Type checking for type synonym families
[ghc-hetmet.git] / compiler / typecheck / TcUnify.lhs
index 9e0fb33..c9def34 100644 (file)
@@ -1,7 +1,9 @@
 %
+% (c) The University of Glasgow 2006
 % (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
 %
-\section{Type subsumption and unification}
+
+Type subsumption and unification
 
 \begin{code}
 module TcUnify (
@@ -17,7 +19,7 @@ module TcUnify (
 
   --------------------------------
   -- Holes
-  tcInfer, subFunTys, unBox, stripBoxyType, withBox, 
+  tcInfer, subFunTys, unBox, refineBox, refineBoxToTau, withBox, 
   boxyUnify, boxyUnifyList, zapToMonotype,
   boxySplitListTy, boxySplitTyConApp, boxySplitAppTy,
   wrapFunResCoercion
@@ -25,61 +27,32 @@ module TcUnify (
 
 #include "HsVersions.h"
 
-import HsSyn           ( ExprCoFn(..), idCoercion, isIdCoercion, (<.>) )
-import TypeRep         ( Type(..), PredType(..) )
-
-import TcMType         ( lookupTcTyVar, LookupTyVarResult(..),
-                          tcInstSkolType, tcInstBoxyTyVar, newKindVar, newMetaTyVar,
-                         newBoxyTyVar, newBoxyTyVarTys, readFilledBox, 
-                         readMetaTyVar, writeMetaTyVar, newFlexiTyVarTy,
-                         tcInstSkolTyVars, tcInstTyVar,
-                         zonkTcKind, zonkType, zonkTcType,  zonkTcTyVarsAndFV, 
-                         readKindVar, writeKindVar )
-import TcSimplify      ( tcSimplifyCheck )
-import TcEnv           ( tcGetGlobalTyVars, findGlobals )
-import TcIface         ( checkWiredInTyCon )
+import HsSyn
+import TypeRep
+
+import TcMType
+import TcSimplify
+import TcEnv
+import TcTyFuns
+import TcIface
 import TcRnMonad         -- TcType, amongst others
-import TcType          ( TcKind, TcType, TcTyVar, BoxyTyVar, TcTauType,
-                         BoxySigmaType, BoxyRhoType, BoxyType, 
-                         TcTyVarSet, TcThetaType, TcTyVarDetails(..), BoxInfo(..), 
-                         SkolemInfo( GenSkol, UnkSkol ), MetaDetails(..), isImmutableTyVar,
-                         pprSkolTvBinding, isTauTy, isTauTyCon, isSigmaTy, 
-                         mkFunTy, mkFunTys, mkTyConApp, isMetaTyVar,
-                         tcSplitForAllTys, tcSplitAppTy_maybe, tcSplitFunTys, mkTyVarTys,
-                         tcSplitSigmaTy, tyVarsOfType, mkPhiTy, mkTyVarTy, mkPredTy, 
-                         typeKind, mkForAllTys, mkAppTy, isBoxyTyVar,
-                         exactTyVarsOfType, 
-                         tidyOpenType, tidyOpenTyVar, tidyOpenTyVars,
-                         pprType, tidyKind, tidySkolemTyVar, isSkolemTyVar, tcView, 
-                         TvSubst, mkTvSubst, zipTyEnv, zipOpenTvSubst, emptyTvSubst, 
-                         substTy, substTheta, 
-                         lookupTyVar, extendTvSubst )
-import Kind            ( Kind(..), SimpleKind, KindVar, isArgTypeKind,
-                         openTypeKind, liftedTypeKind, unliftedTypeKind, 
-                         mkArrowKind, defaultKind,
-                         isOpenTypeKind, argTypeKind, isLiftedTypeKind, isUnliftedTypeKind,
-                         isSubKind, pprKind, splitKindFunTys )
-import TysPrim         ( alphaTy, betaTy )
-import Inst            ( newDicts, instToId )
-import TyCon           ( TyCon, tyConArity, tyConTyVars, isSynTyCon )
-import TysWiredIn      ( listTyCon )
-import Id              ( Id, mkSysLocal )
-import Var             ( Var, varName, tyVarKind, isTcTyVar, tcTyVarDetails )
-import VarSet          ( emptyVarSet, mkVarSet, unitVarSet, unionVarSet, elemVarSet, varSetElems,
-                         extendVarSet, intersectsVarSet, extendVarSetList )
+import TcType
+import Type
+import Coercion
+import TysPrim
+import Inst
+import TyCon
+import TysWiredIn
+import Var
+import VarSet
 import VarEnv
-import Name            ( Name, isSystemName )
-import ErrUtils                ( Message )
-import Maybes          ( expectJust, isNothing )
-import BasicTypes      ( Arity )
-import UniqSupply      ( uniqsFromSupply )
-import Util            ( notNull, equalLength )
+import Name
+import ErrUtils
+import Maybes
+import BasicTypes
+import Util
 import Outputable
-
--- Assertion imports
-#ifdef DEBUG
-import TcType          ( isBoxyTy, isFlexi )
-#endif
+import Unique
 \end{code}
 
 %************************************************************************
@@ -93,9 +66,9 @@ tcInfer :: (BoxyType -> TcM a) -> TcM (a, TcType)
 tcInfer tc_infer
   = do { box <- newBoxyTyVar openTypeKind
        ; res <- tc_infer (mkTyVarTy box)
-       ; res_ty <- readFilledBox box   -- Guaranteed filled-in by now
+       ; res_ty <- {- pprTrace "tcInfer" (ppr (mkTyVarTy box)) $ -} readFilledBox box  -- Guaranteed filled-in by now
        ; return (res, res_ty) }
-\end{code}                
+\end{code}
 
 
 %************************************************************************
@@ -110,13 +83,13 @@ subFunTys :: SDoc  -- Somthing like "The function f has 3 arguments"
          -> Arity              -- Expected # of args
          -> BoxyRhoType        -- res_ty
          -> ([BoxySigmaType] -> BoxyRhoType -> TcM a)
-         -> TcM (ExprCoFn, a)
+         -> TcM (HsWrapper, a)
 -- Attempt to decompse res_ty to have enough top-level arrows to
 -- match the number of patterns in the match group
 -- 
 -- If (subFunTys n_args res_ty thing_inside) = (co_fn, res)
 -- and the inner call to thing_inside passes args: [a1,...,an], b
--- then co_fn :: (a1 -> ... -> an -> b) -> res_ty
+-- then co_fn :: (a1 -> ... -> an -> b) ~ res_ty
 --
 -- Note that it takes a BoxyRho type, and guarantees to return a BoxyRhoType
 
@@ -142,19 +115,20 @@ subFunTys error_herald n_pats res_ty thing_inside
   where
        -- In 'loop', the parameter 'arg_tys' accumulates 
        -- the arg types so far, in *reverse order*
+       -- INVARIANT:   res_ty :: *
     loop n args_so_far res_ty
        | Just res_ty' <- tcView res_ty  = loop n args_so_far res_ty'
 
     loop n args_so_far res_ty
        | isSigmaTy res_ty      -- Do this before checking n==0, because we 
                                -- guarantee to return a BoxyRhoType, not a BoxySigmaType
-       = do { (gen_fn, (co_fn, res)) <- tcGen res_ty emptyVarSet $ \ res_ty' ->
+       = do { (gen_fn, (co_fn, res)) <- tcGen res_ty emptyVarSet $ \ _ res_ty' ->
                                         loop n args_so_far res_ty'
             ; return (gen_fn <.> co_fn, res) }
 
     loop 0 args_so_far res_ty 
        = do { res <- thing_inside (reverse args_so_far) res_ty
-            ; return (idCoercion, res) }
+            ; return (idHsWrapper, res) }
 
     loop n args_so_far (FunTy arg_ty res_ty) 
        = do { (co_fn, res) <- loop (n-1) (arg_ty:args_so_far) res_ty
@@ -167,20 +141,26 @@ subFunTys error_herald n_pats res_ty thing_inside
        -- error message on failure
     loop n args_so_far res_ty@(AppTy _ _)
        = do { [arg_ty',res_ty'] <- newBoxyTyVarTys [argTypeKind, openTypeKind]
-            ; (_, mb_unit) <- tryTcErrs $ boxyUnify res_ty (FunTy arg_ty' res_ty')
-            ; if isNothing mb_unit then bale_out args_so_far
-              else loop n args_so_far (FunTy arg_ty' res_ty') }
+            ; (_, mb_coi) <- tryTcErrs $ boxyUnify res_ty (FunTy arg_ty' res_ty')
+            ; if isNothing mb_coi then bale_out args_so_far
+              else do { case expectJust "subFunTys" mb_coi of
+                               IdCo -> return ()
+                               ACo co -> traceTc (text "you're dropping a coercion: " <+> ppr co)
+                      ; loop n args_so_far (FunTy arg_ty' res_ty') 
+                      }
+            }
 
     loop n args_so_far (TyVarTy tv)
-        | not (isImmutableTyVar tv)
+        | isTyConableTyVar tv
        = do { cts <- readMetaTyVar tv 
             ; case cts of
                 Indirect ty -> loop n args_so_far ty
                 Flexi -> do { (res_ty:arg_tys) <- withMetaTvs tv kinds mk_res_ty
                             ; res <- thing_inside (reverse args_so_far ++ arg_tys) res_ty
-                            ; return (idCoercion, res) } }
+                            ; return (idHsWrapper, res) } }
        where
          mk_res_ty (res_ty' : arg_tys') = mkFunTys arg_tys' res_ty'
+         mk_res_ty [] = panic "TcUnify.mk_res_ty1"
          kinds = openTypeKind : take n (repeat argTypeKind)
                -- Note argTypeKind: the args can have an unboxed type,
                -- but not an unboxed tuple.
@@ -222,19 +202,21 @@ boxySplitTyConApp tc orig_ty
        return (args ++ args_so_far)
 
     loop n_req args_so_far (AppTy fun arg)
+      | n_req > 0
       = loop (n_req - 1) (arg:args_so_far) fun
 
     loop n_req args_so_far (TyVarTy tv)
-      | not (isImmutableTyVar tv)
+      | isTyConableTyVar tv
+      , res_kind `isSubKind` tyVarKind tv
       = do { cts <- readMetaTyVar tv
           ; case cts of
               Indirect ty -> loop n_req args_so_far ty
-              Flexi       -> do { arg_tys <- withMetaTvs tv arg_kinds mk_res_ty
+              Flexi       -> do { arg_tys <- withMetaTvs tv arg_kinds mk_res_ty
                                 ; return (arg_tys ++ args_so_far) }
        }
       where
        mk_res_ty arg_tys' = mkTyConApp tc arg_tys'
-       arg_kinds = map tyVarKind (take n_req (tyConTyVars tc))
+       (arg_kinds, res_kind) = splitKindFunTysN n_req (tyConKind tc)
 
     loop _ _ _ = boxySplitFailure (mkTyConApp tc (mkTyVarTys (tyConTyVars tc))) orig_ty
 
@@ -247,7 +229,8 @@ boxySplitListTy exp_ty = do { [elt_ty] <- boxySplitTyConApp listTyCon exp_ty
 ----------------------
 boxySplitAppTy :: BoxyRhoType                          -- Type to split: m a
               -> TcM (BoxySigmaType, BoxySigmaType)    -- Returns m, a
--- Assumes (m: * -> k), where k is the kind of the incoming type
+-- If the incoming type is a mutable type variable of kind k, then 
+-- boxySplitAppTy returns a new type variable (m: * -> k); note the *.
 -- If the incoming type is boxy, then so are the result types; and vice versa
 
 boxySplitAppTy orig_ty
@@ -261,14 +244,15 @@ boxySplitAppTy orig_ty
       = return (fun_ty, arg_ty)
 
     loop (TyVarTy tv)
-      | not (isImmutableTyVar tv)
+      | isTyConableTyVar tv
       = do { cts <- readMetaTyVar tv
           ; case cts of
               Indirect ty -> loop ty
-              Flexi       -> do { [fun_ty,arg_ty] <- withMetaTvs tv kinds mk_res_ty
+              Flexi -> do { [fun_ty,arg_ty] <- withMetaTvs tv kinds mk_res_ty
                                 ; return (fun_ty, arg_ty) } }
       where
         mk_res_ty [fun_ty', arg_ty'] = mkAppTy fun_ty' arg_ty'
+       mk_res_ty other = panic "TcUnify.mk_res_ty2"
        tv_kind = tyVarKind tv
        kinds = [mkArrowKind liftedTypeKind (defaultKind tv_kind),
                                                -- m :: * -> k
@@ -324,7 +308,7 @@ withBox :: Kind -> (BoxySigmaType -> TcM a) -> TcM (a, TcType)
 withBox kind thing_inside
   = do { box_tv <- newMetaTyVar BoxTv kind
        ; res <- thing_inside (mkTyVarTy box_tv)
-       ; ty  <- readFilledBox box_tv
+       ; ty  <- {- pprTrace "with_box" (ppr (mkTyVarTy box_tv)) $ -} readFilledBox box_tv
        ; return (res, ty) }
 \end{code}
 
@@ -338,7 +322,7 @@ withBox kind thing_inside
 \begin{code}
 preSubType :: [TcTyVar]                -- Quantified type variables
           -> TcTyVarSet        -- Subset of quantified type variables
-                               -- that can be instantiated with boxy types
+                               --   see Note [Pre-sub boxy]
            -> TcType           -- The rho-type part; quantified tyvars scopes over this
            -> BoxySigmaType    -- Matching type from the context
            -> TcM [TcType]     -- Types to instantiate the tyvars
@@ -347,13 +331,17 @@ preSubType :: [TcTyVar]           -- Quantified type variables
 --     info from the pre-subsumption, if there is any
 --     a boxy type variable otherwise
 --
--- The 'btvs' are a subset of 'qtvs'.  They are the ones we can
--- instantiate to a boxy type variable, because they'll definitely be
--- filled in later.  This isn't always the case; sometimes we have type 
--- variables mentioned in the context of the type, but not the body; 
---             f :: forall a b. C a b => a -> a
--- Then we may land up with an unconstrained 'b', so we want to 
--- instantiate it to a monotype (non-boxy) type variable
+-- Note [Pre-sub boxy]
+--   The 'btvs' are a subset of 'qtvs'.  They are the ones we can
+--   instantiate to a boxy type variable, because they'll definitely be
+--   filled in later.  This isn't always the case; sometimes we have type 
+--   variables mentioned in the context of the type, but not the body; 
+--               f :: forall a b. C a b => a -> a
+--   Then we may land up with an unconstrained 'b', so we want to 
+--   instantiate it to a monotype (non-boxy) type variable
+--
+-- The 'qtvs' that are *neither* fixed by the pre-subsumption, *nor* are in 'btvs',
+-- are instantiated to TauTv meta variables.
        
 preSubType qtvs btvs qty expected_ty
   = do { tys <- mapM inst_tv qtvs
@@ -377,22 +365,25 @@ boxySubMatchType
 -- "Boxy types: inference for higher rank types and impredicativity"
 
 boxySubMatchType tmpl_tvs tmpl_ty boxy_ty
-  = go tmpl_ty emptyVarSet boxy_ty
+  = go tmpl_tvs tmpl_ty emptyVarSet boxy_ty
   where
-    go t_ty b_tvs b_ty
-       | Just t_ty' <- tcView t_ty = go t_ty' b_tvs b_ty
-       | Just b_ty' <- tcView b_ty = go t_ty b_tvs b_ty'
+    go t_tvs t_ty b_tvs b_ty
+       | Just t_ty' <- tcView t_ty = go t_tvs t_ty' b_tvs b_ty
+       | Just b_ty' <- tcView b_ty = go t_tvs t_ty b_tvs b_ty'
 
-    go (TyVarTy _) b_tvs b_ty = emptyTvSubst   -- Rule S-ANY; no bindings
+    go t_tvs (TyVarTy _) b_tvs b_ty = emptyTvSubst     -- Rule S-ANY; no bindings
        -- Rule S-ANY covers (a) type variables and (b) boxy types
        -- in the template.  Both look like a TyVarTy.
        -- See Note [Sub-match] below
 
-    go t_ty b_tvs b_ty
+    go t_tvs t_ty b_tvs b_ty
        | isSigmaTy t_ty, (tvs, _, t_tau) <- tcSplitSigmaTy t_ty 
-       = go t_tau b_tvs b_ty                           -- Rule S-SPEC
+       = go (t_tvs `delVarSetList` tvs) t_tau b_tvs b_ty       -- Rule S-SPEC
+               -- Under a forall on the left, if there is shadowing, 
+               -- do not bind! Hence the delVarSetList.
        | isSigmaTy b_ty, (tvs, _, b_tau) <- tcSplitSigmaTy b_ty 
-       = go t_ty (extendVarSetList b_tvs tvs) b_ty     -- Rule S-SKOL
+       = go t_tvs t_ty (extendVarSetList b_tvs tvs) b_tau      -- Rule S-SKOL
+               -- Add to the variables we must not bind to
        -- NB: it's *important* to discard the theta part. Otherwise
        -- consider (forall a. Eq a => a -> b) ~<~ (Int -> Int -> Bool)
        -- and end up with a completely bogus binding (b |-> Bool), by lining
@@ -400,11 +391,11 @@ boxySubMatchType tmpl_tvs tmpl_ty boxy_ty
        -- This pre-subsumption stuff can return too few bindings, but it 
        -- must *never* return bogus info.
                                                        
-    go (FunTy arg1 res1) b_tvs (FunTy arg2 res2)       -- Rule S-FUN
-       = boxy_match tmpl_tvs arg1 b_tvs arg2 (go res1 b_tvs res2)
+    go t_tvs (FunTy arg1 res1) b_tvs (FunTy arg2 res2) -- Rule S-FUN
+       = boxy_match t_tvs arg1 b_tvs arg2 (go t_tvs res1 b_tvs res2)
        -- Match the args, and sub-match the results
 
-    go t_ty b_tvs b_ty = boxy_match tmpl_tvs t_ty b_tvs b_ty emptyTvSubst
+    go t_tvs t_ty b_tvs b_ty = boxy_match t_tvs t_ty b_tvs b_ty emptyTvSubst
        -- Otherwise defer to boxy matching
        -- This covers TyConApp, AppTy, PredTy
 \end{code}
@@ -444,9 +435,7 @@ boxyMatchTypes
 --     It does no unification, and cannot fail
 --
 -- Precondition: the arg lengths are equal
--- Precondition: none of the template type variables appear in the [BoxySigmaType]
--- Precondition: any nested quantifiers in either type differ from 
---              the template type variables passed as arguments
+-- Precondition: none of the template type variables appear anywhere in the [BoxySigmaType]
 --
        
 ------------
@@ -458,8 +447,11 @@ boxyMatchTypes tmpl_tvs tmpl_tys boxy_tys
 boxy_match_s tmpl_tvs [] boxy_tvs [] subst
   = subst
 boxy_match_s tmpl_tvs (t_ty:t_tys) boxy_tvs (b_ty:b_tys) subst
-  = boxy_match_s tmpl_tvs t_tys boxy_tvs b_tys $
-    boxy_match tmpl_tvs t_ty boxy_tvs b_ty subst
+  = boxy_match tmpl_tvs t_ty boxy_tvs b_ty $
+    boxy_match_s tmpl_tvs t_tys boxy_tvs b_tys subst
+boxy_match_s tmpl_tvs _ boxy_tvs _ subst
+  = panic "boxy_match_s"       -- Lengths do not match
+    
 
 ------------
 boxy_match :: TcTyVarSet -> TcType     -- Template
@@ -480,11 +472,18 @@ boxy_match tmpl_tvs orig_tmpl_ty boxy_tvs orig_boxy_ty subst
        | Just t_ty' <- tcView t_ty = go t_ty' b_ty
        | Just b_ty' <- tcView b_ty = go t_ty b_ty'
 
-    go (ForAllTy _ ty1) (ForAllTy tv2 ty2)
-       = boxy_match tmpl_tvs ty1 (boxy_tvs `extendVarSet` tv2) ty2 subst
+    go ty1 ty2         -- C.f. the isSigmaTy case for boxySubMatchType
+       | isSigmaTy ty1
+       , (tvs1, _, tau1) <- tcSplitSigmaTy ty1
+       , (tvs2, _, tau2) <- tcSplitSigmaTy ty2
+       , equalLength tvs1 tvs2
+       = boxy_match (tmpl_tvs `delVarSetList` tvs1)    tau1 
+                    (boxy_tvs `extendVarSetList` tvs2) tau2 subst
 
     go (TyConApp tc1 tys1) (TyConApp tc2 tys2)
-       | tc1 == tc2 = go_s tys1 tys2
+       | tc1 == tc2 
+       , not $ isOpenSynTyCon tc1
+       = go_s tys1 tys2
 
     go (FunTy arg1 res1) (FunTy arg2 res2)
        = go_s [arg1,res1] [arg2,res2]
@@ -497,7 +496,7 @@ boxy_match tmpl_tvs orig_tmpl_ty boxy_tvs orig_boxy_ty subst
 
     go (TyVarTy tv) b_ty
        | tv `elemVarSet` tmpl_tvs      -- Template type variable in the template
-       , not (intersectsVarSet boxy_tvs (tyVarsOfType orig_boxy_ty))
+       , boxy_tvs `disjointVarSet` tyVarsOfType orig_boxy_ty
        , typeKind b_ty `isSubKind` tyVarKind tv  -- See Note [Matching kinds]
        = extendTvSubst subst tv boxy_ty'
        | otherwise
@@ -573,44 +572,80 @@ That is, that a value of type offered_ty is acceptable in
 a place expecting a value of type expected_ty.
 
 It returns a coercion function 
-       co_fn :: offered_ty -> expected_ty
+       co_fn :: offered_ty ~ expected_ty
 which takes an HsExpr of type offered_ty into one of type
 expected_ty.
 
 \begin{code}
 -----------------
-tcSubExp :: BoxySigmaType -> BoxySigmaType -> TcM ExprCoFn     -- Locally used only
+tcSubExp :: BoxySigmaType -> BoxySigmaType -> TcM HsWrapper    -- Locally used only
        -- (tcSub act exp) checks that 
        --      act <= exp
 tcSubExp actual_ty expected_ty
-  = addErrCtxtM (unifyCtxt actual_ty expected_ty)
-               (tc_sub True actual_ty actual_ty expected_ty expected_ty)
-
-tcFunResTy :: Name -> BoxySigmaType -> BoxySigmaType -> TcM ExprCoFn   -- Locally used only
+  = -- addErrCtxtM (unifyCtxt actual_ty expected_ty) $
+    -- Adding the error context here leads to some very confusing error
+    -- messages, such as "can't match forall a. a->a with forall a. a->a"
+    -- Example is tcfail165: 
+    --     do var <- newEmptyMVar :: IO (MVar (forall a. Show a => a -> String))
+    --         putMVar var (show :: forall a. Show a => a -> String)
+    -- Here the info does not flow from the 'var' arg of putMVar to its 'show' arg
+    -- but after zonking it looks as if it does!
+    --
+    -- So instead I'm adding the error context when moving from tc_sub to u_tys
+
+    traceTc (text "tcSubExp" <+> ppr actual_ty <+> ppr expected_ty) >>
+    tc_sub SubOther actual_ty actual_ty False expected_ty expected_ty
+
+tcFunResTy :: Name -> BoxySigmaType -> BoxySigmaType -> TcM HsWrapper  -- Locally used only
 tcFunResTy fun actual_ty expected_ty
-  = addErrCtxtM (checkFunResCtxt fun actual_ty expected_ty) $
-               (tc_sub True actual_ty actual_ty expected_ty expected_ty)
+  = traceTc (text "tcFunResTy" <+> ppr actual_ty <+> ppr expected_ty) >>
+    tc_sub (SubFun fun) actual_ty actual_ty False expected_ty expected_ty
                   
 -----------------
-tc_sub :: Outer                        -- See comments with uTys
+data SubCtxt = SubDone                 -- Error-context already pushed
+            | SubFun Name      -- Context is tcFunResTy
+            | SubOther         -- Context is something else
+
+tc_sub :: SubCtxt              -- How to add an error-context
        -> BoxySigmaType                -- actual_ty, before expanding synonyms
        -> BoxySigmaType                --              ..and after
+       -> InBox                        -- True <=> expected_ty is inside a box
        -> BoxySigmaType                -- expected_ty, before
        -> BoxySigmaType                --              ..and after
-       -> TcM ExprCoFn
+       -> TcM HsWrapper
+                               -- The acual_ty is never inside a box
+-- IMPORTANT pre-condition: if the args contain foralls, the bound type 
+--                         variables are visible non-monadically
+--                         (i.e. tha args are sufficiently zonked)
+-- This invariant is needed so that we can "see" the foralls, ad
+-- e.g. in the SPEC rule where we just use splitSigmaTy 
+       
+tc_sub sub_ctxt act_sty act_ty exp_ib exp_sty exp_ty
+  = traceTc (text "tc_sub" <+> ppr act_ty $$ ppr exp_ty) >>
+    tc_sub1 sub_ctxt act_sty act_ty exp_ib exp_sty exp_ty
+       -- This indirection is just here to make 
+       -- it easy to insert a debug trace!
 
-tc_sub outer act_sty act_ty exp_sty exp_ty
-  | Just exp_ty' <- tcView exp_ty = tc_sub False act_sty act_ty exp_sty exp_ty'
-tc_sub outer act_sty act_ty exp_sty exp_ty
-  | Just act_ty' <- tcView act_ty = tc_sub False act_sty act_ty' exp_sty exp_ty
+tc_sub1 sub_ctxt act_sty act_ty exp_ib exp_sty exp_ty
+  | Just exp_ty' <- tcView exp_ty = tc_sub sub_ctxt act_sty act_ty exp_ib exp_sty exp_ty'
+tc_sub1 sub_ctxt act_sty act_ty exp_ib exp_sty exp_ty
+  | Just act_ty' <- tcView act_ty = tc_sub sub_ctxt act_sty act_ty' exp_ib exp_sty exp_ty
 
 -----------------------------------
 -- Rule SBOXY, plus other cases when act_ty is a type variable
 -- Just defer to boxy matching
 -- This rule takes precedence over SKOL!
-tc_sub outer act_sty (TyVarTy tv) exp_sty exp_ty
-  = do { uVar outer False tv False exp_sty exp_ty
-       ; return idCoercion }
+tc_sub1 sub_ctxt act_sty (TyVarTy tv) exp_ib exp_sty exp_ty
+  = do { traceTc (text "tc_sub1 - case 1")
+       ; coi <- addSubCtxt sub_ctxt act_sty exp_sty $
+                uVar True False tv exp_ib exp_sty exp_ty
+       ; traceTc (case coi of 
+                       IdCo   -> text "tc_sub1 (Rule SBOXY) IdCo"
+                       ACo co -> text "tc_sub1 (Rule SBOXY) ACo" <+> ppr co)
+       ; return $ case coi of
+                       IdCo   -> idHsWrapper 
+                       ACo co -> WpCo co
+       }
 
 -----------------------------------
 -- Skolemisation case (rule SKOL)
@@ -623,11 +658,16 @@ tc_sub outer act_sty (TyVarTy tv) exp_sty exp_ty
 --          g :: Ord b => b->b
 -- Consider  f g !
 
-tc_sub outer act_sty act_ty exp_sty exp_ty
-  | isSigmaTy exp_ty
-  = do { (gen_fn, co_fn) <- tcGen exp_ty act_tvs $ \ body_exp_ty ->
-                            tc_sub False act_sty act_ty body_exp_ty body_exp_ty
+tc_sub1 sub_ctxt act_sty act_ty exp_ib exp_sty exp_ty
+  | isSigmaTy exp_ty   
+  = do { traceTc (text "tc_sub1 - case 2") ;
+    if exp_ib then     -- SKOL does not apply if exp_ty is inside a box
+       defer_to_boxy_matching sub_ctxt act_sty act_ty exp_ib exp_sty exp_ty
+    else do 
+       { (gen_fn, co_fn) <- tcGen exp_ty act_tvs $ \ _ body_exp_ty ->
+                            tc_sub sub_ctxt act_sty act_ty False body_exp_ty body_exp_ty
        ; return (gen_fn <.> co_fn) }
+    }
   where
     act_tvs = tyVarsOfType act_ty
                -- It's really important to check for escape wrt 
@@ -639,7 +679,7 @@ tc_sub outer act_sty act_ty exp_sty exp_ty
 --     expected_ty: Int -> Int
 --     co_fn e =    e Int dOrdInt
 
-tc_sub outer act_sty actual_ty exp_sty expected_ty
+tc_sub1 sub_ctxt act_sty actual_ty exp_ib exp_sty expected_ty
 -- Implements the new SPEC rule in the Appendix of the paper
 -- "Boxy types: inference for higher rank types and impredicativity"
 -- (This appendix isn't in the published version.)
@@ -648,67 +688,107 @@ tc_sub outer act_sty actual_ty exp_sty expected_ty
 --   Pre-subsumpion finds a|->Int, and that works fine, whereas
 --   just running full subsumption would fail.
   | isSigmaTy actual_ty
-  = do {       -- Perform pre-subsumption, and instantiate
+  = do { traceTc (text "tc_sub1 - case 3")
+       ;       -- Perform pre-subsumption, and instantiate
                -- the type with info from the pre-subsumption; 
                -- boxy tyvars if pre-subsumption gives no info
          let (tyvars, theta, tau) = tcSplitSigmaTy actual_ty
              tau_tvs = exactTyVarsOfType tau
-       ; inst_tys <- preSubType tyvars tau_tvs tau expected_ty
+       ; inst_tys <- if exp_ib then    -- Inside a box, do not do clever stuff
+                       do { tyvars' <- mapM tcInstBoxyTyVar tyvars
+                          ; return (mkTyVarTys tyvars') }
+                     else              -- Outside, do clever stuff
+                       preSubType tyvars tau_tvs tau expected_ty
        ; let subst' = zipOpenTvSubst tyvars inst_tys
              tau'   = substTy subst' tau
 
                -- Perform a full subsumption check
-       ; co_fn <- tc_sub False tau' tau' exp_sty expected_ty
+       ; traceTc (text "tc_sub_spec" <+> vcat [ppr actual_ty, 
+                                               ppr tyvars <+> ppr theta <+> ppr tau,
+                                               ppr tau'])
+       ; co_fn2 <- tc_sub sub_ctxt tau' tau' exp_ib exp_sty expected_ty
 
                -- Deal with the dictionaries
-       ; dicts <- newDicts InstSigOrigin (substTheta subst' theta)
-       ; extendLIEs dicts
-       ; let inst_fn = CoApps (CoTyApps CoHole inst_tys) 
-                              (map instToId dicts)
-       ; return (co_fn <.> inst_fn) }
+               -- The origin gives a helpful origin when we have
+               -- a function with type f :: Int -> forall a. Num a => ...
+               -- This way the (Num a) dictionary gets an OccurrenceOf f origin
+       ; let orig = case sub_ctxt of
+                       SubFun n -> OccurrenceOf n
+                       other    -> InstSigOrigin       -- Unhelpful
+       ; co_fn1 <- instCall orig inst_tys (substTheta subst' theta)
+       ; return (co_fn2 <.> co_fn1) }
 
 -----------------------------------
 -- Function case (rule F1)
-tc_sub _ _ (FunTy act_arg act_res) _ (FunTy exp_arg exp_res)
-  = tc_sub_funs act_arg act_res exp_arg exp_res
+tc_sub1 sub_ctxt act_sty (FunTy act_arg act_res) exp_ib exp_sty (FunTy exp_arg exp_res)
+  = do { traceTc (text "tc_sub1 - case 4")
+       ; addSubCtxt sub_ctxt act_sty exp_sty $
+                    tc_sub_funs act_arg act_res exp_ib exp_arg exp_res
+       }
 
 -- Function case (rule F2)
-tc_sub outer act_sty act_ty@(FunTy act_arg act_res) exp_sty (TyVarTy exp_tv)
+tc_sub1 sub_ctxt act_sty act_ty@(FunTy act_arg act_res) _ exp_sty (TyVarTy exp_tv)
   | isBoxyTyVar exp_tv
-  = do { cts <- readMetaTyVar exp_tv
+  = addSubCtxt sub_ctxt act_sty exp_sty $
+    do { traceTc (text "tc_sub1 - case 5")
+       ; cts <- readMetaTyVar exp_tv
        ; case cts of
-           Indirect ty -> do { u_tys outer False act_sty act_ty True exp_sty ty
-                             ; return idCoercion }
-           Flexi       -> do { [arg_ty,res_ty] <- withMetaTvs exp_tv fun_kinds mk_res_ty
-                             ; tc_sub_funs act_arg act_res arg_ty res_ty } }
+           Indirect ty -> tc_sub SubDone act_sty act_ty True exp_sty ty
+           Flexi -> do { [arg_ty,res_ty] <- withMetaTvs exp_tv fun_kinds mk_res_ty
+                             ; tc_sub_funs act_arg act_res True arg_ty res_ty } }
  where
     mk_res_ty [arg_ty', res_ty'] = mkFunTy arg_ty' res_ty'
+    mk_res_ty other = panic "TcUnify.mk_res_ty3"
     fun_kinds = [argTypeKind, openTypeKind]
 
 -- Everything else: defer to boxy matching
-tc_sub outer act_sty actual_ty exp_sty expected_ty
-  = do { u_tys outer False act_sty actual_ty False exp_sty expected_ty
-       ; return idCoercion }
+tc_sub1 sub_ctxt act_sty actual_ty exp_ib exp_sty expected_ty@(TyVarTy exp_tv)
+  = do { traceTc (text "tc_sub1 - case 6a" <+> ppr [isBoxyTyVar exp_tv, isMetaTyVar exp_tv, isSkolemTyVar exp_tv, isExistentialTyVar exp_tv,isSigTyVar exp_tv] )
+       ; defer_to_boxy_matching sub_ctxt act_sty actual_ty exp_ib exp_sty expected_ty
+       }
 
+tc_sub1 sub_ctxt act_sty actual_ty exp_ib exp_sty expected_ty
+  = do { traceTc (text "tc_sub1 - case 6")
+       ; defer_to_boxy_matching sub_ctxt act_sty actual_ty exp_ib exp_sty expected_ty
+       }
 
 -----------------------------------
-tc_sub_funs act_arg act_res exp_arg exp_res
-  = do { uTys False act_arg False exp_arg
-       ; co_fn_res <- tc_sub False act_res act_res exp_res exp_res
-       ; wrapFunResCoercion [exp_arg] co_fn_res }
+defer_to_boxy_matching sub_ctxt act_sty actual_ty exp_ib exp_sty expected_ty
+  = do { coi <- addSubCtxt sub_ctxt act_sty exp_sty $
+         u_tys outer False act_sty actual_ty exp_ib exp_sty expected_ty
+       ; return $ case coi of
+                       IdCo   -> idHsWrapper 
+                       ACo co -> WpCo co
+       }
+  where
+    outer = case sub_ctxt of           -- Ugh
+               SubDone -> False
+               other   -> True
+
+-----------------------------------
+tc_sub_funs act_arg act_res exp_ib exp_arg exp_res
+  = do { arg_coi   <- uTys False act_arg exp_ib exp_arg
+       ; co_fn_res <- tc_sub SubDone act_res act_res exp_ib exp_res exp_res
+       ; wrapper1  <- wrapFunResCoercion [exp_arg] co_fn_res 
+        ; let wrapper2 = case arg_coi of 
+                               IdCo   -> idHsWrapper
+                               ACo co -> WpCo $ FunTy co act_res
+       ; return (wrapper1 <.> wrapper2)
+        }
 
 -----------------------------------
 wrapFunResCoercion 
        :: [TcType]     -- Type of args
-       -> ExprCoFn     -- HsExpr a -> HsExpr b
-       -> TcM ExprCoFn -- HsExpr (arg_tys -> a) -> HsExpr (arg_tys -> b)
+       -> HsWrapper    -- HsExpr a -> HsExpr b
+       -> TcM HsWrapper        -- HsExpr (arg_tys -> a) -> HsExpr (arg_tys -> b)
 wrapFunResCoercion arg_tys co_fn_res
-  | isIdCoercion co_fn_res = return idCoercion
-  | null arg_tys          = return co_fn_res
+  | isIdHsWrapper co_fn_res 
+  = return idHsWrapper
+  | null arg_tys          
+  = return co_fn_res
   | otherwise         
-  = do { us <- newUniqueSupply
-       ; let arg_ids = zipWith (mkSysLocal FSLIT("sub")) (uniqsFromSupply us) arg_tys
-       ; return (CoLams arg_ids (co_fn_res <.> (CoApps CoHole arg_ids))) }
+  = do { arg_ids <- newSysLocalIds FSLIT("sub") arg_tys
+       ; return (mkWpLams arg_ids <.> co_fn_res <.> mkWpApps arg_ids) }
 \end{code}
 
 
@@ -724,32 +804,32 @@ tcGen :: BoxySigmaType                            -- expected_ty
       -> TcTyVarSet                            -- Extra tyvars that the universally
                                                --      quantified tyvars of expected_ty
                                                --      must not be unified
-      -> (BoxyRhoType -> TcM result)           -- spec_ty
-      -> TcM (ExprCoFn, result)
+      -> ([TcTyVar] -> BoxyRhoType -> TcM result)
+      -> TcM (HsWrapper, result)
        -- The expression has type: spec_ty -> expected_ty
 
 tcGen expected_ty extra_tvs thing_inside       -- We expect expected_ty to be a forall-type
                                                -- If not, the call is a no-op
-  = do {       -- We want the GenSkol info in the skolemised type variables to 
+  = do { traceTc (text "tcGen")        
+               -- We want the GenSkol info in the skolemised type variables to 
                -- mention the *instantiated* tyvar names, so that we get a
                -- good error message "Rigid variable 'a' is bound by (forall a. a->a)"
                -- Hence the tiresome but innocuous fixM
-         ((forall_tvs, theta, rho_ty), skol_info) <- fixM (\ ~(_, skol_info) ->
+       ; ((tvs', theta', rho'), skol_info) <- fixM (\ ~(_, skol_info) ->
                do { (forall_tvs, theta, rho_ty) <- tcInstSkolType skol_info expected_ty
-                  ; span <- getSrcSpanM
-                  ; let skol_info = GenSkol forall_tvs (mkPhiTy theta rho_ty) span
+                       -- Get loation from monad, not from expected_ty
+                  ; let skol_info = GenSkol forall_tvs (mkPhiTy theta rho_ty)
                   ; return ((forall_tvs, theta, rho_ty), skol_info) })
 
 #ifdef DEBUG
        ; traceTc (text "tcGen" <+> vcat [text "extra_tvs" <+> ppr extra_tvs,
                                    text "expected_ty" <+> ppr expected_ty,
-                                   text "inst ty" <+> ppr forall_tvs <+> ppr theta <+> ppr rho_ty,
-                                   text "free_tvs" <+> ppr free_tvs,
-                                   text "forall_tvs" <+> ppr forall_tvs])
+                                   text "inst ty" <+> ppr tvs' <+> ppr theta' <+> ppr rho',
+                                   text "free_tvs" <+> ppr free_tvs])
 #endif
 
        -- Type-check the arg and unify with poly type
-       ; (result, lie) <- getLIE (thing_inside rho_ty)
+       ; (result, lie) <- getLIE (thing_inside tvs' rho')
 
        -- Check that the "forall_tvs" havn't been constrained
        -- The interesting bit here is that we must include the free variables
@@ -762,23 +842,21 @@ tcGen expected_ty extra_tvs thing_inside  -- We expect expected_ty to be a forall
        -- Conclusion: include the free vars of the expected_ty in the
        -- list of "free vars" for the signature check.
 
-       ; dicts <- newDicts (SigOrigin skol_info) theta
-       ; inst_binds <- tcSimplifyCheck sig_msg forall_tvs dicts lie
+       ; loc <- getInstLoc (SigOrigin skol_info)
+       ; dicts <- newDictBndrs loc theta'
+       ; inst_binds <- tcSimplifyCheck loc tvs' dicts lie
 
-       ; checkSigTyVarsWrt free_tvs forall_tvs
+       ; checkSigTyVarsWrt free_tvs tvs'
        ; traceTc (text "tcGen:done")
 
        ; let
-           -- This HsLet binds any Insts which came out of the simplification.
-           -- It's a bit out of place here, but using AbsBind involves inventing
-           -- a couple of new names which seems worse.
-               dict_ids   = map instToId dicts
-               co_fn = CoTyLams forall_tvs $ CoLams dict_ids $ CoLet inst_binds CoHole 
+           -- The WpLet binds any Insts which came out of the simplification.
+               dict_ids = map instToId dicts
+               co_fn = mkWpTyLams tvs' <.> mkWpLams dict_ids <.> WpLet inst_binds
        ; returnM (co_fn, result) }
   where
     free_tvs = tyVarsOfType expected_ty `unionVarSet` extra_tvs
-    sig_msg  = ptext SLIT("expected type of an expression")
-\end{code}    
+\end{code}
 
     
 
@@ -792,20 +870,20 @@ The exported functions are all defined as versions of some
 non-exported generic functions.
 
 \begin{code}
-boxyUnify :: BoxyType -> BoxyType -> TcM ()
+boxyUnify :: BoxyType -> BoxyType -> TcM CoercionI
 -- Acutal and expected, respectively
 boxyUnify ty1 ty2 
   = addErrCtxtM (unifyCtxt ty1 ty2) $
     uTysOuter False ty1 False ty2
 
 ---------------
-boxyUnifyList :: [BoxyType] -> [BoxyType] -> TcM ()
+boxyUnifyList :: [BoxyType] -> [BoxyType] -> TcM [CoercionI] 
 -- Arguments should have equal length
 -- Acutal and expected types
 boxyUnifyList tys1 tys2 = uList boxyUnify tys1 tys2
 
 ---------------
-unifyType :: TcTauType -> TcTauType -> TcM ()
+unifyType :: TcTauType -> TcTauType -> TcM CoercionI
 -- No boxes expected inside these types
 -- Acutal and expected types
 unifyType ty1 ty2      -- ty1 expected, ty2 inferred
@@ -815,26 +893,31 @@ unifyType ty1 ty2         -- ty1 expected, ty2 inferred
     uTysOuter True ty1 True ty2
 
 ---------------
-unifyPred :: PredType -> PredType -> TcM ()
+unifyPred :: PredType -> PredType -> TcM CoercionI
 -- Acutal and expected types
 unifyPred p1 p2 = addErrCtxtM (unifyCtxt (mkPredTy p1) (mkPredTy p2)) $
-                 uPred True True p1 True p2
+                       uPred True True p1 True p2
 
-unifyTheta :: TcThetaType -> TcThetaType -> TcM ()
+unifyTheta :: TcThetaType -> TcThetaType -> TcM [CoercionI]
 -- Acutal and expected types
 unifyTheta theta1 theta2
   = do { checkTc (equalLength theta1 theta2)
-                 (ptext SLIT("Contexts differ in length"))
-       ; uList unifyPred theta1 theta2 }
+                 (vcat [ptext SLIT("Contexts differ in length"),
+                        nest 2 $ parens $ ptext SLIT("Use -fglasgow-exts to allow this")])
+       ; uList unifyPred theta1 theta2 
+        }
 
 ---------------
-uList :: (a -> a -> TcM ())
-       -> [a] -> [a] -> TcM ()
+uList :: (a -> a -> TcM b)
+       -> [a] -> [a] -> TcM [b]
 -- Unify corresponding elements of two lists of types, which
--- should be f equal length.  We charge down the list explicitly so that
+-- should be of equal length.  We charge down the list explicitly so that
 -- we can complain if their lengths differ.
-uList unify []         []        = return ()
-uList unify (ty1:tys1) (ty2:tys2) = do { unify ty1 ty2; uList unify tys1 tys2 }
+uList unify []         []        = return []
+uList unify (ty1:tys1) (ty2:tys2) = do { x  <- unify ty1 ty2; 
+                                       ; xs <- uList unify tys1 tys2 
+                                      ; return (x:xs)
+                                      }
 uList unify ty1s ty2s = panic "Unify.uList: mismatched type lists!"
 \end{code}
 
@@ -856,8 +939,8 @@ unifyTypeList (ty1:tys@(ty2:_)) = do { unifyType ty1 ty2
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
-@uTys@ is the heart of the unifier.  Each arg happens twice, because
-we want to report errors in terms of synomyms if poss.  The first of
+@uTys@ is the heart of the unifier.  Each arg occurs twice, because
+we want to report errors in terms of synomyms if possible.  The first of
 the pair is used in error messages only; it is always the same as the
 second, except that if the first is a synonym then the second may be a
 de-synonym'd version.  This way we get better error messages.
@@ -865,8 +948,16 @@ de-synonym'd version.  This way we get better error messages.
 We call the first one \tr{ps_ty1}, \tr{ps_ty2} for ``possible synomym''.
 
 \begin{code}
-type NoBoxes = Bool    -- True  <=> definitely no boxes in this type
-                       -- False <=> there might be boxes (always safe)
+type SwapFlag = Bool
+       -- False <=> the two args are (actual, expected) respectively
+       -- True  <=> the two args are (expected, actual) respectively
+
+type InBox = Bool      -- True  <=> we are inside a box
+                       -- False <=> we are outside a box
+       -- The importance of this is that if we get "filled-box meets 
+       -- filled-box", we'll look into the boxes and unify... but
+       -- we must not allow polytypes.  But if we are in a box on
+       -- just one side, then we can allow polytypes
 
 type Outer = Bool      -- True <=> this is the outer level of a unification
                        --          so that the types being unified are the
@@ -876,99 +967,207 @@ type Outer = Bool        -- True <=> this is the outer level of a unification
 -- pop the context to remove the "Expected/Acutal" context
 
 uTysOuter, uTys
-     :: NoBoxes -> TcType      -- ty1 is the *expected* type
-     -> NoBoxes -> TcType      -- ty2 is the *actual* type
-     -> TcM ()
-uTysOuter nb1 ty1 nb2 ty2 = u_tys True nb1 ty1 ty1 nb2 ty2 ty2
-uTys      nb1 ty1 nb2 ty2 = u_tys False nb1 ty1 ty1 nb2 ty2 ty2
+     :: InBox -> TcType        -- ty1 is the *actual*   type
+     -> InBox -> TcType        -- ty2 is the *expected* type
+     -> TcM CoercionI
+uTysOuter nb1 ty1 nb2 ty2 
+       = do { traceTc (text "uTysOuter" <+> ppr ty1 <+> ppr ty2)
+            ; u_tys True nb1 ty1 ty1 nb2 ty2 ty2 }
+uTys nb1 ty1 nb2 ty2 
+       = do { traceTc (text "uTys" <+> ppr ty1 <+> ppr ty2)
+            ; u_tys False nb1 ty1 ty1 nb2 ty2 ty2 }
 
 
 --------------
-uTys_s :: NoBoxes -> [TcType]  -- ty1 is the *actual* types
-       -> NoBoxes -> [TcType]  -- ty2 is the *expected* types
-       -> TcM ()
-uTys_s nb1 []          nb2 []         = returnM ()
-uTys_s nb1 (ty1:tys1) nb2 (ty2:tys2) = do { uTys nb1 ty1 nb2 ty2
-                                         ; uTys_s nb1 tys1 nb2 tys2 }
+uTys_s :: InBox -> [TcType]    -- tys1 are the *actual*   types
+       -> InBox -> [TcType]    -- tys2 are the *expected* types
+       -> TcM [CoercionI] 
+uTys_s nb1 []        nb2 []         = returnM []
+uTys_s nb1 (ty1:tys1) nb2 (ty2:tys2) = do { coi <- uTys nb1 ty1 nb2 ty2
+                                         ; cois <- uTys_s nb1 tys1 nb2 tys2 
+                                         ; return (coi:cois)
+                                         }
 uTys_s nb1 ty1s nb2 ty2s = panic "Unify.uTys_s: mismatched type lists!"
 
 --------------
 u_tys :: Outer
-      -> NoBoxes -> TcType -> TcType   -- ty1 is the *actual* type
-      -> NoBoxes -> TcType -> TcType   -- ty2 is the *expected* type
-      -> TcM ()
+      -> InBox -> TcType -> TcType     -- ty1 is the *actual* type
+      -> InBox -> TcType -> TcType     -- ty2 is the *expected* type
+      -> TcM CoercionI
 
 u_tys outer nb1 orig_ty1 ty1 nb2 orig_ty2 ty2
-  = go outer ty1 ty2
+  = do { traceTc (text "u_tys " <+> ppr ty1 <+> text " " <+> ppr ty2)
+       ; coi <- go outer ty1 ty2
+       ; traceTc (case coi of
+                       ACo co -> text "u_tys yields coercion: " <+> ppr co     
+                       IdCo   -> text "u_tys yields no coercion")
+       ; return coi
+       }
   where 
 
-       -- Always expand synonyms (see notes at end)
+    go :: Outer -> TcType -> TcType -> TcM CoercionI
+    go outer ty1 ty2 =
+       do { traceTc (text "go " <+> ppr orig_ty1 <+> text "/" <+> ppr ty1
+                        <+> ppr orig_ty2 <+> text "/" <+>  ppr ty2)
+          ; go1 outer ty1 ty2
+          }
+           
+    go1 :: Outer -> TcType -> TcType -> TcM CoercionI
+       -- Always expand synonyms: see Note [Unification and synonyms]
         -- (this also throws away FTVs)
-    go outer ty1 ty2 
+    go1 outer ty1 ty2 
       | Just ty1' <- tcView ty1 = go False ty1' ty2
       | Just ty2' <- tcView ty2 = go False ty1 ty2'
 
        -- Variables; go for uVar
-    go outer (TyVarTy tyvar1) ty2 = uVar outer False tyvar1 nb2 orig_ty2 ty2
-    go outer ty1 (TyVarTy tyvar2) = uVar outer True  tyvar2 nb1 orig_ty1 ty1
+    go1 outer (TyVarTy tyvar1) ty2 = uVar outer False tyvar1 nb2 orig_ty2 ty2
+    go1 outer ty1 (TyVarTy tyvar2) = uVar outer True  tyvar2 nb1 orig_ty1 ty1
                                -- "True" means args swapped
+
+       -- The case for sigma-types must *follow* the variable cases
+       -- because a boxy variable can be filed with a polytype;
+       -- but must precede FunTy, because ((?x::Int) => ty) look
+       -- like a FunTy; there isn't necy a forall at the top
+    go1 _ ty1 ty2
+      | isSigmaTy ty1 || isSigmaTy ty2
+      = do   { traceTc (text "We have sigma types: equalLength" <+> ppr tvs1 <+> ppr tvs2)
+            ; checkM (equalLength tvs1 tvs2)
+                     (unifyMisMatch outer False orig_ty1 orig_ty2)
+            ; traceTc (text "We're past the first length test")
+            ; tvs <- tcInstSkolTyVars UnkSkol tvs1     -- Not a helpful SkolemInfo
+                       -- Get location from monad, not from tvs1
+            ; let tys      = mkTyVarTys tvs
+                  in_scope = mkInScopeSet (mkVarSet tvs)
+                  phi1   = substTy (mkTvSubst in_scope (zipTyEnv tvs1 tys)) body1
+                  phi2   = substTy (mkTvSubst in_scope (zipTyEnv tvs2 tys)) body2
+                  (theta1,tau1) = tcSplitPhiTy phi1
+                  (theta2,tau2) = tcSplitPhiTy phi2
+
+            ; addErrCtxtM (unifyForAllCtxt tvs phi1 phi2) $ do
+            { checkM (equalLength theta1 theta2)
+                     (unifyMisMatch outer False orig_ty1 orig_ty2)
+            
+            ; cois <- uPreds False nb1 theta1 nb2 theta2 -- TOMDO: do something with these pred_cois
+            ; traceTc (text "TOMDO!")
+            ; coi <- uTys nb1 tau1 nb2 tau2
+
+               -- Check for escape; e.g. (forall a. a->b) ~ (forall a. a->a)
+            ; free_tvs <- zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems (tyVarsOfType ty1 `unionVarSet` tyVarsOfType ty2))
+            ; ifM (any (`elemVarSet` free_tvs) tvs)
+                  (bleatEscapedTvs free_tvs tvs tvs)
+
+               -- If both sides are inside a box, we are in a "box-meets-box"
+               -- situation, and we should not have a polytype at all.  
+               -- If we get here we have two boxes, already filled with
+               -- the same polytype... but it should be a monotype.
+               -- This check comes last, because the error message is 
+               -- extremely unhelpful.  
+            ; ifM (nb1 && nb2) (notMonoType ty1)
+            ; return coi
+            }}
+      where
+       (tvs1, body1) = tcSplitForAllTys ty1
+       (tvs2, body2) = tcSplitForAllTys ty2
+
        -- Predicates
-    go outer (PredTy p1) (PredTy p2) = uPred outer nb1 p1 nb2 p2
+    go1 outer (PredTy p1) (PredTy p2) 
+       = uPred False nb1 p1 nb2 p2
 
        -- Type constructors must match
-    go _ (TyConApp con1 tys1) (TyConApp con2 tys2)
-      | con1 == con2 = uTys_s nb1 tys1 nb2 tys2
+    go1 _ (TyConApp con1 tys1) (TyConApp con2 tys2)
+      | con1 == con2 && not (isOpenSynTyCon con1)
+      = do { cois <- uTys_s nb1 tys1 nb2 tys2
+           ; return $ mkTyConAppCoI con1 tys1 cois
+          }
        -- See Note [TyCon app]
+      | con1 == con2 && identicalOpenSynTyConApp
+      = do { cois <- uTys_s nb1 tys1' nb2 tys2'
+           ; return $ mkTyConAppCoI con1 tys1 (replicate n IdCo ++ cois)
+           }
+      where
+        n                        = tyConArity con1
+        (idxTys1, tys1')         = splitAt n tys1
+        (idxTys2, tys2')         = splitAt n tys2
+        identicalOpenSynTyConApp = idxTys1 `tcEqTypes` idxTys2
+       -- See Note [OpenSynTyCon app]
 
        -- Functions; just check the two parts
-    go _ (FunTy fun1 arg1) (FunTy fun2 arg2)
-      = do { uTys nb1 fun1 nb2 fun2
-          ; uTys nb1 arg1 nb2 arg2 }
+    go1 _ (FunTy fun1 arg1) (FunTy fun2 arg2)
+      = do { coi_l <- uTys nb1 fun1 nb2 fun2
+          ; coi_r <- uTys nb1 arg1 nb2 arg2 
+          ; return $ mkFunTyCoI fun1 coi_l arg1 coi_r
+          }
 
        -- Applications need a bit of care!
        -- They can match FunTy and TyConApp, so use splitAppTy_maybe
        -- NB: we've already dealt with type variables and Notes,
        -- so if one type is an App the other one jolly well better be too
-    go outer (AppTy s1 t1) ty2
+    go1 outer (AppTy s1 t1) ty2
       | Just (s2,t2) <- tcSplitAppTy_maybe ty2
-      = do { uTys nb1 s1 nb2 s2; uTys nb1 t1 nb2 t2 }
+      = do { coi_s <- uTys nb1 s1 nb2 s2; coi_t <- uTys nb1 t1 nb2 t2
+          ; return $ mkAppTyCoI s1 coi_s t1 coi_t }
 
        -- Now the same, but the other way round
        -- Don't swap the types, because the error messages get worse
-    go outer ty1 (AppTy s2 t2)
+    go1 outer ty1 (AppTy s2 t2)
       | Just (s1,t1) <- tcSplitAppTy_maybe ty1
-      = do { uTys nb1 s1 nb2 s2; uTys nb1 t1 nb2 t2 }
-
-    go _ ty1@(ForAllTy _ _) ty2@(ForAllTy _ _)
-      | length tvs1 == length tvs2
-      = do   { tvs <- tcInstSkolTyVars UnkSkol tvs1    -- Not a helpful SkolemInfo
-            ; let tys      = mkTyVarTys tvs
-                  in_scope = mkInScopeSet (mkVarSet tvs)
-                  subst1   = mkTvSubst in_scope (zipTyEnv tvs1 tys)
-                  subst2   = mkTvSubst in_scope (zipTyEnv tvs2 tys)
-            ; uTys nb1 (substTy subst1 body1) nb2 (substTy subst2 body2)
+      = do { coi_s <- uTys nb1 s1 nb2 s2; coi_t <- uTys nb1 t1 nb2 t2 
+          ; return $ mkAppTyCoI s1 coi_s t1 coi_t }
+
+        -- One or both outermost constructors are type family applications.
+        -- If we can normalise them away, proceed as usual; otherwise, we
+        -- need to defer unification by generating a wanted equality constraint.
+    go1 outer ty1 ty2
+      | ty1_is_fun || ty2_is_fun
+      = do { (coi1, ty1') <- if ty1_is_fun then tcNormalizeFamInst ty1 
+                                           else return (IdCo, ty1)
+          ; (coi2, ty2') <- if ty2_is_fun then tcNormalizeFamInst ty2 
+                                           else return (IdCo, ty2)
+          ; coi <- if isOpenSynTyConApp ty1' || isOpenSynTyConApp ty2'
+                   then do { -- One type family app can't be reduced yet
+                             -- => defer
+                           ; ty1'' <- zonkTcType ty1'
+                           ; ty2'' <- zonkTcType ty2'
+                           ; if tcEqType ty1'' ty2'' 
+                             then return IdCo
+                             else -- see [Deferred Unification]
+                               defer_unification outer False orig_ty1 orig_ty2
+                           }
+                    else -- unification can proceed
+                         go outer ty1' ty2'
+          ; return $ coi1 `mkTransCoI` coi `mkTransCoI` (mkSymCoI coi2)
+          }
+       where
+         ty1_is_fun = isOpenSynTyConApp ty1
+         ty2_is_fun = isOpenSynTyConApp ty2
 
-               -- If both sides are inside a box, we should not have
-               -- a polytype at all.  This check comes last, because
-               -- the error message is extremely unhelpful.
-            ; ifM (nb1 && nb2) (notMonoType ty1)
-            }
-      where
-       (tvs1, body1) = tcSplitForAllTys ty1
-       (tvs2, body2) = tcSplitForAllTys ty2
+       -- Anything else fails  
+    go1 outer _ _ = unifyMisMatch outer False orig_ty1 orig_ty2
 
-       -- Anything else fails
-    go outer _ _ = unifyMisMatch outer False orig_ty1 orig_ty2
 
 ----------
 uPred outer nb1 (IParam n1 t1) nb2 (IParam n2 t2)
-  | n1 == n2 = uTys nb1 t1 nb2 t2
+  | n1 == n2 = 
+       do { coi <- uTys nb1 t1 nb2 t2
+          ; return $ mkIParamPredCoI n1 coi
+          }
 uPred outer nb1 (ClassP c1 tys1) nb2 (ClassP c2 tys2)
-  | c1 == c2 = uTys_s nb1 tys1 nb2 tys2                -- Guaranteed equal lengths because the kinds check
+  | c1 == c2 = 
+       do { cois <- uTys_s nb1 tys1 nb2 tys2           -- Guaranteed equal lengths because the kinds check
+          ; return $ mkClassPPredCoI c1 tys1 cois
+          }
 uPred outer _ p1 _ p2 = unifyMisMatch outer False (mkPredTy p1) (mkPredTy p2)
+
+uPreds outer nb1 []       nb2 []       = return []
+uPreds outer nb1 (p1:ps1) nb2 (p2:ps2) = 
+       do { coi  <- uPred outer nb1 p1 nb2 p2
+           ; cois <- uPreds outer nb1 ps1 nb2 ps2
+          ; return (coi:cois)
+          }
+uPreds outer nb1 ps1      nb2 ps2      = panic "uPreds"
 \end{code}
 
-Note [Tycon app]
+Note [TyCon app]
 ~~~~~~~~~~~~~~~~
 When we find two TyConApps, the argument lists are guaranteed equal
 length.  Reason: intially the kinds of the two types to be unified is
@@ -978,9 +1177,20 @@ the f1,f2 (because it'd absorb the app).  If we unify f1:=:f2 first,
 which we do, that ensures that f1,f2 have the same kind; and that
 means a1,a2 have the same kind.  And now the argument repeats.
 
+Note [OpenSynTyCon app]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+Given
+
+  type family T a :: * -> *
+
+the two types (T () a) and (T () Int) must unify, even if there are
+no type instances for T at all.  Should we just turn them into an
+equality (T () a ~ T () Int)?  I don't think so.  We currently try to 
+eagerly unify everything we can before generating equalities; otherwise,
+we could turn the unification of [Int] with [a] into an equality, too.
 
-Notes on synonyms
-~~~~~~~~~~~~~~~~~
+Note [Unification and synonyms]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 If you are tempted to make a short cut on synonyms, as in this
 pseudocode...
 
@@ -1044,77 +1254,146 @@ back into @uTys@ if it turns out that the variable is already bound.
 
 \begin{code}
 uVar :: Outer
-     -> Bool           -- False => tyvar is the "expected"
-                       -- True  => ty    is the "expected" thing
+     -> SwapFlag       -- False => tyvar is the "actual" (ty is "expected")
+                       -- True  => ty is the "actual" (tyvar is "expected")
      -> TcTyVar
-     -> NoBoxes                -- True <=> definitely no boxes in t2
+     -> InBox          -- True <=> definitely no boxes in t2
      -> TcTauType -> TcTauType -- printing and real versions
-     -> TcM ()
+     -> TcM CoercionI
 
 uVar outer swapped tv1 nb2 ps_ty2 ty2
   = do         { let expansion | showSDoc (ppr ty2) == showSDoc (ppr ps_ty2) = empty
                        | otherwise = brackets (equals <+> ppr ty2)
        ; traceTc (text "uVar" <+> ppr swapped <+> 
                        sep [ppr tv1 <+> dcolon <+> ppr (tyVarKind tv1 ),
-                               nest 2 (ptext SLIT(" :=: ")),
+                               nest 2 (ptext SLIT(" <-> ")),
                             ppr ps_ty2 <+> dcolon <+> ppr (typeKind ty2) <+> expansion])
        ; details <- lookupTcTyVar tv1
        ; case details of
            IndirectTv ty1 
                | swapped   -> u_tys outer nb2  ps_ty2 ty2 True ty1    ty1      -- Swap back
                | otherwise -> u_tys outer True ty1    ty1 nb2  ps_ty2 ty2      -- Same order
-                       -- The 'True' here says that ty1 
-                       -- is definitely box-free
-           DoneTv details1 -> uUnfilledVar outer swapped tv1 details1 nb2 ps_ty2 ty2
+                       -- The 'True' here says that ty1 is now inside a box
+           DoneTv details1 -> uUnfilledVar outer swapped tv1 details1 ps_ty2 ty2
        }
 
 ----------------
 uUnfilledVar :: Outer
-            -> Bool                            -- Args are swapped
-            -> TcTyVar -> TcTyVarDetails               -- Tyvar 1
-            -> NoBoxes -> TcTauType -> TcTauType       -- Type 2
-            -> TcM ()
+            -> SwapFlag
+            -> TcTyVar -> TcTyVarDetails       -- Tyvar 1
+            -> TcTauType -> TcTauType          -- Type 2
+            -> TcM CoercionI
 -- Invariant: tyvar 1 is not unified with anything
 
-uUnfilledVar outer swapped tv1 details1 nb2 ps_ty2 ty2
+uUnfilledVar outer swapped tv1 details1 ps_ty2 ty2
   | Just ty2' <- tcView ty2
   =    -- Expand synonyms; ignore FTVs
-    uUnfilledVar False swapped tv1 details1 nb2 ps_ty2 ty2'
+    uUnfilledVar False swapped tv1 details1 ps_ty2 ty2'
 
-uUnfilledVar outer swapped tv1 details1 nb2 ps_ty2 (TyVarTy tv2)
+uUnfilledVar outer swapped tv1 details1 ps_ty2 (TyVarTy tv2)
   | tv1 == tv2 -- Same type variable => no-op (but watch out for the boxy case)
   = case details1 of
        MetaTv BoxTv ref1  -- A boxy type variable meets itself;
                           -- this is box-meets-box, so fill in with a tau-type
              -> do { tau_tv <- tcInstTyVar tv1
-                   ; updateMeta tv1 ref1 (mkTyVarTy tau_tv) }
-       other -> returnM ()     -- No-op
+                   ; updateMeta tv1 ref1 (mkTyVarTy tau_tv) 
+                   ; return IdCo
+                    }
+       other -> returnM IdCo   -- No-op
 
-       -- Distinct type variables
-  | otherwise
+  | otherwise  -- Distinct type variables
   = do { lookup2 <- lookupTcTyVar tv2
        ; case lookup2 of
-           IndirectTv ty2' -> uUnfilledVar  outer swapped tv1 details1 True ty2' ty2'
+           IndirectTv ty2' -> uUnfilledVar outer swapped tv1 details1 ty2' ty2'
            DoneTv details2 -> uUnfilledVars outer swapped tv1 details1 tv2 details2
        }
 
-uUnfilledVar outer swapped tv1 details1 nb2 ps_ty2 non_var_ty2 -- ty2 is not a type variable
-  = case details1 of
-       MetaTv (SigTv _) ref1 -> mis_match      -- Can't update a skolem with a non-type-variable
-       MetaTv info ref1      -> uMetaVar swapped tv1 info ref1 nb2 ps_ty2 non_var_ty2
-       skolem_details        -> mis_match
+uUnfilledVar outer swapped tv1 details1 ps_ty2 non_var_ty2
+  =     -- ty2 is not a type variable
+    case details1 of   
+       MetaTv (SigTv _) _ -> rigid_variable
+       MetaTv info ref1   -> 
+          do { uMetaVar swapped tv1 info ref1 ps_ty2 non_var_ty2 
+             ; return IdCo
+             }
+       SkolemTv _         -> rigid_variable
   where
-    mis_match = unifyMisMatch outer swapped (TyVarTy tv1) ps_ty2
+    rigid_variable 
+      | isOpenSynTyConApp non_var_ty2
+      =           -- 'non_var_ty2's outermost constructor is a type family,
+                  -- which we may may be able to normalise
+        do { (coi2, ty2') <- tcNormalizeFamInst non_var_ty2
+           ; case coi2 of
+              IdCo   ->   -- no progress, but maybe after other instantiations
+                        defer_unification outer swapped (TyVarTy tv1) ps_ty2
+               ACo co ->   -- progress: so lets try again
+                do { traceTc $
+                        ppr co <+> text "::"<+> ppr non_var_ty2 <+> text "~" <+>
+                        ppr ty2'
+                   ; coi <- uUnfilledVar outer swapped tv1 details1 ps_ty2 ty2'
+                   ; let coi2' = (if swapped then id else mkSymCoI) coi2
+                           ; return $ coi2' `mkTransCoI` coi
+                   }
+           }
+      | SkolemTv RuntimeUnkSkol <- details1
+                   -- runtime unknown will never match
+      = unifyMisMatch outer swapped (TyVarTy tv1) ps_ty2
+      | otherwise  -- defer as a given equality may still resolve this
+      = defer_unification outer swapped (TyVarTy tv1) ps_ty2
+\end{code}
+
+Note [Deferred Unification]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+We may encounter a unification ty1 = ty2 that cannot be performed syntactically,
+and yet its consistency is undetermined. Previously, there was no way to still
+make it consistent. So a mismatch error was issued. 
+
+Now these unfications are deferred until constraint simplification, where type
+family instances and given equations may (or may not) establish the consistency.
+Deferred unifications are of the form 
+               F ... ~ ... 
+or             x ~ ... 
+where F is a type function and x is a type variable.   
+E.g. 
+       id :: x ~ y => x -> y
+       id e = e
+
+involves the unfication x = y. It is deferred until we bring into account the
+context x ~ y to establish that it holds.
+
+If available, we defer original types (rather than those where closed type
+synonyms have already been expanded via tcCoreView).  This is as usual, to
+improve error messages.
+
+\begin{code}
+defer_unification :: Bool               -- pop innermost context?
+                  -> SwapFlag
+                 -> TcType
+                 -> TcType
+                 -> TcM CoercionI
+defer_unification outer True ty1 ty2
+  = defer_unification outer False ty2 ty1
+defer_unification outer False ty1 ty2
+  = do { ty1' <- zonkTcType ty1
+       ; ty2' <- zonkTcType ty2
+        ; traceTc $ text "deferring:" <+> ppr ty1 <+> text "~" <+> ppr ty2
+       ; cotv <- newMetaTyVar TauTv (mkCoKind ty1' ty2')
+               -- put ty1 ~ ty2 in LIE
+               -- Left means "wanted"
+       ; inst <- (if outer then popErrCtxt else id) $
+                  mkEqInst (EqPred ty1' ty2') (Left cotv)
+       ; extendLIE inst 
+       ; return $ ACo $ TyVarTy cotv  }
 
 ----------------
-uMetaVar :: Bool
+uMetaVar :: SwapFlag
         -> TcTyVar -> BoxInfo -> IORef MetaDetails
-        -> NoBoxes -> TcType -> TcType
+        -> TcType -> TcType
         -> TcM ()
 -- tv1 is an un-filled-in meta type variable (maybe boxy, maybe tau)
 -- ty2 is not a type variable
 
-uMetaVar swapped tv1 BoxTv ref1 nb2 ps_ty2 non_var_ty2
+uMetaVar swapped tv1 BoxTv ref1 ps_ty2 non_var_ty2
   =    -- tv1 is a BoxTv.  So we must unbox ty2, to ensure
        -- that any boxes in ty2 are filled with monotypes
        -- 
@@ -1128,53 +1407,54 @@ uMetaVar swapped tv1 BoxTv ref1 nb2 ps_ty2 non_var_ty2
        ; case meta_details of
            Indirect ty -> WARN( True, ppr tv1 <+> ppr ty )
                           return ()    -- This really should *not* happen
-           Flexi       -> return ()
+           Flexi -> return ()
 #endif
        ; checkUpdateMeta swapped tv1 ref1 final_ty }
 
-uMetaVar swapped tv1 info1 ref1 nb2 ps_ty2 non_var_ty2
+uMetaVar swapped tv1 info1 ref1 ps_ty2 non_var_ty2
   = do { final_ty <- checkTauTvUpdate tv1 ps_ty2       -- Occurs check + monotype check
        ; checkUpdateMeta swapped tv1 ref1 final_ty }
 
 ----------------
 uUnfilledVars :: Outer
-             -> Bool                   -- Args are swapped
+             -> SwapFlag
              -> TcTyVar -> TcTyVarDetails      -- Tyvar 1
              -> TcTyVar -> TcTyVarDetails      -- Tyvar 2
-             -> TcM ()
+             -> TcM CoercionI
 -- Invarant: The type variables are distinct, 
 --          Neither is filled in yet
 --          They might be boxy or not
 
 uUnfilledVars outer swapped tv1 (SkolemTv _) tv2 (SkolemTv _)
-  = unifyMisMatch outer swapped (mkTyVarTy tv1) (mkTyVarTy tv2)
+  = -- see [Deferred Unification]
+    defer_unification outer swapped (mkTyVarTy tv1) (mkTyVarTy tv2)
 
 uUnfilledVars outer swapped tv1 (MetaTv info1 ref1) tv2 (SkolemTv _)
-  = checkUpdateMeta swapped tv1 ref1 (mkTyVarTy tv2)
+  = checkUpdateMeta swapped tv1 ref1 (mkTyVarTy tv2) >> return IdCo
 uUnfilledVars outer swapped tv1 (SkolemTv _) tv2 (MetaTv info2 ref2)
-  = checkUpdateMeta (not swapped) tv2 ref2 (mkTyVarTy tv1)
+  = checkUpdateMeta (not swapped) tv2 ref2 (mkTyVarTy tv1) >> return IdCo
 
 -- ToDo: this function seems too long for what it acutally does!
 uUnfilledVars outer swapped tv1 (MetaTv info1 ref1) tv2 (MetaTv info2 ref2)
   = case (info1, info2) of
-       (BoxTv,   BoxTv)   -> box_meets_box
+       (BoxTv,   BoxTv)   -> box_meets_box >> return IdCo
 
        -- If a box meets a TauTv, but the fomer has the smaller kind
        -- then we must create a fresh TauTv with the smaller kind
-       (_,       BoxTv)   | k1_sub_k2 -> update_tv2
-                          | otherwise -> box_meets_box
-       (BoxTv,   _    )   | k2_sub_k1 -> update_tv1
-                          | otherwise -> box_meets_box
+       (_,       BoxTv)   | k1_sub_k2 -> update_tv2 >> return IdCo
+                          | otherwise -> box_meets_box >> return IdCo
+       (BoxTv,   _    )   | k2_sub_k1 -> update_tv1 >> return IdCo
+                          | otherwise -> box_meets_box >> return IdCo
 
        -- Avoid SigTvs if poss
-       (SigTv _, _      ) | k1_sub_k2 -> update_tv2
-       (_,       SigTv _) | k2_sub_k1 -> update_tv1
+       (SigTv _, _      ) | k1_sub_k2 -> update_tv2 >> return IdCo
+       (_,       SigTv _) | k2_sub_k1 -> update_tv1 >> return IdCo
 
        (_,   _) | k1_sub_k2 -> if k2_sub_k1 && nicer_to_update_tv1
-                               then update_tv1         -- Same kinds
-                               else update_tv2
-                | k2_sub_k1 -> update_tv1
-                | otherwise -> kind_err 
+                               then update_tv1 >> return IdCo  -- Same kinds
+                               else update_tv2 >> return IdCo
+                | k2_sub_k1 -> update_tv1 >> return IdCo
+                | otherwise -> kind_err >> return IdCo
 
        -- Update the variable with least kind info
        -- See notes on type inference in Kind.lhs
@@ -1206,13 +1486,14 @@ uUnfilledVars outer swapped tv1 (MetaTv info1 ref1) tv2 (MetaTv info2 ref2)
     k1_sub_k2 = k1 `isSubKind` k2
     k2_sub_k1 = k2 `isSubKind` k1
 
-    nicer_to_update_tv1 = isSystemName (varName tv1)
+    nicer_to_update_tv1 = isSystemName (Var.varName tv1)
        -- Try to update sys-y type variables in preference to ones
        -- gotten (say) by instantiating a polymorphic function with
        -- a user-written type sig
        
 ----------------
-checkUpdateMeta :: Bool -> TcTyVar -> IORef MetaDetails -> TcType -> TcM ()
+checkUpdateMeta :: SwapFlag
+               -> TcTyVar -> IORef MetaDetails -> TcType -> TcM ()
 -- Update tv1, which is flexi; occurs check is alrady done
 -- The 'check' version does a kind check too
 -- We do a sub-kind check here: we might unify (a b) with (c d) 
@@ -1228,7 +1509,8 @@ updateMeta tv1 ref1 ty2
     ASSERT( isBoxyTyVar tv1 || isTauTy ty2 )
     do { ASSERTM2( do { details <- readMetaTyVar tv1; return (isFlexi details) }, ppr tv1 )
        ; traceTc (text "updateMeta" <+> ppr tv1 <+> text ":=" <+> ppr ty2)
-       ; writeMutVar ref1 (Indirect ty2) }
+       ; writeMutVar ref1 (Indirect ty2) 
+       }
 
 ----------------
 checkKinds swapped tv1 ty2
@@ -1285,6 +1567,7 @@ checkTauTvUpdate orig_tv orig_ty
 
     go_pred (ClassP c tys) = do { tys' <- mapM go tys; return (ClassP c tys') }
     go_pred (IParam n ty)  = do { ty' <- go ty;        return (IParam n ty') }
+    go_pred (EqPred t1 t2) = do { t1' <- go t1; t2' <- go t2; return (EqPred t1' t2') }
 
     go_tyvar tv (SkolemTv _) = return (TyVarTy tv)
     go_tyvar tv (MetaTv box ref)
@@ -1306,7 +1589,11 @@ checkTauTvUpdate orig_tv orig_ty
             ; case mb_tys' of
                Just tys' -> return (TyConApp tc tys')
                                -- Retain the synonym (the common case)
-               Nothing   -> go (expectJust "checkTauTvUpdate" 
+               Nothing | isOpenTyCon tc
+                         -> notMonoArgs (TyConApp tc tys)
+                               -- Synonym families must have monotype args
+                       | otherwise
+                         -> go (expectJust "checkTauTvUpdate" 
                                        (tcView (TyConApp tc tys)))
                                -- Try again, expanding the synonym
             }
@@ -1346,16 +1633,27 @@ But we should not reject the program, because A t = ().
 Rather, we should bind t to () (= non_var_ty2).
 
 \begin{code}
-stripBoxyType :: BoxyType -> TcM TcType
--- Strip all boxes from the input type, returning a non-boxy type.
--- It's fine for there to be a polytype inside a box (c.f. unBox)
--- All of the boxes should have been filled in by now; 
--- hence we return a TcType
-stripBoxyType ty = zonkType strip_tv ty
-  where
-    strip_tv tv = ASSERT( not (isBoxyTyVar tv) ) return (TyVarTy tv)
-       -- strip_tv will be called for *Flexi* meta-tyvars
-       -- There should not be any Boxy ones; hence the ASSERT
+refineBox :: TcType -> TcM TcType
+-- Unbox the outer box of a boxy type (if any)
+refineBox ty@(TyVarTy box_tv) 
+  | isMetaTyVar box_tv
+  = do { cts <- readMetaTyVar box_tv
+       ; case cts of
+               Flexi -> return ty
+               Indirect ty -> return ty } 
+refineBox other_ty = return other_ty
+
+refineBoxToTau :: TcType -> TcM TcType
+-- Unbox the outer box of a boxy type, filling with a monotype if it is empty
+-- Like refineBox except for the "fill with monotype" part.
+refineBoxToTau ty@(TyVarTy box_tv) 
+  | isMetaTyVar box_tv
+  , MetaTv BoxTv ref <- tcTyVarDetails box_tv
+  = do { cts <- readMutVar ref
+       ; case cts of
+               Flexi -> fillBoxWithTau box_tv ref
+               Indirect ty -> return ty } 
+refineBoxToTau other_ty = return other_ty
 
 zapToMonotype :: BoxySigmaType -> TcM TcTauType
 -- Subtle... we must zap the boxy res_ty
@@ -1393,7 +1691,7 @@ unBox (TyVarTy tv)
   , MetaTv BoxTv ref <- tcTyVarDetails tv      -- NB: non-TcTyVars are possible
   = do { cts <- readMutVar ref                 --     under nested quantifiers
        ; case cts of
-           Flexi       -> fillBoxWithTau tv ref
+           Flexi -> fillBoxWithTau tv ref
            Indirect ty -> do { non_boxy_ty <- unBox ty
                              ; if isTauTy non_boxy_ty 
                                then return non_boxy_ty
@@ -1404,6 +1702,7 @@ unBox (TyVarTy tv)
 
 unBoxPred (ClassP cls tys) = do { tys' <- mapM unBox tys; return (ClassP cls tys') }
 unBoxPred (IParam ip ty)   = do { ty' <- unBox ty; return (IParam ip ty') }
+unBoxPred (EqPred ty1 ty2) = do { ty1' <- unBox ty1; ty2' <- unBox ty2; return (EqPred ty1' ty2') }
 \end{code}
 
 
@@ -1433,30 +1732,44 @@ mkExpectedActualMsg act_ty exp_ty
 ----------------
 -- If an error happens we try to figure out whether the function
 -- function has been given too many or too few arguments, and say so.
-checkFunResCtxt fun actual_res_ty expected_res_ty tidy_env
-  = do { exp_ty' <- zonkTcType expected_res_ty
-       ; act_ty' <- zonkTcType actual_res_ty
-       ; let
-             (env1, exp_ty'') = tidyOpenType tidy_env exp_ty'
-             (env2, act_ty'') = tidyOpenType env1     act_ty'
-             (exp_args, _)    = tcSplitFunTys exp_ty''
-             (act_args, _)    = tcSplitFunTys act_ty''
+addSubCtxt SubDone actual_res_ty expected_res_ty thing_inside
+  = thing_inside
+addSubCtxt sub_ctxt actual_res_ty expected_res_ty thing_inside
+  = addErrCtxtM mk_err thing_inside
+  where
+    mk_err tidy_env
+      = do { exp_ty' <- zonkTcType expected_res_ty
+          ; act_ty' <- zonkTcType actual_res_ty
+          ; let (env1, exp_ty'') = tidyOpenType tidy_env exp_ty'
+                (env2, act_ty'') = tidyOpenType env1     act_ty'
+                (exp_args, _)    = tcSplitFunTys exp_ty''
+                (act_args, _)    = tcSplitFunTys act_ty''
        
-             len_act_args     = length act_args
-             len_exp_args     = length exp_args
+                len_act_args     = length act_args
+                len_exp_args     = length exp_args
 
-             message | len_exp_args < len_act_args = wrongArgsCtxt "too few"  fun
-                     | len_exp_args > len_act_args = wrongArgsCtxt "too many" fun
-                     | otherwise                   = mkExpectedActualMsg act_ty'' exp_ty''
-       ; return (env2, message) }
+                message = case sub_ctxt of
+                         SubFun fun | len_exp_args < len_act_args -> wrongArgsCtxt "too few"  fun
+                                    | len_exp_args > len_act_args -> wrongArgsCtxt "too many" fun
+                         other -> mkExpectedActualMsg act_ty'' exp_ty''
+          ; return (env2, message) }
 
-  where
     wrongArgsCtxt too_many_or_few fun
       = ptext SLIT("Probable cause:") <+> quotes (ppr fun)
        <+> ptext SLIT("is applied to") <+> text too_many_or_few 
        <+> ptext SLIT("arguments")
 
 ------------------
+unifyForAllCtxt tvs phi1 phi2 env
+  = returnM (env2, msg)
+  where
+    (env', tvs') = tidyOpenTyVars env tvs      -- NB: not tidyTyVarBndrs
+    (env1, phi1') = tidyOpenType env' phi1
+    (env2, phi2') = tidyOpenType env1 phi2
+    msg = vcat [ptext SLIT("When matching") <+> quotes (ppr (mkForAllTys tvs' phi1')),
+               ptext SLIT("          and") <+> quotes (ppr (mkForAllTys tvs' phi2'))]
+
+------------------
 unifyKindCtxt swapped tv1 ty2 tidy_env -- not swapped => tv1 expected, ty2 inferred
        -- tv1 and ty2 are zonked already
   = returnM msg
@@ -1472,44 +1785,27 @@ unifyKindCtxt swapped tv1 ty2 tidy_env  -- not swapped => tv1 expected, ty2 infer
     pp2 = ppr ty2' <+> dcolon <+> ppr (typeKind ty2)
 
 unifyMisMatch outer swapped ty1 ty2
-  = do { (env, msg) <- if swapped then misMatchMsg ty1 ty2
-                                  else misMatchMsg ty2 ty1
+  = do { (env, msg) <- if swapped then misMatchMsg ty2 ty1
+                                  else misMatchMsg ty1 ty2
 
        -- This is the whole point of the 'outer' stuff
        ; if outer then popErrCtxt (failWithTcM (env, msg))
                   else failWithTcM (env, msg)
        } 
 
-misMatchMsg ty1 ty2
-  = do { env0 <- tcInitTidyEnv
-       ; (env1, pp1, extra1) <- ppr_ty env0 ty1
-       ; (env2, pp2, extra2) <- ppr_ty env1 ty2
-       ; return (env2, sep [sep [ptext SLIT("Couldn't match expected type") <+> pp1, 
-                                 nest 7 (ptext SLIT("against inferred type") <+> pp2)],
-                            nest 2 extra1, nest 2 extra2]) }
-
-ppr_ty :: TidyEnv -> TcType -> TcM (TidyEnv, SDoc, SDoc)
-ppr_ty env ty
-  = do { ty' <- zonkTcType ty
-       ; let (env1,tidy_ty) = tidyOpenType env ty'
-            simple_result  = (env1, quotes (ppr tidy_ty), empty)
-       ; case tidy_ty of
-          TyVarTy tv 
-               | isSkolemTyVar tv -> return (env2, pp_rigid tv',
-                                             pprSkolTvBinding tv')
-               | otherwise -> return simple_result
-               where
-                 (env2, tv') = tidySkolemTyVar env1 tv
-          other -> return simple_result }
-  where
-    pp_rigid tv = quotes (ppr tv) <+> parens (ptext SLIT("a rigid variable"))
-
-
+-----------------------
 notMonoType ty
   = do { ty' <- zonkTcType ty
        ; env0 <- tcInitTidyEnv
        ; let (env1, tidy_ty) = tidyOpenType env0 ty'
-             msg = ptext SLIT("Cannot match a monotype with") <+> ppr tidy_ty
+             msg = ptext SLIT("Cannot match a monotype with") <+> quotes (ppr tidy_ty)
+       ; failWithTcM (env1, msg) }
+
+notMonoArgs ty
+  = do { ty' <- zonkTcType ty
+       ; env0 <- tcInitTidyEnv
+       ; let (env1, tidy_ty) = tidyOpenType env0 ty'
+             msg = ptext SLIT("Arguments of synonym family must be monotypes") <+> quotes (ppr tidy_ty)
        ; failWithTcM (env1, msg) }
 
 occurCheck tyvar ty
@@ -1536,20 +1832,15 @@ Unifying kinds is much, much simpler than unifying types.
 unifyKind :: TcKind                -- Expected
          -> TcKind                 -- Actual
          -> TcM ()
-unifyKind LiftedTypeKind   LiftedTypeKind   = returnM ()
-unifyKind UnliftedTypeKind UnliftedTypeKind = returnM ()
+unifyKind (TyConApp kc1 []) (TyConApp kc2 []) 
+  | isSubKindCon kc2 kc1 = returnM ()
 
-unifyKind OpenTypeKind k2 | isOpenTypeKind k2 = returnM ()
-unifyKind ArgTypeKind  k2 | isArgTypeKind k2    = returnM ()
-  -- Respect sub-kinding
-
-unifyKind (FunKind a1 r1) (FunKind a2 r2)
- = do { unifyKind a2 a1; unifyKind r1 r2 }
+unifyKind (FunTy a1 r1) (FunTy a2 r2)
+  = do { unifyKind a2 a1; unifyKind r1 r2 }
                -- Notice the flip in the argument,
                -- so that the sub-kinding works right
-
-unifyKind (KindVar kv1) k2 = uKVar False kv1 k2
-unifyKind k1 (KindVar kv2) = uKVar True kv2 k1
+unifyKind (TyVarTy kv1) k2 = uKVar False kv1 k2
+unifyKind k1 (TyVarTy kv2) = uKVar True kv2 k1
 unifyKind k1 k2 = unifyKindMisMatch k1 k2
 
 unifyKinds :: [TcKind] -> [TcKind] -> TcM ()
@@ -1563,19 +1854,19 @@ uKVar :: Bool -> KindVar -> TcKind -> TcM ()
 uKVar swapped kv1 k2
   = do         { mb_k1 <- readKindVar kv1
        ; case mb_k1 of
-           Nothing -> uUnboundKVar swapped kv1 k2
-           Just k1 | swapped   -> unifyKind k2 k1
-                   | otherwise -> unifyKind k1 k2 }
+           Flexi -> uUnboundKVar swapped kv1 k2
+           Indirect k1 | swapped   -> unifyKind k2 k1
+                       | otherwise -> unifyKind k1 k2 }
 
 ----------------
 uUnboundKVar :: Bool -> KindVar -> TcKind -> TcM ()
-uUnboundKVar swapped kv1 k2@(KindVar kv2)
+uUnboundKVar swapped kv1 k2@(TyVarTy kv2)
   | kv1 == kv2 = returnM ()
   | otherwise  -- Distinct kind variables
   = do { mb_k2 <- readKindVar kv2
        ; case mb_k2 of
-           Just k2 -> uUnboundKVar swapped kv1 k2
-           Nothing -> writeKindVar kv1 k2 }
+           Indirect k2 -> uUnboundKVar swapped kv1 k2
+           Flexi -> writeKindVar kv1 k2 }
 
 uUnboundKVar swapped kv1 non_var_k2
   = do { k2' <- zonkTcKind non_var_k2
@@ -1592,9 +1883,9 @@ uUnboundKVar swapped kv1 non_var_k2
 kindOccurCheck kv1 k2  -- k2 is zonked
   = checkTc (not_in k2) (kindOccurCheckErr kv1 k2)
   where
-    not_in (KindVar kv2)   = kv1 /= kv2
-    not_in (FunKind a2 r2) = not_in a2 && not_in r2
-    not_in other          = True
+    not_in (TyVarTy kv2)   = kv1 /= kv2
+    not_in (FunTy a2 r2) = not_in a2 && not_in r2
+    not_in other         = True
 
 kindSimpleKind :: Bool -> Kind -> TcM SimpleKind
 -- (kindSimpleKind True k) returns a simple kind sk such that sk <: k
@@ -1604,14 +1895,16 @@ kindSimpleKind :: Bool -> Kind -> TcM SimpleKind
 kindSimpleKind orig_swapped orig_kind
   = go orig_swapped orig_kind
   where
-    go sw (FunKind k1 k2) = do { k1' <- go (not sw) k1
-                              ; k2' <- go sw k2
-                              ; return (FunKind k1' k2') }
-    go True OpenTypeKind = return liftedTypeKind
-    go True ArgTypeKind  = return liftedTypeKind
-    go sw LiftedTypeKind  = return liftedTypeKind
-    go sw UnliftedTypeKind = return unliftedTypeKind
-    go sw k@(KindVar _)          = return k    -- KindVars are always simple
+    go sw (FunTy k1 k2) = do { k1' <- go (not sw) k1
+                            ; k2' <- go sw k2
+                            ; return (mkArrowKind k1' k2') }
+    go True k
+     | isOpenTypeKind k = return liftedTypeKind
+     | isArgTypeKind k  = return liftedTypeKind
+    go sw k
+     | isLiftedTypeKind k   = return liftedTypeKind
+     | isUnliftedTypeKind k = return unliftedTypeKind
+    go sw k@(TyVarTy _)          = return k    -- KindVars are always simple
     go swapped kind = failWithTc (ptext SLIT("Unexpected kind unification failure:")
                                  <+> ppr orig_swapped <+> ppr orig_kind)
        -- I think this can't actually happen
@@ -1640,17 +1933,18 @@ unifyKindMisMatch ty1 ty2
 unifyFunKind :: TcKind -> TcM (Maybe (TcKind, TcKind))
 -- Like unifyFunTy, but does not fail; instead just returns Nothing
 
-unifyFunKind (KindVar kvar)
-  = readKindVar kvar   `thenM` \ maybe_kind ->
+unifyFunKind (TyVarTy kvar)
+  = readKindVar kvar `thenM` \ maybe_kind ->
     case maybe_kind of
-       Just fun_kind -> unifyFunKind fun_kind
-       Nothing       -> do { arg_kind <- newKindVar
-                           ; res_kind <- newKindVar
-                           ; writeKindVar kvar (mkArrowKind arg_kind res_kind)
-                           ; returnM (Just (arg_kind,res_kind)) }
+      Indirect fun_kind -> unifyFunKind fun_kind
+      Flexi -> 
+          do { arg_kind <- newKindVar
+             ; res_kind <- newKindVar
+             ; writeKindVar kvar (mkArrowKind arg_kind res_kind)
+             ; returnM (Just (arg_kind,res_kind)) }
     
-unifyFunKind (FunKind arg_kind res_kind) = returnM (Just (arg_kind,res_kind))
-unifyFunKind other                      = returnM Nothing
+unifyFunKind (FunTy arg_kind res_kind) = returnM (Just (arg_kind,res_kind))
+unifyFunKind other                    = returnM Nothing
 \end{code}
 
 %************************************************************************
@@ -1671,6 +1965,10 @@ unifyFunKind other                        = returnM Nothing
 checkExpectedKind :: Outputable a => a -> TcKind -> TcKind -> TcM ()
 -- A fancy wrapper for 'unifyKind', which tries 
 -- to give decent error messages.
+--     (checkExpectedKind ty act_kind exp_kind)
+-- checks that the actual kind act_kind is compatible 
+--     with the expected kind exp_kind
+-- The first argument, ty, is used only in the error message generation
 checkExpectedKind ty act_kind exp_kind
   | act_kind `isSubKind` exp_kind -- Short cut for a very common case
   = returnM ()