Merge remote branch 'origin/master'
[ghc-hetmet.git] / compiler / typecheck / TcSimplify.lhs
index af99bc2..bed0932 100644 (file)
-%
-% (c) The University of Glasgow 2006
-% (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
-%
-
-TcSimplify
-
 \begin{code}
 \begin{code}
-module TcSimplify (
-       tcSimplifyInfer, tcSimplifyInferCheck,
-       tcSimplifyCheck, tcSimplifyRestricted,
-       tcSimplifyRuleLhs, tcSimplifyIPs, 
-       tcSimplifySuperClasses,
-       tcSimplifyTop, tcSimplifyInteractive,
-       tcSimplifyBracket, tcSimplifyCheckPat,
-
-       tcSimplifyDeriv, tcSimplifyDefault,
-       bindInstsOfLocalFuns, 
-       
-        misMatchMsg
-    ) where
+module TcSimplify( 
+       simplifyInfer,
+       simplifyDefault, simplifyDeriv, 
+       simplifyRule, simplifyTop, simplifyInteractive
+  ) where
 
 #include "HsVersions.h"
 
 
 #include "HsVersions.h"
 
-import {-# SOURCE #-} TcUnify( unifyType )
-import HsSyn
-
+import HsSyn          
 import TcRnMonad
 import TcRnMonad
-import TcHsSyn ( hsLPatType )
-import Inst
-import TcEnv
-import InstEnv
-import TcType
+import TcErrors
 import TcMType
 import TcMType
-import TcIface
-import TcTyFuns
-import DsUtils -- Big-tuple functions
+import TcType 
+import TcSMonad 
+import TcInteract
+import Inst
+import Id      ( evVarPred )
+import Unify   ( niFixTvSubst, niSubstTvSet )
 import Var
 import Var
-import Id
-import Name
-import NameSet
-import Class
-import FunDeps
-import PrelInfo
-import PrelNames
-import TysWiredIn
-import ErrUtils
-import BasicTypes
 import VarSet
 import VarSet
-import VarEnv
-import FiniteMap
+import VarEnv 
+import Coercion
+import TypeRep
+
+import Name
+import NameEnv ( emptyNameEnv )
 import Bag
 import Bag
-import Outputable
 import ListSetOps
 import Util
 import ListSetOps
 import Util
-import SrcLoc
-import DynFlags
+import PrelInfo
+import PrelNames
+import Class           ( classKey )
+import BasicTypes       ( RuleName, TopLevelFlag, isTopLevel )
+import Control.Monad    ( when )
+import Outputable
 import FastString
 import FastString
-
-import Control.Monad
-import Data.List
 \end{code}
 
 
 \end{code}
 
 
-%************************************************************************
-%*                                                                     *
-\subsection{NOTES}
-%*                                                                     *
-%************************************************************************
-
-       --------------------------------------
-       Notes on functional dependencies (a bug)
-       --------------------------------------
-
-Consider this:
-
-       class C a b | a -> b
-       class D a b | a -> b
-
-       instance D a b => C a b -- Undecidable 
-                               -- (Not sure if it's crucial to this eg)
-       f :: C a b => a -> Bool
-       f _ = True
-       
-       g :: C a b => a -> Bool
-       g = f
-
-Here f typechecks, but g does not!!  Reason: before doing improvement,
-we reduce the (C a b1) constraint from the call of f to (D a b1).
-
-Here is a more complicated example:
-
-@
-  > class Foo a b | a->b
-  >
-  > class Bar a b | a->b
-  >
-  > data Obj = Obj
-  >
-  > instance Bar Obj Obj
-  >
-  > instance (Bar a b) => Foo a b
-  >
-  > foo:: (Foo a b) => a -> String
-  > foo _ = "works"
-  >
-  > runFoo:: (forall a b. (Foo a b) => a -> w) -> w
-  > runFoo f = f Obj
-
-  *Test> runFoo foo
-
-  <interactive>:1:
-      Could not deduce (Bar a b) from the context (Foo a b)
-        arising from use of `foo' at <interactive>:1
-      Probable fix:
-          Add (Bar a b) to the expected type of an expression
-      In the first argument of `runFoo', namely `foo'
-      In the definition of `it': it = runFoo foo
-
-  Why all of the sudden does GHC need the constraint Bar a b? The
-  function foo didn't ask for that...
-@
-
-The trouble is that to type (runFoo foo), GHC has to solve the problem:
-
-       Given constraint        Foo a b
-       Solve constraint        Foo a b'
-
-Notice that b and b' aren't the same.  To solve this, just do
-improvement and then they are the same.  But GHC currently does
-       simplify constraints
-       apply improvement
-       and loop
-
-That is usually fine, but it isn't here, because it sees that Foo a b is
-not the same as Foo a b', and so instead applies the instance decl for
-instance Bar a b => Foo a b.  And that's where the Bar constraint comes
-from.
-
-The Right Thing is to improve whenever the constraint set changes at
-all.  Not hard in principle, but it'll take a bit of fiddling to do.  
-
-Note [Choosing which variables to quantify]
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
-Suppose we are about to do a generalisation step.  We have in our hand
-
-       G       the environment
-       T       the type of the RHS
-       C       the constraints from that RHS
-
-The game is to figure out
-
-       Q       the set of type variables over which to quantify
-       Ct      the constraints we will *not* quantify over
-       Cq      the constraints we will quantify over
-
-So we're going to infer the type
-
-       forall Q. Cq => T
-
-and float the constraints Ct further outwards.
-
-Here are the things that *must* be true:
-
- (A)   Q intersect fv(G) = EMPTY                       limits how big Q can be
- (B)   Q superset fv(Cq union T) \ oclose(fv(G),C)     limits how small Q can be
-
- (A) says we can't quantify over a variable that's free in the environment. 
- (B) says we must quantify over all the truly free variables in T, else 
-     we won't get a sufficiently general type.  
-
-We do not *need* to quantify over any variable that is fixed by the
-free vars of the environment G.
-
-       BETWEEN THESE TWO BOUNDS, ANY Q WILL DO!
-
-Example:       class H x y | x->y where ...
-
-       fv(G) = {a}     C = {H a b, H c d}
-                       T = c -> b
-
-       (A)  Q intersect {a} is empty
-       (B)  Q superset {a,b,c,d} \ oclose({a}, C) = {a,b,c,d} \ {a,b} = {c,d}
-
-       So Q can be {c,d}, {b,c,d}
-
-In particular, it's perfectly OK to quantify over more type variables
-than strictly necessary; there is no need to quantify over 'b', since
-it is determined by 'a' which is free in the envt, but it's perfectly
-OK to do so.  However we must not quantify over 'a' itself.
-
-Other things being equal, however, we'd like to quantify over as few
-variables as possible: smaller types, fewer type applications, more
-constraints can get into Ct instead of Cq.  Here's a good way to
-choose Q:
-
-       Q = grow( fv(T), C ) \ oclose( fv(G), C )
-
-That is, quantify over all variable that that MIGHT be fixed by the
-call site (which influences T), but which aren't DEFINITELY fixed by
-G.  This choice definitely quantifies over enough type variables,
-albeit perhaps too many.
-
-Why grow( fv(T), C ) rather than fv(T)?  Consider
-
-       class H x y | x->y where ...
-
-       T = c->c
-       C = (H c d)
-
-  If we used fv(T) = {c} we'd get the type
-
-       forall c. H c d => c -> b
-
-  And then if the fn was called at several different c's, each of
-  which fixed d differently, we'd get a unification error, because
-  d isn't quantified.  Solution: quantify d.  So we must quantify
-  everything that might be influenced by c.
-
-Why not oclose( fv(T), C )?  Because we might not be able to see
-all the functional dependencies yet:
-
-       class H x y | x->y where ...
-       instance H x y => Eq (T x y) where ...
-
-       T = c->c
-       C = (Eq (T c d))
-
-Now oclose(fv(T),C) = {c}, because the functional dependency isn't
-apparent yet, and that's wrong.  We must really quantify over d too.
-
-There really isn't any point in quantifying over any more than
-grow( fv(T), C ), because the call sites can't possibly influence
-any other type variables.
-
-
-
--------------------------------------
-       Note [Ambiguity]
--------------------------------------
-
-It's very hard to be certain when a type is ambiguous.  Consider
-
-       class K x
-       class H x y | x -> y
-       instance H x y => K (x,y)
-
-Is this type ambiguous?
-       forall a b. (K (a,b), Eq b) => a -> a
-
-Looks like it!  But if we simplify (K (a,b)) we get (H a b) and
-now we see that a fixes b.  So we can't tell about ambiguity for sure
-without doing a full simplification.  And even that isn't possible if
-the context has some free vars that may get unified.  Urgle!
-
-Here's another example: is this ambiguous?
-       forall a b. Eq (T b) => a -> a
-Not if there's an insance decl (with no context)
-       instance Eq (T b) where ...
-
-You may say of this example that we should use the instance decl right
-away, but you can't always do that:
-
-       class J a b where ...
-       instance J Int b where ...
-
-       f :: forall a b. J a b => a -> a
-
-(Notice: no functional dependency in J's class decl.)
-Here f's type is perfectly fine, provided f is only called at Int.
-It's premature to complain when meeting f's signature, or even
-when inferring a type for f.
-
-
-
-However, we don't *need* to report ambiguity right away.  It'll always
-show up at the call site.... and eventually at main, which needs special
-treatment.  Nevertheless, reporting ambiguity promptly is an excellent thing.
-
-So here's the plan.  We WARN about probable ambiguity if
-
-       fv(Cq) is not a subset of  oclose(fv(T) union fv(G), C)
-
-(all tested before quantification).
-That is, all the type variables in Cq must be fixed by the the variables
-in the environment, or by the variables in the type.
-
-Notice that we union before calling oclose.  Here's an example:
-
-       class J a b c | a b -> c
-       fv(G) = {a}
-
-Is this ambiguous?
-       forall b c. (J a b c) => b -> b
-
-Only if we union {a} from G with {b} from T before using oclose,
-do we see that c is fixed.
-
-It's a bit vague exactly which C we should use for this oclose call.  If we
-don't fix enough variables we might complain when we shouldn't (see
-the above nasty example).  Nothing will be perfect.  That's why we can
-only issue a warning.
+*********************************************************************************
+*                                                                               * 
+*                           External interface                                  *
+*                                                                               *
+*********************************************************************************
 
 
+\begin{code}
+simplifyTop :: WantedConstraints -> TcM (Bag EvBind)
+-- Simplify top-level constraints
+-- Usually these will be implications,
+-- but when there is nothing to quantify we don't wrap
+-- in a degenerate implication, so we do that here instead
+simplifyTop wanteds 
+  = simplifyCheck (SimplCheck (ptext (sLit "top level"))) wanteds
+
+------------------
+simplifyInteractive :: WantedConstraints -> TcM (Bag EvBind)
+simplifyInteractive wanteds 
+  = simplifyCheck SimplInteractive wanteds
+
+------------------
+simplifyDefault :: ThetaType   -- Wanted; has no type variables in it
+                -> TcM ()      -- Succeeds iff the constraint is soluble
+simplifyDefault theta
+  = do { wanted <- newFlatWanteds DefaultOrigin theta
+       ; _ignored_ev_binds <- simplifyCheck (SimplCheck (ptext (sLit "defaults"))) 
+                                            (mkFlatWC wanted)
+       ; return () }
+\end{code}
 
 
-Can we ever be *certain* about ambiguity?  Yes: if there's a constraint
 
 
-       c in C such that fv(c) intersect (fv(G) union fv(T)) = EMPTY
 
 
-then c is a "bubble"; there's no way it can ever improve, and it's
-certainly ambiguous.  UNLESS it is a constant (sigh).  And what about
-the nasty example?
+*********************************************************************************
+*                                                                                 * 
+*                            Deriving
+*                                                                                 *
+***********************************************************************************
 
 
-       class K x
-       class H x y | x -> y
-       instance H x y => K (x,y)
+\begin{code}
+simplifyDeriv :: CtOrigin
+              -> PredType
+             -> [TyVar]        
+             -> ThetaType              -- Wanted
+             -> TcM ThetaType  -- Needed
+-- Given  instance (wanted) => C inst_ty 
+-- Simplify 'wanted' as much as possibles
+-- Fail if not possible
+simplifyDeriv orig pred tvs theta 
+  = do { tvs_skols <- tcInstSkolTyVars tvs -- Skolemize
+               -- The constraint solving machinery 
+               -- expects *TcTyVars* not TyVars.  
+               -- We use *non-overlappable* (vanilla) skolems
+               -- See Note [Overlap and deriving]
+
+       ; let skol_subst = zipTopTvSubst tvs $ map mkTyVarTy tvs_skols
+             subst_skol = zipTopTvSubst tvs_skols $ map mkTyVarTy tvs
+            doc = parens $ ptext (sLit "deriving") <+> parens (ppr pred)
+
+       ; wanted <- newFlatWanteds orig (substTheta skol_subst theta)
+
+       ; traceTc "simplifyDeriv" (ppr tvs $$ ppr theta $$ ppr wanted)
+       ; (residual_wanted, _binds)
+             <- runTcS (SimplInfer doc) NoUntouchables $
+                solveWanteds emptyInert (mkFlatWC wanted)
+
+       ; let (good, bad) = partitionBagWith get_good (wc_flat residual_wanted)
+                         -- See Note [Exotic derived instance contexts]
+             get_good :: WantedEvVar -> Either PredType WantedEvVar
+             get_good wev | validDerivPred p = Left p
+                          | otherwise        = Right wev
+                          where p = evVarOfPred wev
+
+       ; reportUnsolved (residual_wanted { wc_flat = bad })
+
+       ; let min_theta = mkMinimalBySCs (bagToList good)
+       ; return (substTheta subst_skol min_theta) }
+\end{code}
 
 
-Is this type ambiguous?
-       forall a b. (K (a,b), Eq b) => a -> a
+Note [Overlap and deriving]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+Consider some overlapping instances:
+  data Show a => Show [a] where ..
+  data Show [Char] where ...
+
+Now a data type with deriving:
+  data T a = MkT [a] deriving( Show )
+
+We want to get the derived instance
+  instance Show [a] => Show (T a) where...
+and NOT
+  instance Show a => Show (T a) where...
+so that the (Show (T Char)) instance does the Right Thing
+
+It's very like the situation when we're inferring the type
+of a function
+   f x = show [x]
+and we want to infer
+   f :: Show [a] => a -> String
+
+BOTTOM LINE: use vanilla, non-overlappable skolems when inferring
+             the context for the derived instance. 
+            Hence tcInstSkolTyVars not tcInstSuperSkolTyVars
+
+Note [Exotic derived instance contexts]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+In a 'derived' instance declaration, we *infer* the context.  It's a
+bit unclear what rules we should apply for this; the Haskell report is
+silent.  Obviously, constraints like (Eq a) are fine, but what about
+       data T f a = MkT (f a) deriving( Eq )
+where we'd get an Eq (f a) constraint.  That's probably fine too.
+
+One could go further: consider
+       data T a b c = MkT (Foo a b c) deriving( Eq )
+       instance (C Int a, Eq b, Eq c) => Eq (Foo a b c)
+
+Notice that this instance (just) satisfies the Paterson termination 
+conditions.  Then we *could* derive an instance decl like this:
+
+       instance (C Int a, Eq b, Eq c) => Eq (T a b c) 
+even though there is no instance for (C Int a), because there just
+*might* be an instance for, say, (C Int Bool) at a site where we
+need the equality instance for T's.  
+
+However, this seems pretty exotic, and it's quite tricky to allow
+this, and yet give sensible error messages in the (much more common)
+case where we really want that instance decl for C.
+
+So for now we simply require that the derived instance context
+should have only type-variable constraints.
 
 
-Urk.  The (Eq b) looks "definitely ambiguous" but it isn't.  What we are after
-is a "bubble" that's a set of constraints
+Here is another example:
+       data Fix f = In (f (Fix f)) deriving( Eq )
+Here, if we are prepared to allow -XUndecidableInstances we
+could derive the instance
+       instance Eq (f (Fix f)) => Eq (Fix f)
+but this is so delicate that I don't think it should happen inside
+'deriving'. If you want this, write it yourself!
+
+NB: if you want to lift this condition, make sure you still meet the
+termination conditions!  If not, the deriving mechanism generates
+larger and larger constraints.  Example:
+  data Succ a = S a
+  data Seq a = Cons a (Seq (Succ a)) | Nil deriving Show
+
+Note the lack of a Show instance for Succ.  First we'll generate
+  instance (Show (Succ a), Show a) => Show (Seq a)
+and then
+  instance (Show (Succ (Succ a)), Show (Succ a), Show a) => Show (Seq a)
+and so on.  Instead we want to complain of no instance for (Show (Succ a)).
+
+The bottom line
+~~~~~~~~~~~~~~~
+Allow constraints which consist only of type variables, with no repeats.
+
+*********************************************************************************
+*                                                                                 * 
+*                            Inference
+*                                                                                 *
+***********************************************************************************
 
 
-       Cq = Ca union Cq'  st  fv(Ca) intersect (fv(Cq') union fv(T) union fv(G)) = EMPTY
+\begin{code}
+simplifyInfer :: TopLevelFlag
+              -> Bool                  -- Apply monomorphism restriction
+              -> [(Name, TcTauType)]   -- Variables to be generalised,
+                                       -- and their tau-types
+              -> WantedConstraints
+              -> TcM ([TcTyVar],    -- Quantify over these type variables
+                      [EvVar],      -- ... and these constraints
+                      TcEvBinds)    -- ... binding these evidence variables
+simplifyInfer top_lvl apply_mr name_taus wanteds
+  | isEmptyWC wanteds
+  = do { gbl_tvs     <- tcGetGlobalTyVars            -- Already zonked
+       ; zonked_taus <- zonkTcTypes (map snd name_taus)
+       ; let tvs_to_quantify = get_tau_tvs zonked_taus `minusVarSet` gbl_tvs
+       ; qtvs <- zonkQuantifiedTyVars (varSetElems tvs_to_quantify)
+       ; return (qtvs, [], emptyTcEvBinds) }
 
 
-Hence another idea.  To decide Q start with fv(T) and grow it
-by transitive closure in Cq (no functional dependencies involved).
-Now partition Cq using Q, leaving the definitely-ambiguous and probably-ok.
-The definitely-ambiguous can then float out, and get smashed at top level
-(which squashes out the constants, like Eq (T a) above)
+  | otherwise
+  = do { zonked_wanteds <- zonkWC wanteds
+       ; zonked_taus    <- zonkTcTypes (map snd name_taus)
+       ; gbl_tvs        <- tcGetGlobalTyVars
+
+       ; traceTc "simplifyInfer {"  $ vcat
+             [ ptext (sLit "apply_mr =") <+> ppr apply_mr
+             , ptext (sLit "zonked_taus =") <+> ppr zonked_taus
+             , ptext (sLit "wanted =") <+> ppr zonked_wanteds
+             ]
+
+             -- Step 1
+             -- Make a guess at the quantified type variables
+            -- Then split the constraints on the baisis of those tyvars
+            -- to avoid unnecessarily simplifying a class constraint
+            -- See Note [Avoid unecessary constraint simplification]
+       ; let zonked_tau_tvs = get_tau_tvs zonked_taus
+             proto_qtvs = growWanteds gbl_tvs zonked_wanteds $
+                          zonked_tau_tvs `minusVarSet` gbl_tvs
+             (perhaps_bound, surely_free)
+                        = partitionBag (quantifyMe proto_qtvs) (wc_flat zonked_wanteds)
+
+       ; traceTc "simplifyInfer proto"  $ vcat
+             [ ptext (sLit "zonked_tau_tvs =") <+> ppr zonked_tau_tvs
+             , ptext (sLit "proto_qtvs =") <+> ppr proto_qtvs
+             , ptext (sLit "surely_fref =") <+> ppr surely_free
+             ]
+
+       ; emitFlats surely_free
+       ; traceTc "sinf"  $ vcat
+             [ ptext (sLit "perhaps_bound =") <+> ppr perhaps_bound
+             , ptext (sLit "surely_free   =") <+> ppr surely_free
+             ]
+
+            -- Step 2 
+                   -- Now simplify the possibly-bound constraints
+       ; (simpl_results, tc_binds0)
+           <- runTcS (SimplInfer (ppr (map fst name_taus))) NoUntouchables $
+              simplifyWithApprox (zonked_wanteds { wc_flat = perhaps_bound })
+
+       ; when (insolubleWC simpl_results)  -- Fail fast if there is an insoluble constraint
+              (do { reportUnsolved simpl_results; failM })
+
+            -- Step 3 
+            -- Split again simplified_perhaps_bound, because some unifications 
+            -- may have happened, and emit the free constraints. 
+       ; gbl_tvs        <- tcGetGlobalTyVars
+       ; zonked_tau_tvs <- zonkTcTyVarsAndFV zonked_tau_tvs
+       ; zonked_simples <- zonkWantedEvVars (wc_flat simpl_results)
+       ; let init_tvs       = zonked_tau_tvs `minusVarSet` gbl_tvs
+             mr_qtvs        = init_tvs `minusVarSet` constrained_tvs
+             constrained_tvs = tyVarsOfEvVarXs zonked_simples
+             qtvs            = growWantedEVs gbl_tvs zonked_simples init_tvs
+             (final_qtvs, (bound, free))
+                | apply_mr  = (mr_qtvs, (emptyBag, zonked_simples))
+                | otherwise = (qtvs,    partitionBag (quantifyMe qtvs) zonked_simples)
+       ; emitFlats free
+
+       ; if isEmptyVarSet final_qtvs && isEmptyBag bound
+         then ASSERT( isEmptyBag (wc_insol simpl_results) )
+              do { traceTc "} simplifyInfer/no quantification" empty
+                 ; emitImplications (wc_impl simpl_results)
+                 ; return ([], [], EvBinds tc_binds0) }
+         else do
+
+            -- Step 4, zonk quantified variables 
+       { let minimal_flat_preds = mkMinimalBySCs $ map evVarOfPred $ bagToList bound
+       ; let poly_ids = [ (name, mkSigmaTy [] minimal_flat_preds ty)
+                        | (name, ty) <- name_taus ]
+                        -- Don't add the quantified variables here, because
+                        -- they are also bound in ic_skols and we want them to be
+                        -- tidied uniformly
+             skol_info = InferSkol poly_ids
+
+       ; gloc <- getCtLoc skol_info
+       ; qtvs_to_return <- zonkQuantifiedTyVars (varSetElems final_qtvs)
+
+            -- Step 5
+            -- Minimize `bound' and emit an implication
+       ; minimal_bound_ev_vars <- mapM TcMType.newEvVar minimal_flat_preds
+       ; ev_binds_var <- newTcEvBinds
+       ; mapBagM_ (\(EvBind evar etrm) -> addTcEvBind ev_binds_var evar etrm) tc_binds0
+       ; lcl_env <- getLclTypeEnv
+       ; let implic = Implic { ic_untch    = NoUntouchables
+                             , ic_env      = lcl_env
+                             , ic_skols    = mkVarSet qtvs_to_return
+                             , ic_given    = minimal_bound_ev_vars
+                             , ic_wanted   = simpl_results { wc_flat = bound }
+                             , ic_insol    = False
+                             , ic_binds    = ev_binds_var
+                             , ic_loc      = gloc }
+       ; emitImplication implic
+       ; traceTc "} simplifyInfer/produced residual implication for quantification" $
+             vcat [ ptext (sLit "implic =") <+> ppr implic
+                       -- ic_skols, ic_given give rest of result
+                  , ptext (sLit "qtvs =") <+> ppr final_qtvs
+                  , ptext (sLit "spb =") <+> ppr zonked_simples
+                  , ptext (sLit "bound =") <+> ppr bound ]
+
+
+
+       ; return (qtvs_to_return, minimal_bound_ev_vars, TcEvBinds ev_binds_var) } }
+  where
+    get_tau_tvs | isTopLevel top_lvl = tyVarsOfTypes
+                | otherwise          = exactTyVarsOfTypes
+     -- See Note [Silly type synonym] in TcType
+\end{code}
 
 
 
 
-       --------------------------------------
-               Notes on principal types
-       --------------------------------------
+Note [Minimize by Superclasses]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 
 
 
-    class C a where
-      op :: a -> a
+When we quantify over a constraint, in simplifyInfer we need to
+quantify over a constraint that is minimal in some sense: For
+instance, if the final wanted constraint is (Eq alpha, Ord alpha),
+we'd like to quantify over Ord alpha, because we can just get Eq alpha
+from superclass selection from Ord alpha. This minimization is what
+mkMinimalBySCs does. Then, simplifyInfer uses the minimal constraint
+to check the original wanted.
 
 
-    f x = let g y = op (y::Int) in True
+\begin{code}
+simplifyWithApprox :: WantedConstraints -> TcS WantedConstraints
+simplifyWithApprox wanted
+ = do { traceTcS "simplifyApproxLoop" (ppr wanted)
 
 
-Here the principal type of f is (forall a. a->a)
-but we'll produce the non-principal type
-    f :: forall a. C Int => a -> a
+      ; results <- solveWanteds emptyInert wanted
 
 
+      ; let (residual_implics, floats) = approximateImplications (wc_impl results)
 
 
-       --------------------------------------
-       The need for forall's in constraints
-       --------------------------------------
+        -- If no new work was produced then we are done with simplifyApproxLoop
+      ; if insolubleWC results || isEmptyBag floats
+        then return results
 
 
-[Exchange on Haskell Cafe 5/6 Dec 2000]
+        else solveWanteds emptyInert
+                (WC { wc_flat = floats `unionBags` wc_flat results
+                    , wc_impl = residual_implics
+                    , wc_insol = emptyBag }) }
 
 
-  class C t where op :: t -> Bool
-  instance C [t] where op x = True
+approximateImplications :: Bag Implication -> (Bag Implication, Bag WantedEvVar)
+-- Extracts any nested constraints that don't mention the skolems
+approximateImplications impls
+  = do_bag (float_implic emptyVarSet) impls
+  where 
+    do_bag :: forall a b c. (a -> (Bag b, Bag c)) -> Bag a -> (Bag b, Bag c)
+    do_bag f = foldrBag (plus . f) (emptyBag, emptyBag)
+    plus :: forall b c. (Bag b, Bag c) -> (Bag b, Bag c) -> (Bag b, Bag c)
+    plus (a1,b1) (a2,b2) = (a1 `unionBags` a2, b1 `unionBags` b2)
+
+    float_implic :: TyVarSet -> Implication -> (Bag Implication, Bag WantedEvVar)
+    float_implic skols imp
+      = (unitBag (imp { ic_wanted = wanted' }), floats)
+      where
+        (wanted', floats) = float_wc (skols `unionVarSet` ic_skols imp) (ic_wanted imp)
 
 
-  p y = (let f :: c -> Bool; f x = op (y >> return x) in f, y ++ [])
-  q y = (y ++ [], let f :: c -> Bool; f x = op (y >> return x) in f)
+    float_wc skols wc@(WC { wc_flat = flat, wc_impl = implic })
+      = (wc { wc_flat = flat', wc_impl = implic' }, floats1 `unionBags` floats2)
+      where
+        (flat',   floats1) = do_bag (float_flat   skols) flat
+        (implic', floats2) = do_bag (float_implic skols) implic
 
 
-The definitions of p and q differ only in the order of the components in
-the pair on their right-hand sides.  And yet:
+    float_flat :: TcTyVarSet -> WantedEvVar -> (Bag WantedEvVar, Bag WantedEvVar)
+    float_flat skols wev
+      | tyVarsOfEvVarX wev `disjointVarSet` skols = (emptyBag, unitBag wev)
+      | otherwise                                 = (unitBag wev, emptyBag)
+\end{code}
 
 
-  ghc and "Typing Haskell in Haskell" reject p, but accept q;
-  Hugs rejects q, but accepts p;
-  hbc rejects both p and q;
-  nhc98 ... (Malcolm, can you fill in the blank for us!).
+\begin{code}
+-- (growX gbls wanted tvs) grows a seed 'tvs' against the 
+-- X-constraint 'wanted', nuking the 'gbls' at each stage
+-- It's conservative in that if the seed could *possibly*
+-- grow to include a type variable, then it does
+
+growWanteds :: TyVarSet -> WantedConstraints -> TyVarSet -> TyVarSet
+growWanteds gbl_tvs wc = fixVarSet (growWC gbl_tvs wc)
+
+growWantedEVs :: TyVarSet -> Bag WantedEvVar -> TyVarSet -> TyVarSet
+growWantedEVs gbl_tvs ws tvs
+  | isEmptyBag ws = tvs
+  | otherwise     = fixVarSet (growPreds gbl_tvs evVarOfPred ws) tvs
+
+--------  Helper functions, do not do fixpoint ------------------------
+growWC :: TyVarSet -> WantedConstraints -> TyVarSet -> TyVarSet
+growWC gbl_tvs wc = growImplics gbl_tvs             (wc_impl wc) .
+                    growPreds   gbl_tvs evVarOfPred (wc_flat wc) .
+                    growPreds   gbl_tvs evVarOfPred (wc_insol wc)
+
+growImplics :: TyVarSet -> Bag Implication -> TyVarSet -> TyVarSet
+growImplics gbl_tvs implics tvs
+  = foldrBag grow_implic tvs implics
+  where
+    grow_implic implic tvs
+      = grow tvs `minusVarSet` ic_skols implic
+      where
+        grow = growWC gbl_tvs (ic_wanted implic) .
+               growPreds gbl_tvs evVarPred (listToBag (ic_given implic))
+               -- We must grow from givens too; see test IPRun
 
 
-The type signature for f forces context reduction to take place, and
-the results of this depend on whether or not the type of y is known,
-which in turn depends on which component of the pair the type checker
-analyzes first.  
+growPreds :: TyVarSet -> (a -> PredType) -> Bag a -> TyVarSet -> TyVarSet
+growPreds gbl_tvs get_pred items tvs
+  = foldrBag extend tvs items
+  where
+    extend item tvs = tvs `unionVarSet`
+                      (growPredTyVars (get_pred item) tvs `minusVarSet` gbl_tvs)
+
+--------------------
+quantifyMe :: TyVarSet      -- Quantifying over these
+          -> WantedEvVar
+          -> Bool          -- True <=> quantify over this wanted
+quantifyMe qtvs wev
+  | isIPPred pred = True  -- Note [Inheriting implicit parameters]
+  | otherwise    = tyVarsOfPred pred `intersectsVarSet` qtvs
+  where
+    pred = evVarOfPred wev
+\end{code}
 
 
-Solution: if y::m a, float out the constraints
-       Monad m, forall c. C (m c)
-When m is later unified with [], we can solve both constraints.
+Note [Avoid unecessary constraint simplification]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+When inferring the type of a let-binding, with simplifyInfer,
+try to avoid unnecessariliy simplifying class constraints.
+Doing so aids sharing, but it also helps with delicate 
+situations like
+   instance C t => C [t] where ..
+   f :: C [t] => ....
+   f x = let g y = ...(constraint C [t])... 
+         in ...
+When inferring a type for 'g', we don't want to apply the
+instance decl, because then we can't satisfy (C t).  So we
+just notice that g isn't quantified over 't' and partition
+the contraints before simplifying.
 
 
+This only half-works, but then let-generalisation only half-works.
 
 
-       --------------------------------------
-               Notes on implicit parameters
-       --------------------------------------
 
 Note [Inheriting implicit parameters]
 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 
 Note [Inheriting implicit parameters]
 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
@@ -403,2571 +474,818 @@ BOTTOM LINE: when *inferring types* you *must* quantify
 over implicit parameters. See the predicate isFreeWhenInferring.
 
 
 over implicit parameters. See the predicate isFreeWhenInferring.
 
 
-Note [Implicit parameters and ambiguity] 
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
-Only a *class* predicate can give rise to ambiguity
-An *implicit parameter* cannot.  For example:
-       foo :: (?x :: [a]) => Int
-       foo = length ?x
-is fine.  The call site will suppply a particular 'x'
-
-Furthermore, the type variables fixed by an implicit parameter
-propagate to the others.  E.g.
-       foo :: (Show a, ?x::[a]) => Int
-       foo = show (?x++?x)
-The type of foo looks ambiguous.  But it isn't, because at a call site
-we might have
-       let ?x = 5::Int in foo
-and all is well.  In effect, implicit parameters are, well, parameters,
-so we can take their type variables into account as part of the
-"tau-tvs" stuff.  This is done in the function 'FunDeps.grow'.
-
-
-Question 2: type signatures
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
-BUT WATCH OUT: When you supply a type signature, we can't force you
-to quantify over implicit parameters.  For example:
-
-       (?x + 1) :: Int
-
-This is perfectly reasonable.  We do not want to insist on
-
-       (?x + 1) :: (?x::Int => Int)
-
-That would be silly.  Here, the definition site *is* the occurrence site,
-so the above strictures don't apply.  Hence the difference between
-tcSimplifyCheck (which *does* allow implicit paramters to be inherited)
-and tcSimplifyCheckBind (which does not).
-
-What about when you supply a type signature for a binding?
-Is it legal to give the following explicit, user type 
-signature to f, thus:
-
-       f :: Int -> Int
-       f x = (x::Int) + ?y
-
-At first sight this seems reasonable, but it has the nasty property
-that adding a type signature changes the dynamic semantics.
-Consider this:
-
-       (let f x = (x::Int) + ?y
-        in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
-
-               returns (3+6, 3+5)
-vs
-       (let f :: Int -> Int
-            f x = x + ?y
-        in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
-
-               returns (3+6, 3+6)
-
-Indeed, simply inlining f (at the Haskell source level) would change the
-dynamic semantics.
-
-Nevertheless, as Launchbury says (email Oct 01) we can't really give the
-semantics for a Haskell program without knowing its typing, so if you 
-change the typing you may change the semantics.
-
-To make things consistent in all cases where we are *checking* against
-a supplied signature (as opposed to inferring a type), we adopt the
-rule: 
-
-       a signature does not need to quantify over implicit params.
-
-[This represents a (rather marginal) change of policy since GHC 5.02,
-which *required* an explicit signature to quantify over all implicit
-params for the reasons mentioned above.]
-
-But that raises a new question.  Consider 
-
-       Given (signature)       ?x::Int
-       Wanted (inferred)       ?x::Int, ?y::Bool
-
-Clearly we want to discharge the ?x and float the ?y out.  But
-what is the criterion that distinguishes them?  Clearly it isn't
-what free type variables they have.  The Right Thing seems to be
-to float a constraint that
-       neither mentions any of the quantified type variables
-       nor any of the quantified implicit parameters
-
-See the predicate isFreeWhenChecking.
-
-
-Question 3: monomorphism
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
-There's a nasty corner case when the monomorphism restriction bites:
-
-       z = (x::Int) + ?y
-
-The argument above suggests that we *must* generalise
-over the ?y parameter, to get
-       z :: (?y::Int) => Int,
-but the monomorphism restriction says that we *must not*, giving
-       z :: Int.
-Why does the momomorphism restriction say this?  Because if you have
-
-       let z = x + ?y in z+z
-
-you might not expect the addition to be done twice --- but it will if
-we follow the argument of Question 2 and generalise over ?y.
-
-
-Question 4: top level
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
-At the top level, monomorhism makes no sense at all.
-
-    module Main where
-       main = let ?x = 5 in print foo
-
-       foo = woggle 3
-
-       woggle :: (?x :: Int) => Int -> Int
-       woggle y = ?x + y
-
-We definitely don't want (foo :: Int) with a top-level implicit parameter
-(?x::Int) becuase there is no way to bind it.  
-
-
-Possible choices
-~~~~~~~~~~~~~~~~
-(A) Always generalise over implicit parameters
-    Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
-       be generalised
-
-    Consequences:
-       * Inlining remains valid
-       * No unexpected loss of sharing
-       * But simple bindings like
-               z = ?y + 1
-         will be rejected, unless you add an explicit type signature
-         (to avoid the monomorphism restriction)
-               z :: (?y::Int) => Int
-               z = ?y + 1
-         This seems unacceptable
-
-(B) Monomorphism restriction "wins"
-    Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
-       be generalised
-    Always generalise over implicit parameters *except* for bindings
-       that fall under the monomorphism restriction
-
-    Consequences
-       * Inlining isn't valid in general
-       * No unexpected loss of sharing
-       * Simple bindings like
-               z = ?y + 1
-         accepted (get value of ?y from binding site)
-
-(C) Always generalise over implicit parameters
-    Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
-       be generalised, EXCEPT for implicit parameters
-    Consequences
-       * Inlining remains valid
-       * Unexpected loss of sharing (from the extra generalisation)
-       * Simple bindings like
-               z = ?y + 1
-         accepted (get value of ?y from occurrence sites)
-
-
-Discussion
-~~~~~~~~~~
-None of these choices seems very satisfactory.  But at least we should
-decide which we want to do.
-
-It's really not clear what is the Right Thing To Do.  If you see
-
-       z = (x::Int) + ?y
-
-would you expect the value of ?y to be got from the *occurrence sites*
-of 'z', or from the valuue of ?y at the *definition* of 'z'?  In the
-case of function definitions, the answer is clearly the former, but
-less so in the case of non-fucntion definitions.   On the other hand,
-if we say that we get the value of ?y from the definition site of 'z',
-then inlining 'z' might change the semantics of the program.
-
-Choice (C) really says "the monomorphism restriction doesn't apply
-to implicit parameters".  Which is fine, but remember that every
-innocent binding 'x = ...' that mentions an implicit parameter in
-the RHS becomes a *function* of that parameter, called at each
-use of 'x'.  Now, the chances are that there are no intervening 'with'
-clauses that bind ?y, so a decent compiler should common up all
-those function calls.  So I think I strongly favour (C).  Indeed,
-one could make a similar argument for abolishing the monomorphism
-restriction altogether.
-
-BOTTOM LINE: we choose (B) at present.  See tcSimplifyRestricted
-
-
-
-%************************************************************************
-%*                                                                     *
-\subsection{tcSimplifyInfer}
-%*                                                                     *
-%************************************************************************
-
-tcSimplify is called when we *inferring* a type.  Here's the overall game plan:
-
-    1. Compute Q = grow( fvs(T), C )
-
-    2. Partition C based on Q into Ct and Cq.  Notice that ambiguous
-       predicates will end up in Ct; we deal with them at the top level
-
-    3. Try improvement, using functional dependencies
-
-    4. If Step 3 did any unification, repeat from step 1
-       (Unification can change the result of 'grow'.)
-
-Note: we don't reduce dictionaries in step 2.  For example, if we have
-Eq (a,b), we don't simplify to (Eq a, Eq b).  So Q won't be different
-after step 2.  However note that we may therefore quantify over more
-type variables than we absolutely have to.
-
-For the guts, we need a loop, that alternates context reduction and
-improvement with unification.  E.g. Suppose we have
-
-       class C x y | x->y where ...
-
-and tcSimplify is called with:
-       (C Int a, C Int b)
-Then improvement unifies a with b, giving
-       (C Int a, C Int a)
-
-If we need to unify anything, we rattle round the whole thing all over
-again.
-
-
-\begin{code}
-tcSimplifyInfer
-       :: SDoc
-       -> TcTyVarSet           -- fv(T); type vars
-       -> [Inst]               -- Wanted
-       -> TcM ([TcTyVar],      -- Tyvars to quantify (zonked and quantified)
-               [Inst],         -- Dict Ids that must be bound here (zonked)
-               TcDictBinds)    -- Bindings
-       -- Any free (escaping) Insts are tossed into the environment
-\end{code}
-
-
-\begin{code}
-tcSimplifyInfer doc tau_tvs wanted
-  = do { tau_tvs1 <- zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs)
-       ; wanted'  <- mapM zonkInst wanted      -- Zonk before deciding quantified tyvars
-       ; gbl_tvs  <- tcGetGlobalTyVars
-       ; let preds1   = fdPredsOfInsts wanted'
-             gbl_tvs1 = oclose preds1 gbl_tvs
-             qtvs     = growInstsTyVars wanted' tau_tvs1 `minusVarSet` gbl_tvs1
-                       -- See Note [Choosing which variables to quantify]
-
-               -- To maximise sharing, remove from consideration any 
-               -- constraints that don't mention qtvs at all
-       ; let (free, bound) = partition (isFreeWhenInferring qtvs) wanted'
-       ; extendLIEs free
-
-               -- To make types simple, reduce as much as possible
-       ; traceTc (text "infer" <+> (ppr preds1 $$ ppr (growInstsTyVars wanted' tau_tvs1) $$ ppr gbl_tvs $$ 
-                  ppr gbl_tvs1 $$ ppr free $$ ppr bound))
-       ; (irreds1, binds1) <- tryHardCheckLoop doc bound
-
-               -- Note [Inference and implication constraints]
-       ; let want_dict d = tyVarsOfInst d `intersectsVarSet` qtvs
-       ; (irreds2, binds2) <- approximateImplications doc want_dict irreds1
-
-               -- Now work out all over again which type variables to quantify,
-               -- exactly in the same way as before, but starting from irreds2.  Why?
-               -- a) By now improvment may have taken place, and we must *not*
-               --    quantify over any variable free in the environment
-               --    tc137 (function h inside g) is an example
-               --
-               -- b) Do not quantify over constraints that *now* do not
-               --    mention quantified type variables, because they are
-               --    simply ambiguous (or might be bound further out).  Example:
-               --      f :: Eq b => a -> (a, b)
-               --      g x = fst (f x)
-               --    From the RHS of g we get the MethodInst f77 :: alpha -> (alpha, beta)
-               --    We decide to quantify over 'alpha' alone, but free1 does not include f77
-               --    because f77 mentions 'alpha'.  Then reducing leaves only the (ambiguous)
-               --    constraint (Eq beta), which we dump back into the free set
-               --    See test tcfail181
-               --
-               -- c) irreds may contain type variables not previously mentioned,
-               --    e.g.  instance D a x => Foo [a] 
-               --          wanteds = Foo [a]
-               --       Then after simplifying we'll get (D a x), and x is fresh
-               --       We must quantify over x else it'll be totally unbound
-       ; tau_tvs2 <- zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs1)
-       ; gbl_tvs2 <- zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems gbl_tvs1)
-               -- Note that we start from gbl_tvs1
-               -- We use tcGetGlobalTyVars, then oclose wrt preds2, because
-               -- we've already put some of the original preds1 into frees
-               -- E.g.         wanteds = C a b   (where a->b)
-               --              gbl_tvs = {a}
-               --              tau_tvs = {b}
-               -- Then b is fixed by gbl_tvs, so (C a b) will be in free, and
-               -- irreds2 will be empty.  But we don't want to generalise over b!
-       ; let preds2 = fdPredsOfInsts irreds2   -- irreds2 is zonked
-             qtvs   = growInstsTyVars irreds2 tau_tvs2 `minusVarSet` oclose preds2 gbl_tvs2
-               ---------------------------------------------------
-               -- BUG WARNING: there's a nasty bug lurking here
-               -- fdPredsOfInsts may return preds that mention variables quantified in
-               -- one of the implication constraints in irreds2; and that is clearly wrong:
-               -- we might quantify over too many variables through accidental capture
-               ---------------------------------------------------
-       ; let (free, irreds3) = partition (isFreeWhenInferring qtvs) irreds2
-       ; extendLIEs free
-
-               -- Turn the quantified meta-type variables into real type variables
-       ; qtvs2 <- zonkQuantifiedTyVars (varSetElems qtvs)
-
-               -- We can't abstract over any remaining unsolved 
-               -- implications so instead just float them outwards. Ugh.
-       ; let (q_dicts0, implics) = partition isAbstractableInst irreds3
-       ; loc <- getInstLoc (ImplicOrigin doc)
-       ; implic_bind <- bindIrreds loc qtvs2 q_dicts0 implics
-
-               -- Prepare equality instances for quantification
-       ; let (q_eqs0,q_dicts) = partition isEqInst q_dicts0
-       ; q_eqs <- mapM finalizeEqInst q_eqs0
-
-       ; return (qtvs2, q_eqs ++ q_dicts, binds1 `unionBags` binds2 `unionBags` implic_bind) }
-       -- NB: when we are done, we might have some bindings, but
-       -- the final qtvs might be empty.  See Note [NO TYVARS] below.
-
-approximateImplications :: SDoc -> (Inst -> Bool) -> [Inst] -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
--- Note [Inference and implication constraints]
--- Given a bunch of Dict and ImplicInsts, try to approximate the implications by
---     - fetching any dicts inside them that are free
---     - using those dicts as cruder constraints, to solve the implications
---     - returning the extra ones too
-
-approximateImplications doc want_dict irreds
-  | null extra_dicts 
-  = return (irreds, emptyBag)
-  | otherwise
-  = do { extra_dicts' <- mapM cloneDict extra_dicts
-       ; tryHardCheckLoop doc (extra_dicts' ++ irreds) }
-               -- By adding extra_dicts', we make them 
-               -- available to solve the implication constraints
-  where 
-    extra_dicts = get_dicts (filter isImplicInst irreds)
-
-    get_dicts :: [Inst] -> [Inst]      -- Returns only Dicts
-       -- Find the wanted constraints in implication constraints that satisfy
-       -- want_dict, and are not bound by forall's in the constraint itself
-    get_dicts ds = concatMap get_dict ds
-
-    get_dict d@(Dict {}) | want_dict d = [d]
-                        | otherwise   = []
-    get_dict (ImplicInst {tci_tyvars = tvs, tci_wanted = wanteds})
-       = [ d | let tv_set = mkVarSet tvs
-             , d <- get_dicts wanteds 
-             , not (tyVarsOfInst d `intersectsVarSet` tv_set)]
-    get_dict i@(EqInst {}) | want_dict i = [i]
-                          | otherwise   = [] 
-    get_dict other = pprPanic "approximateImplications" (ppr other)
-\end{code}
-
-Note [Inference and implication constraints]
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 
-Suppose we have a wanted implication constraint (perhaps arising from
-a nested pattern match) like
-       C a => D [a]
-and we are now trying to quantify over 'a' when inferring the type for
-a function.  In principle it's possible that there might be an instance
-       instance (C a, E a) => D [a]
-so the context (E a) would suffice.  The Right Thing is to abstract over
-the implication constraint, but we don't do that (a) because it'll be
-surprising to programmers and (b) because we don't have the machinery to deal
-with 'given' implications.
-
-So our best approximation is to make (D [a]) part of the inferred
-context, so we can use that to discharge the implication. Hence
-the strange function get_dicts in approximateImplications.
-
-The common cases are more clear-cut, when we have things like
-       forall a. C a => C b
-Here, abstracting over (C b) is not an approximation at all -- but see
-Note [Freeness and implications].
-See Trac #1430 and test tc228.
-
-
-\begin{code}
------------------------------------------------------------
--- tcSimplifyInferCheck is used when we know the constraints we are to simplify
--- against, but we don't know the type variables over which we are going to quantify.
--- This happens when we have a type signature for a mutually recursive group
-tcSimplifyInferCheck
-        :: InstLoc
-        -> TcTyVarSet          -- fv(T)
-        -> [Inst]              -- Given
-        -> [Inst]              -- Wanted
-        -> TcM ([TyVar],       -- Fully zonked, and quantified
-                TcDictBinds)   -- Bindings
-
-tcSimplifyInferCheck loc tau_tvs givens wanteds
-  = do { traceTc (text "tcSimplifyInferCheck <-" <+> ppr wanteds)
-       ; (irreds, binds) <- gentleCheckLoop loc givens wanteds
-
-       -- Figure out which type variables to quantify over
-       -- You might think it should just be the signature tyvars,
-       -- but in bizarre cases you can get extra ones
-       --      f :: forall a. Num a => a -> a
-       --      f x = fst (g (x, head [])) + 1
-       --      g a b = (b,a)
-       -- Here we infer g :: forall a b. a -> b -> (b,a)
-       -- We don't want g to be monomorphic in b just because
-       -- f isn't quantified over b.
-       ; let all_tvs = varSetElems (tau_tvs `unionVarSet` tyVarsOfInsts givens)
-       ; all_tvs <- zonkTcTyVarsAndFV all_tvs
-       ; gbl_tvs <- tcGetGlobalTyVars
-       ; let qtvs = varSetElems (all_tvs `minusVarSet` gbl_tvs)
-               -- We could close gbl_tvs, but its not necessary for
-               -- soundness, and it'll only affect which tyvars, not which
-               -- dictionaries, we quantify over
-
-       ; qtvs' <- zonkQuantifiedTyVars qtvs
-
-               -- Now we are back to normal (c.f. tcSimplCheck)
-       ; implic_bind <- bindIrreds loc qtvs' givens irreds
-
-       ; traceTc (text "tcSimplifyInferCheck ->" <+> ppr (implic_bind))
-       ; return (qtvs', binds `unionBags` implic_bind) }
-\end{code}
-
-Note [Squashing methods]
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
-Be careful if you want to float methods more:
-       truncate :: forall a. RealFrac a => forall b. Integral b => a -> b
-From an application (truncate f i) we get
-       t1 = truncate at f
-       t2 = t1 at i
-If we have also have a second occurrence of truncate, we get
-       t3 = truncate at f
-       t4 = t3 at i
-When simplifying with i,f free, we might still notice that
-t1=t3; but alas, the binding for t2 (which mentions t1)
-may continue to float out!
-
-
-Note [NO TYVARS]
-~~~~~~~~~~~~~~~~~
-       class Y a b | a -> b where
-           y :: a -> X b
-       
-       instance Y [[a]] a where
-           y ((x:_):_) = X x
-       
-       k :: X a -> X a -> X a
-
-       g :: Num a => [X a] -> [X a]
-       g xs = h xs
-           where
-           h ys = ys ++ map (k (y [[0]])) xs
-
-The excitement comes when simplifying the bindings for h.  Initially
-try to simplify {y @ [[t1]] t2, 0 @ t1}, with initial qtvs = {t2}.
-From this we get t1~t2, but also various bindings.  We can't forget
-the bindings (because of [LOOP]), but in fact t1 is what g is
-polymorphic in.  
-
-The net effect of [NO TYVARS] 
-
-\begin{code}
-isFreeWhenInferring :: TyVarSet -> Inst        -> Bool
-isFreeWhenInferring qtvs inst
-  =  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 :: 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}
-
-
-%************************************************************************
-%*                                                                     *
-\subsection{tcSimplifyCheck}
-%*                                                                     *
-%************************************************************************
-
-@tcSimplifyCheck@ is used when we know exactly the set of variables
-we are going to quantify over.  For example, a class or instance declaration.
-
-\begin{code}
------------------------------------------------------------
--- tcSimplifyCheck is used when checking expression type signatures,
--- class decls, instance decls etc.
-tcSimplifyCheck        :: InstLoc
-               -> [TcTyVar]            -- Quantify over these
-               -> [Inst]               -- Given
-               -> [Inst]               -- Wanted
-               -> TcM TcDictBinds      -- Bindings
-tcSimplifyCheck loc qtvs givens wanteds 
-  = ASSERT( all isTcTyVar qtvs && all isSkolemTyVar qtvs )
-    do { traceTc (text "tcSimplifyCheck")
-       ; (irreds, binds) <- gentleCheckLoop loc givens wanteds
-       ; implic_bind <- bindIrreds loc qtvs givens irreds
-       ; return (binds `unionBags` implic_bind) }
-
------------------------------------------------------------
--- tcSimplifyCheckPat is used for existential pattern match
-tcSimplifyCheckPat :: InstLoc
-                  -> [TcTyVar]         -- Quantify over these
-                  -> [Inst]            -- Given
-                  -> [Inst]            -- Wanted
-                  -> TcM TcDictBinds   -- Bindings
-tcSimplifyCheckPat loc qtvs givens wanteds
-  = ASSERT( all isTcTyVar qtvs && all isSkolemTyVar qtvs )
-    do { traceTc (text "tcSimplifyCheckPat")
-       ; (irreds, binds) <- gentleCheckLoop loc givens wanteds
-       ; implic_bind <- bindIrredsR loc qtvs givens irreds
-       ; return (binds `unionBags` implic_bind) }
-
------------------------------------------------------------
-bindIrreds :: InstLoc -> [TcTyVar]
-          -> [Inst] -> [Inst]
-          -> TcM TcDictBinds
-bindIrreds loc qtvs givens irreds 
-  = bindIrredsR loc qtvs givens irreds
-
-bindIrredsR :: InstLoc -> [TcTyVar] -> [Inst] -> [Inst] -> TcM TcDictBinds     
--- Make a binding that binds 'irreds', by generating an implication
--- constraint for them, *and* throwing the constraint into the LIE
-bindIrredsR loc qtvs givens irreds
-  | null irreds
-  = return emptyBag
-  | otherwise
-  = do { let givens' = filter isAbstractableInst givens
-               -- The givens can (redundantly) include methods
-               -- We want to retain both EqInsts and Dicts
-               -- There should be no implicadtion constraints
-               -- See Note [Pruning the givens in an implication constraint]
-
-          -- If there are no 'givens', then it's safe to 
-          -- partition the 'wanteds' by their qtvs, thereby trimming irreds
-          -- See Note [Freeness and implications]
-       ; irreds' <- if null givens'
-                    then do
-                       { let qtv_set = mkVarSet qtvs
-                             (frees, real_irreds) = partition (isFreeWrtTyVars qtv_set) irreds
-                       ; extendLIEs frees
-                       ; return real_irreds }
-                    else return irreds
-       
-       ; (implics, bind) <- makeImplicationBind loc qtvs givens' irreds'
-                       -- This call does the real work
-                       -- If irreds' is empty, it does something sensible
-       ; extendLIEs implics
-       ; return bind } 
-
-
-makeImplicationBind :: InstLoc -> [TcTyVar]
-                   -> [Inst] -> [Inst]
-                   -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
--- Make a binding that binds 'irreds', by generating an implication
--- constraint for them.
---
--- The binding looks like
---     (ir1, .., irn) = f qtvs givens
--- where f is (evidence for) the new implication constraint
---     f :: forall qtvs. givens => (ir1, .., irn)
--- qtvs includes coercion variables
---
--- This binding must line up the 'rhs' in reduceImplication
-makeImplicationBind loc all_tvs
-                   givens      -- Guaranteed all Dicts or EqInsts
-                   irreds
- | null irreds                 -- If there are no irreds, we are done
- = return ([], emptyBag)
- | otherwise                   -- Otherwise we must generate a binding
- = do  { uniq <- newUnique 
-       ; span <- getSrcSpanM
-       ; let (eq_givens, dict_givens) = partition isEqInst givens
-
-                -- extract equality binders
-              eq_cotvs = map eqInstType eq_givens
-
-                -- make the implication constraint instance
-             name = mkInternalName uniq (mkVarOcc "ic") span
-             implic_inst = ImplicInst { tci_name = name,
-                                        tci_tyvars = all_tvs, 
-                                        tci_given = eq_givens ++ dict_givens,
-                                                       -- same order as binders
-                                        tci_wanted = irreds, 
-                                         tci_loc = loc }
-
-               -- create binders for the irreducible dictionaries
-             dict_irreds    = filter (not . isEqInst) irreds
-             dict_irred_ids = map instToId dict_irreds
-             lpat = mkBigLHsPatTup (map (L span . VarPat) dict_irred_ids)
-
-                -- create the binding
-             rhs  = L span (mkHsWrap co (HsVar (instToId implic_inst)))
-             co   =     mkWpApps (map instToId dict_givens)
-                    <.> mkWpTyApps eq_cotvs
-                    <.> mkWpTyApps (mkTyVarTys all_tvs)
-             bind | [dict_irred_id] <- dict_irred_ids  
-                   = mkVarBind dict_irred_id rhs
-                  | otherwise        
-                   = L span $ 
-                     PatBind { pat_lhs = lpat
-                            , pat_rhs = unguardedGRHSs rhs 
-                            , pat_rhs_ty = hsLPatType lpat
-                            , bind_fvs = placeHolderNames 
-                             }
-
-       ; traceTc $ text "makeImplicationBind" <+> ppr implic_inst
-       ; return ([implic_inst], unitBag bind) 
-        }
-
------------------------------------------------------------
-tryHardCheckLoop :: SDoc
-            -> [Inst]                  -- Wanted
-            -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
-
-tryHardCheckLoop doc wanteds
-  = do { (irreds,binds) <- checkLoop (mkInferRedEnv doc try_me) wanteds
-       ; return (irreds,binds)
-       }
-  where
-    try_me _ = ReduceMe
-       -- Here's the try-hard bit
-
------------------------------------------------------------
-gentleCheckLoop :: InstLoc
-              -> [Inst]                -- Given
-              -> [Inst]                -- Wanted
-              -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
-
-gentleCheckLoop inst_loc givens wanteds
-  = do { (irreds,binds) <- checkLoop env wanteds
-       ; return (irreds,binds)
-       }
-  where
-    env = mkRedEnv (pprInstLoc inst_loc) try_me givens
-
-    try_me inst | isMethodOrLit inst = ReduceMe
-               | otherwise          = Stop
-       -- When checking against a given signature 
-       -- we MUST be very gentle: Note [Check gently]
-
-gentleInferLoop :: SDoc -> [Inst]
-               -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
-gentleInferLoop doc wanteds
-  = do         { (irreds, binds) <- checkLoop env wanteds
-       ; return (irreds, binds) }
-  where
-    env = mkInferRedEnv doc try_me
-    try_me inst | isMethodOrLit inst = ReduceMe
-               | otherwise          = Stop
-\end{code}
-
-Note [Check gently]
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
-We have to very careful about not simplifying too vigorously
-Example:  
-  data T a where
-    MkT :: a -> T [a]
-
-  f :: Show b => T b -> b
-  f (MkT x) = show [x]
-
-Inside the pattern match, which binds (a:*, x:a), we know that
-       b ~ [a]
-Hence we have a dictionary for Show [a] available; and indeed we 
-need it.  We are going to build an implication contraint
-       forall a. (b~[a]) => Show [a]
-Later, we will solve this constraint using the knowledge (Show b)
-       
-But we MUST NOT reduce (Show [a]) to (Show a), else the whole
-thing becomes insoluble.  So we simplify gently (get rid of literals
-and methods only, plus common up equal things), deferring the real
-work until top level, when we solve the implication constraint
-with tryHardCheckLooop.
-
-
-\begin{code}
------------------------------------------------------------
-checkLoop :: RedEnv
-         -> [Inst]                     -- Wanted
-         -> TcM ([Inst], TcDictBinds) 
--- Precondition: givens are completely rigid
--- Postcondition: returned Insts are zonked
-
-checkLoop env wanteds
-  = go env wanteds
-  where go env wanteds
-         = do  {  -- We do need to zonk the givens; cf Note [Zonking RedEnv]
-                ; env'     <- zonkRedEnv env
-               ; wanteds' <- zonkInsts  wanteds
-       
-               ; (improved, tybinds, binds, irreds) 
-                    <- reduceContext env' wanteds'
-                ; execTcTyVarBinds tybinds
-
-               ; if null irreds || not improved then
-                   return (irreds, binds)
-                 else do
-       
-               -- If improvement did some unification, we go round again.
-               -- We start again with irreds, not wanteds
-               -- Using an instance decl might have introduced a fresh type
-               -- variable which might have been unified, so we'd get an 
-                -- infinite loop if we started again with wanteds!  
-                -- See Note [LOOP]
-               { (irreds1, binds1) <- go env' irreds
-               ; return (irreds1, binds `unionBags` binds1) } }
-\end{code}
-
-Note [Zonking RedEnv]
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
-It might appear as if the givens in RedEnv are always rigid, but that is not
-necessarily the case for programs involving higher-rank types that have class
-contexts constraining the higher-rank variables.  An example from tc237 in the
-testsuite is
-
-  class Modular s a | s -> a
-
-  wim ::  forall a w. Integral a 
-                        => a -> (forall s. Modular s a => M s w) -> w
-  wim i k = error "urk"
-
-  test5  ::  (Modular s a, Integral a) => M s a
-  test5  =   error "urk"
-
-  test4   =   wim 4 test4'
-
-Notice how the variable 'a' of (Modular s a) in the rank-2 type of wim is
-quantified further outside.  When type checking test4, we have to check
-whether the signature of test5 is an instance of 
-
-  (forall s. Modular s a => M s w)
-
-Consequently, we will get (Modular s t_a), where t_a is a TauTv into the
-givens. 
-
-Given the FD of Modular in this example, class improvement will instantiate
-t_a to 'a', where 'a' is the skolem from test5's signatures (due to the
-Modular s a predicate in that signature).  If we don't zonk (Modular s t_a) in
-the givens, we will get into a loop as improveOne uses the unification engine
-Unify.tcUnifyTys, which doesn't know about mutable type variables.
-
-
-Note [LOOP]
-~~~~~~~~~~~
-       class If b t e r | b t e -> r
-       instance If T t e t
-       instance If F t e e
-       class Lte a b c | a b -> c where lte :: a -> b -> c
-       instance Lte Z b T
-       instance (Lte a b l,If l b a c) => Max a b c
-
-Wanted:        Max Z (S x) y
-
-Then we'll reduce using the Max instance to:
-       (Lte Z (S x) l, If l (S x) Z y)
-and improve by binding l->T, after which we can do some reduction
-on both the Lte and If constraints.  What we *can't* do is start again
-with (Max Z (S x) y)!
-
-
-
-%************************************************************************
-%*                                                                     *
-               tcSimplifySuperClasses
-%*                                                                     *
-%************************************************************************
-
-Note [SUPERCLASS-LOOP 1]
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
-We have to be very, very careful when generating superclasses, lest we
-accidentally build a loop. Here's an example:
-
-  class S a
+*********************************************************************************
+*                                                                                 * 
+*                             RULES                                               *
+*                                                                                 *
+***********************************************************************************
 
 
-  class S a => C a where { opc :: a -> a }
-  class S b => D b where { opd :: b -> b }
-  
-  instance C Int where
-     opc = opd
-  
-  instance D Int where
-     opd = opc
-
-From (instance C Int) we get the constraint set {ds1:S Int, dd:D Int}
-Simplifying, we may well get:
-       $dfCInt = :C ds1 (opd dd)
-       dd  = $dfDInt
-       ds1 = $p1 dd
-Notice that we spot that we can extract ds1 from dd.  
-
-Alas!  Alack! We can do the same for (instance D Int):
-
-       $dfDInt = :D ds2 (opc dc)
-       dc  = $dfCInt
-       ds2 = $p1 dc
-
-And now we've defined the superclass in terms of itself.
-Two more nasty cases are in
-       tcrun021
-       tcrun033
-
-Solution: 
-  - Satisfy the superclass context *all by itself* 
-    (tcSimplifySuperClasses)
-  - And do so completely; i.e. no left-over constraints
-    to mix with the constraints arising from method declarations
-
-
-Note [Recursive instances and superclases]
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
-Consider this code, which arises in the context of "Scrap Your 
-Boilerplate with Class".  
-
-    class Sat a
-    class Data ctx a
-    instance  Sat (ctx Char)             => Data ctx Char
-    instance (Sat (ctx [a]), Data ctx a) => Data ctx [a]
-
-    class Data Maybe a => Foo a
-
-    instance Foo t => Sat (Maybe t)
-
-    instance Data Maybe a => Foo a
-    instance Foo a        => Foo [a]
-    instance                 Foo [Char]
-
-In the instance for Foo [a], when generating evidence for the superclasses
-(ie in tcSimplifySuperClasses) we need a superclass (Data Maybe [a]).
-Using the instance for Data, we therefore need
-        (Sat (Maybe [a], Data Maybe a)
-But we are given (Foo a), and hence its superclass (Data Maybe a).
-So that leaves (Sat (Maybe [a])).  Using the instance for Sat means
-we need (Foo [a]).  And that is the very dictionary we are bulding
-an instance for!  So we must put that in the "givens".  So in this
-case we have
-       Given:  Foo a, Foo [a]
-       Watend: Data Maybe [a]
-
-BUT we must *not not not* put the *superclasses* of (Foo [a]) in
-the givens, which is what 'addGiven' would normally do. Why? Because
-(Data Maybe [a]) is the superclass, so we'd "satisfy" the wanted 
-by selecting a superclass from Foo [a], which simply makes a loop.
-
-On the other hand we *must* put the superclasses of (Foo a) in
-the givens, as you can see from the derivation described above.
-
-Conclusion: in the very special case of tcSimplifySuperClasses
-we have one 'given' (namely the "this" dictionary) whose superclasses
-must not be added to 'givens' by addGiven.  
-
-There is a complication though.  Suppose there are equalities
-      instance (Eq a, a~b) => Num (a,b)
-Then we normalise the 'givens' wrt the equalities, so the original
-given "this" dictionary is cast to one of a different type.  So it's a
-bit trickier than before to identify the "special" dictionary whose
-superclasses must not be added. See test
-   indexed-types/should_run/EqInInstance
-
-We need a persistent property of the dictionary to record this
-special-ness.  Current I'm using the InstLocOrigin (a bit of a hack,
-but cool), which is maintained by dictionary normalisation.
-Specifically, the InstLocOrigin is
-            NoScOrigin
-then the no-superclass thing kicks in.  WATCH OUT if you fiddle
-with InstLocOrigin!
-
-\begin{code}
-tcSimplifySuperClasses
-       :: InstLoc 
-       -> Inst         -- The dict whose superclasses 
-                       -- are being figured out
-       -> [Inst]       -- Given 
-       -> [Inst]       -- Wanted
-       -> TcM TcDictBinds
-tcSimplifySuperClasses loc this givens sc_wanteds
-  = do { traceTc (text "tcSimplifySuperClasses")
-
-             -- Note [Recursive instances and superclases]
-        ; no_sc_loc <- getInstLoc NoScOrigin
-       ; let no_sc_this = setInstLoc this no_sc_loc
-
-       ; let env =  RedEnv { red_doc = pprInstLoc loc, 
-                             red_try_me = try_me,
-                             red_givens = no_sc_this : givens, 
-                             red_stack = (0,[]),
-                             red_improve = False }  -- No unification vars
-
-
-       ; (irreds,binds1) <- checkLoop env sc_wanteds
-       ; let (tidy_env, tidy_irreds) = tidyInsts irreds
-       ; reportNoInstances tidy_env (Just (loc, givens)) [] tidy_irreds
-       ; return binds1 }
-  where
-    try_me _ = ReduceMe  -- Try hard, so we completely solve the superclass 
-                        -- constraints right here. See Note [SUPERCLASS-LOOP 1]
-\end{code}
-
-
-%************************************************************************
-%*                                                                     *
-\subsection{tcSimplifyRestricted}
-%*                                                                     *
-%************************************************************************
-
-tcSimplifyRestricted infers which type variables to quantify for a 
-group of restricted bindings.  This isn't trivial.
-
-Eg1:   id = \x -> x
-       We want to quantify over a to get id :: forall a. a->a
-       
-Eg2:   eq = (==)
-       We do not want to quantify over a, because there's an Eq a 
-       constraint, so we get eq :: a->a->Bool  (notice no forall)
-
-So, assume:
-       RHS has type 'tau', whose free tyvars are tau_tvs
-       RHS has constraints 'wanteds'
-
-Plan A (simple)
-  Quantify over (tau_tvs \ ftvs(wanteds))
-  This is bad. The constraints may contain (Monad (ST s))
-  where we have        instance Monad (ST s) where...
-  so there's no need to be monomorphic in s!
-
-  Also the constraint might be a method constraint,
-  whose type mentions a perfectly innocent tyvar:
-         op :: Num a => a -> b -> a
-  Here, b is unconstrained.  A good example would be
-       foo = op (3::Int)
-  We want to infer the polymorphic type
-       foo :: forall b. b -> b
-
-
-Plan B (cunning, used for a long time up to and including GHC 6.2)
-  Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
-  with Plan A's problem).  Then set
-       qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
-
-  Step 2: Now simplify again, treating the constraint as 'free' if 
-  it does not mention qtvs, and trying to reduce it otherwise.
-  The reasons for this is to maximise sharing.
-
-  This fails for a very subtle reason.  Suppose that in the Step 2
-  a constraint (Foo (Succ Zero) (Succ Zero) b) gets thrown upstairs as 'free'.
-  In the Step 1 this constraint might have been simplified, perhaps to
-  (Foo Zero Zero b), AND THEN THAT MIGHT BE IMPROVED, to bind 'b' to 'T'.
-  This won't happen in Step 2... but that in turn might prevent some other
-  constraint (Baz [a] b) being simplified (e.g. via instance Baz [a] T where {..}) 
-  and that in turn breaks the invariant that no constraints are quantified over.
-
-  Test typecheck/should_compile/tc177 (which failed in GHC 6.2) demonstrates
-  the problem.
-
-
-Plan C (brutal)
-  Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
-  with Plan A's problem).  Then set
-       qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
-  Return the bindings from Step 1.
-  
-
-A note about Plan C (arising from "bug" reported by George Russel March 2004)
-Consider this:
-
-      instance (HasBinary ty IO) => HasCodedValue ty
-
-      foo :: HasCodedValue a => String -> IO a
-
-      doDecodeIO :: HasCodedValue a => () -> () -> IO a
-      doDecodeIO codedValue view  
-        = let { act = foo "foo" } in  act
-
-You might think this should work becuase the call to foo gives rise to a constraint
-(HasCodedValue t), which can be satisfied by the type sig for doDecodeIO.  But the
-restricted binding act = ... calls tcSimplifyRestricted, and PlanC simplifies the
-constraint using the (rather bogus) instance declaration, and now we are stuffed.
+Note [Simplifying RULE lhs constraints]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+On the LHS of transformation rules we only simplify only equalities,
+but not dictionaries.  We want to keep dictionaries unsimplified, to
+serve as the available stuff for the RHS of the rule.  We *do* want to
+simplify equalities, however, to detect ill-typed rules that cannot be
+applied.
 
 
-I claim this is not really a bug -- but it bit Sergey as well as George.  So here's
-plan D
-
-
-Plan D (a variant of plan B)
-  Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
-  with Plan A's problem), BUT DO NO IMPROVEMENT.  Then set
-       qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
-
-  Step 2: Now simplify again, treating the constraint as 'free' if 
-  it does not mention qtvs, and trying to reduce it otherwise.
-
-  The point here is that it's generally OK to have too few qtvs; that is,
-  to make the thing more monomorphic than it could be.  We don't want to
-  do that in the common cases, but in wierd cases it's ok: the programmer
-  can always add a signature.  
-
-  Too few qtvs => too many wanteds, which is what happens if you do less
-  improvement.
-
-
-\begin{code}
-tcSimplifyRestricted   -- Used for restricted binding groups
-                       -- i.e. ones subject to the monomorphism restriction
-       :: SDoc
-       -> TopLevelFlag
-       -> [Name]               -- Things bound in this group
-       -> TcTyVarSet           -- Free in the type of the RHSs
-       -> [Inst]               -- Free in the RHSs
-       -> TcM ([TyVar],        -- Tyvars to quantify (zonked and quantified)
-               TcDictBinds)    -- Bindings
-       -- tcSimpifyRestricted returns no constraints to
-       -- quantify over; by definition there are none.
-       -- They are all thrown back in the LIE
-
-tcSimplifyRestricted doc top_lvl bndrs tau_tvs wanteds
-       -- Zonk everything in sight
-  = do { traceTc (text "tcSimplifyRestricted")
-       ; wanteds_z <- zonkInsts wanteds
-
-       -- 'ReduceMe': Reduce as far as we can.  Don't stop at
-       -- dicts; the idea is to get rid of as many type
-       -- variables as possible, and we don't want to stop
-       -- at (say) Monad (ST s), because that reduces
-       -- immediately, with no constraint on s.
-       --
-       -- BUT do no improvement!  See Plan D above
-       -- HOWEVER, some unification may take place, if we instantiate
-       --          a method Inst with an equality constraint
-       ; let env = mkNoImproveRedEnv doc (\_ -> ReduceMe)
-       ; (_imp, _tybinds, _binds, constrained_dicts) 
-            <- reduceContext env wanteds_z
-
-       -- Next, figure out the tyvars we will quantify over
-       ; tau_tvs' <- zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs)
-       ; gbl_tvs' <- tcGetGlobalTyVars
-       ; constrained_dicts' <- zonkInsts constrained_dicts
-
-       ; let qtvs1 = tau_tvs' `minusVarSet` oclose (fdPredsOfInsts constrained_dicts) gbl_tvs'
-                               -- As in tcSimplifyInfer
-
-               -- Do not quantify over constrained type variables:
-               -- this is the monomorphism restriction
-             constrained_tvs' = tyVarsOfInsts constrained_dicts'
-             qtvs = qtvs1 `minusVarSet` constrained_tvs'
-             pp_bndrs = pprWithCommas (quotes . ppr) bndrs
-
-       -- Warn in the mono
-       ; warn_mono <- doptM Opt_WarnMonomorphism
-       ; warnTc (warn_mono && (constrained_tvs' `intersectsVarSet` qtvs1))
-                (vcat[ ptext (sLit "the Monomorphism Restriction applies to the binding")
-                               <> plural bndrs <+> ptext (sLit "for") <+> pp_bndrs,
-                       ptext (sLit "Consider giving a type signature for") <+> pp_bndrs])
-
-       ; traceTc (text "tcSimplifyRestricted" <+> vcat [
-               pprInsts wanteds, pprInsts constrained_dicts',
-               ppr _binds,
-               ppr constrained_tvs', ppr tau_tvs', ppr qtvs ])
-
-       -- The first step may have squashed more methods than
-       -- necessary, so try again, this time more gently, knowing the exact
-       -- set of type variables to quantify over.
-       --
-       -- We quantify only over constraints that are captured by qtvs;
-       -- these will just be a subset of non-dicts.  This in contrast
-       -- to normal inference (using isFreeWhenInferring) in which we quantify over
-       -- all *non-inheritable* constraints too.  This implements choice
-       -- (B) under "implicit parameter and monomorphism" above.
-       --
-       -- Remember that we may need to do *some* simplification, to
-       -- (for example) squash {Monad (ST s)} into {}.  It's not enough
-       -- just to float all constraints
-       --
-       -- At top level, we *do* squash methods 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) = Stop
-                         | otherwise                       = ReduceMe 
-             env = mkNoImproveRedEnv doc try_me
-       ; (_imp, tybinds, binds, irreds) <- reduceContext env wanteds_z
-        ; execTcTyVarBinds tybinds
-
-       -- See "Notes on implicit parameters, Question 4: top level"
-       ; ASSERT( all (isFreeWrtTyVars qtvs) irreds )   -- None should be captured
-         if is_nested_group then
-               extendLIEs irreds
-         else do { let (bad_ips, non_ips) = partition isIPDict irreds
-                 ; addTopIPErrs bndrs bad_ips
-                 ; extendLIEs non_ips }
-
-       ; qtvs' <- zonkQuantifiedTyVars (varSetElems qtvs)
-       ; return (qtvs', binds) }
-\end{code}
-
-
-%************************************************************************
-%*                                                                     *
-               tcSimplifyRuleLhs
-%*                                                                     *
-%************************************************************************
-
-On the LHS of transformation rules we only simplify methods and constants,
-getting dictionaries.  We want to keep all of them unsimplified, to serve
-as the available stuff for the RHS of the rule.
+Implementation: the TcSFlags carried by the TcSMonad controls the
+amount of simplification, so simplifyRuleLhs just sets the flag
+appropriately.
 
 Example.  Consider the following left-hand side of a rule
 
 Example.  Consider the following left-hand side of a rule
-       
        f (x == y) (y > z) = ...
        f (x == y) (y > z) = ...
-
 If we typecheck this expression we get constraints
 If we typecheck this expression we get constraints
-
        d1 :: Ord a, d2 :: Eq a
        d1 :: Ord a, d2 :: Eq a
-
 We do NOT want to "simplify" to the LHS
 We do NOT want to "simplify" to the LHS
-
        forall x::a, y::a, z::a, d1::Ord a.
          f ((==) (eqFromOrd d1) x y) ((>) d1 y z) = ...
        forall x::a, y::a, z::a, d1::Ord a.
          f ((==) (eqFromOrd d1) x y) ((>) d1 y z) = ...
-
 Instead we want        
 Instead we want        
-
        forall x::a, y::a, z::a, d1::Ord a, d2::Eq a.
          f ((==) d2 x y) ((>) d1 y z) = ...
 
 Here is another example:
        forall x::a, y::a, z::a, d1::Ord a, d2::Eq a.
          f ((==) d2 x y) ((>) d1 y z) = ...
 
 Here is another example:
-
        fromIntegral :: (Integral a, Num b) => a -> b
        {-# RULES "foo"  fromIntegral = id :: Int -> Int #-}
        fromIntegral :: (Integral a, Num b) => a -> b
        {-# RULES "foo"  fromIntegral = id :: Int -> Int #-}
-
 In the rule, a=b=Int, and Num Int is a superclass of Integral Int. But
 we *dont* want to get
 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
        forall dIntegralInt.
           fromIntegral Int Int dIntegralInt (scsel dIntegralInt) = id Int
-
 because the scsel will mess up RULE matching.  Instead we want
 because the scsel will mess up RULE matching.  Instead we want
-
        forall dIntegralInt, dNumInt.
          fromIntegral Int Int dIntegralInt dNumInt = id Int
 
 Even if we have 
        forall dIntegralInt, dNumInt.
          fromIntegral Int Int dIntegralInt dNumInt = id Int
 
 Even if we have 
-
        g (x == y) (y == z) = ..
        g (x == y) (y == z) = ..
-
 where the two dictionaries are *identical*, we do NOT WANT
 where the two dictionaries are *identical*, we do NOT WANT
-
        forall x::a, y::a, z::a, d1::Eq a
          f ((==) d1 x y) ((>) d1 y z) = ...
        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.
 
 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
+In short, simplifyRuleLhs must *only* squash equalities, leaving
+all dicts unchanged, with absolutely no sharing.  
 
 
-* Applications of a higher-rank function on the LHS may give
-  rise to an implication constraint, esp if there are unsatisfiable
-  equality constraints inside.
+HOWEVER, under a nested implication things are different
+Consider
+  f :: (forall a. Eq a => a->a) -> Bool -> ...
+  {-# RULES "foo" forall (v::forall b. Eq b => b->b).
+       f b True = ...
+    #=}
+Here we *must* solve the wanted (Eq a) from the given (Eq a)
+resulting from skolemising the agument type of g.  So we 
+revert to SimplCheck when going under an implication.  
 
 \begin{code}
 
 \begin{code}
-tcSimplifyRuleLhs :: [Inst] -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
-tcSimplifyRuleLhs wanteds
-  = do { wanteds' <- zonkInsts wanteds
-       
-               -- Simplify equalities  
-               -- It's important to do this: Trac #3346 for example
-        ; (_, wanteds'', tybinds, binds1) <- tcReduceEqs [] wanteds'
-        ; execTcTyVarBinds tybinds
-
-               -- Simplify other constraints
-       ; (irreds, binds2) <- go [] emptyBag wanteds''
-
-               -- Report anything that is left
-       ; let (dicts, bad_irreds) = partition isDict irreds
-       ; traceTc (text "tcSimplifyrulelhs" <+> pprInsts bad_irreds)
-       ; addNoInstanceErrs (nub bad_irreds)
-               -- The nub removes duplicates, which has
-               -- not happened otherwise (see notes above)
-
-       ; return (dicts, binds1 `unionBags` binds2) }
-  where
-    go :: [Inst] -> TcDictBinds -> [Inst] -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
-    go irreds binds []
-       = return (irreds, binds)
-    go irreds binds (w:ws)
-       | isDict w
-       = go (w:irreds) binds ws
-       | isImplicInst w        -- Have a go at reducing the implication
-       = do { (binds1, irreds1) <- reduceImplication red_env w
-            ; let (bad_irreds, ok_irreds) = partition isImplicInst irreds1
-            ; go (bad_irreds ++ irreds) 
-                 (binds `unionBags` binds1) 
-                 (ok_irreds ++ ws)}
-       | otherwise
-       = do { w' <- zonkInst w  -- So that (3::Int) does not generate a call
-                                -- to fromInteger; this looks fragile to me
-            ; lookup_result <- lookupSimpleInst w'
-            ; case lookup_result of
-                NoInstance      -> go (w:irreds) binds ws
-                GenInst ws' rhs -> go irreds binds' (ws' ++ ws)
-                       where
-                         binds' = addInstToDictBind binds w rhs
-         }
-
-       -- Sigh: we need to reduce inside implications
-    red_env = mkInferRedEnv doc try_me
-    doc = ptext (sLit "Implication constraint in RULE lhs")
-    try_me inst | isMethodOrLit inst = ReduceMe
-               | otherwise          = Stop     -- Be gentle
+simplifyRule :: RuleName 
+             -> [TcTyVar]              -- Explicit skolems
+             -> WantedConstraints      -- Constraints from LHS
+             -> WantedConstraints      -- Constraints from RHS
+             -> TcM ([EvVar],          -- LHS dicts
+                     TcEvBinds,                -- Evidence for LHS
+                     TcEvBinds)                -- Evidence for RHS
+-- See Note [Simplifying RULE lhs constraints]
+simplifyRule name tv_bndrs lhs_wanted rhs_wanted
+  = do { loc        <- getCtLoc (RuleSkol name)
+       ; zonked_lhs <- zonkWC lhs_wanted
+       ; let untch = NoUntouchables
+                -- We allow ourselves to unify environment 
+                -- variables; hence *no untouchables*
+
+       ; (lhs_results, lhs_binds)
+              <- runTcS (SimplRuleLhs name) untch $
+                 solveWanteds emptyInert zonked_lhs
+
+       ; traceTc "simplifyRule" $
+         vcat [ text "zonked_lhs"   <+> ppr zonked_lhs 
+              , text "lhs_results" <+> ppr lhs_results
+              , text "lhs_binds"    <+> ppr lhs_binds 
+              , text "rhs_wanted"   <+> ppr rhs_wanted ]
+
+
+       -- Don't quantify over equalities (judgement call here)
+       ; let (eqs, dicts) = partitionBag (isEqPred . evVarOfPred)
+                                         (wc_flat lhs_results)
+             lhs_dicts    = map evVarOf (bagToList dicts)
+                                 -- Dicts and implicit parameters
+
+           -- Fail if we have not got down to unsolved flats
+       ; ev_binds_var <- newTcEvBinds
+       ; emitImplication $ Implic { ic_untch  = untch
+                                  , ic_env    = emptyNameEnv
+                                  , ic_skols  = mkVarSet tv_bndrs
+                                  , ic_given  = lhs_dicts
+                                  , ic_wanted = lhs_results { wc_flat = eqs }
+                                  , ic_insol  = insolubleWC lhs_results
+                                  , ic_binds  = ev_binds_var
+                                  , ic_loc    = loc }
+
+            -- Notice that we simplify the RHS with only the explicitly
+            -- introduced skolems, allowing the RHS to constrain any 
+            -- unification variables.
+            -- Then, and only then, we call zonkQuantifiedTypeVariables
+            -- Example   foo :: Ord a => a -> a
+            --           foo_spec :: Int -> Int
+            --           {-# RULE "foo"  foo = foo_spec #-}
+            --     Here, it's the RHS that fixes the type variable
+
+            -- So we don't want to make untouchable the type
+            -- variables in the envt of the RHS, because they include
+            -- the template variables of the RULE
+
+            -- Hence the rather painful ad-hoc treatement here
+       ; rhs_binds_var@(EvBindsVar evb_ref _)  <- newTcEvBinds
+       ; let doc = ptext (sLit "rhs of rule") <+> doubleQuotes (ftext name)
+       ; rhs_binds1 <- simplifyCheck (SimplCheck doc) $
+            WC { wc_flat = emptyBag
+               , wc_insol = emptyBag
+               , wc_impl = unitBag $
+                    Implic { ic_untch   = NoUntouchables
+                            , ic_env    = emptyNameEnv
+                            , ic_skols  = mkVarSet tv_bndrs
+                            , ic_given  = lhs_dicts
+                            , ic_wanted = rhs_wanted
+                            , ic_insol  = insolubleWC rhs_wanted
+                            , ic_binds  = rhs_binds_var
+                            , ic_loc    = loc } }
+       ; rhs_binds2 <- readTcRef evb_ref
+
+       ; return ( lhs_dicts
+                , EvBinds lhs_binds 
+                , EvBinds (rhs_binds1 `unionBags` evBindMapBinds rhs_binds2)) }
 \end{code}
 
 \end{code}
 
-tcSimplifyBracket is used when simplifying the constraints arising from
-a Template Haskell bracket [| ... |].  We want to check that there aren't
-any constraints that can't be satisfied (e.g. Show Foo, where Foo has no
-Show instance), but we aren't otherwise interested in the results.
-Nor do we care about ambiguous dictionaries etc.  We will type check
-this bracket again at its usage site.
-
-\begin{code}
-tcSimplifyBracket :: [Inst] -> TcM ()
-tcSimplifyBracket wanteds
-  = do { _ <- tryHardCheckLoop doc wanteds
-       ; return () }
-  where
-    doc = text "tcSimplifyBracket"
-\end{code}
-
-
-%************************************************************************
-%*                                                                     *
-\subsection{Filtering at a dynamic binding}
-%*                                                                     *
-%************************************************************************
 
 
-When we have
-       let ?x = R in B
-
-we must discharge all the ?x constraints from B.  We also do an improvement
-step; if we have ?x::t1 and ?x::t2 we must unify t1, t2.
-
-Actually, the constraints from B might improve the types in ?x. For example
-
-       f :: (?x::Int) => Char -> Char
-       let ?x = 3 in f 'c'
-
-then the constraint (?x::Int) arising from the call to f will
-force the binding for ?x to be of type Int.
+*********************************************************************************
+*                                                                                 * 
+*                                 Main Simplifier                                 *
+*                                                                                 *
+***********************************************************************************
 
 \begin{code}
 
 \begin{code}
-tcSimplifyIPs :: [Inst]                -- The implicit parameters bound here
-             -> [Inst]         -- Wanted
-             -> TcM TcDictBinds
-       -- We need a loop so that we do improvement, and then
-       -- (next time round) generate a binding to connect the two
-       --      let ?x = e in ?x
-       -- Here the two ?x's have different types, and improvement 
-       -- makes them the same.
-
-tcSimplifyIPs given_ips wanteds
-  = do { wanteds'   <- zonkInsts wanteds
-       ; given_ips' <- zonkInsts given_ips
-               -- Unusually for checking, we *must* zonk the given_ips
-
-       ; let env = mkRedEnv doc try_me given_ips'
-       ; (improved, tybinds, binds, irreds) <- reduceContext env wanteds'
-        ; execTcTyVarBinds tybinds
-
-       ; if null irreds || not improved then 
-               ASSERT( all is_free irreds )
-               do { extendLIEs irreds
-                  ; return binds }
-         else do
-        -- If improvement did some unification, we go round again.
-        -- We start again with irreds, not wanteds
-        -- Using an instance decl might have introduced a fresh type
-        -- variable which might have been unified, so we'd get an 
-        -- infinite loop if we started again with wanteds!  
-        -- See Note [LOOP]
-        { binds1 <- tcSimplifyIPs given_ips' irreds
-        ; return $ binds `unionBags` binds1
-        } }
-  where
-    doc           = text "tcSimplifyIPs" <+> ppr given_ips
-    ip_set = mkNameSet (ipNamesOfInsts given_ips)
-    is_free inst = isFreeWrtIPs ip_set inst
-
-       -- Simplify any methods that mention the implicit parameter
-    try_me inst | is_free inst = Stop
-               | otherwise    = ReduceMe
-\end{code}
-
-
-%************************************************************************
-%*                                                                     *
-\subsection[binds-for-local-funs]{@bindInstsOfLocalFuns@}
-%*                                                                     *
-%************************************************************************
-
-When doing a binding group, we may have @Insts@ of local functions.
-For example, we might have...
-\begin{verbatim}
-let f x = x + 1            -- orig local function (overloaded)
-    f.1 = f Int            -- two instances of f
-    f.2 = f Float
- in
-    (f.1 5, f.2 6.7)
-\end{verbatim}
-The point is: we must drop the bindings for @f.1@ and @f.2@ here,
-where @f@ is in scope; those @Insts@ must certainly not be passed
-upwards towards the top-level. If the @Insts@ were binding-ified up
-there, they would have unresolvable references to @f@.
-
-We pass in an @init_lie@ of @Insts@ and a list of locally-bound @Ids@.
-For each method @Inst@ in the @init_lie@ that mentions one of the
-@Ids@, we create a binding.  We return the remaining @Insts@ (in an
-@LIE@), as well as the @HsBinds@ generated.
-
-\begin{code}
-bindInstsOfLocalFuns ::        [Inst] -> [TcId] -> TcM TcDictBinds
--- Simlifies only MethodInsts, and generate only bindings of form 
---     fm = f tys dicts
--- We're careful not to even generate bindings of the form
---     d1 = d2
--- You'd think that'd be fine, but it interacts with what is
--- arguably a bug in Match.tidyEqnInfo (see notes there)
-
-bindInstsOfLocalFuns wanteds local_ids
-  | null overloaded_ids = do
-       -- Common case
-    extendLIEs wanteds
-    return emptyLHsBinds
-
-  | otherwise
-  = do { (irreds, binds) <- gentleInferLoop doc for_me
-       ; extendLIEs not_for_me 
-       ; extendLIEs irreds
-       ; return binds }
-  where
-    doc                     = text "bindInsts" <+> ppr local_ids
-    overloaded_ids   = filter is_overloaded local_ids
-    is_overloaded id = isOverloadedTy (idType id)
-    (for_me, not_for_me) = partition (isMethodFor overloaded_set) wanteds
-
-    overloaded_set = mkVarSet overloaded_ids   -- There can occasionally be a lot of them
-                                               -- so it's worth building a set, so that
-                                               -- lookup (in isMethodFor) is faster
-\end{code}
-
-
-%************************************************************************
-%*                                                                     *
-\subsection{Data types for the reduction mechanism}
-%*                                                                     *
-%************************************************************************
-
-The main control over context reduction is here
-
-\begin{code}
-data RedEnv 
-  = RedEnv { red_doc   :: SDoc                 -- The context
-          , red_try_me :: Inst -> WhatToDo
-          , red_improve :: Bool                -- True <=> do improvement
-          , red_givens :: [Inst]               -- All guaranteed rigid
-                                               -- Always dicts & equalities
-                                               -- but see Note [Rigidity]
-          , red_stack  :: (Int, [Inst])        -- Recursion stack (for err msg)
-                                               -- See Note [RedStack]
-  }
-
--- Note [Rigidity]
--- The red_givens are rigid so far as cmpInst is concerned.
--- There is one case where they are not totally rigid, namely in tcSimplifyIPs
---     let ?x = e in ...
--- Here, the given is (?x::a), where 'a' is not necy a rigid type
--- But that doesn't affect the comparison, which is based only on mame.
-
--- Note [RedStack]
--- The red_stack pair (n,insts) pair is just used for error reporting.
--- 'n' is always the depth of the stack.
--- The 'insts' is the stack of Insts being reduced: to produce X
--- I had to produce Y, to produce Y I had to produce Z, and so on.
-
-
-mkRedEnv :: SDoc -> (Inst -> WhatToDo) -> [Inst] -> RedEnv
-mkRedEnv doc try_me givens
-  = RedEnv { red_doc = doc, red_try_me = try_me,
-            red_givens = givens, 
-            red_stack = (0,[]),
-            red_improve = True }       
-
-mkInferRedEnv :: SDoc -> (Inst -> WhatToDo) -> RedEnv
--- No givens at all
-mkInferRedEnv doc try_me
-  = RedEnv { red_doc = doc, red_try_me = try_me,
-            red_givens = [], 
-            red_stack = (0,[]),
-            red_improve = True }       
-
-mkNoImproveRedEnv :: SDoc -> (Inst -> WhatToDo) -> RedEnv
--- Do not do improvement; no givens
-mkNoImproveRedEnv doc try_me
-  = RedEnv { red_doc = doc, red_try_me = try_me,
-            red_givens = [], 
-            red_stack = (0,[]),
-            red_improve = True }       
-
-data WhatToDo
- = ReduceMe    -- Try to reduce this
-               -- If there's no instance, add the inst to the 
-               -- irreductible ones, but don't produce an error 
-               -- message of any kind.
-               -- It might be quite legitimate such as (Eq a)!
-
- | Stop                -- Return as irreducible unless it can
-                       -- be reduced to a constant in one step
-                       -- Do not add superclasses; see 
-
-data WantSCs = NoSCs | AddSCs  -- Tells whether we should add the superclasses
-                               -- of a predicate when adding it to the avails
-       -- The reason for this flag is entirely the super-class loop problem
-       -- Note [SUPER-CLASS LOOP 1]
-
-zonkRedEnv :: RedEnv -> TcM RedEnv
-zonkRedEnv env
-  = do { givens' <- mapM zonkInst (red_givens env)
-       ; return $ env {red_givens = givens'}
-       }
-\end{code}
-
-
-%************************************************************************
-%*                                                                     *
-\subsection[reduce]{@reduce@}
-%*                                                                     *
-%************************************************************************
-
-Note [Ancestor Equalities]
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
-During context reduction, we add to the wanted equalities also those
-equalities that (transitively) occur in superclass contexts of wanted
-class constraints.  Consider the following code
-
-  class a ~ Int => C a
-  instance C Int
-
-If (C a) is wanted, we want to add (a ~ Int), which will be discharged by
-substituting Int for a.  Hence, we ultimately want (C Int), which we
-discharge with the explicit instance.
-
-\begin{code}
-reduceContext :: RedEnv
-             -> [Inst]                 -- Wanted
-             -> TcM (ImprovementDone,
-                      TcTyVarBinds,     -- Type variable bindings
-                     TcDictBinds,      -- Dictionary bindings
-                     [Inst])           -- Irreducible
-
-reduceContext env wanteds0
-  = do { traceTc (text "reduceContext" <+> (vcat [
-            text "----------------------",
-            red_doc env,
-            text "given" <+> ppr (red_givens env),
-            text "wanted" <+> ppr wanteds0,
-            text "----------------------"
-            ]))
-
-          -- We want to add as wanted equalities those that (transitively) 
-          -- occur in superclass contexts of wanted class constraints.
-          -- See Note [Ancestor Equalities]
-       ; ancestor_eqs <- ancestorEqualities wanteds0
-       ; traceTc $ text "reduceContext: ancestor eqs" <+> ppr ancestor_eqs
-
-          -- Normalise and solve all equality constraints as far as possible
-          -- and normalise all dictionary constraints wrt to the reduced
-          -- equalities.  The returned wanted constraints include the
-          -- irreducible wanted equalities.
-        ; let wanteds = wanteds0 ++ ancestor_eqs
-              givens  = red_givens env
-        ; (givens', 
-           wanteds', 
-           tybinds,
-           normalise_binds) <- tcReduceEqs givens wanteds
-       ; traceTc $ text "reduceContext: tcReduceEqs result" <+> vcat
-                     [ppr givens', ppr wanteds', ppr tybinds, 
-                       ppr normalise_binds]
-
-          -- Build the Avail mapping from "given_dicts"
-       ; (init_state, _) <- getLIE $ do 
-               { init_state <- foldlM addGiven emptyAvails givens'
-               ; return init_state
-                }
-
-          -- Solve the *wanted* *dictionary* constraints (not implications)
-         -- This may expose some further equational constraints in the course
-          -- of improvement due to functional dependencies if any of the
-          -- involved unifications gets deferred.
-       ; let (wanted_implics, wanted_dicts) = partition isImplicInst wanteds'
-       ; (avails, extra_eqs) <- 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., bindings for type variables).
-          -- (2) If we reduced dictionaries (i.e., got dictionary bindings),
-          --     they may have exposed further opportunities to normalise
-          --     family applications.  See Note [Dictionary Improvement]
-          --
-          -- NB: We do *not* go around for new extra_eqs.  Morally, we should,
-          --     but we can't without risking non-termination (see #2688).  By
-          --     not going around, we miss some legal programs mixing FDs and
-          --     TFs, but we never claimed to support such programs in the
-          --     current implementation anyway.
-
-       ; let all_irreds       = dict_irreds ++ implic_irreds ++ extra_eqs
-             avails_improved  = availsImproved avails
-              eq_improved      = anyBag (not . isCoVarBind) tybinds
-              improvedFlexible = avails_improved || eq_improved
-              reduced_dicts    = not (isEmptyBag dict_binds)
-              improved         = improvedFlexible || reduced_dicts
-              --
-              improvedHint  = (if avails_improved then " [AVAILS]" else "") ++
-                              (if eq_improved then " [EQ]" else "")
-
-       ; traceTc (text "reduceContext end" <+> (vcat [
-            text "----------------------",
-            red_doc env,
-            text "given" <+> ppr givens,
-            text "wanted" <+> ppr wanteds0,
-            text "----",
-            text "tybinds" <+> ppr tybinds,
-            text "avails" <+> pprAvails avails,
-            text "improved =" <+> ppr improved <+> text improvedHint,
-            text "(all) irreds = " <+> ppr all_irreds,
-            text "dict-binds = " <+> ppr dict_binds,
-            text "implic-binds = " <+> ppr implic_binds,
-            text "----------------------"
-            ]))
-
-       ; return (improved, 
-                  tybinds,
-                  normalise_binds `unionBags` dict_binds 
-                                  `unionBags` implic_binds, 
-                  all_irreds) 
-        }
-  where
-    isCoVarBind (TcTyVarBind tv _) = isCoVar tv
-
-tcImproveOne :: Avails -> Inst -> TcM ImprovementDone
-tcImproveOne avails inst
-  | not (isDict inst) = return False
-  | otherwise
-  = do { inst_envs <- tcGetInstEnvs
-       ; let eqns = improveOne (classInstances inst_envs)
-                               (dictPred inst, pprInstArising inst)
-                               [ (dictPred p, pprInstArising p)
-                               | p <- availsInsts avails, isDict p ]
-               -- Avails has all the superclasses etc (good)
-               -- It also has all the intermediates of the deduction (good)
-               -- It does not have duplicates (good)
-               -- NB that (?x::t1) and (?x::t2) will be held separately in 
-                --    avails so that improve will see them separate
-       ; traceTc (text "improveOne" <+> ppr inst)
-       ; unifyEqns eqns }
-
-unifyEqns :: [(Equation, (PredType, SDoc), (PredType, SDoc))] 
-         -> TcM ImprovementDone
-unifyEqns [] = return False
-unifyEqns eqns
-  = do { traceTc (ptext (sLit "Improve:") <+> vcat (map pprEquationDoc eqns))
-        ; improved <- mapM unify eqns
-       ; return $ or improved
-        }
-  where
-    unify ((qtvs, pairs), what1, what2)
-         = addErrCtxtM (mkEqnMsg what1 what2) $ 
-             do { let freeTyVars = unionVarSets (map tvs_pr pairs) 
-                                   `minusVarSet` qtvs
-                ; (_, _, tenv) <- tcInstTyVars (varSetElems qtvs)
-                ; mapM_ (unif_pr tenv) pairs
-                ; anyM isFilledMetaTyVar $ varSetElems freeTyVars
-                }
-
-    unif_pr tenv (ty1, ty2) = unifyType (substTy tenv ty1) (substTy tenv ty2)
-
-    tvs_pr (ty1, ty2) = tyVarsOfType ty1 `unionVarSet` tyVarsOfType ty2
-
-pprEquationDoc :: (Equation, (PredType, SDoc), (PredType, SDoc)) -> SDoc
-pprEquationDoc (eqn, (p1, _), (p2, _)) 
-  = vcat [pprEquation eqn, nest 2 (ppr p1), nest 2 (ppr p2)]
-
-mkEqnMsg :: (TcPredType, SDoc) -> (TcPredType, SDoc) -> TidyEnv
-         -> TcM (TidyEnv, SDoc)
-mkEqnMsg (pred1,from1) (pred2,from2) tidy_env
-  = do { pred1' <- zonkTcPredType pred1
-        ; pred2' <- zonkTcPredType pred2
-       ; let { pred1'' = tidyPred tidy_env pred1'
-              ; pred2'' = tidyPred tidy_env pred2' }
-       ; let msg = vcat [ptext (sLit "When using functional dependencies to combine"),
-                         nest 2 (sep [ppr pred1'' <> comma, nest 2 from1]), 
-                         nest 2 (sep [ppr pred2'' <> comma, nest 2 from2])]
-       ; return (tidy_env, msg) }
-\end{code}
-
-Note [Dictionary Improvement]
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
-In reduceContext, we first reduce equalities and then class constraints.
-However, the letter may expose further opportunities for the former.  Hence,
-we need to go around again if dictionary reduction produced any dictionary
-bindings.  The following example demonstrated the point:
-
-  data EX _x _y (p :: * -> *)
-  data ANY
-
-  class Base p
-
-  class Base (Def p) => Prop p where
-   type Def p
-
-  instance Base ()
-  instance Prop () where
-   type Def () = ()
-
-  instance (Base (Def (p ANY))) => Base (EX _x _y p)
-  instance (Prop (p ANY)) => Prop (EX _x _y p) where
-   type Def (EX _x _y p) = EX _x _y p
-
-  data FOO x
-  instance Prop (FOO x) where
-   type Def (FOO x) = ()
-
-  data BAR
-  instance Prop BAR where
-   type Def BAR = EX () () FOO
-
-During checking the last instance declaration, we need to check the superclass
-cosntraint Base (Def BAR), which family normalisation reduced to 
-Base (EX () () FOO).  Chasing the instance for Base (EX _x _y p), gives us
-Base (Def (FOO ANY)), which again requires family normalisation of Def to
-Base () before we can finish.
-
-
-The main context-reduction function is @reduce@.  Here's its game plan.
+simplifyCheck :: SimplContext
+             -> WantedConstraints      -- Wanted
+              -> TcM (Bag EvBind)
+-- Solve a single, top-level implication constraint
+-- e.g. typically one created from a top-level type signature
+--         f :: forall a. [a] -> [a]
+--          f x = rhs
+-- We do this even if the function has no polymorphism:
+--         g :: Int -> Int
+
+--          g y = rhs
+-- (whereas for *nested* bindings we would not create
+--  an implication constraint for g at all.)
+--
+-- Fails if can't solve something in the input wanteds
+simplifyCheck ctxt wanteds
+  = do { wanteds <- zonkWC wanteds
+
+       ; traceTc "simplifyCheck {" (vcat
+             [ ptext (sLit "wanted =") <+> ppr wanteds ])
+
+       ; (unsolved, ev_binds) <- runTcS ctxt NoUntouchables $
+                                 solveWanteds emptyInert wanteds
+
+       ; traceTc "simplifyCheck }" $
+         ptext (sLit "unsolved =") <+> ppr unsolved
+
+       ; reportUnsolved unsolved
+
+       ; return ev_binds }
+
+----------------
+solveWanteds :: InertSet                            -- Given
+             -> WantedConstraints
+             -> TcS WantedConstraints
+solveWanteds inert wanted
+  = do { (unsolved_flats, unsolved_implics, insols)
+             <- solve_wanteds inert wanted
+       ; return (WC { wc_flat = keepWanted unsolved_flats   -- Discard Derived
+                    , wc_impl = unsolved_implics
+                    , wc_insol = insols }) }
+
+solve_wanteds :: InertSet                            -- Given
+              -> WantedConstraints
+              -> TcS (Bag FlavoredEvVar, Bag Implication, Bag FlavoredEvVar)
+-- solve_wanteds iterates when it is able to float equalities
+-- out of one or more of the implications
+solve_wanteds inert wanted@(WC { wc_flat = flats, wc_impl = implics, wc_insol = insols })
+  = do { traceTcS "solveWanteds {" (ppr wanted)
+
+                 -- Try the flat bit
+                 -- Discard from insols all the derived/given constraints
+                 -- because they will show up again when we try to solve
+                 -- everything else.  Solving them a second time is a bit
+                 -- of a waste, but the code is simple, and the program is
+                 -- wrong anyway!
+       ; let all_flats = flats `unionBags` keepWanted insols
+       ; inert1 <- solveInteractWanted inert (bagToList all_flats)
+
+       ; (unsolved_flats, unsolved_implics) <- simpl_loop 1 inert1 implics
+
+       ; bb <- getTcEvBindsBag
+       ; tb <- getTcSTyBindsMap
+       ; traceTcS "solveWanteds }" $
+                 vcat [ text "unsolved_flats   =" <+> ppr unsolved_flats
+                      , text "unsolved_implics =" <+> ppr unsolved_implics
+                      , text "current evbinds  =" <+> vcat (map ppr (varEnvElts bb))
+                      , text "current tybinds  =" <+> vcat (map ppr (varEnvElts tb))
+                      ]
+
+       ; (subst, remaining_flats) <- solveCTyFunEqs unsolved_flats
+                -- See Note [Solving Family Equations]
+                -- NB: remaining_flats has already had subst applied
+
+       ; let (insoluble_flats, unsolved_flats) = partitionBag isCFrozenErr remaining_flats
+
+       ; return ( mapBag (substFlavoredEvVar subst . deCanonicalise) unsolved_flats
+                , mapBag (substImplication subst) unsolved_implics
+                , mapBag (substFlavoredEvVar subst . deCanonicalise) insoluble_flats ) }
 
 
-\begin{code}
-reduceList :: RedEnv -> [Inst] -> Avails -> TcM Avails
-reduceList env@(RedEnv {red_stack = (n,stk)}) wanteds state
-  = do { traceTc (text "reduceList " <+> (ppr wanteds $$ ppr state))
-       ; dopts <- getDOpts
-       ; when (debugIsOn && (n > 8)) $ do
-               debugDumpTcRn (hang (ptext (sLit "Interesting! Context reduction stack depth") <+> int n) 
-                            2 (ifPprDebug (nest 2 (pprStack stk))))
-       ; if n >= ctxtStkDepth dopts then
-           failWithTc (reduceDepthErr n stk)
-         else
-           go wanteds state }
   where
   where
-    go []     state = return state
-    go (w:ws) state = do { state' <- reduce (env {red_stack = (n+1, w:stk)}) w state
-                        ; go ws state' }
-
-    -- Base case: we're done!
-reduce :: RedEnv -> Inst -> Avails -> TcM Avails
-reduce env wanted avails
-
-    -- We don't reduce equalities here (and they must not end up as irreds
-    -- in the Avails!)
-  | isEqInst wanted
-  = return avails
-
-    -- It's the same as an existing inst, or a superclass thereof
-  | Just _ <- findAvail avails wanted
-  = do { traceTc (text "reduce: found " <+> ppr wanted)
-       ; return avails
-       }
-
-  | otherwise
-  = do { traceTc (text "reduce" <+> ppr wanted $$ ppr avails)
-       ; case red_try_me env wanted of {
-           Stop -> try_simple (addIrred NoSCs);
-                       -- See Note [No superclasses for Stop]
-
-           ReduceMe -> do      -- It should be reduced
-               { (avails, lookup_result) <- reduceInst env avails wanted
-               ; case lookup_result of
-                   NoInstance -> addIrred AddSCs avails wanted
-                            -- Add it and its superclasses
-                            
-                   GenInst [] rhs -> addWanted AddSCs avails wanted rhs []
-
-                   GenInst wanteds' rhs
-                         -> do { avails1 <- addIrred NoSCs avails wanted
-                               ; avails2 <- reduceList env wanteds' avails1
-                               ; addWanted AddSCs avails2 wanted rhs wanteds' } }
-               -- Temporarily do addIrred *before* the reduceList, 
-               -- which has the effect of adding the thing we are trying
-               -- to prove to the database before trying to prove the things it
-               -- needs.  See note [RECURSIVE DICTIONARIES]
-               -- NB: we must not do an addWanted before, because that adds the
-               --     superclasses too, and that can lead to a spurious loop; see
-               --     the examples in [SUPERCLASS-LOOP]
-               -- So we do an addIrred before, and then overwrite it afterwards with addWanted
-    } }
+    simpl_loop :: Int
+               -> InertSet
+               -> Bag Implication
+               -> TcS (CanonicalCts, Bag Implication) -- CanonicalCts are Wanted or Derived
+    simpl_loop n inert implics
+      | n>10
+      = trace "solveWanteds: loop" $                   -- Always bleat
+        do { traceTcS "solveWanteds: loop" (ppr inert)  -- Bleat more informatively
+           ; let (_, unsolved_cans) = extractUnsolved inert
+           ; return (unsolved_cans, implics) }
+
+      | otherwise
+      = do { traceTcS "solveWanteds: simpl_loop start {" $
+                 vcat [ text "n =" <+> ppr n
+                      , text "implics =" <+> ppr implics
+                      , text "inert   =" <+> ppr inert ]
+           
+           ; let (just_given_inert, unsolved_cans) = extractUnsolved inert
+                     -- unsolved_cans contains either Wanted or Derived!
+
+           ; (implic_eqs, unsolved_implics) 
+                  <- solveNestedImplications just_given_inert unsolved_cans implics
+
+                -- Apply defaulting rules if and only if there
+               -- no floated equalities.  If there are, they may
+               -- solve the remaining wanteds, so don't do defaulting.
+           ; improve_eqs <- if not (isEmptyBag implic_eqs)
+                           then return implic_eqs
+                            else applyDefaultingRules just_given_inert unsolved_cans
+
+           ; traceTcS "solveWanteds: simpl_loop end }" $
+                 vcat [ text "improve_eqs      =" <+> ppr improve_eqs
+                      , text "unsolved_flats   =" <+> ppr unsolved_cans
+                      , text "unsolved_implics =" <+> ppr unsolved_implics ]
+
+           ; (improve_eqs_already_in_inert, inert_with_improvement)
+               <- solveInteract inert improve_eqs 
+
+           ; if improve_eqs_already_in_inert then
+                 return (unsolved_cans, unsolved_implics)
+             else 
+                 simpl_loop (n+1) inert_with_improvement 
+                                         -- Contain unsolved_cans and the improve_eqs
+                                  unsolved_implics
+           }
+
+givensFromWanteds :: SimplContext -> CanonicalCts -> Bag FlavoredEvVar
+-- Extract the Wanted ones from CanonicalCts and conver to
+-- Givens; not Given/Solved, see Note [Preparing inert set for implications]
+givensFromWanteds _ctxt = foldrBag getWanted emptyBag
   where
   where
-       -- First, see if the inst can be reduced to a constant in one step
-       -- Works well for literals (1::Int) and constant dictionaries (d::Num Int)
-       -- Don't bother for implication constraints, which take real work
-    try_simple do_this_otherwise
-      = do { res <- lookupSimpleInst wanted
-          ; case res of
-               GenInst [] rhs -> addWanted AddSCs avails wanted rhs []
-               _              -> do_this_otherwise avails wanted }
-\end{code}
-
-
-Note [RECURSIVE DICTIONARIES]
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
-Consider 
-    data D r = ZeroD | SuccD (r (D r));
-    
-    instance (Eq (r (D r))) => Eq (D r) where
-        ZeroD     == ZeroD     = True
-        (SuccD a) == (SuccD b) = a == b
-        _         == _         = False;
-    
-    equalDC :: D [] -> D [] -> Bool;
-    equalDC = (==);
-
-We need to prove (Eq (D [])).  Here's how we go:
-
-       d1 : Eq (D [])
-
-by instance decl, holds if
-       d2 : Eq [D []]
-       where   d1 = dfEqD d2
-
-by instance decl of Eq, holds if
-       d3 : D []
-       where   d2 = dfEqList d3
-               d1 = dfEqD d2
-
-But now we can "tie the knot" to give
-
-       d3 = d1
-       d2 = dfEqList d3
-       d1 = dfEqD d2
-
-and it'll even run!  The trick is to put the thing we are trying to prove
-(in this case Eq (D []) into the database before trying to prove its
-contributing clauses.
-       
-Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
-We need to be careful when adding "the constaint we are trying to prove".
-Suppose we are *given* d1:Ord a, and want to deduce (d2:C [a]) where
-
-       class Ord a => C a where
-       instance Ord [a] => C [a] where ...
-
-Then we'll use the instance decl to deduce C [a] from Ord [a], and then add the
-superclasses of C [a] to avails.  But we must not overwrite the binding
-for Ord [a] (which is obtained from Ord a) with a superclass selection or we'll just
-build a loop! 
-
-Here's another variant, immortalised in tcrun020
-       class Monad m => C1 m
-       class C1 m => C2 m x
-       instance C2 Maybe Bool
-For the instance decl we need to build (C1 Maybe), and it's no good if
-we run around and add (C2 Maybe Bool) and its superclasses to the avails 
-before we search for C1 Maybe.
-
-Here's another example 
-       class Eq b => Foo a b
-       instance Eq a => Foo [a] a
-If we are reducing
-       (Foo [t] t)
-
-we'll first deduce that it holds (via the instance decl).  We must not
-then overwrite the Eq t constraint with a superclass selection!
-
-At first I had a gross hack, whereby I simply did not add superclass constraints
-in addWanted, though I did for addGiven and addIrred.  This was sub-optimal,
-becuase it lost legitimate superclass sharing, and it still didn't do the job:
-I found a very obscure program (now tcrun021) in which improvement meant the
-simplifier got two bites a the cherry... so something seemed to be an Stop
-first time, but reducible next time.
-
-Now we implement the Right Solution, which is to check for loops directly 
-when adding superclasses.  It's a bit like the occurs check in unification.
-
-
-
-%************************************************************************
-%*                                                                     *
-               Reducing a single constraint
-%*                                                                     *
-%************************************************************************
-
-\begin{code}
----------------------------------------------
-reduceInst :: RedEnv -> Avails -> Inst -> TcM (Avails, LookupInstResult)
-reduceInst _ avails other_inst
-  = do { result <- lookupSimpleInst other_inst
-       ; return (avails, result) }
-\end{code}
-
-Note [Equational Constraints in Implication Constraints]
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
-
-An implication constraint is of the form 
-       Given => Wanted 
-where Given and Wanted may contain both equational and dictionary
-constraints. The delay and reduction of these two kinds of constraints
-is distinct:
-
--) In the generated code, wanted Dictionary constraints are wrapped up in an
-   implication constraint that is created at the code site where the wanted
-   dictionaries can be reduced via a let-binding. This let-bound implication
-   constraint is deconstructed at the use-site of the wanted dictionaries.
-
--) While the reduction of equational constraints is also delayed, the delay
-   is not manifest in the generated code. The required evidence is generated
-   in the code directly at the use-site. There is no let-binding and deconstruction
-   necessary. The main disadvantage is that we cannot exploit sharing as the
-   same evidence may be generated at multiple use-sites. However, this disadvantage
-   is limited because it only concerns coercions which are erased.
-
-The different treatment is motivated by the different in representation. Dictionary
-constraints require manifest runtime dictionaries, while equations require coercions
-which are types.
-
-\begin{code}
----------------------------------------------
-reduceImplication :: RedEnv
-                 -> Inst
-                 -> TcM (TcDictBinds, [Inst])
-\end{code}
-
-Suppose we are simplifying the constraint
-       forall bs. extras => wanted
-in the context of an overall simplification problem with givens 'givens'.
-
-Note that
-  * The 'givens' need not mention any of the quantified type variables
-       e.g.    forall {}. Eq a => Eq [a]
-               forall {}. C Int => D (Tree Int)
-
-    This happens when you have something like
-       data T a where
-         T1 :: Eq a => a -> T a
-
-       f :: T a -> Int
-       f x = ...(case x of { T1 v -> v==v })...
+    getWanted :: CanonicalCt -> Bag FlavoredEvVar -> Bag FlavoredEvVar
+    getWanted cc givens
+      | pushable_wanted cc
+      = let given = mkEvVarX (cc_id cc) (mkGivenFlavor (cc_flavor cc) UnkSkol)
+        in given `consBag` givens     -- and not mkSolvedFlavor,
+                                      -- see Note [Preparing inert set for implications]
+      | otherwise = givens
+
+    pushable_wanted :: CanonicalCt -> Bool 
+    pushable_wanted cc 
+      | not (isCFrozenErr cc) 
+      , isWantedCt cc 
+      = isEqPred (evVarPred (cc_id cc)) -- see Note [Preparing inert set for implications]
+      | otherwise = False 
+solveNestedImplications :: InertSet -> CanonicalCts
+                        -> Bag Implication
+                        -> TcS (Bag FlavoredEvVar, Bag Implication)
+solveNestedImplications just_given_inert unsolved_cans implics
+  | isEmptyBag implics
+  = return (emptyBag, emptyBag)
+  | otherwise 
+  = do {  -- See Note [Preparing inert set for implications]
+         -- Push the unsolved wanteds inwards, but as givens
+             
+       ; simpl_ctx <- getTcSContext 
+
+       ; let pushed_givens    = givensFromWanteds simpl_ctx unsolved_cans
+             tcs_untouchables = filterVarSet isFlexiTcsTv $
+                                tyVarsOfEvVarXs pushed_givens
+             -- See Note [Extra TcsTv untouchables]
+
+       ; traceTcS "solveWanteds: preparing inerts for implications {"  
+                  (vcat [ppr tcs_untouchables, ppr pushed_givens])
+
+       ; (_, inert_for_implics) <- solveInteract just_given_inert pushed_givens 
+
+       ; traceTcS "solveWanteds: } now doing nested implications {" $
+         vcat [ text "inerts_for_implics =" <+> ppr inert_for_implics
+              , text "implics =" <+> ppr implics ]
+
+       ; (implic_eqs, unsolved_implics)
+           <- flatMapBagPairM (solveImplication tcs_untouchables inert_for_implics) implics
+
+       ; traceTcS "solveWanteds: done nested implications }" $
+                  vcat [ text "implic_eqs ="       <+> ppr implic_eqs
+                       , text "unsolved_implics =" <+> ppr unsolved_implics ]
+
+       ; return (implic_eqs, unsolved_implics) }
+
+solveImplication :: TcTyVarSet                -- Untouchable TcS unification variables
+                 -> InertSet                  -- Given
+                 -> Implication               -- Wanted
+                 -> TcS (Bag FlavoredEvVar, -- All wanted or derived unifications: var = type
+                         Bag Implication)     -- Unsolved rest (always empty or singleton)
+-- Returns: 
+--  1. A bag of floatable wanted constraints, not mentioning any skolems, 
+--     that are of the form unification var = type
+-- 
+--  2. Maybe a unsolved implication, empty if entirely solved! 
+-- 
+-- Precondition: everything is zonked by now
+solveImplication tcs_untouchables inert
+     imp@(Implic { ic_untch  = untch 
+                 , ic_binds  = ev_binds
+                 , ic_skols  = skols 
+                 , ic_given  = givens
+                 , ic_wanted = wanteds
+                 , ic_loc    = loc })
+  = nestImplicTcS ev_binds (untch, tcs_untouchables) $
+    recoverTcS (return (emptyBag, emptyBag)) $
+       -- Recover from nested failures.  Even the top level is
+       -- just a bunch of implications, so failing at the first
+       -- one is bad
+    do { traceTcS "solveImplication {" (ppr imp) 
+
+         -- Solve flat givens
+       ; given_inert <- solveInteractGiven inert loc givens 
+
+         -- Simplify the wanteds
+       ; (unsolved_flats, unsolved_implics, insols)
+             <- solve_wanteds given_inert wanteds
+
+       ; let (res_flat_free, res_flat_bound)
+                 = floatEqualities skols givens unsolved_flats
+             final_flat = keepWanted res_flat_bound
+
+       ; let res_wanted = WC { wc_flat = final_flat
+                             , wc_impl = unsolved_implics
+                             , wc_insol = insols }
+             res_implic = unitImplication $
+                          imp { ic_wanted = res_wanted
+                              , ic_insol  = insolubleWC res_wanted }
+
+       ; traceTcS "solveImplication end }" $ vcat
+             [ text "res_flat_free =" <+> ppr res_flat_free
+             , text "res_implic =" <+> ppr res_implic ]
+
+       ; return (res_flat_free, res_implic) }
+
+
+floatEqualities :: TcTyVarSet -> [EvVar]
+                -> Bag FlavoredEvVar -> (Bag FlavoredEvVar, Bag FlavoredEvVar)
+-- Post: The returned FlavoredEvVar's are only Wanted or Derived
+-- and come from the input wanted ev vars or deriveds 
+floatEqualities skols can_given wantders
+  | hasEqualities can_given = (emptyBag, wantders)
+          -- Note [Float Equalities out of Implications]
+  | otherwise = partitionBag is_floatable wantders
+  
 
 
-\begin{code}
-       -- ToDo: should we instantiate tvs?  I think it's not necessary
-       --
-       -- Note on coercion variables:
-       --
-       --      The extra given coercion variables are bound at two different 
-        --      sites:
-        --
-       --      -) in the creation context of the implication constraint        
-       --              the solved equational constraints use these binders
-       --
-       --      -) at the solving site of the implication constraint
-       --              the solved dictionaries use these binders;
-       --              these binders are generated by reduceImplication
-       --
-        -- Note [Binders for equalities]
-        -- ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
-        -- To reuse the binders of local/given equalities in the binders of 
-        -- implication constraints, it is crucial that these given equalities
-        -- always have the form
-        --   cotv :: t1 ~ t2
-        -- where cotv is a simple coercion type variable (and not a more
-        -- complex coercion term).  We require that the extra_givens always
-        -- have this form and exploit the special form when generating binders.
-reduceImplication env
-       orig_implic@(ImplicInst { tci_name = name, tci_loc = inst_loc,
-                                 tci_tyvars = tvs,
-                                 tci_given = extra_givens, tci_wanted = wanteds
-                                 })
-  = do {       -- Solve the sub-problem
-       ; let try_me _ = ReduceMe  -- Note [Freeness and implications]
-             env' = env { red_givens = extra_givens ++ red_givens env
-                        , red_doc = sep [ptext (sLit "reduceImplication for") 
-                                            <+> ppr name,
-                                         nest 2 (parens $ ptext (sLit "within")
-                                                           <+> red_doc env)]
-                        , red_try_me = try_me }
-
-       ; traceTc (text "reduceImplication" <+> vcat
-                       [ ppr (red_givens env), ppr extra_givens, 
-                         ppr wanteds])
-       ; (irreds, binds) <- checkLoop env' wanteds
-
-       ; traceTc (text "reduceImplication result" <+> vcat
-                       [ppr irreds, ppr binds])
-
-       ; -- extract superclass binds
-         --  (sc_binds,_) <- extractResults avails []
---     ; traceTc (text "reduceImplication sc_binds" <+> vcat
---                     [ppr sc_binds, ppr avails])
---  
-
-       -- SLPJ Sept 07: what if improvement happened inside the checkLoop?
-       -- Then we must iterate the outer loop too!
-
-        ; didntSolveWantedEqs <- allM wantedEqInstIsUnsolved wanteds
-                                   -- we solve wanted eqs by side effect!
-
-            -- Progress is no longer measered by the number of bindings
-            -- If there are any irreds, but no bindings and no solved
-            -- equalities, we back off and do nothing
-        ; let backOff = isEmptyLHsBinds binds &&   -- no new bindings
-                        (not $ null irreds)   &&   -- but still some irreds
-                        didntSolveWantedEqs        -- no instantiated cotv
-
-       ; if backOff then       -- No progress
-               return (emptyBag, [orig_implic])
-         else do
-       { (simpler_implic_insts, bind) 
-            <- makeImplicationBind inst_loc tvs extra_givens irreds
-               -- This binding is useless if the recursive simplification
-               -- made no progress; but currently we don't try to optimise that
-               -- case.  After all, we only try hard to reduce at top level, or
-               -- when inferring types.
-
-       ; let   -- extract Id binders for dicts and CoTyVar binders for eqs;
-                -- see Note [Binders for equalities]
-             (extra_eq_givens, extra_dict_givens) = partition isEqInst 
-                                                               extra_givens
-              eq_cotvs = map instToVar extra_eq_givens
-             dict_ids = map instToId  extra_dict_givens 
-
-              co         = mkWpTyLams tvs
-                           <.> mkWpTyLams eq_cotvs
-                           <.> mkWpLams dict_ids
-                           <.> WpLet (binds `unionBags` bind)
-              rhs        = mkLHsWrap co payload
-              loc        = instLocSpan inst_loc
-                            -- wanted equalities are solved by updating their
-                             -- cotv; we don't generate bindings for them
-              dict_bndrs =   map (L loc . HsVar . instToId) 
-                           . filter (not . isEqInst) 
-                           $ wanteds
-              payload    = mkBigLHsTup dict_bndrs
-       
-       ; traceTc (vcat [text "reduceImplication" <+> ppr name,
-                        ppr simpler_implic_insts,
-                        text "->" <+> ppr rhs])
-       ; return (unitBag (L loc (VarBind { var_id= instToId orig_implic
-                                         , var_rhs = rhs
-                                         , var_inline = notNull dict_ids }
-                               -- See Note [Always inline implication constraints]
-                         )),
-                 simpler_implic_insts)
-       } 
-    }
-reduceImplication _ i = pprPanic "reduceImplication" (ppr i)
+  where is_floatable :: FlavoredEvVar -> Bool
+        is_floatable (EvVarX cv _fl)
+          | isCoVar cv = skols `disjointVarSet` predTvs_under_fsks (coVarPred cv)
+        is_floatable _flev = False
+
+        tvs_under_fsks :: Type -> TyVarSet
+        -- ^ NB: for type synonyms tvs_under_fsks does /not/ expand the synonym
+        tvs_under_fsks (TyVarTy tv)     
+          | not (isTcTyVar tv)               = unitVarSet tv
+          | FlatSkol ty <- tcTyVarDetails tv = tvs_under_fsks ty
+          | otherwise                        = unitVarSet tv
+        tvs_under_fsks (TyConApp _ tys) = unionVarSets (map tvs_under_fsks tys)
+        tvs_under_fsks (PredTy sty)     = predTvs_under_fsks sty
+        tvs_under_fsks (FunTy arg res)  = tvs_under_fsks arg `unionVarSet` tvs_under_fsks res
+        tvs_under_fsks (AppTy fun arg)  = tvs_under_fsks fun `unionVarSet` tvs_under_fsks arg
+        tvs_under_fsks (ForAllTy tv ty) -- The kind of a coercion binder 
+                                     -- can mention type variables!
+          | isTyVar tv               = inner_tvs `delVarSet` tv
+          | otherwise  {- Coercion -} = -- ASSERT( not (tv `elemVarSet` inner_tvs) )
+                                        inner_tvs `unionVarSet` tvs_under_fsks (tyVarKind tv)
+          where
+            inner_tvs = tvs_under_fsks ty
+
+        predTvs_under_fsks :: PredType -> TyVarSet
+        predTvs_under_fsks (IParam _ ty)    = tvs_under_fsks ty
+        predTvs_under_fsks (ClassP _ tys)   = unionVarSets (map tvs_under_fsks tys)
+        predTvs_under_fsks (EqPred ty1 ty2) = tvs_under_fsks ty1 `unionVarSet` tvs_under_fsks ty2
 \end{code}
 
 \end{code}
 
-Note [Always inline implication constraints]
+Note [Preparing inert set for implications]
 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
-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]
+Before solving the nested implications, we convert any unsolved flat wanteds
+to givens, and add them to the inert set.  Reasons:
+
+  a) In checking mode, suppresses unnecessary errors.  We already have
+     on unsolved-wanted error; adding it to the givens prevents any 
+     consequential errors from showing up
+
+  b) More importantly, in inference mode, we are going to quantify over this
+     constraint, and we *don't* want to quantify over any constraints that
+     are deducible from it.
+
+  c) Flattened type-family equalities must be exposed to the nested
+     constraints.  Consider
+       F b ~ alpha, (forall c.  F b ~ alpha)
+     Obviously this is soluble with [alpha := F b].  But the
+     unification is only done by solveCTyFunEqs, right at the end of
+     solveWanteds, and if we aren't careful we'll end up with an
+     unsolved goal inside the implication.  We need to "push" the
+     as-yes-unsolved (F b ~ alpha) inwards, as a *given*, so that it
+     can be used to solve the inner (F b
+     ~ alpha).  See Trac #4935.
+
+  d) There are other cases where interactions between wanteds that can help
+     to solve a constraint. For example
+
+       class C a b | a -> b
+
+       (C Int alpha), (forall d. C d blah => C Int a)
+
+     If we push the (C Int alpha) inwards, as a given, it can produce
+     a fundep (alpha~a) and this can float out again and be used to
+     fix alpha.  (In general we can't float class constraints out just
+     in case (C d blah) might help to solve (C Int a).)
+
+The unsolved wanteds are *canonical* but they may not be *inert*,
+because when made into a given they might interact with other givens.
+Hence the call to solveInteract.  Example:
+
+ Original inert set = (d :_g D a) /\ (co :_w  a ~ [beta]) 
+
+We were not able to solve (a ~w [beta]) but we can't just assume it as
+given because the resulting set is not inert. Hence we have to do a
+'solveInteract' step first. 
+
+Finally, note that we convert them to [Given] and NOT [Given/Solved].
+The reason is that Given/Solved are weaker than Givens and may be discarded.
+As an example consider the inference case, where we may have, the following 
+original constraints: 
+     [Wanted] F Int ~ Int
+             (F Int ~ a => F Int ~ a)
+If we convert F Int ~ Int to [Given/Solved] instead of Given, then the next 
+given (F Int ~ a) is going to cause the Given/Solved to be ignored, casting 
+the (F Int ~ a) insoluble. Hence we should really convert the residual 
+wanteds to plain old Given. 
+
+We need only push in unsolved equalities both in checking mode and inference mode: 
+
+  (1) In checking mode we should not push given dictionaries in because of
+example LongWayOverlapping.hs, where we might get strange overlap
+errors between far-away constraints in the program.  But even in
+checking mode, we must still push type family equations. Consider:
+
+   type instance F True a b = a 
+   type instance F False a b = b
+
+   [w] F c a b ~ gamma 
+   (c ~ True) => a ~ gamma 
+   (c ~ False) => b ~ gamma
+
+Since solveCTyFunEqs happens at the very end of solving, the only way to solve
+the two implications is temporarily consider (F c a b ~ gamma) as Given (NB: not 
+merely Given/Solved because it has to interact with the top-level instance 
+environment) and push it inside the implications. Now, when we come out again at
+the end, having solved the implications solveCTyFunEqs will solve this equality.
+
+  (2) In inference mode, we recheck the final constraint in checking mode and
+hence we will be able to solve inner implications from top-level quantified
+constraints nonetheless.
+
+
+Note [Extra TcsTv untouchables]
 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
-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
+Furthemore, we record the inert set simplifier-generated unification
+variables of the TcsTv kind (such as variables from instance that have
+been applied, or unification flattens). These variables must be passed
+to the implications as extra untouchable variables. Otherwise we have
+the danger of double unifications. Example (from trac ticket #4494):
+
+   (F Int ~ uf)  /\  (forall a. C a => F Int ~ beta) 
+
+In this example, beta is touchable inside the implication. The first
+solveInteract step leaves 'uf' ununified. Then we move inside the
+implication where a new constraint
+       uf  ~  beta  
+emerges. We may spontaneously solve it to get uf := beta, so the whole
+implication disappears but when we pop out again we are left with (F
+Int ~ uf) which will be unified by our final solveCTyFunEqs stage and
+uf will get unified *once more* to (F Int).
+
+The solution is to record the TcsTvs (i.e. the simplifier-generated
+unification variables) that are generated when solving the flats, and
+make them untouchables for the nested implication. In the example
+above uf would become untouchable, so beta would be forced to be
+unified as beta := uf.
+
+NB: A consequence is that every simplifier-generated TcsTv variable
+    that gets floated out of an implication becomes now untouchable
+    next time we go inside that implication to solve any residual
+    constraints. In effect, by floating an equality out of the
+    implication we are committing to have it solved in the outside.
+
+Note [Float Equalities out of Implications]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 
+We want to float equalities out of vanilla existentials, but *not* out 
+of GADT pattern matches. 
 
 
-addGiven :: Avails -> Inst -> TcM Avails
-addGiven avails given 
-  = addAvailAndSCs want_scs avails given (Given given)
-  where
-    want_scs = case instLocOrigin (instLoc given) of
-                NoScOrigin -> NoSCs
-                _other     -> AddSCs
-       -- Conditionally add superclasses for 'given'
-       -- See Note [Recursive instances and superclases]
-
-  -- No ASSERT( not (given `elemAvails` avails) ) because in an
-  -- instance decl for Ord t we can add both Ord t and Eq t as
-  -- 'givens', so the assert isn't true
-\end{code}
 
 \begin{code}
 
 \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
+solveCTyFunEqs :: CanonicalCts -> TcS (TvSubst, CanonicalCts)
+-- Default equalities (F xi ~ alpha) by setting (alpha := F xi), whenever possible
+-- See Note [Solving Family Equations]
+-- Returns: a bunch of unsolved constraints from the original CanonicalCts and implications
+--          where the newly generated equalities (alpha := F xi) have been substituted through.
+solveCTyFunEqs cts
+ = do { untch   <- getUntouchables 
+      ; let (unsolved_can_cts, (ni_subst, cv_binds))
+                = getSolvableCTyFunEqs untch cts
+      ; traceTcS "defaultCTyFunEqs" (vcat [text "Trying to default family equations:"
+                                          , ppr ni_subst, ppr cv_binds
+                                          ])
+      ; mapM_ solve_one cv_binds
+
+      ; return (niFixTvSubst ni_subst, unsolved_can_cts) }
   where
   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 
+    solve_one (cv,tv,ty) = do { setWantedTyBind tv ty
+                              ; setCoBind cv (mkReflCo ty) }
+
+------------
+type FunEqBinds = (TvSubstEnv, [(CoVar, TcTyVar, TcType)])
+  -- The TvSubstEnv is not idempotent, but is loop-free
+  -- See Note [Non-idempotent substitution] in Unify
+emptyFunEqBinds :: FunEqBinds
+emptyFunEqBinds = (emptyVarEnv, [])
+
+extendFunEqBinds :: FunEqBinds -> CoVar -> TcTyVar -> TcType -> FunEqBinds
+extendFunEqBinds (tv_subst, cv_binds) cv tv ty
+  = (extendVarEnv tv_subst tv ty, (cv, tv, ty):cv_binds)
+
+------------
+getSolvableCTyFunEqs :: TcsUntouchables
+                     -> CanonicalCts                -- Precondition: all Wanteds or Derived!
+                     -> (CanonicalCts, FunEqBinds)  -- Postcondition: returns the unsolvables
+getSolvableCTyFunEqs untch cts
+  = Bag.foldlBag dflt_funeq (emptyCCan, emptyFunEqBinds) cts
+  where
+    dflt_funeq :: (CanonicalCts, FunEqBinds) -> CanonicalCt
+               -> (CanonicalCts, FunEqBinds)
+    dflt_funeq (cts_in, feb@(tv_subst, _))
+               (CFunEqCan { cc_id = cv
+                          , cc_flavor = fl
+                          , cc_fun = tc
+                          , cc_tyargs = xis
+                          , cc_rhs = xi })
+      | Just tv <- tcGetTyVar_maybe xi      -- RHS is a type variable
+
+      , isTouchableMetaTyVar_InRange untch tv
+           -- And it's a *touchable* unification variable
+
+      , typeKind xi `isSubKind` tyVarKind tv
+         -- Must do a small kind check since TcCanonical invariants 
+         -- on family equations only impose compatibility, not subkinding
+
+      , not (tv `elemVarEnv` tv_subst)
+           -- Check not in extra_binds
+           -- See Note [Solving Family Equations], Point 1
+
+      , not (tv `elemVarSet` niSubstTvSet tv_subst (tyVarsOfTypes xis))
+           -- Occurs check: see Note [Solving Family Equations], Point 2
+      = ASSERT ( not (isGivenOrSolved fl) )
+        (cts_in, extendFunEqBinds feb cv tv (mkTyConApp tc xis))
+
+    dflt_funeq (cts_in, fun_eq_binds) ct
+      = (cts_in `extendCCans` ct, fun_eq_binds)
 \end{code}
 
 \end{code}
 
+Note [Solving Family Equations] 
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 
+After we are done with simplification we may be left with constraints of the form:
+     [Wanted] F xis ~ beta 
+If 'beta' is a touchable unification variable not already bound in the TyBinds 
+then we'd like to create a binding for it, effectively "defaulting" it to be 'F xis'.
 
 
-%************************************************************************
-%*                                                                     *
-\section{tcSimplifyTop: defaulting}
-%*                                                                     *
-%************************************************************************
-
-
-@tcSimplifyTop@ is called once per module to simplify all the constant
-and ambiguous Insts.
+When is it ok to do so? 
+    1) 'beta' must not already be defaulted to something. Example: 
 
 
-We need to be careful of one case.  Suppose we have
+           [Wanted] F Int  ~ beta   <~ Will default [beta := F Int]
+           [Wanted] F Char ~ beta   <~ Already defaulted, can't default again. We 
+                                       have to report this as unsolved.
 
 
-       instance Num a => Num (Foo a b) where ...
+    2) However, we must still do an occurs check when defaulting (F xis ~ beta), to 
+       set [beta := F xis] only if beta is not among the free variables of xis.
 
 
-and @tcSimplifyTop@ is given a constraint (Num (Foo x y)).  Then it'll simplify
-to (Num x), and default x to Int.  But what about y??
+    3) Notice that 'beta' can't be bound in ty binds already because we rewrite RHS 
+       of type family equations. See Inert Set invariants in TcInteract. 
 
 
-It's OK: the final zonking stage should zap y to (), which is fine.
 
 
+*********************************************************************************
+*                                                                               * 
+*                          Defaulting and disamgiguation                        *
+*                                                                               *
+*********************************************************************************
 
 
-\begin{code}
-tcSimplifyTop, tcSimplifyInteractive :: [Inst] -> TcM TcDictBinds
-tcSimplifyTop wanteds
-  = tc_simplify_top doc False wanteds
-  where 
-    doc = text "tcSimplifyTop"
-
-tcSimplifyInteractive wanteds
-  = tc_simplify_top doc True wanteds
-  where 
-    doc = text "tcSimplifyInteractive"
-
--- The TcLclEnv should be valid here, solely to improve
--- error message generation for the monomorphism restriction
-tc_simplify_top :: SDoc -> Bool -> [Inst] -> TcM (Bag (LHsBind TcId))
-tc_simplify_top doc interactive wanteds
-  = do { dflags <- getDOpts
-       ; wanteds <- zonkInsts wanteds
-       ; mapM_ zonkTopTyVar (varSetElems (tyVarsOfInsts wanteds))
-
-       ; traceTc (text "tc_simplify_top 0: " <+> ppr wanteds)
-       ; (irreds1, binds1) <- tryHardCheckLoop doc1 wanteds
---     ; (irreds1, binds1) <- gentleInferLoop doc1 wanteds
-       ; traceTc (text "tc_simplify_top 1: " <+> ppr irreds1)
-       ; (irreds2, binds2) <- approximateImplications doc2 (\_ -> True) irreds1
-       ; traceTc (text "tc_simplify_top 2: " <+> ppr irreds2)
-
-               -- Use the defaulting rules to do extra unification
-               -- NB: irreds2 are already zonked
-       ; (irreds3, binds3) <- disambiguate doc3 interactive dflags irreds2
-
-               -- Deal with implicit parameters
-       ; let (bad_ips, non_ips) = partition isIPDict irreds3
-             (ambigs, others)   = partition isTyVarDict non_ips
-
-       ; topIPErrs bad_ips     -- Can arise from   f :: Int -> Int
-                               --                  f x = x + ?y
-       ; addNoInstanceErrs others
-       ; addTopAmbigErrs ambigs        
-
-       ; return (binds1 `unionBags` binds2 `unionBags` binds3) }
-  where
-    doc1 = doc <+> ptext (sLit "(first round)")
-    doc2 = doc <+> ptext (sLit "(approximate)")
-    doc3 = doc <+> ptext (sLit "(disambiguate)")
-\end{code}
+Basic plan behind applyDefaulting rules: 
+ Step 1:  
+    Split wanteds into defaultable groups, `groups' and the rest `rest_wanted' 
+    For each defaultable group, do: 
+      For each possible substitution for [alpha |-> tau] where `alpha' is the 
+      group's variable, do: 
+        1) Make up new TcEvBinds
+        2) Extend TcS with (groupVariable 
+        3) given_inert <- solveOne inert (given : a ~ tau) 
+        4) (final_inert,unsolved) <- solveWanted (given_inert) (group_constraints)
+        5) if unsolved == empty then 
+                 sneakyUnify a |-> tau 
+                 write the evidence bins
+                 return (final_inert ++ group_constraints,[]) 
+                      -- will contain the info (alpha |-> tau)!!
+                 goto next defaultable group 
+           if unsolved <> empty then 
+                 throw away evidence binds
+                 try next substitution 
+     If you've run out of substitutions for this group, too bad, you failed 
+                 return (inert,group) 
+                 goto next defaultable group
+ Step 2: 
+   Collect all the (canonical-cts, wanteds) gathered this way. 
+   - Do a solveGiven over the canonical-cts to make sure they are inert 
+------------------------------------------------------------------------------------------
 
 
-If a dictionary constrains a type variable which is
-       * not mentioned in the environment
-       * and not mentioned in the type of the expression
-then it is ambiguous. No further information will arise to instantiate
-the type variable; nor will it be generalised and turned into an extra
-parameter to a function.
-
-It is an error for this to occur, except that Haskell provided for
-certain rules to be applied in the special case of numeric types.
-Specifically, if
-       * at least one of its classes is a numeric class, and
-       * all of its classes are numeric or standard
-then the type variable can be defaulted to the first type in the
-default-type list which is an instance of all the offending classes.
-
-So here is the function which does the work.  It takes the ambiguous
-dictionaries and either resolves them (producing bindings) or
-complains.  It works by splitting the dictionary list by type
-variable, and using @disambigOne@ to do the real business.
-
-@disambigOne@ assumes that its arguments dictionaries constrain all
-the same type variable.
-
-ADR Comment 20/6/94: I've changed the @CReturnable@ case to default to
-@()@ instead of @Int@.  I reckon this is the Right Thing to do since
-the most common use of defaulting is code like:
-\begin{verbatim}
-       _ccall_ foo     `seqPrimIO` bar
-\end{verbatim}
-Since we're not using the result of @foo@, the result if (presumably)
-@void@.
 
 \begin{code}
 
 \begin{code}
-disambiguate :: SDoc -> Bool -> DynFlags -> [Inst] -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
-       -- Just does unification to fix the default types
-       -- The Insts are assumed to be pre-zonked
-disambiguate doc interactive dflags insts
-  | null insts
-  = return (insts, emptyBag)
-
-  | null defaultable_groups
-  = do { traceTc (text "disambigutate, no defaultable groups" <+> vcat [ppr unaries, ppr insts, ppr bad_tvs, ppr defaultable_groups])
-       ; return (insts, emptyBag) }
-
+applyDefaultingRules :: InertSet
+                     -> CanonicalCts             -- All wanteds
+                     -> TcS (Bag FlavoredEvVar)  -- All wanteds again!
+-- Return some *extra* givens, which express the 
+-- type-class-default choice
+
+applyDefaultingRules inert wanteds
+  | isEmptyBag wanteds 
+  = return emptyBag
   | otherwise
   | otherwise
-  = do         {       -- Figure out what default types to use
-         default_tys <- getDefaultTys extended_defaulting ovl_strings
-
-       ; traceTc (text "disambiguate1" <+> vcat [ppr insts, ppr unaries, ppr bad_tvs, ppr defaultable_groups])
-       ; mapM_ (disambigGroup default_tys) defaultable_groups
-
-       -- disambigGroup does unification, hence try again
-       ; tryHardCheckLoop doc insts }
-
-  where
-   extended_defaulting = interactive || dopt Opt_ExtendedDefaultRules dflags
-                      -- See also Trac #1974
-   ovl_strings = dopt Opt_OverloadedStrings dflags
-
-   unaries :: [(Inst, Class, TcTyVar)]  -- (C tv) constraints
-   bad_tvs :: TcTyVarSet  -- Tyvars mentioned by *other* constraints
-   (unaries, bad_tvs_s) = partitionWith find_unary insts 
-   bad_tvs             = unionVarSets bad_tvs_s
-
-       -- Finds unary type-class constraints
-   find_unary d@(Dict {tci_pred = ClassP cls [ty]})
-       | Just tv <- tcGetTyVar_maybe ty = Left (d,cls,tv)
-   find_unary inst                      = Right (tyVarsOfInst inst)
-
-               -- Group by type variable
-   defaultable_groups :: [[(Inst,Class,TcTyVar)]]
-   defaultable_groups = filter defaultable_group (equivClasses cmp_tv unaries)
-   cmp_tv (_,_,tv1) (_,_,tv2) = tv1 `compare` tv2
-
-   defaultable_group :: [(Inst,Class,TcTyVar)] -> Bool
-   defaultable_group ds@((_,_,tv):_)
-       =  isTyConableTyVar tv  -- Note [Avoiding spurious errors]
-       && not (tv `elemVarSet` bad_tvs)
-       && defaultable_classes [c | (_,c,_) <- ds]
-   defaultable_group [] = panic "defaultable_group"
-
-   defaultable_classes clss 
-       | extended_defaulting = any isInteractiveClass clss
-       | otherwise           = all is_std_class clss && (any is_num_class clss)
-
-       -- In interactive mode, or with -XExtendedDefaultRules,
-       -- we default Show a to Show () to avoid graututious errors on "show []"
-   isInteractiveClass cls 
-       = is_num_class cls || (classKey cls `elem` [showClassKey, eqClassKey, ordClassKey])
-
-   is_num_class cls = isNumericClass cls || (ovl_strings && (cls `hasKey` isStringClassKey))
-       -- is_num_class adds IsString to the standard numeric classes, 
-       -- when -foverloaded-strings is enabled
-
-   is_std_class cls = isStandardClass cls || (ovl_strings && (cls `hasKey` isStringClassKey))
-       -- Similarly is_std_class
-
------------------------
-disambigGroup :: [Type]                        -- The default types
-             -> [(Inst,Class,TcTyVar)] -- All standard classes of form (C a)
-             -> TcM () -- Just does unification, to fix the default types
-
-disambigGroup default_tys dicts
-  = do { mb_chosen_ty <- try_default default_tys
-       ; case mb_chosen_ty of
-            Nothing        -> return ()
-            Just chosen_ty -> do { _ <- unifyType chosen_ty (mkTyVarTy tyvar) 
-                                ; warnDefault dicts chosen_ty } }
+  = do { untch <- getUntouchables
+       ; tv_cts <- mapM (defaultTyVar untch) $
+                   varSetElems (tyVarsOfCDicts wanteds) 
+
+       ; info@(_, default_tys, _) <- getDefaultInfo
+       ; let groups = findDefaultableGroups info untch wanteds
+       ; deflt_cts <- mapM (disambigGroup default_tys inert) groups
+
+       ; traceTcS "deflt2" (vcat [ text "Tyvar defaults =" <+> ppr tv_cts
+                                 , text "Type defaults =" <+> ppr deflt_cts])
+
+       ; return (unionManyBags deflt_cts `unionBags` unionManyBags tv_cts) }
+
+------------------
+defaultTyVar :: TcsUntouchables -> TcTyVar -> TcS (Bag FlavoredEvVar)
+-- defaultTyVar is used on any un-instantiated meta type variables to
+-- default the kind of ? and ?? etc to *.  This is important to ensure
+-- that instance declarations match.  For example consider
+--     instance Show (a->b)
+--     foo x = show (\_ -> True)
+-- Then we'll get a constraint (Show (p ->q)) where p has argTypeKind (printed ??), 
+-- and that won't match the typeKind (*) in the instance decl.  
+-- See test tc217.
+--
+-- We look only at touchable type variables. No further constraints
+-- are going to affect these type variables, so it's time to do it by
+-- hand.  However we aren't ready to default them fully to () or
+-- whatever, because the type-class defaulting rules have yet to run.
+
+defaultTyVar untch the_tv 
+  | isTouchableMetaTyVar_InRange untch the_tv
+  , not (k `eqKind` default_k)
+  = do { ev <- TcSMonad.newKindConstraint the_tv default_k
+       ; let loc = CtLoc DefaultOrigin (getSrcSpan the_tv) [] -- Yuk
+       ; return (unitBag (mkEvVarX ev (Wanted loc))) }
+  | otherwise            
+  = return emptyBag     -- The common case
   where
   where
-    (_,_,tyvar) = ASSERT(not (null dicts)) head dicts  -- Should be non-empty
-    classes = [c | (_,c,_) <- dicts]
-
-    try_default [] = return Nothing
-    try_default (default_ty : default_tys)
-      = tryTcLIE_ (try_default default_tys) $
-       do { tcSimplifyDefault [mkClassPred clas [default_ty] | clas <- classes]
-               -- This may fail; then the tryTcLIE_ kicks in
-               -- Failure here is caused by there being no type in the
-               -- default list which can satisfy all the ambiguous classes.
-               -- For example, if Real a is reqd, but the only type in the
-               -- default list is Int.
-
-          ; return (Just default_ty) -- TOMDO: do something with the coercion
-          }
-
-
------------------------
-getDefaultTys :: Bool -> Bool -> TcM [Type]
-getDefaultTys extended_deflts ovl_strings
-  = do { mb_defaults <- getDeclaredDefaultTys
-       ; case mb_defaults of {
-          Just tys -> return tys ;     -- User-supplied defaults
-          Nothing  -> do
-
-       -- No use-supplied default
-       -- Use [Integer, Double], plus modifications
-       { integer_ty <- tcMetaTy integerTyConName
-       ; checkWiredInTyCon doubleTyCon
-       ; string_ty <- tcMetaTy stringTyConName
-       ; return (opt_deflt extended_deflts unitTy
-                       -- Note [Default unitTy]
-                       ++
-                 [integer_ty,doubleTy]
-                       ++
-                 opt_deflt ovl_strings string_ty) } } }
+    k = tyVarKind the_tv
+    default_k = defaultKind k
+
+
+----------------
+findDefaultableGroups 
+    :: ( SimplContext 
+       , [Type]
+       , (Bool,Bool) )  -- (Overloaded strings, extended default rules)
+    -> TcsUntouchables -- Untouchable
+    -> CanonicalCts    -- Unsolved
+    -> [[(CanonicalCt,TcTyVar)]]
+findDefaultableGroups (ctxt, default_tys, (ovl_strings, extended_defaults)) 
+                      untch wanteds
+  | not (performDefaulting ctxt) = []
+  | null default_tys             = []
+  | otherwise = filter is_defaultable_group (equivClasses cmp_tv unaries)
+  where 
+    unaries     :: [(CanonicalCt, TcTyVar)]  -- (C tv) constraints
+    non_unaries :: [CanonicalCt]             -- and *other* constraints
+    
+    (unaries, non_unaries) = partitionWith find_unary (bagToList wanteds)
+        -- Finds unary type-class constraints
+    find_unary cc@(CDictCan { cc_tyargs = [ty] })
+        | Just tv <- tcGetTyVar_maybe ty
+        = Left (cc, tv)
+    find_unary cc = Right cc  -- Non unary or non dictionary 
+
+    bad_tvs :: TcTyVarSet  -- TyVars mentioned by non-unaries 
+    bad_tvs = foldr (unionVarSet . tyVarsOfCanonical) emptyVarSet non_unaries 
+
+    cmp_tv (_,tv1) (_,tv2) = tv1 `compare` tv2
+
+    is_defaultable_group ds@((_,tv):_)
+        = isTyConableTyVar tv  -- Note [Avoiding spurious errors]
+        && not (tv `elemVarSet` bad_tvs)
+        && isTouchableMetaTyVar_InRange untch tv 
+        && defaultable_classes [cc_class cc | (cc,_) <- ds]
+    is_defaultable_group [] = panic "defaultable_group"
+
+    defaultable_classes clss 
+        | extended_defaults = 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 
+              -> InertSet                  -- Given inert 
+              -> [(CanonicalCt, TcTyVar)]  -- All classes of the form (C a)
+                                          --  sharing same type variable
+              -> TcS (Bag FlavoredEvVar)
+
+disambigGroup [] _inert _grp 
+  = return emptyBag
+disambigGroup (default_ty:default_tys) inert group
+  = do { traceTcS "disambigGroup" (ppr group $$ ppr default_ty)
+       ; ev <- TcSMonad.newCoVar (mkTyVarTy the_tv) default_ty
+       ; let der_flav = mk_derived_flavor (cc_flavor the_ct)
+             derived_eq = mkEvVarX ev der_flav
+
+       ; success <- tryTcS $
+                    do { (_,final_inert) <- solveInteract inert $ listToBag $
+                                            derived_eq : wanted_ev_vars
+                      ; let (_, unsolved) = extractUnsolved final_inert                         
+                       ; let wanted_unsolved = filterBag isWantedCt unsolved 
+                                            -- Don't care about Derived's
+                       ; return (isEmptyBag wanted_unsolved) }
+       ; case success of
+           True  ->  -- Success: record the type variable binding, and return
+                    do { wrapWarnTcS $ warnDefaulting wanted_ev_vars default_ty
+                       ; traceTcS "disambigGroup succeeded" (ppr default_ty)
+                       ; return (unitBag derived_eq) }
+           False ->    -- Failure: try with the next type
+                    do { traceTcS "disambigGroup failed, will try other default types"
+                                  (ppr default_ty)
+                       ; disambigGroup default_tys inert group } }
   where
   where
-    opt_deflt True  ty = [ty]
-    opt_deflt False _  = []
+    ((the_ct,the_tv):_) = group
+    wanteds             = map fst group
+    wanted_ev_vars :: [FlavoredEvVar]
+    wanted_ev_vars      = map deCanonicalise wanteds
+
+    mk_derived_flavor :: CtFlavor -> CtFlavor
+    mk_derived_flavor (Wanted loc) = Derived loc
+    mk_derived_flavor _ = panic "Asked  to disambiguate given or derived!"
 \end{code}
 
 \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
 Note [Avoiding spurious errors]
 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 When doing the unification for defaulting, we check for skolem
@@ -2982,335 +1300,17 @@ 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
 
 
 already been unified with the rigid variable from g's type sig
 
 
-%************************************************************************
-%*                                                                     *
-\subsection[simple]{@Simple@ versions}
-%*                                                                     *
-%************************************************************************
-
-Much simpler versions when there are no bindings to make!
-
-@tcSimplifyThetas@ simplifies class-type constraints formed by
-@deriving@ declarations and when specialising instances.  We are
-only interested in the simplified bunch of class/type constraints.
-
-It simplifies to constraints of the form (C a b c) where
-a,b,c are type variables.  This is required for the context of
-instance declarations.
-
-\begin{code}
-tcSimplifyDeriv :: InstOrigin
-               -> [TyVar]      
-               -> ThetaType            -- Wanted
-               -> TcM ThetaType        -- Needed
--- Given  instance (wanted) => C inst_ty 
--- Simplify 'wanted' as much as possible
-
-tcSimplifyDeriv orig tyvars theta
-  = do { (tvs, _, tenv) <- tcInstTyVars tyvars
-       -- The main loop may do unification, and that may crash if 
-       -- it doesn't see a TcTyVar, so we have to instantiate. Sigh
-       -- ToDo: what if two of them do get unified?
-       ; wanteds <- newDictBndrsO orig (substTheta tenv theta)
-       ; (irreds, _) <- tryHardCheckLoop doc wanteds
-
-       ; let (tv_dicts, others) = partition ok irreds
-             (tidy_env, tidy_insts) = tidyInsts others
-        ; reportNoInstances tidy_env Nothing [alt_fix] tidy_insts
-       -- See Note [Exotic derived instance contexts] in TcMType
-
-       ; let rev_env = zipTopTvSubst tvs (mkTyVarTys tyvars)
-             simpl_theta = substTheta rev_env (map dictPred tv_dicts)
-               -- This reverse-mapping is a pain, but the result
-               -- should mention the original TyVars not TcTyVars
-
-       ; return simpl_theta }
-  where
-    doc = ptext (sLit "deriving classes for a data type")
-
-    ok dict | isDict dict = validDerivPred (dictPred dict)
-           | otherwise   = False
-    alt_fix = vcat [ptext (sLit "use a standalone 'deriving instance' declaration instead,"),
-                    ptext (sLit "so you can specify the instance context yourself")]
-\end{code}
-
-
-@tcSimplifyDefault@ just checks class-type constraints, essentially;
-used with \tr{default} declarations.  We are only interested in
-whether it worked or not.
-
-\begin{code}
-tcSimplifyDefault :: ThetaType -- Wanted; has no type variables in it
-                 -> TcM ()
-
-tcSimplifyDefault theta = do
-    wanteds <- newDictBndrsO DefaultOrigin theta
-    (irreds, _) <- tryHardCheckLoop doc wanteds
-    addNoInstanceErrs irreds
-    if null irreds then
-       return ()
-     else
-       traceTc (ptext (sLit "tcSimplifyDefault failing")) >> failM
-  where
-    doc = ptext (sLit "default declaration")
-\end{code}
-
-
 
 
-%************************************************************************
-%*                                                                     *
-\section{Errors and contexts}
-%*                                                                     *
-%************************************************************************
-
-ToDo: for these error messages, should we note the location as coming
-from the insts, or just whatever seems to be around in the monad just
-now?
+*********************************************************************************
+*                                                                               * 
+*                   Utility functions
+*                                                                               *
+*********************************************************************************
 
 \begin{code}
 
 \begin{code}
-groupErrs :: ([Inst] -> TcM ())        -- Deal with one group
-         -> [Inst]             -- The offending Insts
-          -> TcM ()
--- Group together insts with the same origin
--- We want to report them together in error messages
-
-groupErrs _ [] 
-  = return ()
-groupErrs report_err (inst:insts)
-  = do { do_one (inst:friends)
-       ; groupErrs report_err others }
-  where
-       -- (It may seem a bit crude to compare the error messages,
-       --  but it makes sure that we combine just what the user sees,
-       --  and it avoids need equality on InstLocs.)
-   (friends, others) = partition is_friend insts
-   loc_msg          = showSDoc (pprInstLoc (instLoc inst))
-   is_friend friend  = showSDoc (pprInstLoc (instLoc friend)) == loc_msg
-   do_one insts = setInstCtxt (instLoc (head insts)) (report_err insts)
-               -- Add location and context information derived from the Insts
-
--- Add the "arising from..." part to a message about bunch of dicts
-addInstLoc :: [Inst] -> Message -> Message
-addInstLoc insts msg = msg $$ nest 2 (pprInstArising (head insts))
-
-addTopIPErrs :: [Name] -> [Inst] -> TcM ()
-addTopIPErrs _ [] 
-  = return ()
-addTopIPErrs bndrs ips
-  = do { dflags <- getDOpts
-       ; addErrTcM (tidy_env, mk_msg dflags tidy_ips) }
-  where
-    (tidy_env, tidy_ips) = tidyInsts ips
-    mk_msg dflags ips 
-       = vcat [sep [ptext (sLit "Implicit parameters escape from"),
-               nest 2 (ptext (sLit "the monomorphic top-level binding") 
-                                           <> plural bndrs <+> ptext (sLit "of")
-                                           <+> pprBinders bndrs <> colon)],
-               nest 2 (vcat (map ppr_ip ips)),
-               monomorphism_fix dflags]
-    ppr_ip ip = pprPred (dictPred ip) <+> pprInstArising ip
-
-topIPErrs :: [Inst] -> TcM ()
-topIPErrs dicts
-  = groupErrs report tidy_dicts
-  where
-    (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
-    report dicts = addErrTcM (tidy_env, mk_msg dicts)
-    mk_msg dicts = addInstLoc dicts (ptext (sLit "Unbound implicit parameter") <> 
-                                    plural tidy_dicts <+> pprDictsTheta tidy_dicts)
-
-addNoInstanceErrs :: [Inst]    -- Wanted (can include implications)
-                 -> TcM ()     
-addNoInstanceErrs insts
-  = do { let (tidy_env, tidy_insts) = tidyInsts insts
-       ; reportNoInstances tidy_env Nothing [] tidy_insts }
-
-reportNoInstances 
-       :: TidyEnv
-       -> Maybe (InstLoc, [Inst])      -- Context
-                       -- Nothing => top level
-                       -- Just (d,g) => d describes the construct
-                       --               with givens g
-        -> [SDoc]      -- Alternative fix for no-such-instance
-       -> [Inst]       -- What is wanted (can include implications)
-       -> TcM ()       
-
-reportNoInstances tidy_env mb_what alt_fix insts 
-  = groupErrs (report_no_instances tidy_env mb_what alt_fix) insts
-
-report_no_instances :: TidyEnv -> Maybe (InstLoc, [Inst]) -> [SDoc] -> [Inst] -> TcM ()
-report_no_instances tidy_env mb_what alt_fixes insts
-  = do { inst_envs <- tcGetInstEnvs
-       ; let (implics, insts1)  = partition isImplicInst insts
-            (insts2, overlaps) = partitionWith (check_overlap inst_envs) insts1
-             (eqInsts, insts3)  = partition isEqInst insts2
-       ; traceTc (text "reportNoInstances" <+> vcat 
-                       [ppr insts, ppr implics, ppr insts1, ppr insts2])
-       ; mapM_ complain_implic implics
-       ; mapM_ (\doc -> addErrTcM (tidy_env, doc)) overlaps
-       ; groupErrs complain_no_inst insts3 
-       ; mapM_ (addErrTcM . mk_eq_err) eqInsts
-       }
-  where
-    complain_no_inst insts = addErrTcM (tidy_env, mk_no_inst_err insts)
-
-    complain_implic inst       -- Recurse!
-      = reportNoInstances tidy_env 
-                         (Just (tci_loc inst, tci_given inst)) 
-                         alt_fixes (tci_wanted inst)
-
-    check_overlap :: (InstEnv,InstEnv) -> Inst -> Either Inst SDoc
-       -- Right msg  => overlap message
-       -- Left  inst => no instance
-    check_overlap inst_envs wanted
-       | not (isClassDict wanted) = Left wanted
-       | otherwise
-       = case lookupInstEnv inst_envs clas tys of
-               ([], _) -> Left wanted          -- No match
-               -- The case of exactly one match and no unifiers means a
-               -- successful lookup.  That can't happen here, because dicts
-               -- only end up here if they didn't match in Inst.lookupInst
-               ([_],[])
-                | debugIsOn -> pprPanic "reportNoInstance" (ppr wanted)
-               res -> Right (mk_overlap_msg wanted res)
-         where
-           (clas,tys) = getDictClassTys wanted
-
-    mk_overlap_msg dict (matches, unifiers)
-      = ASSERT( not (null matches) )
-        vcat [ addInstLoc [dict] ((ptext (sLit "Overlapping instances for") 
-                                       <+> pprPred (dictPred dict))),
-               sep [ptext (sLit "Matching instances") <> colon,
-                    nest 2 (vcat [pprInstances ispecs, pprInstances unifiers])],
-               if not (isSingleton matches)
-               then    -- Two or more matches
-                    empty
-               else    -- One match, plus some unifiers
-               ASSERT( not (null unifiers) )
-               parens (vcat [ptext (sLit "The choice depends on the instantiation of") <+>
-                                quotes (pprWithCommas ppr (varSetElems (tyVarsOfInst dict))),
-                             ptext (sLit "To pick the first instance above, use -XIncoherentInstances"),
-                             ptext (sLit "when compiling the other instance declarations")])]
-      where
-       ispecs = [ispec | (ispec, _) <- matches]
-
-    mk_eq_err :: Inst -> (TidyEnv, SDoc)
-    mk_eq_err inst = misMatchMsg tidy_env (eqInstTys inst)
-
-    mk_no_inst_err insts
-      | null insts = empty
-
-      | Just (loc, givens) <- mb_what,   -- Nested (type signatures, instance decls)
-       not (isEmptyVarSet (tyVarsOfInsts insts))
-      = vcat [ addInstLoc insts $
-              sep [ ptext (sLit "Could not deduce") <+> pprDictsTheta insts
-                  , nest 2 $ ptext (sLit "from the context") <+> pprDictsTheta givens]
-            , show_fixes (fix1 loc : fixes2 ++ alt_fixes) ]
-
-      | otherwise      -- Top level 
-      = vcat [ addInstLoc insts $
-              ptext (sLit "No instance") <> plural insts
-                   <+> ptext (sLit "for") <+> pprDictsTheta insts
-            , show_fixes (fixes2 ++ alt_fixes) ]
-
-      where
-       fix1 loc = sep [ ptext (sLit "add") <+> pprDictsTheta insts
-                                <+> ptext (sLit "to the context of"),
-                        nest 2 (ppr (instLocOrigin loc)) ]
-                        -- I'm not sure it helps to add the location
-                        -- nest 2 (ptext (sLit "at") <+> ppr (instLocSpan loc)) ]
-
-       fixes2 | null instance_dicts = []
-              | otherwise           = [sep [ptext (sLit "add an instance declaration for"),
-                                       pprDictsTheta instance_dicts]]
-       instance_dicts = [d | d <- insts, isClassDict d, not (isTyVarDict d)]
-               -- Insts for which it is worth suggesting an adding an instance declaration
-               -- Exclude implicit parameters, and tyvar dicts
-
-       show_fixes :: [SDoc] -> SDoc
-       show_fixes []     = empty
-       show_fixes (f:fs) = sep [ptext (sLit "Possible fix:"), 
-                                nest 2 (vcat (f : map (ptext (sLit "or") <+>) fs))]
-
-addTopAmbigErrs :: [Inst] -> TcRn ()
-addTopAmbigErrs dicts
--- Divide into groups that share a common set of ambiguous tyvars
-  = ifErrsM (return ()) $      -- Only report ambiguity if no other errors happened
-                               -- See Note [Avoiding spurious errors]
-    mapM_ report (equivClasses cmp [(d, tvs_of d) | d <- tidy_dicts])
-  where
-    (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
-
-    tvs_of :: Inst -> [TcTyVar]
-    tvs_of d = varSetElems (tyVarsOfInst d)
-    cmp (_,tvs1) (_,tvs2) = tvs1 `compare` tvs2
-    
-    report :: [(Inst,[TcTyVar])] -> TcM ()
-    report pairs@((inst,tvs) : _) = do -- The pairs share a common set of ambiguous tyvars
-         (tidy_env, mono_msg) <- mkMonomorphismMsg tidy_env tvs
-         setSrcSpan (instSpan inst) $
-               -- the location of the first one will do for the err message
-          addErrTcM (tidy_env, msg $$ mono_msg)
-       where
-         dicts = map fst pairs
-         msg = sep [text "Ambiguous type variable" <> plural tvs <+> 
-                         pprQuotedList tvs <+> in_msg,
-                    nest 2 (pprDictsInFull dicts)]
-         in_msg = text "in the constraint" <> plural dicts <> colon
-    report [] = panic "addTopAmbigErrs"
-
-
-mkMonomorphismMsg :: TidyEnv -> [TcTyVar] -> TcM (TidyEnv, Message)
--- There's an error with these Insts; if they have free type variables
--- it's probably caused by the monomorphism restriction. 
--- Try to identify the offending variable
--- ASSUMPTION: the Insts are fully zonked
-mkMonomorphismMsg tidy_env inst_tvs
-  = do { dflags <- getDOpts
-       ; (tidy_env, docs) <- findGlobals (mkVarSet inst_tvs) tidy_env
-       ; return (tidy_env, mk_msg dflags docs) }
-  where
-    mk_msg _ _ | any isRuntimeUnk inst_tvs
-        =  vcat [ptext (sLit "Cannot resolve unknown runtime types:") <+>
-                   (pprWithCommas ppr inst_tvs),
-                ptext (sLit "Use :print or :force to determine these types")]
-    mk_msg _ []   = ptext (sLit "Probable fix: add a type signature that fixes these type variable(s)")
-                       -- This happens in things like
-                       --      f x = show (read "foo")
-                       -- where monomorphism doesn't play any role
-    mk_msg dflags docs 
-       = vcat [ptext (sLit "Possible cause: the monomorphism restriction applied to the following:"),
-               nest 2 (vcat docs),
-               monomorphism_fix dflags]
-
-monomorphism_fix :: DynFlags -> SDoc
-monomorphism_fix dflags
-  = ptext (sLit "Probable fix:") <+> vcat
-       [ptext (sLit "give these definition(s) an explicit type signature"),
-        if dopt Opt_MonomorphismRestriction dflags
-           then ptext (sLit "or use -XNoMonomorphismRestriction")
-           else empty] -- Only suggest adding "-XNoMonomorphismRestriction"
-                       -- if it is not already set!
-    
-warnDefault :: [(Inst, Class, Var)] -> Type -> TcM ()
-warnDefault ups default_ty = do
-    warn_flag <- doptM Opt_WarnTypeDefaults
-    setInstCtxt (instLoc (head (dicts))) (warnTc warn_flag warn_msg)
-  where
-    dicts = [d | (d,_,_) <- ups]
-
-       -- Tidy them first
-    (_, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
-    warn_msg  = vcat [ptext (sLit "Defaulting the following constraint(s) to type") <+>
-                               quotes (ppr default_ty),
-                     pprDictsInFull tidy_dicts]
-
-reduceDepthErr :: Int -> [Inst] -> SDoc
-reduceDepthErr n stack
-  = vcat [ptext (sLit "Context reduction stack overflow; size =") <+> int n,
-         ptext (sLit "Use -fcontext-stack=N to increase stack size to N"),
-         nest 4 (pprStack stack)]
-
-pprStack :: [Inst] -> SDoc
-pprStack stack = vcat (map pprInstInFull stack)
-\end{code}
+newFlatWanteds :: CtOrigin -> ThetaType -> TcM (Bag WantedEvVar)
+newFlatWanteds orig theta
+  = do { loc <- getCtLoc orig
+       ; evs <- newWantedEvVars theta
+       ; return (listToBag [EvVarX w loc | w <- evs]) }
+\end{code}
\ No newline at end of file