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[ghc-hetmet.git] / compiler / typecheck / TcSimplify.lhs
index 7656198..534c5d0 100644 (file)
@@ -1,79 +1,65 @@
 %
+% (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
+       bindInstsOfLocalFuns, 
+
+        misMatchMsg
     ) where
 
 #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 TcHsSyn ( hsLPatType )
+import Inst
+import TcEnv
+import InstEnv
+import TcType
+import TcMType
+import TcIface
+import TcTyFuns
+import DsUtils -- Big-tuple functions
+import Var
+import Id
+import Name
+import NameSet
+import Class
+import FunDeps
+import PrelInfo
+import PrelNames
+import 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 Maybes
+import ListSetOps
+import Util
+import SrcLoc
+import DynFlags
+import FastString
+import Control.Monad
+import Data.List
 \end{code}
 
 
@@ -87,34 +73,54 @@ import StaticFlags
        Notes on functional dependencies (a bug)
        --------------------------------------
 
-| > class Foo a b | a->b
-| >
-| > class Bar a b | a->b
-| >
-| > data Obj = Obj
-| >
-| > instance Bar Obj Obj
-| >
-| > instance (Bar a b) => Foo a b
-| >
-| > foo:: (Foo a b) => a -> String
-| > foo _ = "works"
-| >
-| > runFoo:: (forall a b. (Foo a b) => a -> w) -> w
-| > runFoo f = f Obj
-| 
-| *Test> runFoo foo
-| 
-| <interactive>:1:
-|     Could not deduce (Bar a b) from the context (Foo a b)
-|       arising from use of `foo' at <interactive>:1
-|     Probable fix:
-|         Add (Bar a b) to the expected type of an expression
-|     In the first argument of `runFoo', namely `foo'
-|     In the definition of `it': it = runFoo foo
-| 
-| Why all of the sudden does GHC need the constraint Bar a b? The
-| function foo didn't ask for that... 
+Consider this:
+
+       class C a b | a -> b
+       class D a b | a -> b
+
+       instance D a b => C a b -- Undecidable 
+                               -- (Not sure if it's crucial to this eg)
+       f :: C a b => a -> Bool
+       f _ = True
+       
+       g :: C a b => a -> Bool
+       g = f
+
+Here f typechecks, but g does not!!  Reason: before doing improvement,
+we reduce the (C a b1) constraint from the call of f to (D a b1).
+
+Here is a more complicated example:
+
+@
+  > class Foo a b | a->b
+  >
+  > class Bar a b | a->b
+  >
+  > data Obj = Obj
+  >
+  > instance Bar Obj Obj
+  >
+  > instance (Bar a b) => Foo a b
+  >
+  > foo:: (Foo a b) => a -> String
+  > foo _ = "works"
+  >
+  > runFoo:: (forall a b. (Foo a b) => a -> w) -> w
+  > runFoo f = f Obj
+
+  *Test> runFoo foo
+
+  <interactive>:1:
+      Could not deduce (Bar a b) from the context (Foo a b)
+        arising from use of `foo' at <interactive>:1
+      Probable fix:
+          Add (Bar a b) to the expected type of an expression
+      In the first argument of `runFoo', namely `foo'
+      In the definition of `it': it = runFoo foo
+
+  Why all of the sudden does GHC need the constraint Bar a b? The
+  function foo didn't ask for that...
+@
 
 The trouble is that to type (runFoo foo), GHC has to solve the problem:
 
@@ -135,14 +141,9 @@ from.
 The Right Thing is to improve whenever the constraint set changes at
 all.  Not hard in principle, but it'll take a bit of fiddling to do.  
 
-
-
-       --------------------------------------
-               Notes on quantification
-       --------------------------------------
-
-Suppose we are about to do a generalisation step.
-We have in our hand
+Note [Choosing which variables to quantify]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+Suppose we are about to do a generalisation step.  We have in our hand
 
        G       the environment
        T       the type of the RHS
@@ -165,11 +166,12 @@ Here are the things that *must* be true:
  (A)   Q intersect fv(G) = EMPTY                       limits how big Q can be
  (B)   Q superset fv(Cq union T) \ oclose(fv(G),C)     limits how small Q can be
 
-(A) says we can't quantify over a variable that's free in the
-environment.  (B) says we must quantify over all the truly free
-variables in T, else we won't get a sufficiently general type.  We do
-not *need* to quantify over any variable that is fixed by the free
-vars of the environment G.
+ (A) says we can't quantify over a variable that's free in the environment. 
+ (B) says we must quantify over all the truly free variables in T, else 
+     we won't get a sufficiently general type.  
+
+We do not *need* to quantify over any variable that is fixed by the
+free vars of the environment G.
 
        BETWEEN THESE TWO BOUNDS, ANY Q WILL DO!
 
@@ -183,38 +185,15 @@ Example:  class H x y | x->y where ...
 
        So Q can be {c,d}, {b,c,d}
 
+In particular, it's perfectly OK to quantify over more type variables
+than strictly necessary; there is no need to quantify over 'b', since
+it is determined by 'a' which is free in the envt, but it's perfectly
+OK to do so.  However we must not quantify over 'a' itself.
+
 Other things being equal, however, we'd like to quantify over as few
 variables as possible: smaller types, fewer type applications, more
-constraints can get into Ct instead of Cq.
-
-
------------------------------------------
-We will make use of
-
-  fv(T)                the free type vars of T
-
-  oclose(vs,C) The result of extending the set of tyvars vs
-               using the functional dependencies from C
-
-  grow(vs,C)   The result of extend the set of tyvars vs
-               using all conceivable links from C.
-
-               E.g. vs = {a}, C = {H [a] b, K (b,Int) c, Eq e}
-               Then grow(vs,C) = {a,b,c}
-
-               Note that grow(vs,C) `superset` grow(vs,simplify(C))
-               That is, simplfication can only shrink the result of grow.
-
-Notice that
-   oclose is conservative one way:      v `elem` oclose(vs,C) => v is definitely fixed by vs
-   grow is conservative the other way:  if v might be fixed by vs => v `elem` grow(vs,C)
-
-
------------------------------------------
-
-Choosing Q
-~~~~~~~~~~
-Here's a good way to choose Q:
+constraints can get into Ct instead of Cq.  Here's a good way to
+choose Q:
 
        Q = grow( fv(T), C ) \ oclose( fv(G), C )
 
@@ -248,9 +227,8 @@ all the functional dependencies yet:
        T = c->c
        C = (Eq (T c d))
 
-  Now oclose(fv(T),C) = {c}, because the functional dependency isn't
-  apparent yet, and that's wrong.  We must really quantify over d too.
-
+Now oclose(fv(T),C) = {c}, because the functional dependency isn't
+apparent yet, and that's wrong.  We must really quantify over d too.
 
 There really isn't any point in quantifying over any more than
 grow( fv(T), C ), because the call sites can't possibly influence
@@ -258,9 +236,9 @@ any other type variables.
 
 
 
-       --------------------------------------
-               Notes on ambiguity
-       --------------------------------------
+-------------------------------------
+       Note [Ambiguity]
+-------------------------------------
 
 It's very hard to be certain when a type is ambiguous.  Consider
 
@@ -400,8 +378,8 @@ When m is later unified with [], we can solve both constraints.
                Notes on implicit parameters
        --------------------------------------
 
-Question 1: can we "inherit" implicit parameters
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+Note [Inheriting implicit parameters]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 Consider this:
 
        f x = (x::Int) + ?y
@@ -426,6 +404,26 @@ BOTTOM LINE: when *inferring types* you *must* quantify
 over implicit parameters. See the predicate isFreeWhenInferring.
 
 
+Note [Implicit parameters and ambiguity] 
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+Only a *class* predicate can give rise to ambiguity
+An *implicit parameter* cannot.  For example:
+       foo :: (?x :: [a]) => Int
+       foo = length ?x
+is fine.  The call site will suppply a particular 'x'
+
+Furthermore, the type variables fixed by an implicit parameter
+propagate to the others.  E.g.
+       foo :: (Show a, ?x::[a]) => Int
+       foo = show (?x++?x)
+The type of foo looks ambiguous.  But it isn't, because at a call site
+we might have
+       let ?x = 5::Int in foo
+and all is well.  In effect, implicit parameters are, well, parameters,
+so we can take their type variables into account as part of the
+"tau-tvs" stuff.  This is done in the function 'FunDeps.grow'.
+
+
 Question 2: type signatures
 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 BUT WATCH OUT: When you supply a type signature, we can't force you
@@ -644,82 +642,210 @@ tcSimplifyInfer
        :: SDoc
        -> TcTyVarSet           -- fv(T); type vars
        -> [Inst]               -- Wanted
-       -> TcM ([TcTyVar],      -- Tyvars to quantify (zonked)
-               TcDictBinds,    -- Bindings
-               [TcId])         -- Dict Ids that must be bound here (zonked)
+       -> TcM ([TcTyVar],      -- Tyvars to quantify (zonked and quantified)
+               [Inst],         -- Dict Ids that must be bound here (zonked)
+               TcDictBinds)    -- Bindings
        -- Any free (escaping) Insts are tossed into the environment
 \end{code}
 
 
 \begin{code}
-tcSimplifyInfer doc tau_tvs wanted_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)
+tcSimplifyInfer doc tau_tvs wanted
+  = do { tau_tvs1 <- zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs)
+       ; wanted'  <- mapM zonkInst wanted      -- Zonk before deciding quantified tyvars
+       ; gbl_tvs  <- tcGetGlobalTyVars
+       ; let preds1   = fdPredsOfInsts wanted'
+             gbl_tvs1 = oclose preds1 gbl_tvs
+             qtvs     = grow preds1 tau_tvs1 `minusVarSet` gbl_tvs1
+                       -- See Note [Choosing which variables to quantify]
+
+               -- To maximise sharing, remove from consideration any 
+               -- constraints that don't mention qtvs at all
+       ; let (free, bound) = partition (isFreeWhenInferring qtvs) wanted'
+       ; extendLIEs free
+
+               -- To make types simple, reduce as much as possible
+       ; traceTc (text "infer" <+> (ppr preds1 $$ ppr (grow preds1 tau_tvs1) $$ ppr gbl_tvs $$ 
+                  ppr gbl_tvs1 $$ ppr free $$ ppr bound))
+       ; (irreds1, binds1) <- tryHardCheckLoop doc bound
+
+               -- Note [Inference and implication constraints]
+       ; let want_dict d = tyVarsOfInst d `intersectsVarSet` qtvs
+       ; (irreds2, binds2) <- approximateImplications doc want_dict irreds1
+
+               -- Now work out all over again which type variables to quantify,
+               -- exactly in the same way as before, but starting from irreds2.  Why?
+               -- a) By now improvment may have taken place, and we must *not*
+               --    quantify over any variable free in the environment
+               --    tc137 (function h inside g) is an example
+               --
+               -- b) Do not quantify over constraints that *now* do not
+               --    mention quantified type variables, because they are
+               --    simply ambiguous (or might be bound further out).  Example:
+               --      f :: Eq b => a -> (a, b)
+               --      g x = fst (f x)
+               --    From the RHS of g we get the MethodInst f77 :: alpha -> (alpha, beta)
+               --    We decide to quantify over 'alpha' alone, but free1 does not include f77
+               --    because f77 mentions 'alpha'.  Then reducing leaves only the (ambiguous)
+               --    constraint (Eq beta), which we dump back into the free set
+               --    See test tcfail181
+               --
+               -- c) irreds may contain type variables not previously mentioned,
+               --    e.g.  instance D a x => Foo [a] 
+               --          wanteds = Foo [a]
+               --       Then after simplifying we'll get (D a x), and x is fresh
+               --       We must quantify over x else it'll be totally unbound
+       ; tau_tvs2 <- zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs1)
+       ; gbl_tvs2 <- zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems gbl_tvs1)
+               -- Note that we start from gbl_tvs1
+               -- We use tcGetGlobalTyVars, then oclose wrt preds2, because
+               -- we've already put some of the original preds1 into frees
+               -- E.g.         wanteds = C a b   (where a->b)
+               --              gbl_tvs = {a}
+               --              tau_tvs = {b}
+               -- Then b is fixed by gbl_tvs, so (C a b) will be in free, and
+               -- irreds2 will be empty.  But we don't want to generalise over b!
+       ; let preds2 = fdPredsOfInsts irreds2   -- irreds2 is zonked
+             qtvs   = grow preds2 tau_tvs2 `minusVarSet` oclose preds2 gbl_tvs2
+       ; let (free, irreds3) = partition (isFreeWhenInferring qtvs) irreds2
+       ; extendLIEs free
+
+               -- Turn the quantified meta-type variables into real type variables
+       ; qtvs2 <- zonkQuantifiedTyVars (varSetElems qtvs)
+
+               -- We can't abstract over any remaining unsolved 
+               -- implications so instead just float them outwards. Ugh.
+       ; let (q_dicts0, implics) = partition isAbstractableInst irreds3
+       ; loc <- getInstLoc (ImplicOrigin doc)
+       ; implic_bind <- bindIrreds loc qtvs2 q_dicts0 implics
+
+               -- Prepare equality instances for quantification
+       ; let (q_eqs0,q_dicts) = partition isEqInst q_dicts0
+       ; q_eqs <- mapM finalizeEqInst q_eqs0
+
+       ; return (qtvs2, q_eqs ++ q_dicts, binds1 `unionBags` binds2 `unionBags` implic_bind) }
+       -- NB: when we are done, we might have some bindings, but
+       -- the final qtvs might be empty.  See Note [NO TYVARS] below.
+
+approximateImplications :: SDoc -> (Inst -> Bool) -> [Inst] -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
+-- Note [Inference and implication constraints]
+-- Given a bunch of Dict and ImplicInsts, try to approximate the implications by
+--     - fetching any dicts inside them that are free
+--     - using those dicts as cruder constraints, to solve the implications
+--     - returning the extra ones too
+
+approximateImplications doc want_dict irreds
+  | null extra_dicts 
+  = return (irreds, emptyBag)
+  | otherwise
+  = do { extra_dicts' <- mapM cloneDict extra_dicts
+       ; tryHardCheckLoop doc (extra_dicts' ++ irreds) }
+               -- By adding extra_dicts', we make them 
+               -- available to solve the implication constraints
+  where 
+    extra_dicts = get_dicts (filter isImplicInst irreds)
+
+    get_dicts :: [Inst] -> [Inst]      -- Returns only Dicts
+       -- Find the wanted constraints in implication constraints that satisfy
+       -- want_dict, and are not bound by forall's in the constraint itself
+    get_dicts ds = concatMap get_dict ds
+
+    get_dict d@(Dict {}) | want_dict d = [d]
+                        | otherwise   = []
+    get_dict (ImplicInst {tci_tyvars = tvs, tci_wanted = wanteds})
+       = [ d | let tv_set = mkVarSet tvs
+             , d <- get_dicts wanteds 
+             , not (tyVarsOfInst d `intersectsVarSet` tv_set)]
+    get_dict i@(EqInst {}) | want_dict i = [i]
+                          | otherwise   = [] 
+    get_dict other = pprPanic "approximateImplications" (ppr other)
 \end{code}
 
-Example [LOOP]
+Note [Inference and implication constraints]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 
+Suppose we have a wanted implication constraint (perhaps arising from
+a nested pattern match) like
+       C a => D [a]
+and we are now trying to quantify over 'a' when inferring the type for
+a function.  In principle it's possible that there might be an instance
+       instance (C a, E a) => D [a]
+so the context (E a) would suffice.  The Right Thing is to abstract over
+the implication constraint, but we don't do that (a) because it'll be
+surprising to programmers and (b) because we don't have the machinery to deal
+with 'given' implications.
+
+So our best approximation is to make (D [a]) part of the inferred
+context, so we can use that to discharge the implication. Hence
+the strange function get_dicts in approximateImplications.
+
+The common cases are more clear-cut, when we have things like
+       forall a. C a => C b
+Here, abstracting over (C b) is not an approximation at all -- but see
+Note [Freeness and implications].
+See Trac #1430 and test tc228.
 
-       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
+\begin{code}
+-----------------------------------------------------------
+-- tcSimplifyInferCheck is used when we know the constraints we are to simplify
+-- against, but we don't know the type variables over which we are going to quantify.
+-- This happens when we have a type signature for a mutually recursive group
+tcSimplifyInferCheck
+        :: InstLoc
+        -> TcTyVarSet          -- fv(T)
+        -> [Inst]              -- Given
+        -> [Inst]              -- Wanted
+        -> TcM ([TyVar],       -- Fully zonked, and quantified
+                TcDictBinds)   -- Bindings
 
-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)!
+tcSimplifyInferCheck loc tau_tvs givens wanteds
+  = do { traceTc (text "tcSimplifyInferCheck <-" <+> ppr wanteds)
+       ; (irreds, binds) <- gentleCheckLoop loc givens wanteds
+
+       -- Figure out which type variables to quantify over
+       -- You might think it should just be the signature tyvars,
+       -- but in bizarre cases you can get extra ones
+       --      f :: forall a. Num a => a -> a
+       --      f x = fst (g (x, head [])) + 1
+       --      g a b = (b,a)
+       -- Here we infer g :: forall a b. a -> b -> (b,a)
+       -- We don't want g to be monomorphic in b just because
+       -- f isn't quantified over b.
+       ; let all_tvs = varSetElems (tau_tvs `unionVarSet` tyVarsOfInsts givens)
+       ; all_tvs <- zonkTcTyVarsAndFV all_tvs
+       ; gbl_tvs <- tcGetGlobalTyVars
+       ; let qtvs = varSetElems (all_tvs `minusVarSet` gbl_tvs)
+               -- We could close gbl_tvs, but its not necessary for
+               -- soundness, and it'll only affect which tyvars, not which
+               -- dictionaries, we quantify over
 
-[NO TYVARS]
+       ; qtvs' <- zonkQuantifiedTyVars qtvs
 
+               -- Now we are back to normal (c.f. tcSimplCheck)
+       ; implic_bind <- bindIrreds loc qtvs' givens irreds
+
+       ; traceTc (text "tcSimplifyInferCheck ->" <+> ppr (implic_bind))
+       ; return (qtvs', binds `unionBags` implic_bind) }
+\end{code}
+
+Note [Squashing methods]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+Be careful if you want to float methods more:
+       truncate :: forall a. RealFrac a => forall b. Integral b => a -> b
+From an application (truncate f i) we get
+       t1 = truncate at f
+       t2 = t1 at i
+If we have also have a second occurrence of truncate, we get
+       t3 = truncate at f
+       t4 = t3 at i
+When simplifying with i,f free, we might still notice that
+t1=t3; but alas, the binding for t2 (which mentions t1)
+may continue to float out!
+
+
+Note [NO TYVARS]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~
        class Y a b | a -> b where
            y :: a -> X b
        
@@ -744,18 +870,22 @@ The net effect of [NO TYVARS]
 \begin{code}
 isFreeWhenInferring :: TyVarSet -> Inst        -> Bool
 isFreeWhenInferring qtvs inst
-  =  isFreeWrtTyVars qtvs inst         -- Constrains no quantified vars
-  && isInheritableInst inst            -- And no implicit parameter involved
-                                       -- (see "Notes on implicit parameters")
+  =  isFreeWrtTyVars qtvs inst -- Constrains no quantified vars
+  && isInheritableInst inst    -- and no implicit parameter involved
+                               --   see Note [Inheriting 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 :: VarSet -> Inst -> Bool
+isFreeWrtTyVars qtvs inst = tyVarsOfInst inst `disjointVarSet` qtvs
+isFreeWrtIPs :: NameSet -> Inst -> Bool
 isFreeWrtIPs     ips inst = not (any (`elemNameSet` ips) (ipNamesOfInst inst))
 \end{code}
 
@@ -770,110 +900,280 @@ 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.
+tcSimplifyCheck        :: InstLoc
+               -> [TcTyVar]            -- Quantify over these
+               -> [Inst]               -- Given
+               -> [Inst]               -- Wanted
+               -> TcM TcDictBinds      -- Bindings
+tcSimplifyCheck loc qtvs givens wanteds 
+  = ASSERT( all isTcTyVar qtvs && all isSkolemTyVar qtvs )
+    do { traceTc (text "tcSimplifyCheck")
+       ; (irreds, binds) <- gentleCheckLoop loc givens wanteds
+       ; implic_bind <- bindIrreds loc qtvs givens irreds
+       ; return (binds `unionBags` implic_bind) }
+
+-----------------------------------------------------------
+-- tcSimplifyCheckPat is used for existential pattern match
+tcSimplifyCheckPat :: InstLoc
+                  -> [TcTyVar]         -- Quantify over these
+                  -> [Inst]            -- Given
+                  -> [Inst]            -- Wanted
+                  -> TcM TcDictBinds   -- Bindings
+tcSimplifyCheckPat loc qtvs givens wanteds
+  = ASSERT( all isTcTyVar qtvs && all isSkolemTyVar qtvs )
+    do { traceTc (text "tcSimplifyCheckPat")
+       ; (irreds, binds) <- gentleCheckLoop loc givens wanteds
+       ; implic_bind <- bindIrredsR loc qtvs givens irreds
+       ; return (binds `unionBags` implic_bind) }
+
+-----------------------------------------------------------
+bindIrreds :: InstLoc -> [TcTyVar]
+          -> [Inst] -> [Inst]
+          -> TcM TcDictBinds
+bindIrreds loc qtvs givens irreds 
+  = bindIrredsR loc qtvs givens irreds
+
+bindIrredsR :: InstLoc -> [TcTyVar] -> [Inst] -> [Inst] -> TcM TcDictBinds     
+-- Make a binding that binds 'irreds', by generating an implication
+-- constraint for them, *and* throwing the constraint into the LIE
+bindIrredsR loc qtvs givens irreds
+  | null irreds
+  = return emptyBag
+  | otherwise
+  = do { let givens' = filter isAbstractableInst givens
+               -- The givens can (redundantly) include methods
+               -- We want to retain both EqInsts and Dicts
+               -- There should be no implicadtion constraints
+               -- See Note [Pruning the givens in an implication constraint]
+
+          -- If there are no 'givens', then it's safe to 
+          -- partition the 'wanteds' by their qtvs, thereby trimming irreds
+          -- See Note [Freeness and implications]
+       ; irreds' <- if null givens'
+                    then do
+                       { let qtv_set = mkVarSet qtvs
+                             (frees, real_irreds) = partition (isFreeWrtTyVars qtv_set) irreds
+                       ; extendLIEs frees
+                       ; return real_irreds }
+                    else return irreds
+       
+       ; (implics, bind) <- makeImplicationBind loc qtvs givens' irreds'
+                       -- This call does the real work
+                       -- If irreds' is empty, it does something sensible
+       ; extendLIEs implics
+       ; return bind } 
+
+
+makeImplicationBind :: InstLoc -> [TcTyVar]
+                   -> [Inst] -> [Inst]
+                   -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
+-- Make a binding that binds 'irreds', by generating an implication
+-- constraint for them.
 --
--- 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
-  = ASSERT( all isSkolemTyVar qtvs )
-    do { (qtvs', frees, binds) <- tcSimplCheck doc get_qtvs AddSCs givens wanted_lie
-       ; extendLIEs frees
-       ; return binds }
+-- The binding looks like
+--     (ir1, .., irn) = f qtvs givens
+-- where f is (evidence for) the new implication constraint
+--     f :: forall qtvs. givens => (ir1, .., irn)
+-- qtvs includes coercion variables.
+--
+-- This binding must line up the 'rhs' in reduceImplication
+makeImplicationBind loc all_tvs
+                   givens      -- Guaranteed all Dicts or EqInsts
+                   irreds
+ | null irreds                 -- If there are no irreds, we are done
+ = return ([], emptyBag)
+ | otherwise                   -- Otherwise we must generate a binding
+ = do  { uniq <- newUnique 
+       ; span <- getSrcSpanM
+       ; let (eq_givens, dict_givens) = partition isEqInst givens
+
+                -- extract equality binders
+              eq_cotvs = map eqInstType eq_givens
+
+                -- make the implication constraint instance
+             name = mkInternalName uniq (mkVarOcc "ic") span
+             implic_inst = ImplicInst { tci_name = name,
+                                        tci_tyvars = all_tvs, 
+                                        tci_given = (eq_givens ++ dict_givens),
+                                                       -- same order as binders
+                                        tci_wanted = irreds, 
+                                         tci_loc = loc }
+
+               -- create binders for the irreducible dictionaries
+             dict_irreds    = filter (not . isEqInst) irreds
+             dict_irred_ids = map instToId dict_irreds
+             lpat = mkBigLHsPatTup (map (L span . VarPat) dict_irred_ids)
+
+                -- create the binding
+             rhs  = L span (mkHsWrap co (HsVar (instToId implic_inst)))
+             co   =     mkWpApps (map instToId dict_givens)
+                    <.> mkWpTyApps eq_cotvs
+                    <.> mkWpTyApps (mkTyVarTys all_tvs)
+             bind | [dict_irred_id] <- dict_irred_ids  
+                   = VarBind dict_irred_id rhs
+                  | otherwise        
+                   = PatBind { pat_lhs = lpat
+                            , pat_rhs = unguardedGRHSs rhs 
+                            , pat_rhs_ty = hsLPatType lpat
+                            , bind_fvs = placeHolderNames 
+                             }
+
+       ; traceTc $ text "makeImplicationBind" <+> ppr implic_inst
+       ; return ([implic_inst], unitBag (L span bind)) 
+        }
+
+-----------------------------------------------------------
+tryHardCheckLoop :: SDoc
+            -> [Inst]                  -- Wanted
+            -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
+
+tryHardCheckLoop doc wanteds
+  = do { (irreds,binds) <- checkLoop (mkInferRedEnv doc try_me) wanteds
+       ; return (irreds,binds)
+       }
   where
---  get_qtvs = zonkTcTyVarsAndFV qtvs
-    get_qtvs = return (mkVarSet qtvs)  -- All skolems
+    try_me _ = ReduceMe
+       -- Here's the try-hard bit
 
+-----------------------------------------------------------
+gentleCheckLoop :: InstLoc
+              -> [Inst]                -- Given
+              -> [Inst]                -- Wanted
+              -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
 
--- 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
-        -> 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) }
+gentleCheckLoop inst_loc givens wanteds
+  = do { (irreds,binds) <- checkLoop env wanteds
+       ; return (irreds,binds)
+       }
   where
-       -- Figure out which type variables to quantify over
-       -- You might think it should just be the signature tyvars,
-       -- but in bizarre cases you can get extra ones
-       --      f :: forall a. Num a => a -> a
-       --      f x = fst (g (x, head [])) + 1
-       --      g a b = (b,a)
-       -- Here we infer g :: forall a b. a -> b -> (b,a)
-       -- We don't want g to be monomorphic in b just because
-       -- f isn't quantified over b.
-    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
+    env = mkRedEnv (pprInstLoc inst_loc) try_me givens
+
+    try_me inst | isMethodOrLit inst = ReduceMe
+               | otherwise          = Stop
+       -- When checking against a given signature 
+       -- we MUST be very gentle: Note [Check gently]
+
+gentleInferLoop :: SDoc -> [Inst]
+               -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
+gentleInferLoop doc wanteds
+  = do         { (irreds, binds) <- checkLoop env wanteds
+       ; return (irreds, binds) }
+  where
+    env = mkInferRedEnv doc try_me
+    try_me inst | isMethodOrLit inst = ReduceMe
+               | otherwise          = Stop
 \end{code}
 
-Here is the workhorse function for all three wrappers.
+Note [Check gently]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+We have to very careful about not simplifying too vigorously
+Example:  
+  data T a where
+    MkT :: a -> T [a]
+
+  f :: Show b => T b -> b
+  f (MkT x) = show [x]
+
+Inside the pattern match, which binds (a:*, x:a), we know that
+       b ~ [a]
+Hence we have a dictionary for Show [a] available; and indeed we 
+need it.  We are going to build an implication contraint
+       forall a. (b~[a]) => Show [a]
+Later, we will solve this constraint using the knowledge (Show b)
+       
+But we MUST NOT reduce (Show [a]) to (Show a), else the whole
+thing becomes insoluble.  So we simplify gently (get rid of literals
+and methods only, plus common up equal things), deferring the real
+work until top level, when we solve the implication constraint
+with tryHardCheckLooop.
+
 
 \begin{code}
-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 ()
+-----------------------------------------------------------
+checkLoop :: RedEnv
+         -> [Inst]                     -- Wanted
+         -> TcM ([Inst], TcDictBinds) 
+-- Precondition: givens are completely rigid
+-- Postcondition: returned Insts are zonked
+
+checkLoop env wanteds
+  = go env wanteds
+  where go env wanteds
+         = do  {  -- We do need to zonk the givens; cf Note [Zonking RedEnv]
+                ; env'     <- zonkRedEnv env
+               ; wanteds' <- zonkInsts  wanteds
+       
+               ; (improved, binds, irreds) <- reduceContext env' wanteds'
 
-       ; 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)
+               ; if null irreds || not improved then
+                   return (irreds, binds)
+                 else do
+       
+               -- If improvement did some unification, we go round again.
+               -- We start again with irreds, not wanteds
+               -- Using an instance decl might have introduced a fresh type
+               -- variable which might have been unified, so we'd get an 
+                -- infinite loop if we started again with wanteds!  
+                -- See Note [LOOP]
+               { (irreds1, binds1) <- go env' irreds
+               ; return (irreds1, binds `unionBags` binds1) } }
 \end{code}
 
+Note [Zonking RedEnv]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+It might appear as if the givens in RedEnv are always rigid, but that is not
+necessarily the case for programs involving higher-rank types that have class
+contexts constraining the higher-rank variables.  An example from tc237 in the
+testsuite is
+
+  class Modular s a | s -> a
+
+  wim ::  forall a w. Integral a 
+                        => a -> (forall s. Modular s a => M s w) -> w
+  wim i k = error "urk"
+
+  test5  ::  (Modular s a, Integral a) => M s a
+  test5  =   error "urk"
+
+  test4   =   wim 4 test4'
+
+Notice how the variable 'a' of (Modular s a) in the rank-2 type of wim is
+quantified further outside.  When type checking test4, we have to check
+whether the signature of test5 is an instance of 
+
+  (forall s. Modular s a => M s w)
+
+Consequently, we will get (Modular s t_a), where t_a is a TauTv into the
+givens. 
+
+Given the FD of Modular in this example, class improvement will instantiate
+t_a to 'a', where 'a' is the skolem from test5's signatures (due to the
+Modular s a predicate in that signature).  If we don't zonk (Modular s t_a) in
+the givens, we will get into a loop as improveOne uses the unification engine
+Unify.tcUnifyTys, which doesn't know about mutable type variables.
+
+
+Note [LOOP]
+~~~~~~~~~~~
+       class If b t e r | b t e -> r
+       instance If T t e t
+       instance If F t e e
+       class Lte a b c | a b -> c where lte :: a -> b -> c
+       instance Lte Z b T
+       instance (Lte a b l,If l b a c) => Max a b c
+
+Wanted:        Max Z (S x) y
+
+Then we'll reduce using the Max instance to:
+       (Lte Z (S x) l, If l (S x) Z y)
+and improve by binding l->T, after which we can do some reduction
+on both the Lte and If constraints.  What we *can't* do is start again
+with (Max Z (S x) y)!
+
+
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
@@ -911,23 +1211,87 @@ Alas!  Alack! We can do the same for (instance D Int):
        ds2 = $p1 dc
 
 And now we've defined the superclass in terms of itself.
-
-Solution: never generate a superclass selectors at all when
-satisfying the superclass context of an instance declaration.
-
 Two more nasty cases are in
        tcrun021
        tcrun033
 
+Solution: 
+  - Satisfy the superclass context *all by itself* 
+    (tcSimplifySuperClasses)
+  - And do so completely; i.e. no left-over constraints
+    to mix with the constraints arising from method declarations
+
+
+Note [Recursive instances and superclases]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+Consider this code, which arises in the context of "Scrap Your 
+Boilerplate with Class".  
+
+    class Sat a
+    class Data ctx a
+    instance  Sat (ctx Char)             => Data ctx Char
+    instance (Sat (ctx [a]), Data ctx a) => Data ctx [a]
+
+    class Data Maybe a => Foo a
+
+    instance Foo t => Sat (Maybe t)
+
+    instance Data Maybe a => Foo a
+    instance Foo a        => Foo [a]
+    instance                 Foo [Char]
+
+In the instance for Foo [a], when generating evidence for the superclasses
+(ie in tcSimplifySuperClasses) we need a superclass (Data Maybe [a]).
+Using the instance for Data, we therefore need
+        (Sat (Maybe [a], Data Maybe a)
+But we are given (Foo a), and hence its superclass (Data Maybe a).
+So that leaves (Sat (Maybe [a])).  Using the instance for Sat means
+we need (Foo [a]).  And that is the very dictionary we are bulding
+an instance for!  So we must put that in the "givens".  So in this
+case we have
+       Given:  Foo a, Foo [a]
+       Watend: Data Maybe [a]
+
+BUT we must *not not not* put the *superclasses* of (Foo [a]) in
+the givens, which is what 'addGiven' would normally do. Why? Because
+(Data Maybe [a]) is the superclass, so we'd "satisfy" the wanted 
+by selecting a superclass from Foo [a], which simply makes a loop.
+
+On the other hand we *must* put the superclasses of (Foo a) in
+the givens, as you can see from the derivation described above.
+
+Conclusion: in the very special case of tcSimplifySuperClasses
+we have one 'given' (namely the "this" dictionary) whose superclasses
+must not be added to 'givens' by addGiven.  That is the *whole* reason
+for the red_given_scs field in RedEnv, and the function argument to
+addGiven.
+
 \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         -- The dict whose superclasses 
+                       -- are being figured out
+       -> [Inst]       -- Given 
+       -> [Inst]       -- Wanted
+       -> TcM TcDictBinds
+tcSimplifySuperClasses loc this givens sc_wanteds
+  = do { traceTc (text "tcSimplifySuperClasses")
+       ; (irreds,binds1) <- 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 =  RedEnv { red_doc = pprInstLoc loc, 
+                   red_try_me = try_me,
+                   red_givens = this:givens, 
+                   red_given_scs = add_scs,
+                   red_stack = (0,[]),
+                   red_improve = False }  -- No unification vars
+    add_scs g | g==this   = NoSCs
+             | otherwise = AddSCs
+
+    try_me _ = ReduceMe  -- Try hard, so we completely solve the superclass 
+                        -- constraints right here. See Note [SUPERCLASS-LOOP 1]
 \end{code}
 
 
@@ -1039,7 +1403,7 @@ tcSimplifyRestricted      -- Used for restricted binding groups
        -> [Name]               -- Things bound in this group
        -> TcTyVarSet           -- Free in the type of the RHSs
        -> [Inst]               -- Free in the RHSs
-       -> TcM ([TcTyVar],      -- Tyvars to quantify (zonked)
+       -> TcM ([TyVar],        -- Tyvars to quantify (zonked and quantified)
                TcDictBinds)    -- Bindings
        -- tcSimpifyRestricted returns no constraints to
        -- quantify over; by definition there are none.
@@ -1047,30 +1411,46 @@ 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' ->
+  = do { traceTc (text "tcSimplifyRestricted")
+       ; wanteds' <- zonkInsts wanteds
 
-       -- '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 (\_ -> ReduceMe)
+       ; (_imp, _binds, constrained_dicts) <- reduceContext env wanteds'
 
        -- Next, figure out the tyvars we will quantify over
-    let
-       constrained_tvs = tyVarsOfInsts constrained_dicts
-       qtvs = (tau_tvs' `minusVarSet` oclose (fdPredsOfInsts constrained_dicts) gbl_tvs')
-                        `minusVarSet` constrained_tvs
-    in
-    traceTc (text "tcSimplifyRestricted" <+> vcat [
-               pprInsts wanteds, pprInsts _frees, pprInsts constrained_dicts,
+       ; tau_tvs' <- zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs)
+       ; gbl_tvs' <- tcGetGlobalTyVars
+       ; constrained_dicts' <- zonkInsts constrained_dicts
+
+       ; let qtvs1 = tau_tvs' `minusVarSet` oclose (fdPredsOfInsts constrained_dicts) gbl_tvs'
+                               -- As in tcSimplifyInfer
+
+               -- Do not quantify over constrained type variables:
+               -- this is the monomorphism restriction
+             constrained_tvs' = tyVarsOfInsts constrained_dicts'
+             qtvs = qtvs1 `minusVarSet` constrained_tvs'
+             pp_bndrs = pprWithCommas (quotes . ppr) bndrs
+
+       -- Warn in the mono
+       ; warn_mono <- doptM Opt_WarnMonomorphism
+       ; warnTc (warn_mono && (constrained_tvs' `intersectsVarSet` qtvs1))
+                (vcat[ ptext (sLit "the Monomorphism Restriction applies to the binding")
+                               <> plural bndrs <+> ptext (sLit "for") <+> pp_bndrs,
+                       ptext (sLit "Consider giving a type signature for") <+> pp_bndrs])
+
+       ; traceTc (text "tcSimplifyRestricted" <+> vcat [
+               pprInsts wanteds, pprInsts constrained_dicts',
                ppr _binds,
-               ppr constrained_tvs, ppr tau_tvs', ppr qtvs ])  `thenM_`
+               ppr constrained_tvs', ppr tau_tvs', ppr qtvs ])
 
        -- The first step may have squashed more methods than
        -- necessary, so try again, this time more gently, knowing the exact
@@ -1088,33 +1468,29 @@ tcSimplifyRestricted doc top_lvl bndrs tau_tvs wanteds
        --
        -- At top level, we *do* squash methods becuase we want to 
        -- expose implicit parameters to the test that follows
-    let
-       is_nested_group = isNotTopLevel top_lvl
-        try_me inst | isFreeWrtTyVars qtvs inst,
-                     (is_nested_group || isDict inst) = Free
-                   | otherwise                        = ReduceMe AddSCs
-    in
-    reduceContextWithoutImprovement 
-       doc try_me wanteds'             `thenM` \ (frees, binds, irreds) ->
-    ASSERT( null irreds )
+       ; let is_nested_group = isNotTopLevel top_lvl
+             try_me inst | isFreeWrtTyVars qtvs inst,
+                          (is_nested_group || isDict inst) = Stop
+                         | otherwise                       = ReduceMe 
+             env = mkNoImproveRedEnv doc try_me
+       ; (_imp, binds, irreds) <- reduceContext env wanteds'
 
        -- See "Notes on implicit parameters, Question 4: top level"
-    if is_nested_group then
-       extendLIEs frees        `thenM_`
-        returnM (varSetElems qtvs, binds)
-    else
-       let
-           (non_ips, bad_ips) = partition isClassDict frees
-       in    
-       addTopIPErrs bndrs bad_ips      `thenM_`
-       extendLIEs non_ips              `thenM_`
-        returnM (varSetElems qtvs, binds)
+       ; ASSERT( all (isFreeWrtTyVars qtvs) irreds )   -- None should be captured
+         if is_nested_group then
+               extendLIEs irreds
+         else do { let (bad_ips, non_ips) = partition isIPDict irreds
+                 ; addTopIPErrs bndrs bad_ips
+                 ; extendLIEs non_ips }
+
+       ; qtvs' <- zonkQuantifiedTyVars (varSetElems qtvs)
+       ; return (qtvs', binds) }
 \end{code}
 
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
-\subsection{tcSimplifyToDicts}
+               tcSimplifyRuleLhs
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
@@ -1122,60 +1498,104 @@ 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.
+Simpler, maybe, but alas not simple (see Trac #2494)
+
+* Type errors may give rise to an (unsatisfiable) equality constraint
+
+* Applications of a higher-rank function on the LHS may give
+  rise to an implication constraint, esp if there are unsatisfiable
+  equality constraints inside.
+
+\begin{code}
+tcSimplifyRuleLhs :: [Inst] -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
+tcSimplifyRuleLhs wanteds
+  = do { wanteds' <- zonkInsts wanteds
+       ; (irreds, binds) <- go [] emptyBag wanteds'
+       ; let (dicts, bad_irreds) = partition isDict irreds
+       ; traceTc (text "tcSimplifyrulelhs" <+> pprInsts bad_irreds)
+       ; addNoInstanceErrs (nub bad_irreds)
+               -- The nub removes duplicates, which has
+               -- not happened otherwise (see notes above)
+       ; return (dicts, binds) }
+  where
+    go :: [Inst] -> TcDictBinds -> [Inst] -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
+    go irreds binds []
+       = return (irreds, binds)
+    go irreds binds (w:ws)
+       | isDict w
+       = go (w:irreds) binds ws
+       | isImplicInst w        -- Have a go at reducing the implication
+       = do { (binds1, irreds1) <- reduceImplication red_env w
+            ; let (bad_irreds, ok_irreds) = partition isImplicInst irreds1
+            ; go (bad_irreds ++ irreds) 
+                 (binds `unionBags` binds1) 
+                 (ok_irreds ++ ws)}
+       | otherwise
+       = do { w' <- zonkInst w  -- So that (3::Int) does not generate a call
+                                -- to fromInteger; this looks fragile to me
+            ; lookup_result <- lookupSimpleInst w'
+            ; case lookup_result of
+                NoInstance      -> go (w:irreds) binds ws
+                GenInst ws' rhs -> go irreds binds' (ws' ++ ws)
+                       where
+                         binds' = addInstToDictBind binds w rhs
+         }
+
+       -- Sigh: we need to reduce inside implications
+    red_env = mkInferRedEnv doc try_me
+    doc = ptext (sLit "Implication constraint in RULE lhs")
+    try_me inst | isMethodOrLit inst = ReduceMe
+               | otherwise          = Stop     -- Be gentle
+\end{code}
 
 tcSimplifyBracket is used when simplifying the constraints arising from
 a Template Haskell bracket [| ... |].  We want to check that there aren't
@@ -1187,8 +1607,8 @@ this bracket again at its usage site.
 \begin{code}
 tcSimplifyBracket :: [Inst] -> TcM ()
 tcSimplifyBracket wanteds
-  = simpleReduceLoop doc reduceMe wanteds      `thenM_`
-    returnM ()
+  = do { tryHardCheckLoop doc wanteds
+       ; return () }
   where
     doc = text "tcSimplifyBracket"
 \end{code}
@@ -1218,30 +1638,42 @@ 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'   <- zonkInsts wanteds
+       ; given_ips' <- zonkInsts given_ips
+               -- Unusually for checking, we *must* zonk the given_ips
+
+       ; let env = mkRedEnv doc try_me given_ips'
+       ; (improved, binds, irreds) <- reduceContext env wanteds'
+
+       ; if null irreds || not improved then 
+               ASSERT( all is_free irreds )
+               do { extendLIEs irreds
+                  ; return binds }
+         else do
+        -- If improvement did some unification, we go round again.
+        -- We start again with irreds, not wanteds
+        -- Using an instance decl might have introduced a fresh type
+        -- variable which might have been unified, so we'd get an 
+        -- infinite loop if we started again with wanteds!  
+        -- See Note [LOOP]
+        { binds1 <- tcSimplifyIPs given_ips' irreds
+        ; return $ binds `unionBags` binds1
+        } }
   where
-    doc             = text "tcSimplifyIPs" <+> ppr given_ips
-    ip_set   = mkNameSet (ipNamesOfInsts given_ips)
+    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
 \end{code}
 
 
@@ -1280,17 +1712,16 @@ bindInstsOfLocalFuns :: [Inst] -> [TcId] -> TcM TcDictBinds
 -- arguably a bug in Match.tidyEqnInfo (see notes there)
 
 bindInstsOfLocalFuns wanteds local_ids
-  | null overloaded_ids
+  | null overloaded_ids = do
        -- Common case
-  = extendLIEs wanteds         `thenM_`
-    returnM emptyLHsBinds
+    extendLIEs wanteds
+    return 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 { (irreds, binds) <- gentleInferLoop doc for_me
+       ; extendLIEs not_for_me 
+       ; extendLIEs irreds
+       ; return binds }
   where
     doc                     = text "bindInsts" <+> ppr local_ids
     overloaded_ids   = filter is_overloaded local_ids
@@ -1300,8 +1731,6 @@ bindInstsOfLocalFuns wanteds local_ids
     overloaded_set = mkVarSet overloaded_ids   -- There can occasionally be a lot of them
                                                -- so it's worth building a set, so that
                                                -- lookup (in isMethodFor) is faster
-    try_me inst | isMethod inst = ReduceMe NoSCs
-               | otherwise     = Free
 \end{code}
 
 
@@ -1314,209 +1743,81 @@ bindInstsOfLocalFuns wanteds local_ids
 The main control over context reduction is here
 
 \begin{code}
-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.
-                       -- It might be quite legitimate such as (Eq a)!
-
- | KeepDictWithoutSCs  -- Return as irreducible; don't add its superclasses
-                       -- Rather specialised: see notes with tcSimplifyToDicts
+data RedEnv 
+  = RedEnv { red_doc   :: SDoc                 -- The context
+          , red_try_me :: Inst -> WhatToDo
+          , red_improve :: Bool                -- True <=> do improvement
+          , red_givens :: [Inst]               -- All guaranteed rigid
+                                               -- Always dicts & equalities
+                                               -- but see Note [Rigidity]
+          , red_given_scs :: Inst -> WantSCs   -- See Note [Recursive instances and superclases]
+          , 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_given_scs = const AddSCs,
+            red_stack = (0,[]),
+            red_improve = True }       
+
+mkInferRedEnv :: SDoc -> (Inst -> WhatToDo) -> RedEnv
+-- No givens at all
+mkInferRedEnv doc try_me
+  = RedEnv { red_doc = doc, red_try_me = try_me,
+            red_givens = [], 
+            red_given_scs = const AddSCs,
+            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_given_scs = const AddSCs,
+            red_stack = (0,[]),
+            red_improve = True }       
 
- | DontReduceUnlessConstant    -- Return as irreducible unless it can
-                               -- be reduced to a constant in one step
-
- | Free                          -- Return as free
+data WhatToDo
+ = ReduceMe    -- Try to reduce this
+               -- If there's no instance, add the inst to the 
+               -- irreductible ones, but don't produce an error 
+               -- message of any kind.
+               -- It might be quite legitimate such as (Eq a)!
 
-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
        -- The reason for this flag is entirely the super-class loop problem
        -- 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)
+zonkRedEnv :: RedEnv -> TcM RedEnv
+zonkRedEnv env
+  = do { givens' <- mapM zonkInst (red_givens env)
+       ; return $ env {red_givens = givens'}
+       }
 \end{code}
 
 
@@ -1526,388 +1827,336 @@ instSpan wanted = instLocSrcSpan (instLoc wanted)
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
-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}
+Note [Ancestor Equalities]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+During context reduction, we add to the wanted equalities also those
+equalities that (transitively) occur in superclass contexts of wanted
+class constraints.  Consider the following code
 
+  class a ~ Int => C a
+  instance C Int
 
+If (C a) is wanted, we want to add (a ~ Int), which will be discharged by
+substituting Int for a.  Hence, we ultimately want (C Int), which we
+discharge with the explicit instance.
 
 \begin{code}
-reduceContext :: 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 wanteds0
+  = do { traceTc (text "reduceContext" <+> (vcat [
             text "----------------------",
-            doc,
-            text "given" <+> ppr givens,
-            text "wanted" <+> ppr wanteds,
+            red_doc env,
+            text "given" <+> ppr (red_givens env),
+            text "wanted" <+> ppr wanteds0,
             text "----------------------"
-            ]))                                        `thenM_`
-
-        -- Build the Avail mapping from "givens"
-    foldlM addGiven emptyAvails givens                 `thenM` \ init_state ->
-
-        -- 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 [
+            ]))
+
+          -- We want to add as wanted equalities those that (transitively) 
+          -- occur in superclass contexts of wanted class constraints.
+          -- See Note [Ancestor Equalities]
+       ; ancestor_eqs <- ancestorEqualities wanteds0
+       ; traceTc $ text "reduceContext: ancestor eqs" <+> ppr ancestor_eqs
+
+          -- Normalise and solve all equality constraints as far as possible
+          -- and normalise all dictionary constraints wrt to the reduced
+          -- equalities.  The returned wanted constraints include the
+          -- irreducible wanted equalities.
+        ; let wanteds = wanteds0 ++ ancestor_eqs
+              givens  = red_givens env
+        ; (givens', 
+           wanteds', 
+           normalise_binds,
+           eq_improved)     <- tcReduceEqs givens wanteds
+       ; traceTc $ text "reduceContext: tcReduceEqs result" <+> vcat
+                     [ppr givens', ppr wanteds', ppr normalise_binds]
+
+          -- Build the Avail mapping from "given_dicts"
+       ; (init_state, _) <- getLIE $ do 
+               { init_state <- foldlM (addGiven (red_given_scs env)) 
+                                      emptyAvails givens'
+               ; return init_state
+                }
+
+          -- Solve the *wanted* *dictionary* constraints (not implications)
+         -- This may expose some further equational constraints...
+       ; let (wanted_implics, wanted_dicts) = partition isImplicInst wanteds'
+       ; (avails, extra_eqs) <- getLIE (reduceList env wanted_dicts init_state)
+                  -- The getLIE is reqd because reduceList does improvement
+                  -- (via extendAvails) which may in turn do unification
+       ; (dict_binds, 
+           bound_dicts, 
+           dict_irreds)       <- extractResults avails wanted_dicts
+       ; traceTc $ text "reduceContext: extractResults" <+> vcat
+                     [ppr avails, ppr wanted_dicts, ppr dict_binds]
+
+         -- Solve the wanted *implications*.  In doing so, we can provide
+         -- as "given"   all the dicts that were originally given, 
+         --              *or* for which we now have bindings, 
+         --              *or* which are now irreds
+          -- NB: Equality irreds need to be converted, as the recursive 
+          --     invocation of the solver will still treat them as wanteds
+          --     otherwise.
+       ; let implic_env = env { red_givens 
+                                   = givens ++ bound_dicts ++
+                                     map wantedToLocalEqInst dict_irreds }
+       ; (implic_binds_s, implic_irreds_s) 
+            <- mapAndUnzipM (reduceImplication implic_env) wanted_implics
+       ; let implic_binds  = unionManyBags implic_binds_s
+             implic_irreds = concat implic_irreds_s
+
+          -- Collect all irreducible instances, and determine whether we should
+          -- go round again.  We do so in either of two cases:
+          -- (1) If dictionary reduction or equality solving led to
+          --     improvement (i.e., instantiated type variables).
+          -- (2) If we uncovered extra equalities.  We will try to solve them
+          --     in the next iteration.
+          -- (3) If we reduced dictionaries (i.e., got dictionary bindings),
+          --     they may have exposed further opportunities to normalise
+          --     family applications.  See Note [Dictionary Improvement]
+
+       ; let all_irreds       = dict_irreds ++ implic_irreds ++ extra_eqs
+             avails_improved  = availsImproved avails
+              improvedFlexible = avails_improved || eq_improved
+              extraEqs         = (not . null) extra_eqs
+              reduced_dicts    = not (isEmptyBag dict_binds)
+              improved         = improvedFlexible || extraEqs || reduced_dicts
+              --
+              improvedHint  = (if avails_improved then " [AVAILS]" else "") ++
+                              (if eq_improved then " [EQ]" else "") ++
+                              (if extraEqs then " [EXTRA EQS]" else "")
+
+       ; traceTc (text "reduceContext end" <+> (vcat [
             text "----------------------",
-            doc,
+            red_doc env,
             text "given" <+> ppr givens,
-            text "wanted" <+> ppr wanteds,
+            text "wanted" <+> ppr wanteds0,
             text "----",
             text "avails" <+> pprAvails avails,
-            text "frees" <+> ppr frees,
-            text "no_improvement =" <+> ppr no_improvement,
-            text "----------------------"
-            ]))                                        `thenM_`
-
-    returnM (no_improvement, frees, binds, irreds)
-
--- reduceContextWithoutImprovement differs from reduceContext
---     (a) no improvement
---     (b) 'givens' is assumed empty
-reduceContextWithoutImprovement doc try_me wanteds
-  =
-    traceTc (text "reduceContextWithoutImprovement" <+> (vcat [
-            text "----------------------",
-            doc,
-            text "wanted" <+> ppr wanteds,
+            text "improved =" <+> ppr improved <+> text improvedHint,
+            text "(all) irreds = " <+> ppr all_irreds,
+            text "dict-binds = " <+> ppr dict_binds,
+            text "implic-binds = " <+> ppr implic_binds,
             text "----------------------"
-            ]))                                        `thenM_`
+            ]))
 
-        -- Do the real work
-    reduceList (0,[]) try_me wanteds emptyAvails       `thenM` \ avails ->
-    extractResults avails wanteds                      `thenM` \ (binds, irreds, frees) ->
+       ; return (improved, 
+                  normalise_binds `unionBags` dict_binds 
+                                  `unionBags` implic_binds, 
+                  all_irreds) 
+        }
 
-    traceTc (text "reduceContextWithoutImprovement end" <+> (vcat [
-            text "----------------------",
-            doc,
-            text "wanted" <+> ppr wanteds,
-            text "----",
-            text "avails" <+> pprAvails avails,
-            text "frees" <+> ppr frees,
-            text "----------------------"
-            ]))                                        `thenM_`
-
-    returnM (frees, 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
+               -- NB that (?x::t1) and (?x::t2) will be held separately in 
+                --    avails so that improve will see them separate
+       ; traceTc (text "improveOne" <+> ppr inst)
+       ; unifyEqns eqns }
+
+unifyEqns :: [(Equation, (PredType, SDoc), (PredType, SDoc))] 
+         -> TcM ImprovementDone
+unifyEqns [] = return False
+unifyEqns eqns
+  = do { traceTc (ptext (sLit "Improve:") <+> vcat (map pprEquationDoc eqns))
+        ; improved <- mapM unify eqns
+       ; return $ or improved
+        }
   where
     unify ((qtvs, pairs), what1, what2)
-        = addErrCtxtM (mkEqnMsg what1 what2)   $
-          tcInstTyVars (varSetElems qtvs)      `thenM` \ (_, _, tenv) ->
-          mapM_ (unif_pr tenv) pairs
-    unif_pr tenv (ty1,ty2) =  unifyType (substTy tenv ty1) (substTy tenv ty2)
+         = addErrCtxtM (mkEqnMsg what1 what2) $ 
+             do { let freeTyVars = unionVarSets (map tvs_pr pairs) 
+                                   `minusVarSet` qtvs
+                ; (_, _, tenv) <- tcInstTyVars (varSetElems qtvs)
+                ; mapM_ (unif_pr tenv) pairs
+                ; anyM isFilledMetaTyVar $ varSetElems freeTyVars
+                }
 
-pprEquationDoc (eqn, (p1,w1), (p2,w2)) = vcat [pprEquation eqn, nest 2 (ppr p1), nest 2 (ppr p2)]
+    unif_pr tenv (ty1, ty2) = unifyType (substTy tenv ty1) (substTy tenv ty2)
 
+    tvs_pr (ty1, ty2) = tyVarsOfType ty1 `unionVarSet` tyVarsOfType ty2
+
+pprEquationDoc :: (Equation, (PredType, SDoc), (PredType, SDoc)) -> SDoc
+pprEquationDoc (eqn, (p1, _), (p2, _)) 
+  = vcat [pprEquation eqn, nest 2 (ppr p1), nest 2 (ppr p2)]
+
+mkEqnMsg :: (TcPredType, SDoc) -> (TcPredType, SDoc) -> TidyEnv
+         -> TcM (TidyEnv, SDoc)
 mkEqnMsg (pred1,from1) (pred2,from2) tidy_env
-  = do { pred1' <- zonkTcPredType pred1; pred2' <- zonkTcPredType pred2
-       ; let { pred1'' = tidyPred tidy_env pred1'; pred2'' = tidyPred tidy_env pred2' }
-       ; let msg = vcat [ptext SLIT("When using functional dependencies to combine"),
+  = do { pred1' <- zonkTcPredType pred1
+        ; pred2' <- zonkTcPredType pred2
+       ; let { pred1'' = tidyPred tidy_env pred1'
+              ; pred2'' = tidyPred tidy_env pred2' }
+       ; let msg = vcat [ptext (sLit "When using functional dependencies to combine"),
                          nest 2 (sep [ppr pred1'' <> comma, nest 2 from1]), 
                          nest 2 (sep [ppr pred2'' <> comma, nest 2 from2])]
        ; return (tidy_env, msg) }
 \end{code}
 
-The main context-reduction function is @reduce@.  Here's its game plan.
+Note [Dictionary Improvement]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+In reduceContext, we first reduce equalities and then class constraints.
+However, the letter may expose further opportunities for the former.  Hence,
+we need to go around again if dictionary reduction produced any dictionary
+bindings.  The following example demonstrated the point:
 
-\begin{code}
-reduceList :: (Int,[Inst])             -- Stack (for err msgs)
-                                       -- along with its depth
-                  -> (Inst -> WhatToDo)
-                  -> [Inst]
-                  -> Avails
-                  -> TcM Avails
-\end{code}
+  data EX _x _y (p :: * -> *)
+  data ANY
 
-@reduce@ is passed
-     try_me:   given an inst, this function returns
-                 Reduce       reduce this
-                 DontReduce   return this in "irreds"
-                 Free         return this in "frees"
+  class Base p
 
-     wanteds:  The list of insts to reduce
-     state:    An accumulating parameter of type Avails
-               that contains the state of the algorithm
+  class Base (Def p) => Prop p where
+   type Def p
 
-  It returns a Avails.
+  instance Base ()
+  instance Prop () where
+   type Def () = ()
 
-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.
+  instance (Base (Def (p ANY))) => Base (EX _x _y p)
+  instance (Prop (p ANY)) => Prop (EX _x _y p) where
+   type Def (EX _x _y p) = EX _x _y p
 
-\begin{code}
-reduceList (n,stack) try_me wanteds state
-  | n > opt_MaxContextReductionDepth
-  = failWithTc (reduceDepthErr n stack)
+  data FOO x
+  instance Prop (FOO x) where
+   type Def (FOO x) = ()
 
-  | otherwise
-  =
-#ifdef DEBUG
-   (if n > 8 then
-       pprTrace "Interesting! Context reduction stack deeper than 8:" 
-               (int n $$ ifPprDebug (nest 2 (pprStack stack)))
-    else (\x->x))
-#endif
-    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'
+  data BAR
+  instance Prop BAR where
+   type Def BAR = EX () () FOO
 
-    -- Base case: we're done!
-reduce stack try_me 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
+During checking the last instance declaration, we need to check the superclass
+cosntraint Base (Def BAR), which family normalisation reduced to 
+Base (EX () () FOO).  Chasing the instance for Base (EX _x _y p), gives us
+Base (Def (FOO ANY)), which again requires family normalisation of Def to
+Base () before we can finish.
 
-  | otherwise
-  = case try_me wanted of {
 
-      KeepDictWithoutSCs -> addIrred NoSCs avails wanted
+The main context-reduction function is @reduce@.  Here's its game plan.
+
+\begin{code}
+reduceList :: RedEnv -> [Inst] -> Avails -> TcM Avails
+reduceList env@(RedEnv {red_stack = (n,stk)}) wanteds state
+  = do { traceTc (text "reduceList " <+> (ppr wanteds $$ ppr state))
+       ; dopts <- getDOpts
+       ; when (debugIsOn && (n > 8)) $ do
+               debugDumpTcRn (hang (ptext (sLit "Interesting! Context reduction stack depth") <+> int n) 
+                            2 (ifPprDebug (nest 2 (pprStack stk))))
+       ; if n >= ctxtStkDepth dopts then
+           failWithTc (reduceDepthErr n stk)
+         else
+           go wanteds state }
+  where
+    go []     state = return state
+    go (w:ws) state = do { state' <- reduce (env {red_stack = (n+1, w:stk)}) w state
+                        ; go ws state' }
+
+    -- Base case: we're done!
+reduce :: RedEnv -> Inst -> Avails -> TcM Avails
+reduce env wanted avails
 
-    ; 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
+    -- We don't reduce equalities here (and they must not end up as irreds
+    -- in the Avails!)
+  | isEqInst wanted
+  = return avails
 
-    ; 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
+    -- It's the same as an existing inst, or a superclass thereof
+  | Just _ <- findAvail avails wanted
+  = do { traceTc (text "reduce: found " <+> ppr wanted)
+       ; return avails
+       }
 
-    ; ReduceMe want_scs ->     -- It should be reduced
-       lookupInst wanted             `thenM` \ 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, 
+  | otherwise
+  = do { traceTc (text "reduce" <+> ppr wanted $$ ppr avails)
+       ; case red_try_me env wanted of {
+           Stop -> try_simple (addIrred NoSCs);
+                       -- See Note [No superclasses for Stop]
+
+           ReduceMe -> do      -- It should be reduced
+               { (avails, lookup_result) <- reduceInst env avails wanted
+               ; case lookup_result of
+                   NoInstance -> addIrred AddSCs avails wanted
+                            -- Add it and its superclasses
+                            
+                   GenInst [] rhs -> addWanted AddSCs avails wanted rhs []
+
+                   GenInst wanteds' rhs
+                         -> do { avails1 <- addIrred NoSCs avails wanted
+                               ; avails2 <- reduceList env wanteds' avails1
+                               ; addWanted AddSCs avails2 wanted rhs wanteds' } }
+               -- Temporarily do addIrred *before* the reduceList, 
                -- which has the effect of adding the thing we are trying
                -- to prove to the database before trying to prove the things it
                -- needs.  See note [RECURSIVE DICTIONARIES]
                -- NB: we must not do an addWanted before, because that adds the
-               --     superclasses too, and thaat can lead to a spurious loop; see
+               --     superclasses too, and that can lead to a spurious loop; see
                --     the examples in [SUPERCLASS-LOOP]
                -- So we do an addIrred before, and then overwrite it afterwards with addWanted
-
-           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 []
+               _              -> 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)
+Note [RECURSIVE DICTIONARIES]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+Consider 
+    data D r = ZeroD | SuccD (r (D r));
+    
+    instance (Eq (r (D r))) => Eq (D r) where
+        ZeroD     == ZeroD     = True
+        (SuccD a) == (SuccD b) = a == b
+        _         == _         = False;
+    
+    equalDC :: D [] -> D [] -> Bool;
+    equalDC = (==);
 
-    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
+We need to prove (Eq (D [])).  Here's how we go:
 
-    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
+       d1 : Eq (D [])
 
-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.
+by instance decl, holds if
+       d2 : Eq [D []]
+       where   d1 = dfEqD d2
 
-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
+by instance decl of Eq, holds if
+       d3 : D []
+       where   d2 = dfEqList d3
+               d1 = dfEqD d2
 
-    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])
+But now we can "tie the knot" to give
 
-    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}
+       d3 = d1
+       d2 = dfEqList d3
+       d1 = dfEqD d2
 
+and it'll even run!  The trick is to put the thing we are trying to prove
+(in this case Eq (D []) into the database before trying to prove its
+contributing clauses.
+       
 Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
-But the above isn't enough.  Suppose we are *given* d1:Ord a,
-and want to deduce (d2:C [a]) where
+We need to be careful when adding "the constaint we are trying to prove".
+Suppose we are *given* d1:Ord a, and want to deduce (d2:C [a]) where
 
        class Ord a => C a where
        instance Ord [a] => C [a] where ...
@@ -1938,49 +2187,510 @@ 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 
 when adding superclasses.  It's a bit like the occurs check in unification.
 
 
-Note [RECURSIVE DICTIONARIES]
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
-Consider 
-    data D r = ZeroD | SuccD (r (D r));
-    
-    instance (Eq (r (D r))) => Eq (D r) where
-        ZeroD     == ZeroD     = True
-        (SuccD a) == (SuccD b) = a == b
-        _         == _         = False;
-    
-    equalDC :: D [] -> D [] -> Bool;
-    equalDC = (==);
 
-We need to prove (Eq (D [])).  Here's how we go:
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+               Reducing a single constraint
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
 
-       d1 : Eq (D [])
+\begin{code}
+---------------------------------------------
+reduceInst :: RedEnv -> Avails -> Inst -> TcM (Avails, LookupInstResult)
+reduceInst _ avails other_inst
+  = do { result <- lookupSimpleInst other_inst
+       ; return (avails, result) }
+\end{code}
 
-by instance decl, holds if
-       d2 : Eq [D []]
-       where   d1 = dfEqD d2
+Note [Equational Constraints in Implication Constraints]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 
-by instance decl of Eq, holds if
-       d3 : D []
-       where   d2 = dfEqList d3
-               d1 = dfEqD d2
+An implication constraint is of the form 
+       Given => Wanted 
+where Given and Wanted may contain both equational and dictionary
+constraints. The delay and reduction of these two kinds of constraints
+is distinct:
 
-But now we can "tie the knot" to give
+-) In the generated code, wanted Dictionary constraints are wrapped up in an
+   implication constraint that is created at the code site where the wanted
+   dictionaries can be reduced via a let-binding. This let-bound implication
+   constraint is deconstructed at the use-site of the wanted dictionaries.
 
-       d3 = d1
-       d2 = dfEqList d3
-       d1 = dfEqD d2
+-) While the reduction of equational constraints is also delayed, the delay
+   is not manifest in the generated code. The required evidence is generated
+   in the code directly at the use-site. There is no let-binding and deconstruction
+   necessary. The main disadvantage is that we cannot exploit sharing as the
+   same evidence may be generated at multiple use-sites. However, this disadvantage
+   is limited because it only concerns coercions which are erased.
+
+The different treatment is motivated by the different in representation. Dictionary
+constraints require manifest runtime dictionaries, while equations require coercions
+which are types.
+
+\begin{code}
+---------------------------------------------
+reduceImplication :: RedEnv
+                 -> Inst
+                 -> TcM (TcDictBinds, [Inst])
+\end{code}
+
+Suppose we are simplifying the constraint
+       forall bs. extras => wanted
+in the context of an overall simplification problem with givens 'givens'.
+
+Note that
+  * The 'givens' need not mention any of the quantified type variables
+       e.g.    forall {}. Eq a => Eq [a]
+               forall {}. C Int => D (Tree Int)
+
+    This happens when you have something like
+       data T a where
+         T1 :: Eq a => a -> T a
+
+       f :: T a -> Int
+       f x = ...(case x of { T1 v -> v==v })...
+
+\begin{code}
+       -- ToDo: should we instantiate tvs?  I think it's not necessary
+       --
+       -- Note on coercion variables:
+       --
+       --      The extra given coercion variables are bound at two different 
+        --      sites:
+        --
+       --      -) in the creation context of the implication constraint        
+       --              the solved equational constraints use these binders
+       --
+       --      -) at the solving site of the implication constraint
+       --              the solved dictionaries use these binders;
+       --              these binders are generated by reduceImplication
+       --
+        -- Note [Binders for equalities]
+        -- ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+        -- To reuse the binders of local/given equalities in the binders of 
+        -- implication constraints, it is crucial that these given equalities
+        -- always have the form
+        --   cotv :: t1 ~ t2
+        -- where cotv is a simple coercion type variable (and not a more
+        -- complex coercion term).  We require that the extra_givens always
+        -- have this form and exploit the special form when generating binders.
+reduceImplication env
+       orig_implic@(ImplicInst { tci_name = name, tci_loc = inst_loc,
+                                 tci_tyvars = tvs,
+                                 tci_given = extra_givens, tci_wanted = wanteds
+                                 })
+  = do {       -- Solve the sub-problem
+       ; let try_me _ = ReduceMe  -- Note [Freeness and implications]
+             env' = env { red_givens = extra_givens ++ red_givens env
+                        , red_doc = sep [ptext (sLit "reduceImplication for") 
+                                            <+> ppr name,
+                                         nest 2 (parens $ ptext (sLit "within")
+                                                           <+> red_doc env)]
+                        , red_try_me = try_me }
+
+       ; traceTc (text "reduceImplication" <+> vcat
+                       [ ppr (red_givens env), ppr extra_givens, 
+                         ppr wanteds])
+       ; (irreds, binds) <- checkLoop env' wanteds
+
+       ; traceTc (text "reduceImplication result" <+> vcat
+                       [ppr irreds, ppr binds])
+
+       ; -- extract superclass binds
+         --  (sc_binds,_) <- extractResults avails []
+--     ; traceTc (text "reduceImplication sc_binds" <+> vcat
+--                     [ppr sc_binds, ppr avails])
+--  
+
+       -- SLPJ Sept 07: what if improvement happened inside the checkLoop?
+       -- Then we must iterate the outer loop too!
+
+        ; didntSolveWantedEqs <- allM wantedEqInstIsUnsolved wanteds
+                                   -- we solve wanted eqs by side effect!
+
+            -- Progress is no longer measered by the number of bindings
+            -- If there are any irreds, but no bindings and no solved
+            -- equalities, we back off and do nothing
+        ; let backOff = isEmptyLHsBinds binds &&   -- no new bindings
+                        (not $ null irreds)   &&   -- but still some irreds
+                        didntSolveWantedEqs        -- no instantiated cotv
+
+       ; if backOff then       -- No progress
+               return (emptyBag, [orig_implic])
+         else do
+       { (simpler_implic_insts, bind) 
+            <- makeImplicationBind inst_loc tvs extra_givens irreds
+               -- This binding is useless if the recursive simplification
+               -- made no progress; but currently we don't try to optimise that
+               -- case.  After all, we only try hard to reduce at top level, or
+               -- when inferring types.
+
+       ; let   -- extract Id binders for dicts and CoTyVar binders for eqs;
+                -- see Note [Binders for equalities]
+             (extra_eq_givens, extra_dict_givens) = partition isEqInst 
+                                                               extra_givens
+              eq_cotvs = map instToVar extra_eq_givens
+             dict_ids = map instToId  extra_dict_givens 
+
+                        -- Note [Always inline implication constraints]
+              wrap_inline | null dict_ids = idHsWrapper
+                          | otherwise    = WpInline
+              co         = wrap_inline
+                           <.> mkWpTyLams tvs
+                           <.> mkWpTyLams eq_cotvs
+                           <.> mkWpLams dict_ids
+                           <.> WpLet (binds `unionBags` bind)
+              rhs        = mkLHsWrap co payload
+              loc        = instLocSpan inst_loc
+                            -- wanted equalities are solved by updating their
+                             -- cotv; we don't generate bindings for them
+              dict_bndrs =   map (L loc . HsVar . instToId) 
+                           . filter (not . isEqInst) 
+                           $ wanteds
+              payload    = mkBigLHsTup dict_bndrs
 
-and it'll even run!  The trick is to put the thing we are trying to prove
-(in this case Eq (D []) into the database before trying to prove its
-contributing clauses.
        
+       ; traceTc (vcat [text "reduceImplication" <+> ppr name,
+                        ppr simpler_implic_insts,
+                        text "->" <+> ppr rhs])
+       ; return (unitBag (L loc (VarBind (instToId orig_implic) rhs)),
+                 simpler_implic_insts)
+       } 
+    }
+reduceImplication _ i = pprPanic "reduceImplication" (ppr i)
+\end{code}
+
+Note [Always inline implication constraints]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+Suppose an implication constraint floats out of an INLINE function.
+Then although the implication has a single call site, it won't be 
+inlined.  And that is bad because it means that even if there is really
+*no* overloading (type signatures specify the exact types) there will
+still be dictionary passing in the resulting code.  To avert this,
+we mark the implication constraints themselves as INLINE, at least when
+there is no loss of sharing as a result.
+
+Note [Freeness and implications]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+It's hard to say when an implication constraint can be floated out.  Consider
+       forall {} Eq a => Foo [a]
+The (Foo [a]) doesn't mention any of the quantified variables, but it
+still might be partially satisfied by the (Eq a). 
+
+There is a useful special case when it *is* easy to partition the 
+constraints, namely when there are no 'givens'.  Consider
+       forall {a}. () => Bar b
+There are no 'givens', and so there is no reason to capture (Bar b).
+We can let it float out.  But if there is even one constraint we
+must be much more careful:
+       forall {a}. C a b => Bar (m b)
+because (C a b) might have a superclass (D b), from which we might 
+deduce (Bar [b]) when m later gets instantiated to [].  Ha!
+
+Here is an even more exotic example
+       class C a => D a b
+Now consider the constraint
+       forall b. D Int b => C Int
+We can satisfy the (C Int) from the superclass of D, so we don't want
+to float the (C Int) out, even though it mentions no type variable in
+the constraints!
+
+One more example: the constraint
+       class C a => D a b
+       instance (C a, E c) => E (a,c)
+
+       constraint: forall b. D Int b => E (Int,c)
+
+You might think that the (D Int b) can't possibly contribute
+to solving (E (Int,c)), since the latter mentions 'c'.  But 
+in fact it can, because solving the (E (Int,c)) constraint needs 
+dictionaries
+       C Int, E c
+and the (C Int) can be satisfied from the superclass of (D Int b).
+So we must still not float (E (Int,c)) out.
+
+To think about: special cases for unary type classes?
+
+Note [Pruning the givens in an implication constraint]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+Suppose we are about to form the implication constraint
+       forall tvs.  Eq a => Ord b
+The (Eq a) cannot contribute to the (Ord b), because it has no access to
+the type variable 'b'.  So we could filter out the (Eq a) from the givens.
+But BE CAREFUL of the examples above in [Freeness and implications].
+
+Doing so would be a bit tidier, but all the implication constraints get
+simplified away by the optimiser, so it's no great win.   So I don't take
+advantage of that at the moment.
+
+If you do, BE CAREFUL of wobbly type variables.
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+               Avails and AvailHow: the pool of evidence
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+
+\begin{code}
+data Avails = Avails !ImprovementDone !AvailEnv
+
+type ImprovementDone = Bool    -- True <=> some unification has happened
+                               -- so some Irreds might now be reducible
+                               -- keys that are now 
+
+type AvailEnv = FiniteMap Inst AvailHow
+data AvailHow
+  = IsIrred            -- Used for irreducible dictionaries,
+                       -- which are going to be lambda bound
+
+  | Given Inst                 -- Used for dictionaries for which we have a binding
+                       -- e.g. those "given" in a signature
+
+  | Rhs                -- Used when there is a RHS
+       (LHsExpr TcId)  -- The RHS
+       [Inst]          -- Insts free in the RHS; we need these too
+
+instance Outputable Avails where
+  ppr = pprAvails
+
+pprAvails :: Avails -> SDoc
+pprAvails (Avails imp avails)
+  = vcat [ ptext (sLit "Avails") <> (if imp then ptext (sLit "[improved]") else empty)
+        , nest 2 $ braces $ 
+          vcat [ sep [ppr inst, nest 2 (equals <+> ppr avail)]
+               | (inst,avail) <- fmToList avails ]]
+
+instance Outputable AvailHow where
+    ppr = pprAvail
+
+-------------------------
+pprAvail :: AvailHow -> SDoc
+pprAvail IsIrred       = text "Irred"
+pprAvail (Given x)     = text "Given" <+> ppr x
+pprAvail (Rhs rhs bs)   = sep [text "Rhs" <+> ppr bs,
+                              nest 2 (ppr rhs)]
+
+-------------------------
+extendAvailEnv :: AvailEnv -> Inst -> AvailHow -> AvailEnv
+extendAvailEnv env inst avail = addToFM env inst avail
+
+findAvailEnv :: AvailEnv -> Inst -> Maybe AvailHow
+findAvailEnv env wanted = lookupFM env wanted
+       -- NB 1: the Ord instance of Inst compares by the class/type info
+       --  *not* by unique.  So
+       --      d1::C Int ==  d2::C Int
+
+emptyAvails :: Avails
+emptyAvails = Avails False emptyFM
+
+findAvail :: Avails -> Inst -> Maybe AvailHow
+findAvail (Avails _ avails) wanted = findAvailEnv avails wanted
+
+elemAvails :: Inst -> Avails -> Bool
+elemAvails wanted (Avails _ avails) = wanted `elemFM` avails
+
+extendAvails :: Avails -> Inst -> AvailHow -> TcM Avails
+-- Does improvement
+extendAvails avails@(Avails imp env) inst avail
+  = do { imp1 <- tcImproveOne avails inst      -- Do any improvement
+       ; return (Avails (imp || imp1) (extendAvailEnv env inst avail)) }
+
+availsInsts :: Avails -> [Inst]
+availsInsts (Avails _ avails) = keysFM avails
+
+availsImproved :: Avails -> ImprovementDone
+availsImproved (Avails imp _) = imp
+\end{code}
+
+Extracting the bindings from a bunch of Avails.
+The bindings do *not* come back sorted in dependency order.
+We assume that they'll be wrapped in a big Rec, so that the
+dependency analyser can sort them out later
+
+\begin{code}
+type DoneEnv = FiniteMap Inst [Id]
+-- Tracks which things we have evidence for
+
+extractResults :: Avails
+              -> [Inst]                -- Wanted
+              -> TcM (TcDictBinds,     -- Bindings
+                      [Inst],          -- The insts bound by the bindings
+                      [Inst])          -- Irreducible ones
+                       -- Note [Reducing implication constraints]
+
+extractResults (Avails _ avails) wanteds
+  = go emptyBag [] [] emptyFM wanteds
+  where
+    go :: TcDictBinds  -- Bindings for dicts
+       -> [Inst]       -- Bound by the bindings
+       -> [Inst]       -- Irreds
+       -> DoneEnv      -- Has an entry for each inst in the above three sets
+       -> [Inst]       -- Wanted
+       -> TcM (TcDictBinds, [Inst], [Inst])
+    go binds bound_dicts irreds _ [] 
+      = return (binds, bound_dicts, irreds)
+
+    go binds bound_dicts irreds done (w:ws)
+      | isEqInst w
+      = go binds bound_dicts (w:irreds) done' ws
+
+      | Just done_ids@(done_id : rest_done_ids) <- lookupFM done w
+      = if w_id `elem` done_ids then
+          go binds bound_dicts irreds done ws
+       else
+          go (add_bind (nlHsVar done_id)) bound_dicts irreds
+             (addToFM done w (done_id : w_id : rest_done_ids)) ws
+
+      | otherwise      -- Not yet done
+      = case findAvailEnv avails w of
+         Nothing -> pprTrace "Urk: extractResults" (ppr w) $
+                    go binds bound_dicts irreds done ws
+
+         Just IsIrred -> go binds bound_dicts (w:irreds) done' ws
+
+         Just (Rhs rhs ws') -> go (add_bind rhs) (w:bound_dicts) irreds done' (ws' ++ ws)
+
+         Just (Given g) -> go binds' bound_dicts irreds (addToFM done w [g_id]) ws 
+               where
+                 g_id = instToId g
+                 binds' | w_id == g_id = binds
+                        | otherwise    = add_bind (nlHsVar g_id)
+      where
+       w_id  = instToId w      
+       done' = addToFM done w [w_id]
+       add_bind rhs = addInstToDictBind binds w rhs
+\end{code}
+
+
+Note [No superclasses for Stop]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+When we decide not to reduce an Inst -- the 'WhatToDo' --- we still
+add it to avails, so that any other equal Insts will be commoned up
+right here.  However, we do *not* add superclasses.  If we have
+       df::Floating a
+       dn::Num a
+but a is not bound here, then we *don't* want to derive dn from df
+here lest we lose sharing.
+
+\begin{code}
+addWanted :: WantSCs -> Avails -> Inst -> LHsExpr TcId -> [Inst] -> TcM Avails
+addWanted want_scs avails wanted rhs_expr wanteds
+  = addAvailAndSCs want_scs avails wanted avail
+  where
+    avail = Rhs rhs_expr wanteds
+
+addGiven :: (Inst -> WantSCs) -> Avails -> Inst -> TcM Avails
+addGiven want_scs avails given = addAvailAndSCs (want_scs given) avails given (Given given)
+       -- Conditionally add superclasses for 'givens'
+       -- See Note [Recursive instances and superclases]
+       --
+       -- No ASSERT( not (given `elemAvails` avails) ) because in an instance
+       -- decl for Ord t we can add both Ord t and Eq t as 'givens', 
+       -- so the assert isn't true
+\end{code}
+
+\begin{code}
+addIrred :: WantSCs -> Avails -> Inst -> TcM Avails
+addIrred want_scs avails irred = ASSERT2( not (irred `elemAvails` avails), ppr irred $$ ppr avails )
+                                addAvailAndSCs want_scs avails irred IsIrred
+
+addAvailAndSCs :: WantSCs -> Avails -> Inst -> AvailHow -> TcM Avails
+addAvailAndSCs want_scs avails inst avail
+  | not (isClassDict inst) = extendAvails avails inst avail
+  | NoSCs <- want_scs     = extendAvails avails inst avail
+  | otherwise             = do { traceTc (text "addAvailAndSCs" <+> vcat [ppr inst, ppr deps])
+                               ; avails' <- extendAvails avails inst avail
+                               ; addSCs is_loop avails' inst }
+  where
+    is_loop pred = any (`tcEqType` mkPredTy pred) dep_tys
+                       -- Note: this compares by *type*, not by Unique
+    deps         = findAllDeps (unitVarSet (instToVar inst)) avail
+    dep_tys     = map idType (varSetElems deps)
+
+    findAllDeps :: IdSet -> AvailHow -> IdSet
+    -- Find all the Insts that this one depends on
+    -- See Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
+    -- Watch out, though.  Since the avails may contain loops 
+    -- (see Note [RECURSIVE DICTIONARIES]), so we need to track the ones we've seen so far
+    findAllDeps so_far (Rhs _ kids) = foldl find_all so_far kids
+    findAllDeps so_far _            = so_far
+
+    find_all :: IdSet -> Inst -> IdSet
+    find_all so_far kid
+      | isEqInst kid                       = so_far
+      | kid_id `elemVarSet` so_far        = so_far
+      | Just avail <- findAvail avails kid = findAllDeps so_far' avail
+      | otherwise                         = so_far'
+      where
+       so_far' = extendVarSet so_far kid_id    -- Add the new kid to so_far
+       kid_id = instToId kid
+
+addSCs :: (TcPredType -> Bool) -> Avails -> Inst -> TcM Avails
+       -- Add all the superclasses of the Inst to Avails
+       -- The first param says "don't do this because the original thing
+       --      depends on this one, so you'd build a loop"
+       -- Invariant: the Inst is already in Avails.
+
+addSCs is_loop avails dict
+  = ASSERT( isDict dict )
+    do { sc_dicts <- 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' = filter (not . isEqPred) $
+                  substTheta (zipTopTvSubst tyvars tys) sc_theta
+
+    add_sc avails (sc_dict, sc_sel)
+      | is_loop (dictPred sc_dict) = return avails     -- See Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
+      | is_given sc_dict          = return avails
+      | otherwise                 = do { avails' <- extendAvails avails sc_dict (Rhs sc_sel_rhs [dict])
+                                       ; addSCs is_loop avails' sc_dict }
+      where
+       sc_sel_rhs = L (instSpan dict) (HsWrap co_fn (HsVar sc_sel))
+       co_fn      = WpApp (instToVar dict) <.> mkWpTyApps tys
+
+    is_given :: Inst -> Bool
+    is_given sc_dict = case findAvail avails sc_dict of
+                         Just (Given _) -> True        -- Given is cheaper than superclass selection
+                         _              -> False
+
+-- From the a set of insts obtain all equalities that (transitively) occur in
+-- superclass contexts of class constraints (aka the ancestor equalities). 
+--
+ancestorEqualities :: [Inst] -> TcM [Inst]
+ancestorEqualities
+  =   mapM mkWantedEqInst               -- turn only equality predicates..
+    . filter isEqPred                   -- ..into wanted equality insts
+    . bagToList 
+    . addAEsToBag emptyBag              -- collect the superclass constraints..
+    . map dictPred                      -- ..of all predicates in a bag
+    . filter isClassDict
+  where
+    addAEsToBag :: Bag PredType -> [PredType] -> Bag PredType
+    addAEsToBag bag []           = bag
+    addAEsToBag bag (pred:preds)
+      | pred `elemBag` bag = addAEsToBag bag         preds
+      | isEqPred pred      = addAEsToBag bagWithPred preds
+      | isClassPred pred   = addAEsToBag bagWithPred predsWithSCs
+      | otherwise          = addAEsToBag bag         preds
+      where
+        bagWithPred  = bag `snocBag` pred
+        predsWithSCs = preds ++ substTheta (zipTopTvSubst tyvars tys) sc_theta
+        --
+        (tyvars, sc_theta, _, _) = classBigSig clas
+        (clas, tys)             = getClassPredTys pred 
+\end{code}
+
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
@@ -2005,103 +2715,48 @@ 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 :: SDoc -> Bool -> [Inst] -> TcM (Bag (LHsBind TcId))
+tc_simplify_top doc interactive wanteds
+  = do { dflags <- getDOpts
+       ; wanteds <- zonkInsts wanteds
+       ; mapM_ zonkTopTyVar (varSetElems (tyVarsOfInsts wanteds))
+
+       ; traceTc (text "tc_simplify_top 0: " <+> ppr wanteds)
+       ; (irreds1, binds1) <- tryHardCheckLoop doc1 wanteds
+--     ; (irreds1, binds1) <- gentleInferLoop doc1 wanteds
+       ; traceTc (text "tc_simplify_top 1: " <+> ppr irreds1)
+       ; (irreds2, binds2) <- approximateImplications doc2 (\_ -> True) irreds1
+       ; traceTc (text "tc_simplify_top 2: " <+> ppr irreds2)
+
+               -- Use the defaulting rules to do extra unification
+               -- NB: irreds2 are already zonked
+       ; (irreds3, binds3) <- disambiguate doc3 interactive dflags irreds2
+
+               -- Deal with implicit parameters
+       ; let (bad_ips, non_ips) = partition isIPDict irreds3
+             (ambigs, others)   = partition isTyVarDict non_ips
+
+       ; topIPErrs bad_ips     -- Can arise from   f :: Int -> Int
+                               --                  f x = x + ?y
+       ; addNoInstanceErrs others
+       ; addTopAmbigErrs ambigs        
+
+       ; return (binds1 `unionBags` binds2 `unionBags` binds3) }
+  where
+    doc1 = doc <+> ptext (sLit "(first round)")
+    doc2 = doc <+> ptext (sLit "(approximate)")
+    doc3 = doc <+> ptext (sLit "(disambiguate)")
 \end{code}
 
 If a dictionary constrains a type variable which is
@@ -2137,88 +2792,145 @@ 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
+disambiguate :: SDoc -> Bool -> DynFlags -> [Inst] -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
+       -- Just does unification to fix the default types
+       -- The Insts are assumed to be pre-zonked
+disambiguate doc interactive dflags insts
+  | null insts
+  = return (insts, emptyBag)
 
-disambigGroup dicts
-  =    -- THE DICTS OBEY THE DEFAULTABLE CONSTRAINT
-       -- SO, TRY DEFAULT TYPES IN ORDER
-
-       -- 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
-  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] } }
-\end{code}
+  | null defaultable_groups
+  = do { traceTc (text "disambigutate, no defaultable groups" <+> vcat [ppr unaries, ppr insts, ppr bad_tvs, ppr defaultable_groups])
+       ; return (insts, emptyBag) }
 
-[Aside - why the defaulting mechanism is turned off when
- dealing with arguments and results to ccalls.
+  | otherwise
+  = do         {       -- Figure out what default types to use
+         default_tys <- getDefaultTys extended_defaulting ovl_strings
 
-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.
+       ; traceTc (text "disambiguate1" <+> vcat [ppr insts, ppr unaries, ppr bad_tvs, ppr defaultable_groups])
+       ; mapM_ (disambigGroup default_tys) defaultable_groups
 
-The interaction between the defaulting mechanism for numeric
-values and CC & CR can be a bit puzzling to the user at times.
-For example,
+       -- disambigGroup does unification, hence try again
+       ; tryHardCheckLoop doc insts }
 
-    x <- _ccall_ f
-    if (x /= 0) then
-       _ccall_ g x
-     else
-       return ()
+  where
+   extended_defaulting = interactive || dopt Opt_ExtendedDefaultRules dflags
+   ovl_strings = dopt Opt_OverloadedStrings dflags
+
+   unaries :: [(Inst, Class, TcTyVar)]  -- (C tv) constraints
+   bad_tvs :: TcTyVarSet  -- Tyvars mentioned by *other* constraints
+   (unaries, bad_tvs_s) = partitionWith find_unary insts 
+   bad_tvs             = unionVarSets bad_tvs_s
 
-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.
+       -- Finds unary type-class constraints
+   find_unary d@(Dict {tci_pred = ClassP cls [ty]})
+       | Just tv <- tcGetTyVar_maybe ty = Left (d,cls,tv)
+   find_unary inst                      = Right (tyVarsOfInst inst)
 
-End of aside]
+               -- Group by type variable
+   defaultable_groups :: [[(Inst,Class,TcTyVar)]]
+   defaultable_groups = filter defaultable_group (equivClasses cmp_tv unaries)
+   cmp_tv (_,_,tv1) (_,_,tv2) = tv1 `compare` tv2
+
+   defaultable_group :: [(Inst,Class,TcTyVar)] -> Bool
+   defaultable_group ds@((_,_,tv):_)
+       =  isTyConableTyVar tv  -- Note [Avoiding spurious errors]
+       && not (tv `elemVarSet` bad_tvs)
+       && defaultable_classes [c | (_,c,_) <- ds]
+   defaultable_group [] = panic "defaultable_group"
+
+   defaultable_classes clss 
+       | extended_defaulting = any isInteractiveClass clss
+       | otherwise           = all is_std_class clss && (any is_num_class clss)
+
+       -- In interactive mode, or with -XExtendedDefaultRules,
+       -- we default Show a to Show () to avoid graututious errors on "show []"
+   isInteractiveClass cls 
+       = is_num_class cls || (classKey cls `elem` [showClassKey, eqClassKey, ordClassKey])
+
+   is_num_class cls = isNumericClass cls || (ovl_strings && (cls `hasKey` isStringClassKey))
+       -- is_num_class adds IsString to the standard numeric classes, 
+       -- when -foverloaded-strings is enabled
+
+   is_std_class cls = isStandardClass cls || (ovl_strings && (cls `hasKey` isStringClassKey))
+       -- Similarly is_std_class
+
+-----------------------
+disambigGroup :: [Type]                        -- The default types
+             -> [(Inst,Class,TcTyVar)] -- All standard classes of form (C a)
+             -> TcM () -- Just does unification, to fix the default types
+
+disambigGroup default_tys dicts
+  = try_default default_tys
+  where
+    (_,_,tyvar) = ASSERT(not (null dicts)) 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) 
+          ; return () -- TOMDO: do something with the coercion
+          }
+
+
+-----------------------
+getDefaultTys :: Bool -> Bool -> TcM [Type]
+getDefaultTys extended_deflts ovl_strings
+  = do { mb_defaults <- getDeclaredDefaultTys
+       ; case mb_defaults of {
+          Just tys -> return tys ;     -- User-supplied defaults
+          Nothing  -> do
+
+       -- No use-supplied default
+       -- Use [Integer, Double], plus modifications
+       { integer_ty <- tcMetaTy integerTyConName
+       ; checkWiredInTyCon doubleTyCon
+       ; string_ty <- tcMetaTy stringTyConName
+       ; return (opt_deflt extended_deflts unitTy
+                       -- Note [Default unitTy]
+                       ++
+                 [integer_ty,doubleTy]
+                       ++
+                 opt_deflt ovl_strings string_ty) } } }
+  where
+    opt_deflt True  ty = [ty]
+    opt_deflt False _  = []
+\end{code}
+
+Note [Default unitTy]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+In interative mode (or with -XExtendedDefaultRules) we add () as the first type we
+try when defaulting.  This has very little real impact, except in the following case.
+Consider: 
+       Text.Printf.printf "hello"
+This has type (forall a. IO a); it prints "hello", and returns 'undefined'.  We don't
+want the GHCi repl loop to try to print that 'undefined'.  The neatest thing is to
+default the 'a' to (), rather than to Integer (which is what would otherwise happen;
+and then GHCi doesn't attempt to print the ().  So in interactive mode, we add
+() to the list of defaulting types.  See Trac #1200.
+
+Note [Avoiding spurious errors]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+When doing the unification for defaulting, we check for skolem
+type variables, and simply don't default them.  For example:
+   f = (*)     -- Monomorphic
+   g :: Num a => a -> a
+   g x = f x x
+Here, we get a complaint when checking the type signature for g,
+that g isn't polymorphic enough; but then we get another one when
+dealing with the (Num a) context arising from f's definition;
+we try to unify a with Int (to default it), but find that it's
+already been unified with the rigid variable from g's type sig
 
 
 %************************************************************************
@@ -2238,62 +2950,39 @@ a,b,c are type variables.  This is required for the context of
 instance declarations.
 
 \begin{code}
-tcSimplifyDeriv :: TyCon
+tcSimplifyDeriv :: InstOrigin
                -> [TyVar]      
                -> ThetaType            -- Wanted
                -> TcM ThetaType        -- Needed
+-- Given  instance (wanted) => C inst_ty 
+-- Simplify 'wanted' as much as possible
 
-tcSimplifyDeriv tc tyvars theta
-  = tcInstTyVars tyvars                        `thenM` \ (tvs, _, tenv) ->
+tcSimplifyDeriv orig tyvars theta
+  = do { (tvs, _, tenv) <- tcInstTyVars tyvars
        -- The main loop may do unification, and that may crash if 
        -- it doesn't see a TcTyVar, so we have to instantiate. Sigh
        -- ToDo: what if two of them do get unified?
-    newDicts DerivOrigin (substTheta tenv theta)       `thenM` \ wanteds ->
-    simpleReduceLoop doc reduceMe wanteds              `thenM` \ (frees, _, irreds) ->
-    ASSERT( null frees )                       -- reduceMe never returns Free
-
-    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))
-  
-       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_`
-    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)
+       ; wanteds <- newDictBndrsO orig (substTheta tenv theta)
+       ; (irreds, _) <- tryHardCheckLoop doc wanteds
+
+       ; let (tv_dicts, others) = partition ok irreds
+       ; addNoInstanceErrs others
+       -- See Note [Exotic derived instance contexts] in TcMType
+
+       ; let rev_env = zipTopTvSubst tvs (mkTyVarTys tyvars)
+             simpl_theta = substTheta rev_env (map dictPred tv_dicts)
+               -- This reverse-mapping is a pain, but the result
+               -- should mention the original TyVars not TcTyVars
+
+       ; return simpl_theta }
   where
-    doc    = ptext SLIT("deriving classes for a data type")
+    doc = ptext (sLit "deriving classes for a data type")
+
+    ok dict | isDict dict = validDerivPred (dictPred dict)
+           | otherwise   = False
 \end{code}
 
+
 @tcSimplifyDefault@ just checks class-type constraints, essentially;
 used with \tr{default} declarations.  We are only interested in
 whether it worked or not.
@@ -2302,17 +2991,16 @@ whether it worked or not.
 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_`
+tcSimplifyDefault theta = do
+    wanteds <- newDictBndrsO DefaultOrigin theta
+    (irreds, _) <- tryHardCheckLoop doc wanteds
+    addNoInstanceErrs  irreds
     if null irreds then
-       returnM ()
-    else
-       failM
+       return ()
+     else
+       traceTc (ptext (sLit "tcSimplifyDefault failing")) >> failM
   where
-    doc = ptext SLIT("default declaration")
+    doc = ptext (sLit "default declaration")
 \end{code}
 
 
@@ -2333,12 +3021,11 @@ groupErrs :: ([Inst] -> TcM ()) -- Deal with one group
 -- Group together insts with the same origin
 -- We want to report them together in error messages
 
-groupErrs report_err [] 
-  = returnM ()
-groupErrs report_err (inst:insts) 
-  = do_one (inst:friends)              `thenM_`
-    groupErrs report_err others
-
+groupErrs _ [] 
+  = return ()
+groupErrs report_err (inst:insts)
+  = do { do_one (inst:friends)
+       ; groupErrs report_err others }
   where
        -- (It may seem a bit crude to compare the error messages,
        --  but it makes sure that we combine just what the user sees,
@@ -2351,121 +3038,152 @@ 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 [] 
+addTopIPErrs _ [] 
   = return ()
 addTopIPErrs bndrs ips
-  = addErrTcM (tidy_env, mk_msg tidy_ips)
+  = do { dflags <- getDOpts
+       ; addErrTcM (tidy_env, mk_msg dflags tidy_ips) }
   where
     (tidy_env, tidy_ips) = tidyInsts ips
-    mk_msg ips = vcat [sep [ptext SLIT("Implicit parameters escape from"),
-                           nest 2 (ptext SLIT("the monomorphic top-level binding(s) of")
+    mk_msg dflags ips 
+       = vcat [sep [ptext (sLit "Implicit parameters escape from"),
+               nest 2 (ptext (sLit "the monomorphic top-level binding") 
+                                           <> plural bndrs <+> ptext (sLit "of")
                                            <+> pprBinders bndrs <> colon)],
-                      nest 2 (vcat (map ppr_ip ips)),
-                      monomorphism_fix]
-    ppr_ip ip = pprPred (dictPred ip) <+> pprInstLoc (instLoc ip)
+               nest 2 (vcat (map ppr_ip ips)),
+               monomorphism_fix dflags]
+    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
     report dicts = addErrTcM (tidy_env, mk_msg dicts)
-    mk_msg dicts = addInstLoc dicts (ptext SLIT("Unbound implicit parameter") <> 
+    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
-               -- 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)
-#endif
-               ([], _)  -> (overlap_doc, dict : no_inst_dicts)         -- No match
-               res      -> (mk_overlap_msg dict res $$ overlap_doc, no_inst_dicts)
-         where
-           (clas,tys) = getDictClassTys dict
-    in
-       
-       -- Now generate a good message for the no-instance bunch
-    mk_probable_fix tidy_env2 no_inst_dicts    `thenM` \ (tidy_env3, probable_fix) ->
-    let
-       no_inst_doc | null no_inst_dicts = empty
-                   | otherwise = vcat [addInstLoc no_inst_dicts heading, probable_fix]
-       heading | null givens = ptext SLIT("No instance") <> plural no_inst_dicts <+> 
-                               ptext SLIT("for") <+> pprDictsTheta no_inst_dicts
-               | otherwise   = sep [ptext SLIT("Could not deduce") <+> pprDictsTheta no_inst_dicts,
-                                    nest 2 $ ptext SLIT("from the context") <+> pprDictsTheta tidy_givens]
-    in
-       -- And emit both the non-instance and overlap messages
-    addErrTcM (tidy_env3, no_inst_doc $$ overlap_doc)
+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 :: TidyEnv -> Maybe (InstLoc, [Inst]) -> [Inst] -> TcM ()
+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
+             (eqInsts, insts3)  = partition isEqInst insts2
+       ; traceTc (text "reportNoInstances" <+> vcat 
+                       [ppr insts, ppr implics, ppr insts1, ppr insts2])
+       ; mapM_ complain_implic implics
+       ; mapM_ (\doc -> addErrTcM (tidy_env, doc)) overlaps
+       ; groupErrs complain_no_inst insts3 
+       ; mapM_ (addErrTcM . mk_eq_err) eqInsts
+       }
   where
+    complain_no_inst insts = addErrTcM (tidy_env, mk_no_inst_err insts)
+
+    complain_implic inst       -- Recurse!
+      = reportNoInstances tidy_env 
+                         (Just (tci_loc inst, tci_given inst)) 
+                         (tci_wanted inst)
+
+    check_overlap :: (InstEnv,InstEnv) -> Inst -> Either Inst SDoc
+       -- Right msg  => overlap message
+       -- Left  inst => no instance
+    check_overlap inst_envs wanted
+       | not (isClassDict wanted) = Left wanted
+       | otherwise
+       = case lookupInstEnv inst_envs clas tys of
+               ([], _) -> Left wanted          -- No match
+               -- The case of exactly one match and no unifiers means a
+               -- successful lookup.  That can't happen here, because dicts
+               -- only end up here if they didn't match in Inst.lookupInst
+               ([_],[])
+                | debugIsOn -> pprPanic "reportNoInstance" (ppr wanted)
+               res -> Right (mk_overlap_msg wanted res)
+         where
+           (clas,tys) = getDictClassTys wanted
+
     mk_overlap_msg dict (matches, unifiers)
-      = vcat [ addInstLoc [dict] ((ptext SLIT("Overlapping instances for") 
+      = ASSERT( not (null matches) )
+        vcat [ addInstLoc [dict] ((ptext (sLit "Overlapping instances for") 
                                        <+> pprPred (dictPred dict))),
-               sep [ptext SLIT("Matching instances") <> colon,
+               sep [ptext (sLit "Matching instances") <> colon,
                     nest 2 (vcat [pprInstances ispecs, pprInstances unifiers])],
-               ASSERT( not (null matches) )
                if not (isSingleton matches)
                then    -- Two or more matches
                     empty
                else    -- One match, plus some unifiers
                ASSERT( not (null unifiers) )
-               parens (vcat [ptext SLIT("The choice depends on the instantiation of") <+>
+               parens (vcat [ptext (sLit "The choice depends on the instantiation of") <+>
                                 quotes (pprWithCommas ppr (varSetElems (tyVarsOfInst dict))),
-                             ptext SLIT("Use -fallow-incoherent-instances to use the first choice above")])]
+                             ptext (sLit "To pick the first instance above, use -XIncoherentInstances"),
+                             ptext (sLit "when compiling the other instance declarations")])]
       where
-       ispecs = [ispec | (_, ispec) <- matches]
+       ispecs = [ispec | (ispec, _) <- matches]
+
+    mk_eq_err :: Inst -> (TidyEnv, SDoc)
+    mk_eq_err inst = misMatchMsg tidy_env (eqInstTys inst)
+
+    mk_no_inst_err insts
+      | null insts = empty
+
+      | Just (loc, givens) <- mb_what,   -- Nested (type signatures, instance decls)
+       not (isEmptyVarSet (tyVarsOfInsts insts))
+      = vcat [ addInstLoc insts $
+              sep [ ptext (sLit "Could not deduce") <+> pprDictsTheta insts
+                  , nest 2 $ ptext (sLit "from the context") <+> pprDictsTheta givens]
+            , show_fixes (fix1 loc : fixes2) ]
+
+      | otherwise      -- Top level 
+      = vcat [ addInstLoc insts $
+              ptext (sLit "No instance") <> plural insts
+                   <+> ptext (sLit "for") <+> pprDictsTheta insts
+            , show_fixes fixes2 ]
 
-    mk_probable_fix tidy_env dicts     
-      = returnM (tidy_env, sep [ptext SLIT("Possible fix:"), nest 2 (vcat fixes)])
       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 :: [Inst] -> TcRn ()
 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
 
@@ -2474,17 +3192,18 @@ addTopAmbigErrs dicts
     cmp (_,tvs1) (_,tvs2) = tvs1 `compare` tvs2
     
     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)) $
+    report pairs@((inst,tvs) : _) = do -- The pairs share a common set of ambiguous tyvars
+         (tidy_env, mono_msg) <- mkMonomorphismMsg tidy_env tvs
+         setSrcSpan (instSpan inst) $
                -- the location of the first one will do for the err message
-         addErrTcM (tidy_env, msg $$ mono_msg)
+          addErrTcM (tidy_env, msg $$ mono_msg)
        where
          dicts = map fst pairs
          msg = sep [text "Ambiguous type variable" <> plural tvs <+> 
                          pprQuotedList tvs <+> in_msg,
                     nest 2 (pprDictsInFull dicts)]
          in_msg = text "in the constraint" <> plural dicts <> colon
+    report [] = panic "addTopAmbigErrs"
 
 
 mkMonomorphismMsg :: TidyEnv -> [TcTyVar] -> TcM (TidyEnv, Message)
@@ -2493,42 +3212,51 @@ mkMonomorphismMsg :: TidyEnv -> [TcTyVar] -> TcM (TidyEnv, Message)
 -- Try to identify the offending variable
 -- ASSUMPTION: the Insts are fully zonked
 mkMonomorphismMsg tidy_env inst_tvs
-  = findGlobals (mkVarSet inst_tvs) tidy_env   `thenM` \ (tidy_env, docs) ->
-    returnM (tidy_env, mk_msg docs)
+  = do { dflags <- getDOpts
+       ; (tidy_env, docs) <- findGlobals (mkVarSet inst_tvs) tidy_env
+       ; return (tidy_env, mk_msg dflags docs) }
   where
-    mk_msg []   = ptext SLIT("Probable fix: add a type signature that fixes these type variable(s)")
+    mk_msg _ _ | any isRuntimeUnk inst_tvs
+        =  vcat [ptext (sLit "Cannot resolve unknown runtime types:") <+>
+                   (pprWithCommas ppr inst_tvs),
+                ptext (sLit "Use :print or :force to determine these types")]
+    mk_msg _ []   = ptext (sLit "Probable fix: add a type signature that fixes these type variable(s)")
                        -- This happens in things like
                        --      f x = show (read "foo")
-                       -- whre 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
-                      ]
-monomorphism_fix :: SDoc
-monomorphism_fix = ptext SLIT("Probable fix:") <+> 
-                  (ptext SLIT("give these definition(s) an explicit type signature")
-                   $$ ptext SLIT("or use -fno-monomorphism-restriction"))
+                       -- where monomorphism doesn't play any role
+    mk_msg dflags docs 
+       = vcat [ptext (sLit "Possible cause: the monomorphism restriction applied to the following:"),
+               nest 2 (vcat docs),
+               monomorphism_fix dflags]
+
+monomorphism_fix :: DynFlags -> SDoc
+monomorphism_fix dflags
+  = ptext (sLit "Probable fix:") <+> vcat
+       [ptext (sLit "give these definition(s) an explicit type signature"),
+        if dopt Opt_MonomorphismRestriction dflags
+           then ptext (sLit "or use -XNoMonomorphismRestriction")
+           else empty] -- Only suggest adding "-XNoMonomorphismRestriction"
+                       -- if it is not already set!
     
-warnDefault dicts default_ty
-  = doptM Opt_WarnTypeDefaults  `thenM` \ warn_flag ->
-    addInstCtxt (instLoc (head dicts)) (warnTc warn_flag warn_msg)
+warnDefault :: [(Inst, Class, Var)] -> Type -> TcM ()
+warnDefault ups default_ty = do
+    warn_flag <- doptM Opt_WarnTypeDefaults
+    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") <+>
+    warn_msg  = vcat [ptext (sLit "Defaulting the following constraint(s) to type") <+>
                                quotes (ppr default_ty),
                      pprDictsInFull tidy_dicts]
 
--- Used for the ...Thetas variants; all top level
-badDerivedPred pred
-  = vcat [ptext SLIT("Can't derive instances where the instance context mentions"),
-         ptext SLIT("type variables that are not data type parameters"),
-         nest 2 (ptext SLIT("Offending constraint:") <+> ppr pred)]
-
+reduceDepthErr :: Int -> [Inst] -> SDoc
 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"),
+  = vcat [ptext (sLit "Context reduction stack overflow; size =") <+> int n,
+         ptext (sLit "Use -fcontext-stack=N to increase stack size to N"),
          nest 4 (pprStack stack)]
 
+pprStack :: [Inst] -> SDoc
 pprStack stack = vcat (map pprInstInFull stack)
 \end{code}