Simplify TcSimplify, by removing Free
[ghc-hetmet.git] / compiler / typecheck / TcSimplify.lhs
index 7656198..794e09d 100644 (file)
@@ -1,18 +1,18 @@
 %
+% (c) The University of Glasgow 2006
 % (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
 %
-\section[TcSimplify]{TcSimplify}
-
 
+TcSimplify
 
 \begin{code}
 module TcSimplify (
        tcSimplifyInfer, tcSimplifyInferCheck,
        tcSimplifyCheck, tcSimplifyRestricted,
-       tcSimplifyToDicts, tcSimplifyIPs, 
+       tcSimplifyRuleLhs, tcSimplifyIPs, 
        tcSimplifySuperClasses,
        tcSimplifyTop, tcSimplifyInteractive,
-       tcSimplifyBracket,
+       tcSimplifyBracket, tcSimplifyCheckPat,
 
        tcSimplifyDeriv, tcSimplifyDefault,
        bindInstsOfLocalFuns
@@ -21,59 +21,39 @@ module TcSimplify (
 #include "HsVersions.h"
 
 import {-# SOURCE #-} TcUnify( unifyType )
-import TypeRep         ( Type(..) )
-import HsSyn           ( HsBind(..), HsExpr(..), LHsExpr, emptyLHsBinds )
-import TcHsSyn         ( mkHsApp, mkHsTyApp, mkHsDictApp )
+import HsSyn
 
 import TcRnMonad
-import Inst            ( lookupInst, LookupInstResult(..),
-                         tyVarsOfInst, fdPredsOfInsts, newDicts, 
-                         isDict, isClassDict, isLinearInst, linearInstType,
-                         isMethodFor, isMethod,
-                         instToId, tyVarsOfInsts,  cloneDict,
-                         ipNamesOfInsts, ipNamesOfInst, dictPred,
-                         fdPredsOfInst,
-                         newDictsAtLoc, tcInstClassOp,
-                         getDictClassTys, isTyVarDict, instLoc,
-                         zonkInst, tidyInsts, tidyMoreInsts,
-                         pprInsts, pprDictsInFull, pprInstInFull, tcGetInstEnvs,
-                         isInheritableInst, pprDictsTheta
-                       )
-import TcEnv           ( tcGetGlobalTyVars, tcLookupId, findGlobals, pprBinders,
-                         lclEnvElts, tcMetaTy )
-import InstEnv         ( lookupInstEnv, classInstances, pprInstances )
-import TcMType         ( zonkTcTyVarsAndFV, tcInstTyVars, zonkTcPredType,
-                         checkAmbiguity, checkInstTermination )
-import TcType          ( TcTyVar, TcTyVarSet, ThetaType, TcPredType, tidyPred,
-                          mkClassPred, isOverloadedTy, mkTyConApp, isSkolemTyVar,
-                         mkTyVarTy, tcGetTyVar, isTyVarClassPred, mkTyVarTys,
-                         tyVarsOfPred, tcEqType, pprPred, mkPredTy, tcIsTyVarTy )
-import TcIface         ( checkWiredInTyCon )
-import Id              ( idType, mkUserLocal )
-import Var             ( TyVar )
-import TyCon           ( TyCon )
-import Name            ( Name, getOccName, getSrcLoc )
-import NameSet         ( NameSet, mkNameSet, elemNameSet )
-import Class           ( classBigSig, classKey )
-import FunDeps         ( oclose, grow, improve, pprEquation )
-import PrelInfo                ( isNumericClass, isStandardClass ) 
-import PrelNames       ( splitName, fstName, sndName, integerTyConName,
-                         showClassKey, eqClassKey, ordClassKey )
-import Type            ( zipTopTvSubst, substTheta, substTy )
-import TysWiredIn      ( pairTyCon, doubleTy, doubleTyCon )
-import ErrUtils                ( Message )
-import BasicTypes      ( TopLevelFlag, isNotTopLevel )
+import Inst
+import TcEnv
+import InstEnv
+import TcGadt
+import TcMType
+import TcType
+import TcIface
+import Var
+import TyCon
+import Name
+import NameSet
+import Class
+import FunDeps
+import PrelInfo
+import PrelNames
+import Type
+import TysWiredIn
+import ErrUtils
+import BasicTypes
 import VarSet
-import VarEnv          ( TidyEnv )
+import VarEnv
 import FiniteMap
 import Bag
 import Outputable
-import ListSetOps      ( equivClasses )
-import Util            ( zipEqual, isSingleton )
-import List            ( partition )
-import SrcLoc          ( Located(..) )
-import DynFlags                ( DynFlag(..) )
-import StaticFlags
+import ListSetOps
+import Util
+import SrcLoc
+import DynFlags
+
+import Data.List
 \end{code}
 
 
@@ -87,6 +67,24 @@ import StaticFlags
        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
@@ -258,9 +256,9 @@ any other type variables.
 
 
 
-       --------------------------------------
-               Notes on ambiguity
-       --------------------------------------
+-------------------------------------
+       Note [Ambiguity]
+-------------------------------------
 
 It's very hard to be certain when a type is ambiguous.  Consider
 
@@ -653,73 +651,50 @@ tcSimplifyInfer
 
 \begin{code}
 tcSimplifyInfer doc tau_tvs wanted_lie
-  = inferLoop doc (varSetElems tau_tvs)
-             wanted_lie                `thenM` \ (qtvs, frees, binds, irreds) ->
-
-    extendLIEs frees                                                   `thenM_`
-    returnM (qtvs, binds, map instToId irreds)
-
-inferLoop doc tau_tvs wanteds
-  =    -- Step 1
-    zonkTcTyVarsAndFV tau_tvs          `thenM` \ tau_tvs' ->
-    mappM zonkInst wanteds             `thenM` \ wanteds' ->
-    tcGetGlobalTyVars                  `thenM` \ gbl_tvs ->
-    let
-       preds = fdPredsOfInsts wanteds'
-       qtvs  = grow preds tau_tvs' `minusVarSet` oclose preds gbl_tvs
-
-       try_me inst
-         | isFreeWhenInferring qtvs inst = Free
-         | isClassDict inst              = DontReduceUnlessConstant    -- Dicts
-         | otherwise                     = ReduceMe NoSCs              -- Lits and Methods
-    in
-    traceTc (text "infloop" <+> vcat [ppr tau_tvs', ppr wanteds', ppr preds, 
-                                     ppr (grow preds tau_tvs'), ppr qtvs])     `thenM_`
-               -- Step 2
-    reduceContext doc try_me [] wanteds'    `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
-
-               -- Step 3
-    if no_improvement then
-       returnM (varSetElems qtvs, frees, binds, irreds)
-    else
-       -- If improvement did some unification, we go round again.  There
-       -- are two subtleties:
-       --   a) 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 example [LOOP]
-       --
-       --   b) It's also essential to re-process frees, because unification
-       --      might mean that a type variable that looked free isn't now.
-       --
-       -- Hence the (irreds ++ frees)
-
-       -- However, NOTICE that when we are done, we might have some bindings, but
-       -- the final qtvs might be empty.  See [NO TYVARS] below.
-                               
-       inferLoop doc tau_tvs (irreds ++ frees) `thenM` \ (qtvs1, frees1, binds1, irreds1) ->
-       returnM (qtvs1, frees1, binds `unionBags` binds1, irreds1)
+  = do { let try_me inst | isDict inst = Stop                  -- Dicts
+                         | otherwise   = ReduceMe NoSCs        -- Lits, Methods, 
+                                                               -- and impliciation constraints
+               -- In an effort to make the inferred types simple, we try 
+               -- to squeeze out implication constraints if we can.
+               -- See Note [Squashing methods]
+
+       ; (binds1, irreds) <- checkLoop (mkRedEnv doc try_me []) wanted_lie
+
+       ; tau_tvs' <- zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs)
+       ; gbl_tvs  <- tcGetGlobalTyVars
+       ; let preds = fdPredsOfInsts irreds
+             qtvs  = grow preds tau_tvs' `minusVarSet` oclose preds gbl_tvs
+             (free, bound) = partition (isFreeWhenInferring qtvs) irreds
+
+               -- Remove redundant superclasses from 'bound'
+               -- The 'Stop' try_me result does not do so, 
+               -- see Note [No superclasses for Stop]
+       ; let try_me inst = ReduceMe AddSCs
+       ; (binds2, irreds) <- checkLoop (mkRedEnv doc try_me []) bound
+
+       ; extendLIEs free
+       ; return (varSetElems qtvs, binds1 `unionBags` binds2, map instToId irreds) }
+       -- NB: when we are done, we might have some bindings, but
+       -- the final qtvs might be empty.  See Note [NO TYVARS] below.
 \end{code}
 
-Example [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)!
-
-[NO TYVARS]
-
+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
        
@@ -748,14 +723,16 @@ isFreeWhenInferring qtvs inst
   && isInheritableInst inst            -- And no implicit parameter involved
                                        -- (see "Notes on implicit parameters")
 
+{-     No longer used (with implication constraints)
 isFreeWhenChecking :: TyVarSet -- Quantified tyvars
                   -> NameSet   -- Quantified implicit parameters
                   -> Inst -> Bool
 isFreeWhenChecking qtvs ips inst
   =  isFreeWrtTyVars qtvs inst
   && isFreeWrtIPs    ips inst
+-}
 
-isFreeWrtTyVars qtvs inst = not (tyVarsOfInst inst `intersectsVarSet` qtvs)
+isFreeWrtTyVars qtvs inst = tyVarsOfInst inst `disjointVarSet` qtvs
 isFreeWrtIPs     ips inst = not (any (`elemNameSet` ips) (ipNamesOfInst inst))
 \end{code}
 
@@ -770,45 +747,217 @@ isFreeWrtIPs     ips inst = not (any (`elemNameSet` ips) (ipNamesOfInst inst))
 we are going to quantify over.  For example, a class or instance declaration.
 
 \begin{code}
-tcSimplifyCheck
-        :: SDoc
-        -> [TcTyVar]           -- Quantify over these
-        -> [Inst]              -- Given
-        -> [Inst]              -- Wanted
-        -> TcM TcDictBinds     -- Bindings
-
+-----------------------------------------------------------
 -- tcSimplifyCheck is used when checking expression type signatures,
 -- class decls, instance decls etc.
---
--- NB: tcSimplifyCheck does not consult the
---     global type variables in the environment; so you don't
---     need to worry about setting them before calling tcSimplifyCheck
-tcSimplifyCheck doc qtvs givens wanted_lie
+tcSimplifyCheck        :: InstLoc
+               -> [TcTyVar]            -- Quantify over these
+               -> [Inst]               -- Given
+               -> [Inst]               -- Wanted
+               -> TcM TcDictBinds      -- Bindings
+tcSimplifyCheck loc qtvs givens wanteds 
   = ASSERT( all isSkolemTyVar qtvs )
-    do { (qtvs', frees, binds) <- tcSimplCheck doc get_qtvs AddSCs givens wanted_lie
-       ; extendLIEs frees
-       ; return binds }
+    do { (binds, irreds) <- innerCheckLoop loc givens wanteds
+       ; implic_bind <- bindIrreds loc [] emptyRefinement 
+                                            qtvs givens irreds
+       ; return (binds `unionBags` implic_bind) }
+
+-----------------------------------------------------------
+-- tcSimplifyCheckPat is used for existential pattern match
+tcSimplifyCheckPat :: InstLoc
+                  -> [CoVar] -> Refinement
+                  -> [TcTyVar]         -- Quantify over these
+                  -> [Inst]            -- Given
+                  -> [Inst]            -- Wanted
+                  -> TcM TcDictBinds   -- Bindings
+tcSimplifyCheckPat loc co_vars reft qtvs givens wanteds
+  = ASSERT( all isSkolemTyVar qtvs )
+    do { (binds, irreds) <- innerCheckLoop loc givens wanteds
+       ; implic_bind <- bindIrreds loc co_vars reft 
+                                   qtvs givens irreds
+       ; return (binds `unionBags` implic_bind) }
+
+-----------------------------------------------------------
+bindIrreds :: InstLoc -> [CoVar] -> Refinement
+          -> [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
+bindIrreds loc co_vars reft qtvs givens irreds
+  = do { let givens' = filter isDict givens
+               -- The givens can include methods
+
+          -- 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
+       
+       ; let all_tvs = qtvs ++ co_vars -- Abstract over all these
+       ; (implics, bind) <- makeImplicationBind loc all_tvs reft givens' irreds'
+                               -- This call does the real work
+       ; extendLIEs implics
+       ; return bind } 
+
+
+makeImplicationBind :: InstLoc -> [TcTyVar] -> Refinement
+                   -> [Inst] -> [Inst]
+                   -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
+-- Make a binding that binds 'irreds', by generating an implication
+-- constraint for them, *and* throwing the constraint into the LIE
+-- The binding looks like
+--     (ir1, .., irn) = f qtvs givens
+-- where f is (evidence for) the new implication constraint
+--
+-- This binding must line up the 'rhs' in reduceImplication
+makeImplicationBind loc all_tvs reft
+                   givens      -- Guaranteed all Dicts
+                   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 name = mkInternalName uniq (mkVarOcc "ic") (srcSpanStart span)
+             implic_inst = ImplicInst { tci_name = name, tci_reft = reft,
+                                        tci_tyvars = all_tvs, 
+                                        tci_given = givens,
+                                        tci_wanted = irreds, tci_loc = loc }
+
+       ; let n_irreds = length irreds
+             irred_ids = map instToId irreds
+             tup_ty = mkTupleTy Boxed n_irreds (map idType irred_ids)
+             pat = TuplePat (map nlVarPat irred_ids) Boxed tup_ty
+             rhs = L span (mkHsWrap co (HsVar (instToId implic_inst)))
+             co  = mkWpApps (map instToId givens) <.> mkWpTyApps (mkTyVarTys all_tvs)
+             bind | n_irreds==1 = VarBind (head irred_ids) rhs
+                  | otherwise   = PatBind { pat_lhs = L span pat, 
+                                            pat_rhs = unguardedGRHSs rhs, 
+                                            pat_rhs_ty = tup_ty,
+                                            bind_fvs = placeHolderNames }
+       ; -- pprTrace "Make implic inst" (ppr implic_inst) $
+         return ([implic_inst], unitBag (L span bind)) }
+
+-----------------------------------------------------------
+topCheckLoop :: SDoc
+            -> [Inst]                  -- Wanted
+            -> TcM (TcDictBinds,
+                    [Inst])            -- Irreducible
+
+topCheckLoop doc wanteds
+  = checkLoop (mkRedEnv doc try_me []) wanteds
   where
---  get_qtvs = zonkTcTyVarsAndFV qtvs
-    get_qtvs = return (mkVarSet qtvs)  -- All skolems
+    try_me inst = ReduceMe AddSCs
+
+-----------------------------------------------------------
+innerCheckLoop :: InstLoc
+              -> [Inst]                -- Given
+              -> [Inst]                -- Wanted
+              -> TcM (TcDictBinds,
+                      [Inst])          -- Irreducible
+
+innerCheckLoop inst_loc givens wanteds
+  = checkLoop env wanteds
+  where
+    env = mkRedEnv (pprInstLoc inst_loc) try_me givens
+
+    try_me inst | isMethodOrLit inst = ReduceMe AddSCs
+               | otherwise          = Stop
+       -- When checking against a given signature 
+       -- we MUST be very gentle: Note [Check gently]
+\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 topCheckLooop.
 
 
+\begin{code}
+-----------------------------------------------------------
+checkLoop :: RedEnv
+         -> [Inst]                     -- Wanted
+         -> TcM (TcDictBinds,
+                 [Inst])               -- Irreducible
+-- Precondition: the try_me never returns Free
+--              givens are completely rigid
+
+checkLoop env wanteds
+  = do { -- Givens are skolems, so no need to zonk them
+        wanteds' <- mappM zonkInst wanteds
+
+       ; (improved, binds, irreds) <- reduceContext env wanteds'
+
+       ; if not improved then
+            return (binds, irreds)
+         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, irreds1) <- checkLoop env irreds
+       ; return (binds `unionBags` binds1, irreds1) } }
+\end{code}
+
+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)!
+
+
+\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
-        :: SDoc
+        :: InstLoc
         -> TcTyVarSet          -- fv(T)
         -> [Inst]              -- Given
         -> [Inst]              -- Wanted
         -> TcM ([TcTyVar],     -- Variables over which to quantify
                 TcDictBinds)   -- Bindings
 
-tcSimplifyInferCheck doc tau_tvs givens wanted_lie
-  = do { (qtvs', frees, binds) <- tcSimplCheck doc get_qtvs AddSCs givens wanted_lie
-       ; extendLIEs frees
-       ; return (qtvs', binds) }
-  where
+tcSimplifyInferCheck loc tau_tvs givens wanteds
+  = do { (binds, irreds) <- innerCheckLoop 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
@@ -818,60 +967,18 @@ tcSimplifyInferCheck doc tau_tvs givens wanted_lie
        -- 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.
-    all_tvs = varSetElems (tau_tvs `unionVarSet` tyVarsOfInsts givens)
-
-    get_qtvs = zonkTcTyVarsAndFV all_tvs       `thenM` \ all_tvs' ->
-              tcGetGlobalTyVars                `thenM` \ gbl_tvs ->
-              let
-                 qtvs = 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
-              in
-              returnM qtvs
-\end{code}
-
-Here is the workhorse function for all three wrappers.
-
-\begin{code}
-tcSimplCheck doc get_qtvs want_scs givens wanted_lie
-  = do { (qtvs, frees, binds, irreds) <- check_loop givens wanted_lie
-
-               -- Complain about any irreducible ones
-       ; if not (null irreds)
-         then do { givens' <- mappM zonkInst given_dicts_and_ips
-                 ; groupErrs (addNoInstanceErrs (Just doc) givens') irreds }
-         else return ()
-
-       ; returnM (qtvs, frees, binds) }
-  where
-    given_dicts_and_ips = filter (not . isMethod) givens
-       -- For error reporting, filter out methods, which are 
-       -- only added to the given set as an optimisation
-
-    ip_set = mkNameSet (ipNamesOfInsts givens)
-
-    check_loop givens wanteds
-      =                -- Step 1
-       mappM zonkInst givens   `thenM` \ givens' ->
-       mappM zonkInst wanteds  `thenM` \ wanteds' ->
-       get_qtvs                `thenM` \ qtvs' ->
-
-                   -- Step 2
-       let
-           -- When checking against a given signature we always reduce
-           -- until we find a match against something given, or can't reduce
-           try_me inst | isFreeWhenChecking qtvs' ip_set inst = Free
-                       | otherwise                            = ReduceMe want_scs
-       in
-       reduceContext doc try_me givens' wanteds'       `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
-
-                   -- Step 3
-       if no_improvement then
-           returnM (varSetElems qtvs', frees, binds, irreds)
-       else
-           check_loop givens' (irreds ++ frees)        `thenM` \ (qtvs', frees1, binds1, irreds1) ->
-           returnM (qtvs', frees1, binds `unionBags` binds1, irreds1)
+       ; 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
+
+               -- Now we are back to normal (c.f. tcSimplCheck)
+       ; implic_bind <- bindIrreds loc [] emptyRefinement 
+                                          qtvs givens irreds
+       ; return (qtvs, binds `unionBags` implic_bind) }
 \end{code}
 
 
@@ -920,14 +1027,20 @@ Two more nasty cases are in
        tcrun033
 
 \begin{code}
-tcSimplifySuperClasses qtvs givens sc_wanteds
-  = ASSERT( all isSkolemTyVar qtvs )
-    do { (_, frees, binds1) <- tcSimplCheck doc get_qtvs NoSCs givens sc_wanteds
-       ; binds2             <- tc_simplify_top doc False NoSCs frees
-       ; return (binds1 `unionBags` binds2) }
+tcSimplifySuperClasses 
+       :: InstLoc 
+       -> [Inst]       -- Given 
+       -> [Inst]       -- Wanted
+       -> TcM TcDictBinds
+tcSimplifySuperClasses loc givens sc_wanteds
+  = do { (binds1, irreds) <- checkLoop env sc_wanteds
+       ; let (tidy_env, tidy_irreds) = tidyInsts irreds
+       ; reportNoInstances tidy_env (Just (loc, givens)) tidy_irreds
+       ; return binds1 }
   where
-    get_qtvs = return (mkVarSet qtvs)
-    doc = ptext SLIT("instance declaration superclass context")
+    env = mkRedEnv (pprInstLoc loc) try_me givens
+    try_me inst = ReduceMe NoSCs
+       -- Like topCheckLoop, but with NoSCs
 \end{code}
 
 
@@ -1048,29 +1161,33 @@ tcSimplifyRestricted    -- Used for restricted binding groups
 tcSimplifyRestricted doc top_lvl bndrs tau_tvs wanteds
        -- Zonk everything in sight
   = mappM zonkInst wanteds                     `thenM` \ wanteds' ->
-    zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs)    `thenM` \ tau_tvs' ->
-    tcGetGlobalTyVars                          `thenM` \ gbl_tvs' ->
 
-       -- 'reduceMe': Reduce as far as we can.  Don't stop at
+       -- '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
-    reduceContextWithoutImprovement 
-       doc reduceMe wanteds'           `thenM` \ (_frees, _binds, constrained_dicts) ->
+       -- HOWEVER, some unification may take place, if we instantiate
+       --          a method Inst with an equality constraint
+    let env = mkNoImproveRedEnv doc (\i -> ReduceMe AddSCs)
+    in
+    reduceContext env wanteds'                 `thenM` \ (_imp, _binds, constrained_dicts) ->
 
        -- Next, figure out the tyvars we will quantify over
+    zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs)    `thenM` \ tau_tvs' ->
+    tcGetGlobalTyVars                          `thenM` \ gbl_tvs' ->
+    mappM zonkInst constrained_dicts           `thenM` \ constrained_dicts' ->
     let
-       constrained_tvs = tyVarsOfInsts constrained_dicts
+       constrained_tvs' = tyVarsOfInsts constrained_dicts'
        qtvs = (tau_tvs' `minusVarSet` oclose (fdPredsOfInsts constrained_dicts) gbl_tvs')
-                        `minusVarSet` constrained_tvs
+                        `minusVarSet` constrained_tvs'
     in
     traceTc (text "tcSimplifyRestricted" <+> vcat [
-               pprInsts wanteds, pprInsts _frees, pprInsts constrained_dicts,
+               pprInsts wanteds, pprInsts constrained_dicts',
                ppr _binds,
-               ppr constrained_tvs, ppr tau_tvs', ppr qtvs ])  `thenM_`
+               ppr constrained_tvs', ppr tau_tvs', ppr qtvs ]) `thenM_`
 
        -- The first step may have squashed more methods than
        -- necessary, so try again, this time more gently, knowing the exact
@@ -1091,20 +1208,20 @@ tcSimplifyRestricted doc top_lvl bndrs tau_tvs wanteds
     let
        is_nested_group = isNotTopLevel top_lvl
         try_me inst | isFreeWrtTyVars qtvs inst,
-                     (is_nested_group || isDict inst) = Free
+                     (is_nested_group || isDict inst) = Stop
                    | otherwise                        = ReduceMe AddSCs
-    in
-    reduceContextWithoutImprovement 
-       doc try_me wanteds'             `thenM` \ (frees, binds, irreds) ->
-    ASSERT( null irreds )
+       env = mkNoImproveRedEnv doc try_me
+   in
+    reduceContext env wanteds'   `thenM` \ (_imp, binds, irreds) ->
+    ASSERT( all (isFreeWrtTyVars qtvs) irreds )        -- None should be captured
 
        -- See "Notes on implicit parameters, Question 4: top level"
     if is_nested_group then
-       extendLIEs frees        `thenM_`
+       extendLIEs irreds       `thenM_`
         returnM (varSetElems qtvs, binds)
     else
        let
-           (non_ips, bad_ips) = partition isClassDict frees
+           (non_ips, bad_ips) = partition isClassDict irreds
        in    
        addTopIPErrs bndrs bad_ips      `thenM_`
        extendLIEs non_ips              `thenM_`
@@ -1114,7 +1231,7 @@ tcSimplifyRestricted doc top_lvl bndrs tau_tvs wanteds
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
-\subsection{tcSimplifyToDicts}
+               tcSimplifyRuleLhs
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
@@ -1122,60 +1239,75 @@ 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.
 
-The same thing is used for specialise pragmas. Consider
+Example.  Consider the following left-hand side of a rule
+       
+       f (x == y) (y > z) = ...
 
-       f :: Num a => a -> a
-       {-# SPECIALISE f :: Int -> Int #-}
-       f = ...
+If we typecheck this expression we get constraints
 
-The type checker generates a binding like:
+       d1 :: Ord a, d2 :: Eq a
 
-       f_spec = (f :: Int -> Int)
+We do NOT want to "simplify" to the LHS
 
-and we want to end up with
+       forall x::a, y::a, z::a, d1::Ord a.
+         f ((==) (eqFromOrd d1) x y) ((>) d1 y z) = ...
 
-       f_spec = _inline_me_ (f Int dNumInt)
+Instead we want        
 
-But that means that we must simplify the Method for f to (f Int dNumInt)!
-So tcSimplifyToDicts squeezes out all Methods.
+       forall x::a, y::a, z::a, d1::Ord a, d2::Eq a.
+         f ((==) d2 x y) ((>) d1 y z) = ...
 
-IMPORTANT NOTE:  we *don't* want to do superclass commoning up.  Consider
+Here is another example:
 
        fromIntegral :: (Integral a, Num b) => a -> b
        {-# RULES "foo"  fromIntegral = id :: Int -> Int #-}
 
-Here, a=b=Int, and Num Int is a superclass of Integral Int. But we *dont*
-want to get
+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
+          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
+         fromIntegral Int Int dIntegralInt dNumInt = id Int
 
-Hence "WithoutSCs"
+Even if we have 
 
-\begin{code}
-tcSimplifyToDicts :: [Inst] -> TcM (TcDictBinds)
-tcSimplifyToDicts wanteds
-  = simpleReduceLoop doc try_me wanteds                `thenM` \ (frees, binds, irreds) ->
-       -- Since try_me doesn't look at types, we don't need to
-       -- do any zonking, so it's safe to call reduceContext directly
-    ASSERT( null frees )
-    extendLIEs irreds          `thenM_`
-    returnM binds
+       g (x == y) (y == z) = ..
 
-  where
-    doc = text "tcSimplifyToDicts"
+where the two dictionaries are *identical*, we do NOT WANT
 
-       -- Reduce methods and lits only; stop as soon as we get a dictionary
-    try_me inst        | isDict inst = KeepDictWithoutSCs      -- See notes above re "WithoutSCs"
-               | otherwise   = ReduceMe NoSCs
-\end{code}
+       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
+
+\begin{code}
+tcSimplifyRuleLhs :: [Inst] -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
+tcSimplifyRuleLhs wanteds
+  = go [] emptyBag wanteds
+  where
+    go dicts binds []
+       = return (dicts, binds)
+    go dicts binds (w:ws)
+       | isDict w
+       = go (w:dicts) binds 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
+                GenInst ws' rhs -> go dicts (addBind binds w rhs) (ws' ++ ws)
+                NoInstance      -> pprPanic "tcSimplifyRuleLhs" (ppr w)
+         }
+\end{code}
 
 tcSimplifyBracket is used when simplifying the constraints arising from
 a Template Haskell bracket [| ... |].  We want to check that there aren't
@@ -1187,8 +1319,8 @@ this bracket again at its usage site.
 \begin{code}
 tcSimplifyBracket :: [Inst] -> TcM ()
 tcSimplifyBracket wanteds
-  = simpleReduceLoop doc reduceMe wanteds      `thenM_`
-    returnM ()
+  = do { topCheckLoop doc wanteds
+       ; return () }
   where
     doc = text "tcSimplifyBracket"
 \end{code}
@@ -1218,30 +1350,34 @@ force the binding for ?x to be of type Int.
 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
-  = simpl_loop given_ips wanteds       `thenM` \ (frees, binds) ->
-    extendLIEs frees                   `thenM_`
-    returnM binds
+  = do { wanteds'   <- mappM zonkInst wanteds
+       ; given_ips' <- mappM zonkInst given_ips
+               -- Unusually for checking, we *must* zonk the given_ips
+
+       ; let env = mkRedEnv doc try_me given_ips'
+       ; (improved, binds, irreds) <- reduceContext env wanteds'
+
+       ; if not improved then 
+               ASSERT( all is_free irreds )
+               do { extendLIEs irreds
+                  ; return binds }
+         else
+               tcSimplifyIPs given_ips wanteds }
   where
-    doc             = text "tcSimplifyIPs" <+> ppr given_ips
-    ip_set   = mkNameSet (ipNamesOfInsts given_ips)
+    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 | isFreeWrtIPs ip_set inst = Free
-               | otherwise                = ReduceMe NoSCs
-
-    simpl_loop givens wanteds
-      = mappM zonkInst givens          `thenM` \ givens' ->
-        mappM zonkInst wanteds         `thenM` \ wanteds' ->
-
-        reduceContext doc try_me givens' wanteds'    `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
-
-        if no_improvement then
-           ASSERT( null irreds )
-           returnM (frees, binds)
-       else
-           simpl_loop givens' (irreds ++ frees)        `thenM` \ (frees1, binds1) ->
-           returnM (frees1, binds `unionBags` binds1)
+    try_me inst | is_free inst = Stop
+               | otherwise    = ReduceMe NoSCs
 \end{code}
 
 
@@ -1286,12 +1422,12 @@ bindInstsOfLocalFuns wanteds local_ids
     returnM emptyLHsBinds
 
   | otherwise
-  = simpleReduceLoop doc try_me for_me `thenM` \ (frees, binds, irreds) ->
-    ASSERT( null irreds )
-    extendLIEs not_for_me      `thenM_`
-    extendLIEs frees           `thenM_`
-    returnM binds
+  = do { (binds, irreds) <- checkLoop env for_me
+       ; extendLIEs not_for_me 
+       ; extendLIEs irreds
+       ; return binds }
   where
+    env = mkRedEnv doc try_me []
     doc                     = text "bindInsts" <+> ppr local_ids
     overloaded_ids   = filter is_overloaded local_ids
     is_overloaded id = isOverloadedTy (idType id)
@@ -1301,7 +1437,7 @@ bindInstsOfLocalFuns wanteds local_ids
                                                -- so it's worth building a set, so that
                                                -- lookup (in isMethodFor) is faster
     try_me inst | isMethod inst = ReduceMe NoSCs
-               | otherwise     = Free
+               | otherwise     = Stop
 \end{code}
 
 
@@ -1314,23 +1450,54 @@ bindInstsOfLocalFuns wanteds local_ids
 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
+                                               -- 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 }       
+
+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 WantSCs    -- Try to reduce this
-                       -- If there's no instance, behave exactly like
-                       -- DontReduce: add the inst to the irreductible ones, 
-                       -- but don't produce an error message of any kind.
+                       -- 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)!
 
- | KeepDictWithoutSCs  -- Return as irreducible; don't add its superclasses
-                       -- Rather specialised: see notes with tcSimplifyToDicts
-
- | DontReduceUnlessConstant    -- Return as irreducible unless it can
-                               -- be reduced to a constant in one step
-
- | Free                          -- Return as free
-
-reduceMe :: Inst -> WhatToDo
-reduceMe inst = ReduceMe AddSCs
+ | 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
@@ -1338,327 +1505,75 @@ data WantSCs = NoSCs | AddSCs  -- Tells whether we should add the superclasses
        -- Note [SUPER-CLASS LOOP 1]
 \end{code}
 
-
-
-\begin{code}
-type Avails = FiniteMap Inst Avail
-emptyAvails = emptyFM
-
-data Avail
-  = IsFree             -- Used for free Insts
-  | Irred              -- Used for irreducible dictionaries,
-                       -- which are going to be lambda bound
-
-  | Given TcId                 -- Used for dictionaries for which we have a binding
-                       -- e.g. those "given" in a signature
-         Bool          -- True <=> actually consumed (splittable IPs only)
-
-  | Rhs                -- Used when there is a RHS
-       (LHsExpr TcId)  -- The RHS
-       [Inst]          -- Insts free in the RHS; we need these too
-
-  | Linear             -- Splittable Insts only.
-       Int             -- The Int is always 2 or more; indicates how
-                       -- many copies are required
-       Inst            -- The splitter
-       Avail           -- Where the "master copy" is
-
-  | LinRhss            -- Splittable Insts only; this is used only internally
-                       --      by extractResults, where a Linear 
-                       --      is turned into an LinRhss
-       [LHsExpr TcId]  -- A supply of suitable RHSs
-
-pprAvails avails = vcat [sep [ppr inst, nest 2 (equals <+> pprAvail avail)]
-                       | (inst,avail) <- fmToList avails ]
-
-instance Outputable Avail where
-    ppr = pprAvail
-
-pprAvail IsFree                = text "Free"
-pprAvail Irred         = text "Irred"
-pprAvail (Given x b)           = text "Given" <+> ppr x <+> 
-                         if b then text "(used)" else empty
-pprAvail (Rhs rhs bs)   = text "Rhs" <+> ppr rhs <+> braces (ppr bs)
-pprAvail (Linear n i a) = text "Linear" <+> ppr n <+> braces (ppr i) <+> ppr a
-pprAvail (LinRhss rhss) = text "LinRhss" <+> ppr rhss
-\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
-
-The loop startes
-\begin{code}
-extractResults :: Avails
-              -> [Inst]                -- Wanted
-              -> TcM (TcDictBinds,     -- Bindings
-                       [Inst],         -- Irreducible ones
-                       [Inst])         -- Free ones
-
-extractResults avails wanteds
-  = go avails emptyBag [] [] wanteds
-  where
-    go avails binds irreds frees [] 
-      = returnM (binds, irreds, frees)
-
-    go avails binds irreds frees (w:ws)
-      = case lookupFM avails w of
-         Nothing    -> pprTrace "Urk: extractResults" (ppr w) $
-                       go avails binds irreds frees ws
-
-         Just IsFree -> go (add_free avails w)  binds irreds     (w:frees) ws
-         Just Irred  -> go (add_given avails w) binds (w:irreds) frees     ws
-
-         Just (Given id _) -> go avails new_binds irreds frees ws
-                           where
-                              new_binds | id == instToId w = binds
-                                        | otherwise        = addBind binds w (L (instSpan w) (HsVar id))
-               -- The sought Id can be one of the givens, via a superclass chain
-               -- and then we definitely don't want to generate an x=x binding!
-
-         Just (Rhs rhs ws') -> go (add_given avails w) new_binds irreds frees (ws' ++ ws)
-                            where
-                               new_binds = addBind binds w rhs
-
-         Just (Linear n split_inst avail)      -- Transform Linear --> LinRhss
-           -> get_root irreds frees avail w            `thenM` \ (irreds', frees', root_id) ->
-              split n (instToId split_inst) root_id w  `thenM` \ (binds', rhss) ->
-              go (addToFM avails w (LinRhss rhss))
-                 (binds `unionBags` binds')
-                 irreds' frees' (split_inst : w : ws)
-
-         Just (LinRhss (rhs:rhss))             -- Consume one of the Rhss
-               -> go new_avails new_binds irreds frees ws
-               where           
-                  new_binds  = addBind binds w rhs
-                  new_avails = addToFM avails w (LinRhss rhss)
-
-    get_root irreds frees (Given id _) w = returnM (irreds, frees, id)
-    get_root irreds frees Irred               w = cloneDict w  `thenM` \ w' ->
-                                          returnM (w':irreds, frees, instToId w')
-    get_root irreds frees IsFree       w = cloneDict w `thenM` \ w' ->
-                                          returnM (irreds, w':frees, instToId w')
-
-    add_given avails w = addToFM avails w (Given (instToId w) True)
-
-    add_free avails w | isMethod w = avails
-                     | otherwise  = add_given avails w
-       -- NB: Hack alert!  
-       -- Do *not* replace Free by Given if it's a method.
-       -- The following situation shows why this is bad:
-       --      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)
-       --   will continue to float out!
-       -- (split n i a) returns: n rhss
-       --                        auxiliary bindings
-       --                        1 or 0 insts to add to irreds
-
-
-split :: Int -> TcId -> TcId -> Inst 
-      -> TcM (TcDictBinds, [LHsExpr TcId])
--- (split n split_id root_id wanted) returns
---     * a list of 'n' expressions, all of which witness 'avail'
---     * a bunch of auxiliary bindings to support these expressions
---     * one or zero insts needed to witness the whole lot
---       (maybe be zero if the initial Inst is a Given)
---
--- NB: 'wanted' is just a template
-
-split n split_id root_id wanted
-  = go n
-  where
-    ty      = linearInstType wanted
-    pair_ty = mkTyConApp pairTyCon [ty,ty]
-    id      = instToId wanted
-    occ     = getOccName id
-    loc     = getSrcLoc id
-    span    = instSpan wanted
-
-    go 1 = returnM (emptyBag, [L span $ HsVar root_id])
-
-    go n = go ((n+1) `div` 2)          `thenM` \ (binds1, rhss) ->
-          expand n rhss                `thenM` \ (binds2, rhss') ->
-          returnM (binds1 `unionBags` binds2, rhss')
-
-       -- (expand n rhss) 
-       -- Given ((n+1)/2) rhss, make n rhss, using auxiliary bindings
-       --  e.g.  expand 3 [rhs1, rhs2]
-       --        = ( { x = split rhs1 },
-       --            [fst x, snd x, rhs2] )
-    expand n rhss
-       | n `rem` 2 == 0 = go rhss      -- n is even
-       | otherwise      = go (tail rhss)       `thenM` \ (binds', rhss') ->
-                          returnM (binds', head rhss : rhss')
-       where
-         go rhss = mapAndUnzipM do_one rhss    `thenM` \ (binds', rhss') ->
-                   returnM (listToBag binds', concat rhss')
-
-         do_one rhs = newUnique                        `thenM` \ uniq -> 
-                      tcLookupId fstName               `thenM` \ fst_id ->
-                      tcLookupId sndName               `thenM` \ snd_id ->
-                      let 
-                         x = mkUserLocal occ uniq pair_ty loc
-                      in
-                      returnM (L span (VarBind x (mk_app span split_id rhs)),
-                               [mk_fs_app span fst_id ty x, mk_fs_app span snd_id ty x])
-
-mk_fs_app span id ty var = L span (HsVar id) `mkHsTyApp` [ty,ty] `mkHsApp` (L span (HsVar var))
-
-mk_app span id rhs = L span (HsApp (L span (HsVar id)) rhs)
-
-addBind binds inst rhs = binds `unionBags` unitBag (L (instLocSrcSpan (instLoc inst)) 
-                                                     (VarBind (instToId inst) rhs))
-instSpan wanted = instLocSrcSpan (instLoc wanted)
-\end{code}
-
-
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
 \subsection[reduce]{@reduce@}
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
-When the "what to do" predicate doesn't depend on the quantified type variables,
-matters are easier.  We don't need to do any zonking, unless the improvement step
-does something, in which case we zonk before iterating.
-
-The "given" set is always empty.
 
 \begin{code}
-simpleReduceLoop :: SDoc
-                -> (Inst -> WhatToDo)          -- What to do, *not* based on the quantified type variables
-                -> [Inst]                      -- Wanted
-                -> TcM ([Inst],                -- Free
-                        TcDictBinds,
-                        [Inst])                -- Irreducible
-
-simpleReduceLoop doc try_me wanteds
-  = mappM zonkInst wanteds                     `thenM` \ wanteds' ->
-    reduceContext doc try_me [] wanteds'       `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
-    if no_improvement then
-       returnM (frees, binds, irreds)
-    else
-       simpleReduceLoop doc try_me (irreds ++ frees)   `thenM` \ (frees1, binds1, irreds1) ->
-       returnM (frees1, binds `unionBags` binds1, irreds1)
-\end{code}
-
-
-
-\begin{code}
-reduceContext :: SDoc
-             -> (Inst -> WhatToDo)
-             -> [Inst]                 -- Given
+reduceContext :: RedEnv
              -> [Inst]                 -- Wanted
-             -> TcM (Bool,             -- True <=> improve step did no unification
-                        [Inst],        -- Free
-                        TcDictBinds,   -- Dictionary bindings
-                        [Inst])        -- Irreducible
-
-reduceContext doc try_me givens wanteds
-  =
-    traceTc (text "reduceContext" <+> (vcat [
+             -> TcM (ImprovementDone,
+                     TcDictBinds,      -- Dictionary bindings
+                     [Inst])           -- Irreducible
+
+reduceContext env wanteds
+  = do { traceTc (text "reduceContext" <+> (vcat [
             text "----------------------",
-            doc,
-            text "given" <+> ppr givens,
+            red_doc env,
+            text "given" <+> ppr (red_givens env),
             text "wanted" <+> ppr wanteds,
             text "----------------------"
-            ]))                                        `thenM_`
+            ]))
 
         -- Build the Avail mapping from "givens"
-    foldlM addGiven emptyAvails givens                 `thenM` \ init_state ->
+       ; init_state <- foldlM addGiven emptyAvails (red_givens env)
 
         -- Do the real work
-    reduceList (0,[]) try_me wanteds init_state                `thenM` \ avails ->
-
-       -- Do improvement, using everything in avails
-       -- In particular, avails includes all superclasses of everything
-    tcImprove avails                                   `thenM` \ no_improvement ->
-
-    extractResults avails wanteds                      `thenM` \ (binds, irreds, frees) ->
-
-    traceTc (text "reduceContext end" <+> (vcat [
-            text "----------------------",
-            doc,
-            text "given" <+> ppr givens,
-            text "wanted" <+> ppr wanteds,
-            text "----",
-            text "avails" <+> pprAvails avails,
-            text "frees" <+> ppr frees,
-            text "no_improvement =" <+> ppr no_improvement,
-            text "----------------------"
-            ]))                                        `thenM_`
+       ; avails <- reduceList env wanteds init_state
 
-    returnM (no_improvement, frees, binds, irreds)
+       ; let improved = availsImproved avails
+       ; (binds, irreds) <- extractResults avails wanteds
 
--- reduceContextWithoutImprovement differs from reduceContext
---     (a) no improvement
---     (b) 'givens' is assumed empty
-reduceContextWithoutImprovement doc try_me wanteds
-  =
-    traceTc (text "reduceContextWithoutImprovement" <+> (vcat [
+       ; traceTc (text "reduceContext end" <+> (vcat [
             text "----------------------",
-            doc,
-            text "wanted" <+> ppr wanteds,
-            text "----------------------"
-            ]))                                        `thenM_`
-
-        -- Do the real work
-    reduceList (0,[]) try_me wanteds emptyAvails       `thenM` \ avails ->
-    extractResults avails wanteds                      `thenM` \ (binds, irreds, frees) ->
-
-    traceTc (text "reduceContextWithoutImprovement end" <+> (vcat [
-            text "----------------------",
-            doc,
+            red_doc env,
+            text "given" <+> ppr (red_givens env),
             text "wanted" <+> ppr wanteds,
             text "----",
             text "avails" <+> pprAvails avails,
-            text "frees" <+> ppr frees,
+            text "improved =" <+> ppr improved,
             text "----------------------"
-            ]))                                        `thenM_`
+            ]))
 
-    returnM (frees, binds, irreds)
+       ; return (improved, binds, irreds) }
 
-tcImprove :: Avails -> TcM Bool                -- False <=> no change
--- Perform improvement using all the predicates in Avails
-tcImprove avails
- =  tcGetInstEnvs                      `thenM` \ inst_envs -> 
-    let
-       preds = [ (pred, pp_loc)
-               | (inst, avail) <- fmToList avails,
-                 pred <- get_preds inst avail,
-                 let pp_loc = pprInstLoc (instLoc inst)
-               ]
+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
-
-       -- For free Methods, we want to take predicates from their context,
-       -- but for Methods that have been squished their context will already
-       -- be in Avails, and we don't want duplicates.  Hence this rather
-       -- horrid get_preds function
-       get_preds inst IsFree = fdPredsOfInst inst
-       get_preds inst other | isDict inst = [dictPred inst]
-                            | otherwise   = []
-
-       eqns = improve get_insts preds
-       get_insts clas = classInstances inst_envs clas
-     in
-     if null eqns then
-       returnM True
-     else
-       traceTc (ptext SLIT("Improve:") <+> vcat (map pprEquationDoc eqns))     `thenM_`
-        mappM_ unify eqns      `thenM_`
-       returnM False
+       ; 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))
+        ; mappM_ unify eqns
+       ; return True }
   where
     unify ((qtvs, pairs), what1, what2)
         = addErrCtxtM (mkEqnMsg what1 what2)   $
@@ -1680,80 +1595,47 @@ mkEqnMsg (pred1,from1) (pred2,from2) tidy_env
 The main context-reduction function is @reduce@.  Here's its game plan.
 
 \begin{code}
-reduceList :: (Int,[Inst])             -- Stack (for err msgs)
-                                       -- along with its depth
-                  -> (Inst -> WhatToDo)
-                  -> [Inst]
-                  -> Avails
-                  -> TcM Avails
-\end{code}
-
-@reduce@ is passed
-     try_me:   given an inst, this function returns
-                 Reduce       reduce this
-                 DontReduce   return this in "irreds"
-                 Free         return this in "frees"
-
-     wanteds:  The list of insts to reduce
-     state:    An accumulating parameter of type Avails
-               that contains the state of the algorithm
-
-  It returns a Avails.
-
-The (n,stack) pair is just used for error reporting.
-n is always the depth of the stack.
-The stack 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.
-
-\begin{code}
-reduceList (n,stack) try_me wanteds state
-  | n > opt_MaxContextReductionDepth
-  = failWithTc (reduceDepthErr n stack)
-
-  | otherwise
-  =
+reduceList :: RedEnv -> [Inst] -> Avails -> TcM Avails
+reduceList env@(RedEnv {red_stack = (n,stk)}) wanteds state
+  = do         { dopts <- getDOpts
 #ifdef DEBUG
-   (if n > 8 then
-       pprTrace "Interesting! Context reduction stack deeper than 8:" 
-               (int n $$ ifPprDebug (nest 2 (pprStack stack)))
-    else (\x->x))
+       ; if n > 8 then
+               dumpTcRn (hang (ptext SLIT("Interesting! Context reduction stack depth") <+> int n) 
+                            2 (ifPprDebug (nest 2 (pprStack stk))))
+         else return ()
 #endif
-    go wanteds state
+       ; if n >= ctxtStkDepth dopts then
+           failWithTc (reduceDepthErr n stk)
+         else
+           go wanteds state }
   where
-    go []     state = returnM state
-    go (w:ws) state = reduce (n+1, w:stack) try_me w state     `thenM` \ state' ->
-                     go ws state'
+    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 stack try_me wanted avails
+reduce env wanted avails
     -- It's the same as an existing inst, or a superclass thereof
-  | Just avail <- isAvailable avails wanted
-  = if isLinearInst wanted then
-       addLinearAvailable avails avail wanted  `thenM` \ (avails', wanteds') ->
-       reduceList stack try_me wanteds' avails'
-    else
-       returnM avails          -- No op for non-linear things
+  | Just avail <- findAvail avails wanted
+  = returnM avails     
 
   | otherwise
-  = case try_me wanted of {
-
-      KeepDictWithoutSCs -> addIrred NoSCs avails wanted
-
-    ; DontReduceUnlessConstant ->    -- It's irreducible (or at least should not be reduced)
-                                    -- First, see if the inst can be reduced to a constant in one step
-       try_simple (addIrred AddSCs)    -- Assume want superclasses
-
-    ; Free ->  -- It's free so just chuck it upstairs
-               -- First, see if the inst can be reduced to a constant in one step
-       try_simple addFree
+  = case red_try_me env wanted of {
+    ; Stop -> try_simple (addIrred NoSCs)      -- See Note [No superclasses for Stop]
 
     ; ReduceMe want_scs ->     -- It should be reduced
-       lookupInst wanted             `thenM` \ lookup_result ->
+       reduceInst env avails wanted      `thenM` \ (avails, lookup_result) ->
        case lookup_result of
-           GenInst wanteds' rhs -> addIrred NoSCs avails wanted                `thenM` \ avails1 ->
-                                   reduceList stack try_me wanteds' avails1    `thenM` \ avails2 ->
-                                   addWanted want_scs avails2 wanted rhs wanteds'
-               -- Experiment with temporarily doing addIrred *before* the reduceList, 
+           NoInstance ->    -- No such instance!
+                            -- Add it and its superclasses
+                            addIrred want_scs avails wanted
+
+           GenInst [] rhs -> addWanted want_scs avails wanted rhs []
+
+           GenInst wanteds' rhs -> do  { avails1 <- addIrred NoSCs avails wanted
+                                       ; avails2 <- reduceList env wanteds' avails1
+                                       ; addWanted want_scs 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]
@@ -1762,148 +1644,19 @@ reduce stack try_me wanted avails
                --     the examples in [SUPERCLASS-LOOP]
                -- So we do an addIrred before, and then overwrite it afterwards with addWanted
 
-           SimpleInst rhs -> addWanted want_scs avails wanted rhs []
-
-           NoInstance ->    -- No such instance!
-                            -- Add it and its superclasses
-                            addIrred want_scs avails wanted
     }
   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
-      = lookupInst wanted        `thenM` \ lookup_result ->
-       case lookup_result of
-           SimpleInst rhs -> addWanted AddSCs avails wanted rhs []
-           other          -> do_this_otherwise avails wanted
+      = do { res <- lookupSimpleInst wanted
+          ; case res of
+               GenInst [] rhs -> addWanted AddSCs avails wanted rhs []
+               other          -> do_this_otherwise avails wanted }
 \end{code}
 
 
-\begin{code}
--------------------------
-isAvailable :: Avails -> Inst -> Maybe Avail
-isAvailable avails wanted = lookupFM avails wanted
-       -- NB 1: the Ord instance of Inst compares by the class/type info
-       --  *not* by unique.  So
-       --      d1::C Int ==  d2::C Int
-
-addLinearAvailable :: Avails -> Avail -> Inst -> TcM (Avails, [Inst])
-addLinearAvailable avails avail wanted
-       -- avails currently maps [wanted -> avail]
-       -- Extend avails to reflect a neeed for an extra copy of avail
-
-  | Just avail' <- split_avail avail
-  = returnM (addToFM avails wanted avail', [])
-
-  | otherwise
-  = tcLookupId splitName                       `thenM` \ split_id ->
-    tcInstClassOp (instLoc wanted) split_id 
-                 [linearInstType wanted]       `thenM` \ split_inst ->
-    returnM (addToFM avails wanted (Linear 2 split_inst avail), [split_inst])
-
-  where
-    split_avail :: Avail -> Maybe Avail
-       -- (Just av) if there's a modified version of avail that
-       --           we can use to replace avail in avails
-       -- Nothing   if there isn't, so we need to create a Linear
-    split_avail (Linear n i a)             = Just (Linear (n+1) i a)
-    split_avail (Given id used) | not used  = Just (Given id True)
-                               | otherwise = Nothing
-    split_avail Irred                      = Nothing
-    split_avail IsFree                     = Nothing
-    split_avail other = pprPanic "addLinearAvailable" (ppr avail $$ ppr wanted $$ ppr avails)
-                 
--------------------------
-addFree :: Avails -> Inst -> TcM Avails
-       -- When an Inst is tossed upstairs as 'free' we nevertheless add it
-       -- to avails, so that any other equal Insts will be commoned up right
-       -- here rather than also being tossed upstairs.  This is really just
-       -- an optimisation, and perhaps it is more trouble that it is worth,
-       -- as the following comments show!
-       --
-       -- NB: 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.
-       --
-addFree avails free = returnM (addToFM avails free IsFree)
-
-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 AddSCs avails given (Given (instToId given) False)
-       -- Always add superclasses for 'givens'
-       --
-       -- No ASSERT( not (given `elemFM` 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
-
-addIrred :: WantSCs -> Avails -> Inst -> TcM Avails
-addIrred want_scs avails irred = ASSERT2( not (irred `elemFM` avails), ppr irred $$ ppr avails )
-                                addAvailAndSCs want_scs avails irred Irred
-
-addAvailAndSCs :: WantSCs -> Avails -> Inst -> Avail -> TcM Avails
-addAvailAndSCs want_scs avails inst avail
-  | not (isClassDict inst) = return avails_with_inst
-  | NoSCs <- want_scs     = return avails_with_inst
-  | otherwise             = do { traceTc (text "addAvailAndSCs" <+> vcat [ppr inst, ppr deps])
-                               ; addSCs is_loop avails_with_inst inst }
-  where
-    avails_with_inst = addToFM avails inst avail
-
-    is_loop pred = any (`tcEqType` mkPredTy pred) dep_tys
-                       -- Note: this compares by *type*, not by Unique
-    deps         = findAllDeps (unitVarSet (instToId inst)) avail
-    dep_tys     = map idType (varSetElems deps)
-
-    findAllDeps :: IdSet -> Avail -> 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 other       = so_far
-
-    find_all :: IdSet -> Inst -> IdSet
-    find_all so_far kid
-      | kid_id `elemVarSet` so_far       = so_far
-      | Just avail <- lookupFM 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 "dont 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
-  = do { sc_dicts <- newDictsAtLoc (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' = 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                 = addSCs is_loop avails' sc_dict
-      where
-       sc_sel_rhs = mkHsDictApp (mkHsTyApp (L (instSpan dict) (HsVar sc_sel)) tys) [instToId dict]
-       avails'    = addToFM avails sc_dict (Rhs sc_sel_rhs [dict])
-
-    is_given :: Inst -> Bool
-    is_given sc_dict = case lookupFM avails sc_dict of
-                         Just (Given _ _) -> True      -- Given is cheaper than superclass selection
-                         other            -> False     
-\end{code}
-
 Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 But the above isn't enough.  Suppose we are *given* d1:Ord a,
@@ -1938,7 +1691,7 @@ 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 Irred
+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 
@@ -1984,6 +1737,367 @@ contributing clauses.
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
+               Reducing a single constraint
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+\begin{code}
+---------------------------------------------
+reduceInst :: RedEnv -> Avails -> Inst -> TcM (Avails, LookupInstResult)
+reduceInst env avails (ImplicInst { tci_tyvars = tvs, tci_reft = reft, tci_loc = loc,
+                                   tci_given = extra_givens, tci_wanted = wanteds })
+  = reduceImplication env avails reft tvs extra_givens wanteds loc
+
+reduceInst env avails other_inst
+  = do { result <- lookupSimpleInst other_inst
+       ; return (avails, result) }
+\end{code}
+
+\begin{code}
+---------------------------------------------
+reduceImplication :: RedEnv
+                -> Avails
+                -> Refinement  -- May refine the givens; often empty
+                -> [TcTyVar]   -- Quantified type variables; all skolems
+                -> [Inst]      -- Extra givens; all rigid
+                -> [Inst]      -- Wanted
+                -> InstLoc
+                -> TcM (Avails, LookupInstResult)
+\end{code}
+
+Suppose we are simplifying the constraint
+       forall bs. extras => wanted
+in the context of an overall simplification problem with givens 'givens',
+and refinment 'reft'.
+
+Note that
+  * The refinement is often empty
+
+  * The 'extra 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
+       --
+       -- ToDo: what about improvement?  There may be some improvement
+       --       exposed as a result of the simplifications done by reduceList
+       --       which are discarded if we back off.  
+       --       This is almost certainly Wrong, but we'll fix it when dealing
+       --       better with equality constraints
+reduceImplication env orig_avails reft tvs extra_givens wanteds inst_loc
+  = do {       -- Add refined givens, and the extra givens
+         (refined_red_givens, avails) 
+               <- if isEmptyRefinement reft then return (red_givens env, orig_avails)
+                  else foldlM (addRefinedGiven reft) ([], orig_avails) (red_givens env)
+       ; avails <- foldlM addGiven avails extra_givens
+
+               -- Solve the sub-problem
+       ; let try_me inst = ReduceMe AddSCs     -- Note [Freeness and implications]
+             env' = env { red_givens = refined_red_givens ++ extra_givens
+                        , red_try_me = try_me }
+
+       ; traceTc (text "reduceImplication" <+> vcat
+                       [ ppr (red_givens env), ppr extra_givens, ppr reft, ppr wanteds ])
+       ; avails <- reduceList env' wanteds avails
+
+               -- Extract the binding (no frees, because try_me never says Free)
+       ; (binds, irreds) <- extractResults avails wanteds
+               -- We always discard the extra avails we've generated;
+               -- but we remember if we have done any (global) improvement
+       ; let ret_avails = updateImprovement orig_avails avails
+
+       ; if isEmptyLHsBinds binds then         -- No progress
+               return (ret_avails, NoInstance)
+         else do
+       { (implic_insts, bind) <- makeImplicationBind inst_loc tvs reft 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   dict_ids = map instToId extra_givens
+               co  = mkWpTyLams tvs <.> mkWpLams dict_ids <.> WpLet (binds `unionBags` bind)
+               rhs = mkHsWrap co payload
+               loc = instLocSpan inst_loc
+               payload | isSingleton wanteds = HsVar (instToId (head wanteds))
+                       | otherwise = ExplicitTuple (map (L loc . HsVar . instToId) wanteds) Boxed
+
+               -- If there are any irreds, we back off and return NoInstance
+       ; return (ret_avails, GenInst implic_insts (L loc rhs))
+  } }
+\end{code}
+
+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!
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+               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 TcId                 -- 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 imp avails)
+  = vcat [ ptext SLIT("Avails") <> (if imp then ptext SLIT("[improved]") else empty)
+        , nest 2 (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)   = text "Rhs" <+> ppr rhs <+> braces (ppr bs)
+
+-------------------------
+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 imp _) = imp
+
+updateImprovement :: Avails -> Avails -> Avails
+-- (updateImprovement a1 a2) sets a1's improvement flag from a2
+updateImprovement (Avails _ avails1) (Avails imp2 _) = Avails imp2 avails1
+\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}
+extractResults :: Avails
+              -> [Inst]                -- Wanted
+              -> TcM ( TcDictBinds,    -- Bindings
+                       [Inst])         -- Irreducible ones
+
+extractResults (Avails _ avails) wanteds
+  = go avails emptyBag [] wanteds
+  where
+    go :: AvailEnv -> TcDictBinds -> [Inst] -> [Inst]
+       -> TcM (TcDictBinds, [Inst])
+    go avails binds irreds [] 
+      = returnM (binds, irreds)
+
+    go avails binds irreds (w:ws)
+      = case findAvailEnv avails w of
+         Nothing    -> pprTrace "Urk: extractResults" (ppr w) $
+                       go avails binds irreds ws
+
+         Just IsIrred -> go (add_given avails w) binds (w:irreds) ws
+
+         Just (Given id) 
+               | id == instToId w
+               -> go avails binds irreds ws 
+               -- The sought Id can be one of the givens, via a superclass chain
+               -- and then we definitely don't want to generate an x=x binding!
+
+--             | getSrcLoc id `precedesSrcLoc` srcSpanStart span
+--             -> go avails (addBind binds w_span id (nlHsVar w_id)) irreds ws
+
+               | otherwise
+               -> go avails (addBind binds w (nlHsVar id)) irreds ws
+
+         Just (Rhs rhs ws') -> go (add_given avails w) new_binds irreds (ws' ++ ws)
+                            where
+                               new_binds = addBind binds w rhs
+       where
+         w_span = instSpan w
+         w_id = instToId w
+
+    add_given avails w = extendAvailEnv avails w (Given (instToId w))
+
+addBind binds inst rhs = binds `unionBags` unitBag (L (instSpan inst) 
+                                                     (VarBind (instToId inst) 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 AddSCs avails given (Given (instToId given))
+       -- Always add superclasses for 'givens'
+       --
+       -- 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
+
+addRefinedGiven :: Refinement -> ([Inst], Avails) -> Inst -> TcM ([Inst], Avails)
+addRefinedGiven reft (refined_givens, avails) given
+  | isDict given       -- We sometimes have 'given' methods, but they
+                       -- are always optional, so we can drop them
+  , Just (co, pred) <- refinePred reft (dictPred given)
+  = do         { new_given <- newDictBndr (instLoc given) pred
+       ; let rhs = L (instSpan given) $
+                   HsWrap (WpCo co) (HsVar (instToId given))
+       ; avails <- addAvailAndSCs AddSCs avails new_given (Rhs rhs [given])
+       ; return (new_given:refined_givens, avails) }
+           -- ToDo: the superclasses of the original given all exist in Avails 
+           -- so we could really just cast them, but it's more awkward to do,
+           -- and hopefully the optimiser will spot the duplicated work
+  | otherwise
+  = return (refined_givens, avails)
+
+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 (instToId 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 other       = so_far
+
+    find_all :: IdSet -> Inst -> IdSet
+    find_all so_far kid
+      | 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 "dont 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 <- newDictBndrs (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' = 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 (instToId 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
+                         other          -> False       
+\end{code}
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
 \section{tcSimplifyTop: defaulting}
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
@@ -2005,103 +2119,44 @@ 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 {- Not interactive loop -} AddSCs wanteds
+  = tc_simplify_top doc False wanteds
   where 
     doc = text "tcSimplifyTop"
 
 tcSimplifyInteractive wanteds
-  = tc_simplify_top doc True  {- Interactive loop -}     AddSCs wanteds
+  = tc_simplify_top doc True wanteds
   where 
-    doc = text "tcSimplifyTop"
+    doc = text "tcSimplifyInteractive"
 
 -- The TcLclEnv should be valid here, solely to improve
 -- error message generation for the monomorphism restriction
-tc_simplify_top doc is_interactive want_scs wanteds
-  = do { lcl_env <- getLclEnv
-       ; traceTc (text "tcSimplifyTop" <+> ppr (lclEnvElts lcl_env))
-
-       ; let try_me inst = ReduceMe want_scs
-       ; (frees, binds, irreds) <- simpleReduceLoop doc try_me wanteds
-
-       ; let
-               -- First get rid of implicit parameters
-           (non_ips, bad_ips) = partition isClassDict irreds
-
-               -- All the non-tv or multi-param ones are definite errors
-           (unary_tv_dicts, non_tvs) = partition is_unary_tyvar_dict non_ips
-           bad_tyvars = unionVarSets (map tyVarsOfInst non_tvs)
-
-               -- Group by type variable
-           tv_groups = equivClasses cmp_by_tyvar unary_tv_dicts
-
-               -- Pick the ones which its worth trying to disambiguate
-               -- namely, the ones whose type variable isn't bound
-               -- up with one of the non-tyvar classes
-           (default_gps, non_default_gps) = partition defaultable_group tv_groups
-           defaultable_group ds
-               =  not (bad_tyvars `intersectsVarSet` tyVarsOfInst (head ds))
-               && defaultable_classes (map get_clas ds)
-           defaultable_classes clss 
-               | is_interactive = any isInteractiveClass clss
-               | otherwise      = all isStandardClass clss && any isNumericClass clss
-
-           isInteractiveClass cls = isNumericClass cls
-                                 || (classKey cls `elem` [showClassKey, eqClassKey, ordClassKey])
-                       -- In interactive mode, we default Show a to Show ()
-                       -- to avoid graututious errors on "show []"
-
-    
-                   -- Collect together all the bad guys
-           bad_guys           = non_tvs ++ concat non_default_gps
-           (ambigs, no_insts) = partition isTyVarDict bad_guys
-           -- If the dict has no type constructors involved, it must be ambiguous,
-           -- except I suppose that another error with fundeps maybe should have
-           -- constrained those type variables
-
-       -- Report definite errors
-       ; ASSERT( null frees )
-         groupErrs (addNoInstanceErrs Nothing []) no_insts
-       ; strangeTopIPErrs bad_ips
-
-       -- Deal with ambiguity errors, but only if
-       -- if there has not been an error so far:
-       -- errors often give rise to spurious ambiguous Insts.
-       -- 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
-       ; binds_ambig <- ifErrsM (returnM []) $
-           do  { -- Complain about the ones that don't fall under
-                 -- the Haskell rules for disambiguation
-                 -- This group includes both non-existent instances
-                 --    e.g. Num (IO a) and Eq (Int -> Int)
-                 -- and ambiguous dictionaries
-                 --    e.g. Num a
-                 addTopAmbigErrs ambigs
-
-                 -- Disambiguate the ones that look feasible
-               ; mappM disambigGroup default_gps }
-
-       ; return (binds `unionBags` unionManyBags binds_ambig) }
-
-----------------------------------
-d1 `cmp_by_tyvar` d2 = get_tv d1 `compare` get_tv d2
-
-is_unary_tyvar_dict :: Inst -> Bool    -- Dicts of form (C a)
-  -- Invariant: argument is a ClassDict, not IP or method
-is_unary_tyvar_dict d = case getDictClassTys d of
-                         (_, [ty]) -> tcIsTyVarTy ty
-                         other     -> False
-
-get_tv d   = case getDictClassTys d of
-                  (clas, [ty]) -> tcGetTyVar "tcSimplify" ty
-get_clas d = case getDictClassTys d of
-                  (clas, _) -> clas
+tc_simplify_top doc interactive wanteds
+  = do { wanteds <- mapM zonkInst wanteds
+       ; mapM_ zonkTopTyVar (varSetElems (tyVarsOfInsts wanteds))
+
+       ; (binds1, irreds1) <- topCheckLoop doc wanteds
+
+       ; if null irreds1 then 
+               return binds1
+         else do
+       -- OK, so there are some errors
+       {       -- Use the defaulting rules to do extra unification
+               -- NB: irreds are already zonked
+       ; extended_default <- if interactive then return True
+                             else doptM Opt_ExtendedDefaultRules
+       ; disambiguate extended_default irreds1 -- Does unification
+       ; (binds2, irreds2) <- topCheckLoop doc irreds1
+
+               -- Deal with implicit parameter
+       ; let (bad_ips, non_ips) = partition isIPDict irreds2
+             (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) }}
 \end{code}
 
 If a dictionary constrains a type variable which is
@@ -2137,88 +2192,88 @@ Since we're not using the result of @foo@, the result if (presumably)
 @void@.
 
 \begin{code}
-disambigGroup :: [Inst]        -- All standard classes of form (C a)
-             -> TcM TcDictBinds
-
-disambigGroup dicts
-  =    -- THE DICTS OBEY THE DEFAULTABLE CONSTRAINT
-       -- SO, TRY DEFAULT TYPES IN ORDER
+disambiguate :: Bool -> [Inst] -> TcM ()
+       -- Just does unification to fix the default types
+       -- The Insts are assumed to be pre-zonked
+disambiguate extended_defaulting insts
+  | null defaultable_groups
+  = return ()
+  | otherwise
+  = do         {       -- Figure out what default types to use
+         mb_defaults <- getDefaultTys
+       ; default_tys <- case mb_defaults of
+                          Just tys -> return tys
+                          Nothing  ->  -- No use-supplied default;
+                                       -- use [Integer, Double]
+                               do { integer_ty <- tcMetaTy integerTyConName
+                                  ; checkWiredInTyCon doubleTyCon
+                                  ; return [integer_ty, doubleTy] }
+       ; mapM_ (disambigGroup default_tys) defaultable_groups  }
+  where
+   unaries :: [(Inst,Class, TcTyVar)]  -- (C tv) constraints
+   bad_tvs :: TcTyVarSet         -- Tyvars mentioned by *other* constraints
+   (unaries, bad_tvs) = getDefaultableDicts insts
 
-       -- 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.
-    get_default_tys                    `thenM` \ default_tys ->
-    let
-      try_default []   -- No defaults work, so fail
-       = failM
-
-      try_default (default_ty : default_tys)
-       = tryTcLIE_ (try_default default_tys) $ -- If default_ty fails, we try
-                                               -- default_tys instead
-         tcSimplifyDefault theta               `thenM` \ _ ->
-         returnM default_ty
-        where
-         theta = [mkClassPred clas [default_ty] | clas <- classes]
-    in
-       -- See if any default works
-    tryM (try_default default_tys)     `thenM` \ mb_ty ->
-    case mb_ty of
-       Left  _                 -> bomb_out
-       Right chosen_default_ty -> choose_default chosen_default_ty
+               -- 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):_)
+       =  not (isSkolemTyVar 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 isStandardClass clss && any isNumericClass clss
+
+       -- In interactive mode, or with -fextended-default-rules,
+       -- we default Show a to Show () to avoid graututious errors on "show []"
+   isInteractiveClass cls 
+       = isNumericClass cls
+       || (classKey cls `elem` [showClassKey, eqClassKey, ordClassKey])
+
+
+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
+  = try_default default_tys
   where
-    tyvar   = get_tv (head dicts)      -- Should be non-empty
-    classes = map get_clas dicts
-
-    choose_default default_ty  -- Commit to tyvar = default_ty
-      =        -- Bind the type variable 
-       unifyType default_ty (mkTyVarTy tyvar)  `thenM_`
-       -- and reduce the context, for real this time
-       simpleReduceLoop (text "disambig" <+> ppr dicts)
-                        reduceMe dicts                 `thenM` \ (frees, binds, ambigs) ->
-       WARN( not (null frees && null ambigs), ppr frees $$ ppr ambigs )
-       warnDefault dicts default_ty                    `thenM_`
-       returnM binds
-
-    bomb_out = addTopAmbigErrs dicts   `thenM_`
-              returnM emptyBag
-
-get_default_tys
-  = do         { mb_defaults <- getDefaultTys
-       ; case mb_defaults of
-               Just tys -> return tys
-               Nothing  ->     -- No use-supplied default;
-                               -- use [Integer, Double]
-                           do { integer_ty <- tcMetaTy integerTyConName
-                              ; checkWiredInTyCon doubleTyCon
-                              ; return [integer_ty, doubleTy] } }
+    (_,_,tyvar) = head dicts   -- Should be non-empty
+    classes = [c | (_,c,_) <- dicts]
+
+    try_default [] = return ()
+    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.
+
+               -- After this we can't fail
+          ; warnDefault dicts default_ty
+          ; unifyType default_ty (mkTyVarTy tyvar) }
 \end{code}
 
-[Aside - why the defaulting mechanism is turned off when
- dealing with arguments and results to ccalls.
-
-When typechecking _ccall_s, TcExpr ensures that the external
-function is only passed arguments (and in the other direction,
-results) of a restricted set of 'native' types.
-
-The interaction between the defaulting mechanism for numeric
-values and CC & CR can be a bit puzzling to the user at times.
-For example,
-
-    x <- _ccall_ f
-    if (x /= 0) then
-       _ccall_ g x
-     else
-       return ()
-
-What type has 'x' got here? That depends on the default list
-in operation, if it is equal to Haskell 98's default-default
-of (Integer, Double), 'x' has type Double, since Integer
-is not an instance of CR. If the default list is equal to
-Haskell 1.4's default-default of (Int, Double), 'x' has type
-Int.
-
-End of aside]
+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
 
 
 %************************************************************************
@@ -2238,62 +2293,81 @@ a,b,c are type variables.  This is required for the context of
 instance declarations.
 
 \begin{code}
-tcSimplifyDeriv :: TyCon
+tcSimplifyDeriv :: InstOrigin
+                -> TyCon
                -> [TyVar]      
                -> ThetaType            -- Wanted
                -> TcM ThetaType        -- Needed
 
-tcSimplifyDeriv tc tyvars theta
+tcSimplifyDeriv orig tc tyvars theta
   = tcInstTyVars tyvars                        `thenM` \ (tvs, _, tenv) ->
        -- 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?
-    newDicts DerivOrigin (substTheta tenv theta)       `thenM` \ wanteds ->
-    simpleReduceLoop doc reduceMe wanteds              `thenM` \ (frees, _, irreds) ->
-    ASSERT( null frees )                       -- reduceMe never returns Free
+    newDictBndrsO orig (substTheta tenv theta) `thenM` \ wanteds ->
+    topCheckLoop doc wanteds                   `thenM` \ (_, irreds) ->
 
     doptM Opt_GlasgowExts                      `thenM` \ gla_exts ->
     doptM Opt_AllowUndecidableInstances                `thenM` \ undecidable_ok ->
     let
-       tv_set      = mkVarSet tvs
-
-       (bad_insts, ok_insts) = partition is_bad_inst irreds
-       is_bad_inst dict 
-          = let pred = dictPred dict   -- reduceMe squashes all non-dicts
-            in isEmptyVarSet (tyVarsOfPred pred)
-                 -- Things like (Eq T) are bad
-            || (not gla_exts && not (isTyVarClassPred pred))
-  
+       inst_ty = mkTyConApp tc (mkTyVarTys tvs)
+       (ok_insts, bad_insts) = partition is_ok_inst irreds
+       is_ok_inst inst
+          = isDict inst        -- Exclude implication consraints
+          && (isTyVarClassPred pred || (gla_exts && ok_gla_pred pred))
+          where
+            pred = dictPred inst
+
+       ok_gla_pred pred = null (checkInstTermination [inst_ty] [pred])
+               -- See Note [Deriving context]
+          
+       tv_set = mkVarSet tvs
        simpl_theta = map dictPred ok_insts
        weird_preds = [pred | pred <- simpl_theta
                            , not (tyVarsOfPred pred `subVarSet` tv_set)]  
+
          -- Check for a bizarre corner case, when the derived instance decl should
          -- have form  instance C a b => D (T a) where ...
          -- Note that 'b' isn't a parameter of T.  This gives rise to all sorts
          -- of problems; in particular, it's hard to compare solutions for
          -- equality when finding the fixpoint.  So I just rule it out for now.
-  
+       
        rev_env = zipTopTvSubst tvs (mkTyVarTys tyvars)
                -- This reverse-mapping is a Royal Pain, 
                -- but the result should mention TyVars not TcTyVars
-
-       head_ty = TyConApp tc (map TyVarTy tvs)
     in
-   
-    addNoInstanceErrs Nothing [] bad_insts             `thenM_`
+       -- In effect, the bad and wierd insts cover all of the cases that
+       -- would make checkValidInstance fail; if it were called right after tcSimplifyDeriv
+       --   * wierd_preds ensures unambiguous instances (checkAmbiguity in checkValidInstance)
+       --   * ok_gla_pred ensures termination (checkInstTermination in checkValidInstance)
+    addNoInstanceErrs bad_insts                                `thenM_`
     mapM_ (addErrTc . badDerivedPred) weird_preds      `thenM_`
-    checkAmbiguity tvs simpl_theta tv_set              `thenM_`
-      -- Check instance termination as for user-declared instances.
-      -- unless we had -fallow-undecidable-instances (which risks
-      -- non-termination in the 'deriving' context-inference fixpoint
-      -- loop).
-    ifM (gla_exts && not undecidable_ok)
-       (checkInstTermination simpl_theta [head_ty])    `thenM_`
     returnM (substTheta rev_env simpl_theta)
   where
-    doc    = ptext SLIT("deriving classes for a data type")
+    doc = ptext SLIT("deriving classes for a data type")
 \end{code}
 
+Note [Deriving context]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+With -fglasgow-exts, we allow things like (C Int a) in the simplified
+context for a derived instance declaration, because at a use of this
+instance, we might know that a=Bool, and have an instance for (C Int
+Bool)
+
+We nevertheless insist that each predicate meets the termination
+conditions. If not, the deriving mechanism generates larger and larger
+constraints.  Example:
+  data Succ a = S a
+  data Seq a = Cons a (Seq (Succ a)) | Nil deriving Show
+
+Note the lack of a Show instance for Succ.  First we'll generate
+  instance (Show (Succ a), Show a) => Show (Seq a)
+and then
+  instance (Show (Succ (Succ a)), Show (Succ a), Show a) => Show (Seq a)
+and so on.  Instead we want to complain of no instance for (Show (Succ a)).
+  
+
+
 @tcSimplifyDefault@ just checks class-type constraints, essentially;
 used with \tr{default} declarations.  We are only interested in
 whether it worked or not.
@@ -2303,10 +2377,9 @@ tcSimplifyDefault :: ThetaType   -- Wanted; has no type variables in it
                  -> TcM ()
 
 tcSimplifyDefault theta
-  = newDicts DefaultOrigin theta               `thenM` \ wanteds ->
-    simpleReduceLoop doc reduceMe wanteds      `thenM` \ (frees, _, irreds) ->
-    ASSERT( null frees )       -- try_me never returns Free
-    addNoInstanceErrs Nothing []  irreds       `thenM_`
+  = newDictBndrsO DefaultOrigin theta  `thenM` \ wanteds ->
+    topCheckLoop doc wanteds           `thenM` \ (_, irreds) ->
+    addNoInstanceErrs  irreds          `thenM_`
     if null irreds then
        returnM ()
     else
@@ -2351,7 +2424,7 @@ groupErrs report_err (inst:insts)
 
 -- Add the "arising from..." part to a message about bunch of dicts
 addInstLoc :: [Inst] -> Message -> Message
-addInstLoc insts msg = msg $$ nest 2 (pprInstLoc (instLoc (head insts)))
+addInstLoc insts msg = msg $$ nest 2 (pprInstArising (head insts))
 
 addTopIPErrs :: [Name] -> [Inst] -> TcM ()
 addTopIPErrs bndrs [] 
@@ -2365,10 +2438,10 @@ addTopIPErrs bndrs ips
                                            <+> pprBinders bndrs <> colon)],
                       nest 2 (vcat (map ppr_ip ips)),
                       monomorphism_fix]
-    ppr_ip ip = pprPred (dictPred ip) <+> pprInstLoc (instLoc ip)
+    ppr_ip ip = pprPred (dictPred ip) <+> pprInstArising ip
 
-strangeTopIPErrs :: [Inst] -> TcM ()
-strangeTopIPErrs dicts -- Strange, becuase addTopIPErrs should have caught them all
+topIPErrs :: [Inst] -> TcM ()
+topIPErrs dicts
   = groupErrs report tidy_dicts
   where
     (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
@@ -2376,54 +2449,59 @@ strangeTopIPErrs dicts  -- Strange, becuase addTopIPErrs should have caught them
     mk_msg dicts = addInstLoc dicts (ptext SLIT("Unbound implicit parameter") <> 
                                     plural tidy_dicts <+> pprDictsTheta tidy_dicts)
 
-addNoInstanceErrs :: Maybe SDoc        -- Nothing => top level
-                               -- Just d => d describes the construct
-                 -> [Inst]     -- What is given by the context or type sig
-                 -> [Inst]     -- What is wanted
+addNoInstanceErrs :: [Inst]    -- Wanted (can include implications)
                  -> TcM ()     
-addNoInstanceErrs mb_what givens [] 
-  = returnM ()
-addNoInstanceErrs mb_what givens dicts
-  =    -- Some of the dicts are here because there is no instances
-       -- and some because there are too many instances (overlap)
-    tcGetInstEnvs      `thenM` \ inst_envs ->
-    let
-       (tidy_env1, tidy_givens) = tidyInsts givens
-       (tidy_env2, tidy_dicts)  = tidyMoreInsts tidy_env1 dicts
-
-       -- Run through the dicts, generating a message for each
-       -- overlapping one, but simply accumulating all the 
-       -- no-instance ones so they can be reported as a group
-       (overlap_doc, no_inst_dicts) = foldl check_overlap (empty, []) tidy_dicts
-       check_overlap (overlap_doc, no_inst_dicts) dict 
-         | not (isClassDict dict) = (overlap_doc, dict : no_inst_dicts)
-         | otherwise
-         = case lookupInstEnv inst_envs clas tys of
+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
+       -> [Inst]       -- What is wanted (can include implications)
+       -> TcM ()       
+
+reportNoInstances tidy_env mb_what insts 
+  = groupErrs (report_no_instances tidy_env mb_what) insts
+
+report_no_instances tidy_env mb_what insts
+  = do { inst_envs <- tcGetInstEnvs
+       ; let (implics, insts1)  = partition isImplicInst insts
+             (insts2, overlaps) = partitionWith (check_overlap inst_envs) insts1
+       ; traceTc (text "reportNoInstnces" <+> vcat 
+                       [ppr implics, ppr insts1, ppr insts2])
+       ; mapM_ complain_implic implics
+       ; mapM_ (\doc -> addErrTcM (tidy_env, doc)) overlaps
+       ; groupErrs complain_no_inst insts2 }
+  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)) 
+                         (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
                -- The case of exactly one match and no unifiers means
                -- a successful lookup.  That can't happen here, becuase
                -- dicts only end up here if they didn't match in Inst.lookupInst
 #ifdef DEBUG
-               ([m],[]) -> pprPanic "addNoInstanceErrs" (ppr dict)
+               ([m],[]) -> pprPanic "reportNoInstance" (ppr wanted)
 #endif
-               ([], _)  -> (overlap_doc, dict : no_inst_dicts)         -- No match
-               res      -> (mk_overlap_msg dict res $$ overlap_doc, no_inst_dicts)
+               ([], _)  -> Left wanted         -- No match
+               res      -> Right (mk_overlap_msg wanted res)
          where
-           (clas,tys) = getDictClassTys dict
-    in
-       
-       -- Now generate a good message for the no-instance bunch
-    mk_probable_fix tidy_env2 no_inst_dicts    `thenM` \ (tidy_env3, probable_fix) ->
-    let
-       no_inst_doc | null no_inst_dicts = empty
-                   | otherwise = vcat [addInstLoc no_inst_dicts heading, probable_fix]
-       heading | null givens = ptext SLIT("No instance") <> plural no_inst_dicts <+> 
-                               ptext SLIT("for") <+> pprDictsTheta no_inst_dicts
-               | otherwise   = sep [ptext SLIT("Could not deduce") <+> pprDictsTheta no_inst_dicts,
-                                    nest 2 $ ptext SLIT("from the context") <+> pprDictsTheta tidy_givens]
-    in
-       -- And emit both the non-instance and overlap messages
-    addErrTcM (tidy_env3, no_inst_doc $$ overlap_doc)
-  where
+           (clas,tys) = getDictClassTys wanted
+
     mk_overlap_msg dict (matches, unifiers)
       = vcat [ addInstLoc [dict] ((ptext SLIT("Overlapping instances for") 
                                        <+> pprPred (dictPred dict))),
@@ -2441,31 +2519,46 @@ addNoInstanceErrs mb_what givens dicts
       where
        ispecs = [ispec | (_, ispec) <- matches]
 
-    mk_probable_fix tidy_env dicts     
-      = returnM (tidy_env, sep [ptext SLIT("Possible fix:"), nest 2 (vcat fixes)])
+    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) ]
+
+      | otherwise      -- Top level 
+      = vcat [ addInstLoc insts $
+              ptext SLIT("No instance") <> plural insts
+                   <+> ptext SLIT("for") <+> pprDictsTheta insts
+            , show_fixes fixes2 ]
+
       where
-       fixes = add_ors (fix1 ++ fix2)
-
-       fix1 = case mb_what of
-                Nothing   -> []        -- Top level
-                Just what -> -- Nested (type signatures, instance decls)
-                             [ sep [ ptext SLIT("add") <+> pprDictsTheta dicts,
-                               ptext SLIT("to the") <+> what] ]
-
-       fix2 | null instance_dicts = []
-            | otherwise           = [ ptext SLIT("add an instance declaration for")
-                                      <+> pprDictsTheta instance_dicts ]
-       instance_dicts = [d | d <- dicts, isClassDict d, not (isTyVarDict d)]
+       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
 
-       add_ors :: [SDoc] -> [SDoc]     -- The empty case should not happen
-       add_ors []      = [ptext SLIT("[No suggested fixes]")]  -- Strange
-       add_ors (f1:fs) = f1 : map (ptext SLIT("or") <+>) fs
+       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 dicts
 -- Divide into groups that share a common set of ambiguous tyvars
-  = mapM report (equivClasses cmp [(d, tvs_of d) | d <- tidy_dicts])
+  = 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
 
@@ -2476,7 +2569,7 @@ addTopAmbigErrs dicts
     report :: [(Inst,[TcTyVar])] -> TcM ()
     report pairs@((inst,tvs) : _)      -- The pairs share a common set of ambiguous tyvars
        = mkMonomorphismMsg tidy_env tvs        `thenM` \ (tidy_env, mono_msg) ->
-         setSrcSpan (instLocSrcSpan (instLoc inst)) $
+         setSrcSpan (instSpan inst) $
                -- the location of the first one will do for the err message
          addErrTcM (tidy_env, msg $$ mono_msg)
        where
@@ -2485,6 +2578,7 @@ addTopAmbigErrs dicts
                          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)
@@ -2499,7 +2593,7 @@ mkMonomorphismMsg tidy_env inst_tvs
     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")
-                       -- whre monomorphism doesn't play any role
+                       -- where monomorphism doesn't play any role
     mk_msg docs = vcat [ptext SLIT("Possible cause: the monomorphism restriction applied to the following:"),
                        nest 2 (vcat docs),
                        monomorphism_fix
@@ -2509,10 +2603,12 @@ monomorphism_fix = ptext SLIT("Probable fix:") <+>
                   (ptext SLIT("give these definition(s) an explicit type signature")
                    $$ ptext SLIT("or use -fno-monomorphism-restriction"))
     
-warnDefault dicts default_ty
+warnDefault ups default_ty
   = doptM Opt_WarnTypeDefaults  `thenM` \ warn_flag ->
-    addInstCtxt (instLoc (head dicts)) (warnTc warn_flag warn_msg)
+    addInstCtxt (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") <+>
@@ -2527,7 +2623,7 @@ badDerivedPred pred
 
 reduceDepthErr n stack
   = vcat [ptext SLIT("Context reduction stack overflow; size =") <+> int n,
-         ptext SLIT("Use -fcontext-stack20 to increase stack size to (e.g.) 20"),
+         ptext SLIT("Use -fcontext-stack=N to increase stack size to N"),
          nest 4 (pprStack stack)]
 
 pprStack stack = vcat (map pprInstInFull stack)