Fix scoped type variables for expression type signatures
[ghc-hetmet.git] / compiler / typecheck / TcUnify.lhs
index e00c8ef..e9f0301 100644 (file)
@@ -13,7 +13,7 @@ module TcUnify (
   unifyType, unifyTypeList, unifyTheta,
   unifyKind, unifyKinds, unifyFunKind, 
   checkExpectedKind, 
-  boxySubMatchType, boxyMatchTypes,
+  preSubType, boxyMatchTypes,
 
   --------------------------------
   -- Holes
@@ -25,14 +25,15 @@ module TcUnify (
 
 #include "HsVersions.h"
 
-import HsSyn           ( ExprCoFn(..), idCoercion, isIdCoercion, (<.>) )
+import HsSyn           ( HsWrapper(..), idHsWrapper, isIdHsWrapper, (<.>),
+                         mkWpLams, mkWpTyLams, mkWpApps )
 import TypeRep         ( Type(..), PredType(..) )
 
 import TcMType         ( lookupTcTyVar, LookupTyVarResult(..),
-                          tcInstSkolType, newKindVar, newMetaTyVar,
-                         tcInstBoxy, newBoxyTyVar, newBoxyTyVarTys, readFilledBox, 
+                          tcInstBoxyTyVar, newKindVar, newMetaTyVar,
+                         newBoxyTyVar, newBoxyTyVarTys, readFilledBox, 
                          readMetaTyVar, writeMetaTyVar, newFlexiTyVarTy,
-                         tcInstSkolTyVars, tcInstTyVar,
+                         tcInstSkolTyVars, tcInstTyVar, tcInstSkolType,
                          zonkTcKind, zonkType, zonkTcType,  zonkTcTyVarsAndFV, 
                          readKindVar, writeKindVar )
 import TcSimplify      ( tcSimplifyCheck )
@@ -46,31 +47,32 @@ import TcType               ( TcKind, TcType, TcTyVar, BoxyTyVar, TcTauType,
                          pprSkolTvBinding, isTauTy, isTauTyCon, isSigmaTy, 
                          mkFunTy, mkFunTys, mkTyConApp, isMetaTyVar,
                          tcSplitForAllTys, tcSplitAppTy_maybe, tcSplitFunTys, mkTyVarTys,
-                         tyVarsOfType, mkPhiTy, mkTyVarTy, mkPredTy, 
+                         tcSplitSigmaTy, tyVarsOfType, mkPhiTy, mkTyVarTy, mkPredTy, 
                          typeKind, mkForAllTys, mkAppTy, isBoxyTyVar,
+                         tcView, exactTyVarsOfType, 
                          tidyOpenType, tidyOpenTyVar, tidyOpenTyVars,
-                         pprType, tidyKind, tidySkolemTyVar, isSkolemTyVar, tcView, 
-                         TvSubst, mkTvSubst, zipTyEnv, substTy, emptyTvSubst, 
+                         pprType, tidyKind, tidySkolemTyVar, isSkolemTyVar, isSigTyVar,
+                         TvSubst, mkTvSubst, zipTyEnv, zipOpenTvSubst, emptyTvSubst, 
+                         substTy, substTheta,
                          lookupTyVar, extendTvSubst )
-import Kind            ( Kind(..), SimpleKind, KindVar, isArgTypeKind,
+import Type            ( Kind, SimpleKind, KindVar, 
                          openTypeKind, liftedTypeKind, unliftedTypeKind, 
                          mkArrowKind, defaultKind,
-                         isOpenTypeKind, argTypeKind, isLiftedTypeKind, isUnliftedTypeKind,
-                         isSubKind, pprKind, splitKindFunTys )
+                         argTypeKind, isLiftedTypeKind, isUnliftedTypeKind,
+                         isSubKind, pprKind, splitKindFunTys, isSubKindCon,
+                          isOpenTypeKind, isArgTypeKind )
 import TysPrim         ( alphaTy, betaTy )
-import Inst            ( newDicts, instToId )
+import Inst            ( newDictBndrsO, instCall, instToId )
 import TyCon           ( TyCon, tyConArity, tyConTyVars, isSynTyCon )
 import TysWiredIn      ( listTyCon )
-import Id              ( Id, mkSysLocal )
+import Id              ( Id )
 import Var             ( Var, varName, tyVarKind, isTcTyVar, tcTyVarDetails )
-import VarSet          ( emptyVarSet, mkVarSet, unitVarSet, unionVarSet, elemVarSet, varSetElems,
-                         extendVarSet, intersectsVarSet )
+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 Outputable
 
@@ -108,7 +110,7 @@ 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
 -- 
@@ -146,13 +148,13 @@ subFunTys error_herald n_pats res_ty thing_inside
     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
@@ -166,7 +168,7 @@ subFunTys error_herald n_pats res_ty thing_inside
     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 res_ty
+            ; if isNothing mb_unit then bale_out args_so_far
               else loop n args_so_far (FunTy arg_ty' res_ty') }
 
     loop n args_so_far (TyVarTy tv)
@@ -176,16 +178,17 @@ subFunTys error_herald n_pats res_ty thing_inside
                 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.
 
-    loop n args_so_far res_ty = bale_out args_so_far res_ty
+    loop n args_so_far res_ty = bale_out args_so_far
 
-    bale_out args_so_far res_ty
+    bale_out args_so_far 
        = do { env0 <- tcInitTidyEnv
             ; res_ty' <- zonkTcType res_ty
             ; let (env1, res_ty'') = tidyOpenType env0 res_ty'
@@ -267,6 +270,7 @@ boxySplitAppTy orig_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
@@ -334,16 +338,112 @@ withBox kind thing_inside
 %************************************************************************
 
 \begin{code}
+preSubType :: [TcTyVar]                -- Quantified type variables
+          -> TcTyVarSet        -- Subset of quantified type variables
+                               --   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
+-- Perform pre-subsumption, and return suitable types
+-- to instantiate the quantified type varibles:
+--     info from the pre-subsumption, if there is any
+--     a boxy type variable otherwise
+--
+-- 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
+       ; traceTc (text "preSubType" <+> (ppr qtvs $$ ppr btvs $$ ppr qty $$ ppr expected_ty $$ ppr pre_subst $$ ppr tys))
+       ; return tys }
+  where
+    pre_subst = boxySubMatchType (mkVarSet qtvs) qty expected_ty
+    inst_tv tv 
+       | Just boxy_ty <- lookupTyVar pre_subst tv = return boxy_ty
+       | tv `elemVarSet` btvs = do { tv' <- tcInstBoxyTyVar tv
+                                   ; return (mkTyVarTy tv') }
+       | otherwise            = do { tv' <- tcInstTyVar tv
+                                   ; return (mkTyVarTy tv') }
+
 boxySubMatchType 
        :: TcTyVarSet -> TcType -- The "template"; the tyvars are skolems
        -> BoxyRhoType          -- Type to match (note a *Rho* type)
        -> TvSubst              -- Substitution of the [TcTyVar] to BoxySigmaTypes
 
+-- boxySubMatchType implements the Pre-subsumption judgement, in Fig 5 of the paper
+-- "Boxy types: inference for higher rank types and impredicativity"
+
+boxySubMatchType tmpl_tvs tmpl_ty boxy_ty
+  = go tmpl_tvs tmpl_ty emptyVarSet boxy_ty
+  where
+    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 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_tvs t_ty b_tvs b_ty
+       | isSigmaTy t_ty, (tvs, _, t_tau) <- tcSplitSigmaTy t_ty 
+       = 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_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
+       -- up the (Eq a) with the Int, whereas it should be (b |-> (Int->Bool)).  
+       -- This pre-subsumption stuff can return too few bindings, but it 
+       -- must *never* return bogus info.
+                                                       
+    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_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}
+
+Note [Sub-match]
+~~~~~~~~~~~~~~~~
+Consider this
+       head :: [a] -> a
+       |- head xs : <rhobox>
+We will do a boxySubMatchType between  a ~ <rhobox>
+But we *don't* want to match [a |-> <rhobox>] because 
+    (a) The box should be filled in with a rho-type, but
+          but the returned substitution maps TyVars to boxy
+          *sigma* types
+    (b) In any case, the right final answer might be *either*
+          instantiate 'a' with a rho-type or a sigma type
+          head xs : Int   vs   head xs : forall b. b->b
+So the matcher MUST NOT make a choice here.   In general, we only
+bind a template type variable in boxyMatchType, not in boxySubMatchType.
+
+
+\begin{code}
 boxyMatchTypes 
        :: TcTyVarSet -> [TcType] -- The "template"; the tyvars are skolems
        -> [BoxySigmaType]        -- Type to match
        -> TvSubst                -- Substitution of the [TcTyVar] to BoxySigmaTypes
 
+-- boxyMatchTypes implements the Pre-matching judgement, in Fig 5 of the paper
+-- "Boxy types: inference for higher rank types and impredicativity"
+
 -- Find a *boxy* substitution that makes the template look as much 
 --     like the BoxySigmaType as possible.  
 -- It's always ok to return an empty substitution; 
@@ -352,57 +452,10 @@ boxyMatchTypes
 -- NB1: This is a pure, non-monadic function.  
 --     It does no unification, and cannot fail
 --
--- Note [Matching kinds]
---     The target type might legitimately not be a sub-kind of template.  
---     For example, suppose the target is simply a box with an OpenTypeKind, 
---     and the template is a type variable with LiftedTypeKind.  
---     Then it's ok (because the target type will later be refined).
---     We simply don't bind the template type variable.
---
---     It might also be that the kind mis-match is an error. For example,
---     suppose we match the template (a -> Int) against (Int# -> Int),
---     where the template type variable 'a' has LiftedTypeKind.  This
---     matching function does not fail; it simply doesn't bind the template.
---     Later stuff will 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]
 --
--- Note [Sub-match]
--- ~~~~~~~~~~~~~~~~
--- Consider this
---     head :: [a] -> a
---     |- head xs : <rhobox>
--- We will do a boxySubMatchType between       a ~ <rhobox>
--- But we *don't* want to match [a |-> <rhobox>] because 
---     (a)     The box should be filled in with a rho-type, but
---     but the returned substitution maps TyVars to boxy *sigma*
---     types
---     (b) In any case, the right final answer might be *either*
---     instantiate 'a' with a rho-type or a sigma type
---        head xs : Int   vs   head xs : forall b. b->b
--- So the matcher MUST NOT make a choice here.   In general, we only
--- bind a template type variable in boxyMatchType, not in boxySubMatchType.
        
-boxySubMatchType tmpl_tvs tmpl_ty boxy_ty
-  = go tmpl_ty boxy_ty
-  where
-    go t_ty b_ty 
-       | Just t_ty' <- tcView t_ty = go t_ty' b_ty
-       | Just b_ty' <- tcView b_ty = go t_ty b_ty'
-
-    go (FunTy arg1 res1) (FunTy arg2 res2)
-       = do_match arg1 arg2 (go res1 res2)
-               -- Match the args, and sub-match the results
-
-    go (TyVarTy _) b_ty = emptyTvSubst -- Do not bind!  See Note [Sub-match]
-
-    go t_ty b_ty = do_match t_ty b_ty emptyTvSubst     -- Otherwise we are safe to bind
-
-    do_match t_ty b_ty subst = boxy_match tmpl_tvs t_ty emptyVarSet b_ty subst
-
 ------------
 boxyMatchTypes tmpl_tvs tmpl_tys boxy_tys
   = ASSERT( length tmpl_tys == length boxy_tys )
@@ -412,8 +465,11 @@ 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
@@ -434,8 +490,13 @@ 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
@@ -451,15 +512,23 @@ 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))
-       , typeKind b_ty `isSubKind` tyVarKind tv
+       , boxy_tvs `disjointVarSet` tyVarsOfType orig_boxy_ty
+       , typeKind b_ty `isSubKind` tyVarKind tv  -- See Note [Matching kinds]
        = extendTvSubst subst tv boxy_ty'
+       | otherwise
+       = subst                         -- Ignore others
        where
          boxy_ty' = case lookupTyVar subst tv of
                        Nothing -> orig_boxy_ty
                        Just ty -> ty `boxyLub` orig_boxy_ty
 
-    go _ _ = subst     -- Always safe
+    go _ _ = emptyTvSubst      -- It's important to *fail* by returning the empty substitution
+       -- Example:  Tree a ~ Maybe Int
+       -- We do not want to bind (a |-> Int) in pre-matching, because that can give very
+       -- misleading error messages.  An even more confusing case is
+       --           a -> b ~ Maybe Int
+       -- Then we do not want to bind (b |-> Int)!  It's always safe to discard bindings
+       -- from this pre-matching phase.
 
     --------
     go_s tys1 tys2 = boxy_match_s tmpl_tvs tys1 boxy_tvs tys2 subst
@@ -478,8 +547,8 @@ boxyLub orig_ty1 orig_ty2
       = TyConApp tc1 (zipWith boxyLub ts1 ts2)
 
     go (TyVarTy tv1) ty2               -- This is the whole point; 
-      | isTcTyVar tv1, isMetaTyVar tv1         -- choose ty2 if ty2 is a box
-      = ty2    
+      | isTcTyVar tv1, isBoxyTyVar tv1         -- choose ty2 if ty2 is a box
+      = orig_ty2       
 
        -- Look inside type synonyms, but only if the naive version fails
     go ty1 ty2 | Just ty1' <- tcView ty1 = go ty1' ty2
@@ -489,6 +558,19 @@ boxyLub orig_ty1 orig_ty2
     go ty1 ty2 = orig_ty1      -- Default
 \end{code}
 
+Note [Matching kinds]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+The target type might legitimately not be a sub-kind of template.  
+For example, suppose the target is simply a box with an OpenTypeKind, 
+and the template is a type variable with LiftedTypeKind.  
+Then it's ok (because the target type will later be refined).
+We simply don't bind the template type variable.
+
+It might also be that the kind mis-match is an error. For example,
+suppose we match the template (a -> Int) against (Int# -> Int),
+where the template type variable 'a' has LiftedTypeKind.  This
+matching function does not fail; it simply doesn't bind the template.
+Later stuff will fail.
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
@@ -512,38 +594,66 @@ 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
+  = 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 { addSubCtxt sub_ctxt act_sty exp_sty $
+         uVar True False tv exp_ib exp_sty exp_ty
+       ; return idHsWrapper }
 
 -----------------------------------
 -- Skolemisation case (rule SKOL)
@@ -556,15 +666,16 @@ 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
+  | not exp_ib,        -- SKOL does not apply if exp_ty is inside a box
+    isSigmaTy exp_ty   
+  = 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 the free vars of
-               -- both expected_ty *and* actual_ty
+               -- It's really important to check for escape wrt 
+               -- the free vars of both expected_ty *and* actual_ty
 
 -----------------------------------
 -- Specialisation case (rule ASPEC):
@@ -572,58 +683,82 @@ 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.)
+-- The idea is to *first* do pre-subsumption, and then full subsumption
+-- Example:    forall a. a->a  <=  Int -> (forall b. Int)
+--   Pre-subsumpion finds a|->Int, and that works fine, whereas
+--   just running full subsumption would fail.
   | isSigmaTy actual_ty
-  = do { (tyvars, theta, tau) <- tcInstBoxy actual_ty
-       ; dicts <- newDicts InstSigOrigin theta
-       ; extendLIEs dicts
-       ; let inst_fn = CoApps (CoTyApps CoHole (mkTyVarTys tyvars)) 
-                              (map instToId dicts)
-       ; co_fn <- tc_sub False tau tau exp_sty expected_ty
-       ; return (co_fn <.> inst_fn) }
+  = do {       -- 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 <- 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
+       ; 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
+       ; co_fn1 <- instCall InstSigOrigin 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)
+  = 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 { cts <- readMetaTyVar exp_tv
        ; case cts of
-           Indirect ty -> do { u_tys outer False act_sty act_ty True exp_sty ty
-                             ; return idCoercion }
+           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 arg_ty 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
+  = do { addSubCtxt sub_ctxt act_sty exp_sty $
+         u_tys True False act_sty actual_ty exp_ib exp_sty expected_ty
+       ; return idHsWrapper }
 
 
 -----------------------------------
-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
+tc_sub_funs act_arg act_res exp_ib exp_arg exp_res
+  = do { uTys False act_arg exp_ib exp_arg
+       ; co_fn_res <- tc_sub SubDone act_res act_res exp_ib exp_res exp_res
        ; wrapFunResCoercion [exp_arg] co_fn_res }
 
 -----------------------------------
 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
+  | 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}
 
 
@@ -639,8 +774,8 @@ 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
@@ -649,7 +784,7 @@ tcGen expected_ty extra_tvs thing_inside    -- We expect expected_ty to be a forall
                -- 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
@@ -658,13 +793,12 @@ tcGen expected_ty extra_tvs thing_inside  -- We expect expected_ty to be a forall
 #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
@@ -677,18 +811,16 @@ 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
+       ; dicts <- newDictBndrsO (SigOrigin skol_info) theta'
+       ; inst_binds <- tcSimplifyCheck sig_msg 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
@@ -780,8 +912,12 @@ 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 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
@@ -791,16 +927,18 @@ 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
+     :: InBox -> TcType        -- ty1 is the *expected* type
+     -> InBox -> 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
+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
+uTys_s :: InBox -> [TcType]    -- ty1 is the *actual* types
+       -> InBox -> [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
@@ -809,8 +947,8 @@ 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
+      -> InBox -> TcType -> TcType     -- ty1 is the *actual* type
+      -> InBox -> TcType -> TcType     -- ty2 is the *expected* type
       -> TcM ()
 
 u_tys outer nb1 orig_ty1 ty1 nb2 orig_ty2 ty2
@@ -863,9 +1001,12 @@ u_tys outer nb1 orig_ty1 ty1 nb2 orig_ty2 ty2
                   subst2   = mkTvSubst in_scope (zipTyEnv tvs2 tys)
             ; uTys nb1 (substTy subst1 body1) nb2 (substTy subst2 body2)
 
-               -- 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.
+               -- 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)
             }
       where
@@ -962,7 +1103,7 @@ uVar :: Outer
      -> Bool           -- False => tyvar is the "expected"
                        -- True  => ty    is the "expected" thing
      -> TcTyVar
-     -> NoBoxes                -- True <=> definitely no boxes in t2
+     -> InBox          -- True <=> definitely no boxes in t2
      -> TcTauType -> TcTauType -- printing and real versions
      -> TcM ()
 
@@ -971,48 +1112,51 @@ uVar outer swapped tv1 nb2 ps_ty2 ty2
                        | 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
+            -> TcTyVar -> TcTyVarDetails       -- Tyvar 1
+            -> TcTauType -> TcTauType          -- Type 2
             -> TcM ()
 -- 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 ty2@(TyVarTy tv2)
-       -- Same type variable => no-op
-  | tv1 == tv2
-  = returnM ()
+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
 
        -- Distinct type variables
   | otherwise
   = 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
+uUnfilledVar outer swapped tv1 details1 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
+       MetaTv info ref1      -> uMetaVar swapped tv1 info ref1 ps_ty2 non_var_ty2
        skolem_details        -> mis_match
   where
     mis_match = unifyMisMatch outer swapped (TyVarTy tv1) ps_ty2
@@ -1020,15 +1164,31 @@ uUnfilledVar outer swapped tv1 details1 nb2 ps_ty2 non_var_ty2  -- ty2 is not a t
 ----------------
 uMetaVar :: Bool
         -> 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 info1 ref1 nb2 ps_ty2 non_var_ty2
-  = do { final_ty <- case info1 of
-                       BoxTv -> unBox ps_ty2                   -- No occurs check
-                       other -> checkTauTvUpdate tv1 ps_ty2    -- Occurs check + monotype check
+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
+       -- 
+       -- It should not be the case that tv1 occurs in ty2
+       -- (i.e. no occurs check should be needed), but if perchance
+       -- it does, the unbox operation will fill it, and the DEBUG
+       -- checks for that.
+    do         { final_ty <- unBox ps_ty2
+#ifdef DEBUG
+       ; meta_details <- readMutVar ref1
+       ; case meta_details of
+           Indirect ty -> WARN( True, ppr tv1 <+> ppr ty )
+                          return ()    -- This really should *not* happen
+           Flexi       -> return ()
+#endif
+       ; checkUpdateMeta swapped tv1 ref1 final_ty }
+
+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 }
 
 ----------------
@@ -1180,6 +1340,7 @@ 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)
@@ -1268,7 +1429,7 @@ unBox :: BoxyType -> TcM TcType
 --     |- s' ~ box(s)
 -- with input s', and result s
 -- 
--- It remove all boxes from the input type, returning a non-boxy type.
+-- It removes all boxes from the input type, returning a non-boxy type.
 -- A filled box in the type can only contain a monotype; unBox fails if not
 -- The type can have empty boxes, which unBox fills with a monotype
 --
@@ -1299,6 +1460,7 @@ 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}
 
 
@@ -1328,24 +1490,28 @@ 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 
@@ -1390,8 +1556,8 @@ ppr_ty 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')
+               | isSkolemTyVar tv || isSigTyVar tv
+               -> return (env2, pp_rigid tv', pprSkolTvBinding tv')
                | otherwise -> return simple_result
                where
                  (env2, tv') = tidySkolemTyVar env1 tv
@@ -1404,7 +1570,7 @@ 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) }
 
 occurCheck tyvar ty
@@ -1431,20 +1597,15 @@ 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 ()
@@ -1458,19 +1619,19 @@ 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
@@ -1487,9 +1648,9 @@ 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
@@ -1499,14 +1660,16 @@ 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
@@ -1535,17 +1698,18 @@ 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}
 
 %************************************************************************