInst d)
+    cmp (_,tvs1) (_,tvs2) = tvs1 `compare` tvs2
+    
+    report :: [(Inst,[TcTyVar])] -> TcM ()
+    report pairs@((inst,tvs) : _) = do -- The pairs share a common set of ambiguous tyvars
+         (tidy_env, mono_msg) <- mkMonomorphismMsg tidy_env tvs
+         setSrcSpan (instSpan inst) $
+               -- the location of the first one will do for the err message
+          addErrTcM (tidy_env, msg $$ mono_msg)
+       where
+         dicts = map fst pairs
+         msg = sep [text "Ambiguous type variable" <> plural tvs <+> 
+                         pprQuotedList tvs <+> in_msg,
+                    nest 2 (pprDictsInFull dicts)]
+         in_msg = text "in the constraint" <> plural dicts <> colon
+    report [] = panic "addTopAmbigErrs"
+
+
+mkMonomorphismMsg :: TidyEnv -> [TcTyVar] -> TcM (TidyEnv, Message)
+-- There's an error with these Insts; if they have free type variables
+-- it's probably caused by the monomorphism restriction. 
+-- Try to identify the offending variable
+-- ASSUMPTION: the Insts are fully zonked
+mkMonomorphismMsg tidy_env inst_tvs
+  = do { dflags <- getDOpts
+       ; (tidy_env, docs) <- findGlobals (mkVarSet inst_tvs) tidy_env
+       ; return (tidy_env, mk_msg dflags docs) }
+  where
+    mk_msg _ _ | any isRuntimeUnk inst_tvs
+        =  vcat [ptext (sLit "Cannot resolve unknown runtime types:") <+>
+                   (pprWithCommas ppr inst_tvs),
+                ptext (sLit "Use :print or :force to determine these types")]
+    mk_msg _ []   = ptext (sLit "Probable fix: add a type signature that fixes these type variable(s)")
+                       -- This happens in things like
+                       --      f x = show (read "foo")
+                       -- where monomorphism doesn't play any role
+    mk_msg dflags docs 
+       = vcat [ptext (sLit "Possible cause: the monomorphism restriction applied to the following:"),
+               nest 2 (vcat docs),
+               monomorphism_fix dflags]
+
+monomorphism_fix :: DynFlags -> SDoc
+monomorphism_fix dflags
+  = ptext (sLit "Probable fix:") <+> vcat
+       [ptext (sLit "give these definition(s) an explicit type signature"),
+        if dopt Opt_MonomorphismRestriction dflags
+           then ptext (sLit "or use -XNoMonomorphismRestriction")
+           else empty] -- Only suggest adding "-XNoMonomorphismRestriction"
+                       -- if it is not already set!
+    
+warnDefault :: [(Inst, Class, Var)] -> Type -> TcM ()
+warnDefault ups default_ty = do
+    warn_flag <- doptM Opt_WarnTypeDefaults
+    setInstCtxt (instLoc (head (dicts))) (warnTc warn_flag warn_msg)
+  where
+    dicts = [d | (d,_,_) <- ups]
+
+       -- Tidy them first
+    (_, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
+    warn_msg  = vcat [ptext (sLit "Defaulting the following constraint(s) to type") <+>
+                               quotes (ppr default_ty),
+                     pprDictsInFull tidy_dicts]
+
+reduceDepthErr :: Int -> [Inst] -> SDoc
+reduceDepthErr n stack
+  = vcat [ptext (sLit "Context reduction stack overflow; size =") <+> int n,
+         ptext (sLit "Use -fcontext-stack=N to increase stack size to N"),
+         nest 4 (pprStack stack)]
+
+pprStack :: [Inst] -> SDoc
+pprStack stack = vcat (map pprInstInFull stack)
+\end{code}