[project @ 2000-06-18 08:37:17 by simonpj]
[ghc-hetmet.git] / ghc / compiler / typecheck / TcMonoType.lhs
index ed35d08..2e6a570 100644 (file)
 %
-% (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1996
+% (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
 %
 \section[TcMonoType]{Typechecking user-specified @MonoTypes@}
 
 \begin{code}
-module TcMonoType ( tcHsType, tcHsTypeKind, tcContext, tcTyVarScope ) where
+module TcMonoType ( tcHsType, tcHsSigType, tcHsTypeKind, tcHsTopType, tcHsTopBoxedType, tcHsTopTypeKind,
+                   tcContext, tcHsTyVar, kcHsTyVar, kcHsType,
+                   tcExtendTyVarScope, tcExtendTopTyVarScope,
+                   TcSigInfo(..), tcTySig, mkTcSig, maybeSig,
+                   checkSigTyVars, sigCtxt, sigPatCtxt
+                 ) where
 
 #include "HsVersions.h"
 
-import HsSyn           ( HsType(..), HsTyVar(..), pprContext )
-import RnHsSyn         ( RenamedHsType(..), RenamedContext(..) )
+import HsSyn           ( HsType(..), HsTyVarBndr(..), HsUsageAnn(..),
+                          Sig(..), HsPred(..), pprParendHsType, HsTupCon(..) )
+import RnHsSyn         ( RenamedHsType, RenamedContext, RenamedSig )
+import TcHsSyn         ( TcId )
 
 import TcMonad
-import TcEnv           ( tcLookupTyVar, tcLookupClass, tcLookupTyCon, tcExtendTyVarEnv )
-import TcKind          ( TcKind, mkBoxedTypeKind, mkTypeKind, mkArrowKind,
-                         unifyKind, unifyKinds, newKindVar,
-                         kindToTcKind, tcDefaultKind
+import TcEnv           ( tcExtendTyVarEnv, tcLookupTy, tcGetValueEnv, tcGetInScopeTyVars,
+                          tcExtendUVarEnv, tcLookupUVar,
+                         tcGetGlobalTyVars, valueEnvIds, TcTyThing(..)
                        )
-import Type            ( Type, ThetaType, 
-                         mkTyVarTy, mkFunTy, mkSynTy,
-                         mkSigmaTy, mkDictTy, mkTyConApp, mkAppTys
+import TcType          ( TcType, TcKind, TcTyVar, TcThetaType, TcTauType,
+                         typeToTcType, kindToTcKind,
+                         newKindVar, tcInstSigVar,
+                         zonkTcKindToKind, zonkTcTypeToType, zonkTcTyVars, zonkTcType, zonkTcTyVar
                        )
-import TyVar           ( TyVar, mkTyVar )
-import PrelInfo                ( cCallishClassKeys )
+import Inst            ( Inst, InstOrigin(..), newMethodWithGivenTy, instToIdBndr,
+                         instFunDeps, instFunDepsOfTheta )
+import FunDeps         ( tyVarFunDep, oclose )
+import TcUnify         ( unifyKind, unifyKinds, unifyTypeKind )
+import Type            ( Type, PredType(..), ThetaType, UsageAnn(..),
+                         mkTyVarTy, mkTyVarTys, mkFunTy, mkSynTy, mkUsgTy,
+                          mkUsForAllTy, zipFunTys, hoistForAllTys,
+                         mkSigmaTy, mkDictTy, mkPredTy, mkTyConApp,
+                         mkAppTys, splitForAllTys, splitRhoTy, mkRhoTy,
+                         boxedTypeKind, unboxedTypeKind, 
+                         mkArrowKinds, getTyVar_maybe, getTyVar,
+                         tidyOpenType, tidyOpenTypes, tidyTyVar, tidyTyVars,
+                         tyVarsOfType, tyVarsOfTypes, tyVarsOfPred, mkForAllTys
+                       )
+import PprType         ( pprConstraint, pprType, pprPred )
+import Subst           ( mkTopTyVarSubst, substTy )
+import Id              ( mkVanillaId, idName, idType, idFreeTyVars )
+import Var             ( TyVar, mkTyVar, mkNamedUVar, varName )
+import VarEnv
+import VarSet
+import Bag             ( bagToList )
+import ErrUtils                ( Message )
 import TyCon           ( TyCon )
-import Name            ( Name, OccName, isTvOcc, getOccName )
+import Name            ( Name, OccName, isLocallyDefined )
 import TysWiredIn      ( mkListTy, mkTupleTy )
+import UniqFM          ( elemUFM, foldUFM )
+import BasicTypes      ( Boxity(..) )
+import SrcLoc          ( SrcLoc )
 import Unique          ( Unique, Uniquable(..) )
-import Util            ( zipWithEqual, zipLazy )
+import Util            ( mapAccumL, isSingleton, removeDups )
 import Outputable
 \end{code}
 
 
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{Checking types}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
 tcHsType and tcHsTypeKind
 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 
 tcHsType checks that the type really is of kind Type!
 
 \begin{code}
-tcHsType :: RenamedHsType -> TcM s Type
-
+kcHsType :: RenamedHsType -> TcM c ()
+  -- Kind-check the type
+kcHsType ty = tc_type ty       `thenTc_`
+             returnTc ()
+
+tcHsSigType :: RenamedHsType -> TcM s TcType
+  -- Used for type sigs written by the programmer
+  -- Hoist any inner for-alls to the top
+tcHsSigType ty
+  = tcHsType ty                `thenTc` \ ty' ->
+    returnTc (hoistForAllTys ty')
+
+tcHsType :: RenamedHsType -> TcM s TcType
 tcHsType ty
-  = tcAddErrCtxt (typeCtxt ty)         $
-    tc_hs_type ty
-
-tc_hs_type ty
-  = tc_hs_type_kind ty                 `thenTc` \ (kind,ty) ->
-       -- Check that it really is a type
-    unifyKind mkTypeKind kind          `thenTc_`
-    returnTc ty
+  = -- tcAddErrCtxt (typeCtxt ty)              $
+    tc_type ty
+
+tcHsTypeKind    :: RenamedHsType -> TcM s (TcKind, TcType)
+tcHsTypeKind ty 
+  = -- tcAddErrCtxt (typeCtxt ty)              $
+    tc_type_kind ty
+
+-- Type-check a type, *and* then lazily zonk it.  The important
+-- point is that this zonks all the uncommitted *kind* variables
+-- in kinds of any any nested for-all tyvars.
+-- There won't be any mutable *type* variables at all.
+--
+-- NOTE the forkNF_Tc.  This makes the zonking lazy, which is
+-- absolutely necessary.  During the type-checking of a recursive
+-- group of tycons/classes (TcTyClsDecls.tcGroup) we use an
+-- environment in which we aren't allowed to look at the actual
+-- tycons/classes returned from a lookup. Because tc_app does
+-- look at the tycon to build the type, we can't look at the type
+-- either, until we get out of the loop.   The fork delays the
+-- zonking till we've completed the loop.  Sigh.
+
+tcHsTopType :: RenamedHsType -> TcM s Type
+tcHsTopType ty
+  = -- tcAddErrCtxt (typeCtxt ty)              $
+    tc_type ty                         `thenTc` \ ty' ->
+    forkNF_Tc (zonkTcTypeToType ty')   `thenTc` \ ty'' ->
+    returnTc (hoistForAllTys ty'')
+
+tcHsTopBoxedType :: RenamedHsType -> TcM s Type
+tcHsTopBoxedType ty
+  = -- tcAddErrCtxt (typeCtxt ty)              $
+    tc_boxed_type ty                   `thenTc` \ ty' ->
+    forkNF_Tc (zonkTcTypeToType ty')   `thenTc` \ ty'' ->
+    returnTc (hoistForAllTys ty'')
+
+tcHsTopTypeKind :: RenamedHsType -> TcM s (TcKind, Type)
+tcHsTopTypeKind ty
+  = -- tcAddErrCtxt (typeCtxt ty)              $
+    tc_type_kind ty                            `thenTc` \ (kind, ty') ->
+    forkNF_Tc (zonkTcTypeToType ty')           `thenTc` \ zonked_ty ->
+    returnNF_Tc (kind, hoistForAllTys zonked_ty)
 \end{code}
 
-tcHsTypeKind does the real work.  It returns a kind and a type.
-
-\begin{code}
-tcHsTypeKind :: RenamedHsType -> TcM s (TcKind s, Type)
-
-tcHsTypeKind ty
-  = tcAddErrCtxt (typeCtxt ty)         $
-    tc_hs_type_kind ty
-
 
-       -- This equation isn't needed (the next one would handle it fine)
-       -- but it's rather a common case, so we handle it directly
-tc_hs_type_kind (MonoTyVar name)
-  | isTvOcc (getOccName name)
-  = tcLookupTyVar name                 `thenNF_Tc` \ (kind,tyvar) ->
-    returnTc (kind, mkTyVarTy tyvar)
+The main work horse
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 
-tc_hs_type_kind ty@(MonoTyVar name)
-  = tcFunType ty []
-    
-tc_hs_type_kind (MonoListTy _ ty)
-  = tc_hs_type ty      `thenTc` \ tau_ty ->
-    returnTc (mkBoxedTypeKind, mkListTy tau_ty)
-
-tc_hs_type_kind (MonoTupleTy _ tys)
-  = mapTc tc_hs_type  tys      `thenTc` \ tau_tys ->
-    returnTc (mkBoxedTypeKind, mkTupleTy (length tys) tau_tys)
-
-tc_hs_type_kind (MonoFunTy ty1 ty2)
-  = tc_hs_type ty1     `thenTc` \ tau_ty1 ->
-    tc_hs_type ty2     `thenTc` \ tau_ty2 ->
-    returnTc (mkBoxedTypeKind, mkFunTy tau_ty1 tau_ty2)
-
-tc_hs_type_kind (MonoTyApp ty1 ty2)
-  = tcTyApp ty1 [ty2]
-
-tc_hs_type_kind (HsForAllTy tv_names context ty)
-  = tcTyVarScope tv_names                      $ \ tyvars ->
-       tcContext context                       `thenTc` \ theta ->
-       tc_hs_type ty                           `thenTc` \ tau ->
-               -- For-all's are of kind type!
-       returnTc (mkBoxedTypeKind, mkSigmaTy tyvars theta tau)
-
--- for unfoldings, and instance decls, only:
-tc_hs_type_kind (MonoDictTy class_name tys)
-  = tcClassAssertion (class_name, tys) `thenTc` \ (clas, arg_tys) ->
-    returnTc (mkBoxedTypeKind, mkDictTy clas arg_tys)
+\begin{code}
+tc_boxed_type :: RenamedHsType -> TcM s Type
+tc_boxed_type ty
+  = tc_type_kind ty                                    `thenTc` \ (actual_kind, tc_ty) ->
+    tcAddErrCtxt (typeKindCtxt ty)
+                (unifyKind boxedTypeKind actual_kind)  `thenTc_`
+    returnTc tc_ty
+
+tc_type :: RenamedHsType -> TcM s Type
+tc_type ty
+       -- The type ty must be a *type*, but it can be boxed
+       -- or unboxed.  So we check that is is of form (Type bv)
+       -- using unifyTypeKind
+  = tc_type_kind ty                            `thenTc` \ (actual_kind, tc_ty) ->
+    tcAddErrCtxt (typeKindCtxt ty)
+                (unifyTypeKind actual_kind)    `thenTc_`
+    returnTc tc_ty
+
+tc_type_kind :: RenamedHsType -> TcM s (TcKind, Type)
+tc_type_kind ty@(HsTyVar name)
+  = tc_app ty []
+
+tc_type_kind (HsListTy ty)
+  = tc_boxed_type ty           `thenTc` \ tau_ty ->
+    returnTc (boxedTypeKind, mkListTy tau_ty)
+
+tc_type_kind (HsTupleTy (HsTupCon _ Boxed) tys)
+  = mapTc tc_boxed_type tys    `thenTc` \ tau_tys ->
+    returnTc (boxedTypeKind, mkTupleTy Boxed (length tys) tau_tys)
+
+tc_type_kind (HsTupleTy (HsTupCon _ Unboxed) tys)
+  = mapTc tc_type tys                  `thenTc` \ tau_tys ->
+    returnTc (unboxedTypeKind, mkTupleTy Unboxed (length tys) tau_tys)
+
+tc_type_kind (HsFunTy ty1 ty2)
+  = tc_type ty1        `thenTc` \ tau_ty1 ->
+    tc_type ty2        `thenTc` \ tau_ty2 ->
+    returnTc (boxedTypeKind, mkFunTy tau_ty1 tau_ty2)
+
+tc_type_kind (HsAppTy ty1 ty2)
+  = tc_app ty1 [ty2]
+
+tc_type_kind (HsPredTy pred)
+  = tcClassAssertion True pred `thenTc` \ pred' ->
+    returnTc (boxedTypeKind, mkPredTy pred')
+
+tc_type_kind (HsUsgTy usg ty)
+  = newUsg usg                          `thenTc` \ usg' ->
+    tc_type_kind ty                     `thenTc` \ (kind, tc_ty) ->
+    returnTc (kind, mkUsgTy usg' tc_ty)
+  where
+    newUsg usg = case usg of
+                   HsUsOnce        -> returnTc UsOnce
+                   HsUsMany        -> returnTc UsMany
+                   HsUsVar uv_name -> tcLookupUVar uv_name `thenTc` \ uv ->
+                                        returnTc (UsVar uv)
+
+tc_type_kind (HsUsgForAllTy uv_name ty)
+  = let
+        uv = mkNamedUVar uv_name
+    in
+    tcExtendUVarEnv uv_name uv $
+      tc_type_kind ty                     `thenTc` \ (kind, tc_ty) ->
+      returnTc (kind, mkUsForAllTy uv tc_ty)
+
+tc_type_kind (HsForAllTy (Just tv_names) context ty)
+  = tcExtendTyVarScope tv_names                $ \ forall_tyvars ->
+    tcContext context                  `thenTc` \ theta ->
+    tc_type_kind ty                    `thenTc` \ (kind, tau) ->
+    let
+       body_kind | null theta = kind
+                 | otherwise  = boxedTypeKind
+               -- Context behaves like a function type
+               -- This matters.  Return-unboxed-tuple analysis can
+               -- give overloaded functions like
+               --      f :: forall a. Num a => (# a->a, a->a #)
+               -- And we want these to get through the type checker
+
+       -- Check for ambiguity
+       --   forall V. P => tau
+       -- is ambiguous if P contains generic variables
+       -- (i.e. one of the Vs) that are not mentioned in tau
+       --
+       -- However, we need to take account of functional dependencies
+       -- when we speak of 'mentioned in tau'.  Example:
+       --      class C a b | a -> b where ...
+       -- Then the type
+       --      forall x y. (C x y) => x
+       -- is not ambiguous because x is mentioned and x determines y
+       --
+       -- NOTE: In addition, GHC insists that at least one type variable
+       -- in each constraint is in V.  So we disallow a type like
+       --      forall a. Eq b => b -> b
+       -- even in a scope where b is in scope.
+       -- This is the is_free test below.
+
+       tau_vars            = tyVarsOfType tau
+       fds                 = instFunDepsOfTheta theta
+       tvFundep            = tyVarFunDep fds
+       extended_tau_vars   = oclose tvFundep tau_vars
+       is_ambig ct_var     = (ct_var `elem` forall_tyvars) &&
+                             not (ct_var `elemUFM` extended_tau_vars)
+       is_free ct_var      = not (ct_var `elem` forall_tyvars)
+
+       check_pred pred = checkTc (not any_ambig) (ambigErr pred ty) `thenTc_`
+                         checkTc (not all_free)  (freeErr  pred ty)
+             where 
+               ct_vars   = varSetElems (tyVarsOfPred pred)
+               any_ambig = is_source_polytype && any is_ambig ct_vars
+               all_free  = all is_free  ct_vars
+
+       -- Check ambiguity only for source-program types, not
+       -- for types coming from inteface files.  The latter can
+       -- legitimately have ambiguous types. Example
+       --    class S a where s :: a -> (Int,Int)
+       --    instance S Char where s _ = (1,1)
+       --    f:: S a => [a] -> Int -> (Int,Int)
+       --    f (_::[a]) x = (a*x,b)
+       --      where (a,b) = s (undefined::a)
+       -- Here the worker for f gets the type
+       --      fw :: forall a. S a => Int -> (# Int, Int #)
+       --
+       -- If the list of tv_names is empty, we have a monotype,
+       -- and then we don't need to check for ambiguity either,
+       -- because the test can't fail (see is_ambig).
+       is_source_polytype = case tv_names of
+                               (UserTyVar _ : _) -> True
+                               other             -> False
+    in
+    mapTc check_pred theta             `thenTc_`
+    returnTc (body_kind, mkSigmaTy forall_tyvars theta tau)
 \end{code}
 
 Help functions for type applications
 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+
 \begin{code}
-tcTyApp (MonoTyApp ty1 ty2) tys
-  = tcTyApp ty1 (ty2:tys)
+tc_app (HsAppTy ty1 ty2) tys
+  = tc_app ty1 (ty2:tys)
 
-tcTyApp ty tys
+tc_app ty tys
   | null tys
-  = tcFunType ty []
+  = tc_fun_type ty []
 
   | otherwise
-  = mapAndUnzipTc tc_hs_type_kind tys  `thenTc` \ (arg_kinds, arg_tys) ->
-    tcFunType ty arg_tys               `thenTc` \ (fun_kind, result_ty) ->
+  = tcAddErrCtxt (appKindCtxt pp_app)  $
+    mapAndUnzipTc tc_type_kind tys     `thenTc` \ (arg_kinds, arg_tys) ->
+    tc_fun_type ty arg_tys             `thenTc` \ (fun_kind, result_ty) ->
 
        -- Check argument compatibility
-    newKindVar                         `thenNF_Tc` \ result_kind ->
-    unifyKind fun_kind (foldr mkArrowKind result_kind arg_kinds)
+    newKindVar                                 `thenNF_Tc` \ result_kind ->
+    unifyKind fun_kind (mkArrowKinds arg_kinds result_kind)
                                        `thenTc_`
     returnTc (result_kind, result_ty)
+  where
+    pp_app = ppr ty <+> sep (map pprParendHsType tys)
 
--- (tcFunType ty arg_tys) returns (kind-of ty, mkAppTys ty arg_tys)
+-- (tc_fun_type ty arg_tys) returns (kind-of ty, mkAppTys ty arg_tys)
 -- But not quite; for synonyms it checks the correct arity, and builds a SynTy
 --     hence the rather strange functionality.
 
-tcFunType (MonoTyVar name) arg_tys
-  | isTvOcc (getOccName name)  -- Must be a type variable
-  = tcLookupTyVar name                 `thenNF_Tc` \ (kind,tyvar) ->
-    returnTc (kind, mkAppTys (mkTyVarTy tyvar) arg_tys)
-
-  | otherwise                  -- Must be a type constructor
-  = tcLookupTyCon name                 `thenTc` \ (tycon_kind,maybe_arity, tycon) ->
-    case maybe_arity of
-       Nothing    ->   -- Data type or newtype 
-                     returnTc (tycon_kind, mkTyConApp tycon arg_tys)
-
-       Just arity ->   -- Type synonym
-                     checkTc (arity <= n_args) err_msg `thenTc_`
-                     returnTc (tycon_kind, result_ty)
-                  where
-                       -- It's OK to have an *over-applied* type synonym
-                       --      data Tree a b = ...
-                       --      type Foo a = Tree [a]
-                       --      f :: Foo a b -> ...
-                     result_ty = mkAppTys (mkSynTy tycon (take arity arg_tys))
-                                          (drop arity arg_tys)
-                     err_msg = arityErr "Type synonym constructor" name arity n_args
-                     n_args  = length arg_tys
-
-tcFunType ty arg_tys
-  = tc_hs_type_kind ty         `thenTc` \ (fun_kind, fun_ty) ->
+tc_fun_type (HsTyVar name) arg_tys
+  = tcLookupTy name                    `thenTc` \ (tycon_kind, thing) ->
+    case thing of
+       ATyVar tv     -> returnTc (tycon_kind, mkAppTys (mkTyVarTy tv) arg_tys)
+       AClass clas _ -> failWithTc (classAsTyConErr name)
+
+       ADataTyCon tc ->  -- Data or newtype
+                         returnTc (tycon_kind, mkTyConApp tc arg_tys)
+
+       ASynTyCon tc arity ->   -- Type synonym
+                                 checkTc (arity <= n_args) err_msg     `thenTc_`
+                                 returnTc (tycon_kind, result_ty)
+                          where
+                               -- It's OK to have an *over-applied* type synonym
+                               --      data Tree a b = ...
+                               --      type Foo a = Tree [a]
+                               --      f :: Foo a b -> ...
+                             result_ty = mkAppTys (mkSynTy tc (take arity arg_tys))
+                                                  (drop arity arg_tys)
+                             err_msg = arityErr "type synonym" name arity n_args
+                             n_args  = length arg_tys
+
+tc_fun_type ty arg_tys
+  = tc_type_kind ty            `thenTc` \ (fun_kind, fun_ty) ->
     returnTc (fun_kind, mkAppTys fun_ty arg_tys)
 \end{code}
 
@@ -159,87 +330,444 @@ Contexts
 \begin{code}
 
 tcContext :: RenamedContext -> TcM s ThetaType
-tcContext context
-  = tcAddErrCtxt (thetaCtxt context) $
-
-       --Someone discovered that @CCallable@ and @CReturnable@
-       -- could be used in contexts such as:
-       --      foo :: CCallable a => a -> PrimIO Int
-       -- Doing this utterly wrecks the whole point of introducing these
-       -- classes so we specifically check that this isn't being done.
-       --
-       -- We *don't* do this check in tcClassAssertion, because that's
-       -- called when checking a HsDictTy, and we don't want to reject
-       --      instance CCallable Int 
-       -- etc. Ugh!
-    mapTc check_naughty context `thenTc_`
-
-    mapTc tcClassAssertion context
+tcContext context = mapTc (tcClassAssertion False) context
+
+tcClassAssertion ccall_ok assn@(HsPClass class_name tys)
+  = tcAddErrCtxt (appKindCtxt (ppr assn))      $
+    mapAndUnzipTc tc_type_kind tys             `thenTc` \ (arg_kinds, arg_tys) ->
+    tcLookupTy class_name                      `thenTc` \ (kind, thing) ->
+    case thing of
+       AClass clas arity ->
+                       -- Check with kind mis-match
+               checkTc (arity == n_tys) err                            `thenTc_`
+               unifyKind kind (mkArrowKinds arg_kinds boxedTypeKind)   `thenTc_`
+               returnTc (Class clas arg_tys)
+           where
+               n_tys = length tys
+               err   = arityErr "Class" class_name arity n_tys
+       other -> failWithTc (tyVarAsClassErr class_name)
+
+tcClassAssertion ccall_ok assn@(HsPIParam name ty)
+  = tcAddErrCtxt (appKindCtxt (ppr assn))      $
+    tc_type_kind ty    `thenTc` \ (arg_kind, arg_ty) ->
+    returnTc (IParam name arg_ty)
+\end{code}
 
- where
-   check_naughty (class_name, _) 
-     = checkTc (not (uniqueOf class_name `elem` cCallishClassKeys))
-              (naughtyCCallContextErr class_name)
 
-tcClassAssertion (class_name, tys)
-  = tcLookupClass class_name           `thenTc` \ (class_kinds, clas) ->
-    mapAndUnzipTc tc_hs_type_kind tys  `thenTc` \ (ty_kinds, tc_tys) ->
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{Type variables, with knot tying!}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
 
-       -- Check with kind mis-match
-    let
-       arity = length class_kinds
-       n_tys = length ty_kinds
-       err   = arityErr "Class" class_name arity n_tys
+\begin{code}
+tcExtendTopTyVarScope :: TcKind -> [HsTyVarBndr Name]
+                     -> ([TcTyVar] -> TcKind -> TcM s a)
+                     -> TcM s a
+tcExtendTopTyVarScope kind tyvar_names thing_inside
+  = let
+       (tyvars_w_kinds, result_kind) = zipFunTys tyvar_names kind
+       tyvars                        = map mk_tv tyvars_w_kinds
     in
-    checkTc (arity == n_tys) err       `thenTc_`
-    unifyKinds class_kinds ty_kinds    `thenTc_`
+    tcExtendTyVarEnv tyvars (thing_inside tyvars result_kind)  
+  where
+    mk_tv (UserTyVar name,    kind) = mkTyVar name kind
+    mk_tv (IfaceTyVar name _, kind) = mkTyVar name kind
+       -- NB: immutable tyvars, but perhaps with mutable kinds
+
+tcExtendTyVarScope :: [HsTyVarBndr Name] 
+                  -> ([TcTyVar] -> TcM s a) -> TcM s a
+tcExtendTyVarScope tv_names thing_inside
+  = mapNF_Tc tcHsTyVar tv_names        `thenNF_Tc` \ tyvars ->
+    tcExtendTyVarEnv tyvars            $
+    thing_inside tyvars
+    
+tcHsTyVar :: HsTyVarBndr Name -> NF_TcM s TcTyVar
+tcHsTyVar (UserTyVar name)       = newKindVar          `thenNF_Tc` \ kind ->
+                                  tcNewMutTyVar name kind
+       -- NB: mutable kind => mutable tyvar, so that zonking can bind
+       -- the tyvar to its immutable form
+
+tcHsTyVar (IfaceTyVar name kind) = returnNF_Tc (mkTyVar name (kindToTcKind kind))
+
+kcHsTyVar :: HsTyVarBndr name -> NF_TcM s TcKind
+kcHsTyVar (UserTyVar name)       = newKindVar
+kcHsTyVar (IfaceTyVar name kind) = returnNF_Tc (kindToTcKind kind)
+\end{code}
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{Signatures}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+@tcSigs@ checks the signatures for validity, and returns a list of
+{\em freshly-instantiated} signatures.  That is, the types are already
+split up, and have fresh type variables installed.  All non-type-signature
+"RenamedSigs" are ignored.
+
+The @TcSigInfo@ contains @TcTypes@ because they are unified with
+the variable's type, and after that checked to see whether they've
+been instantiated.
+
+\begin{code}
+data TcSigInfo
+  = TySigInfo      
+       Name                    -- N, the Name in corresponding binding
+
+       TcId                    -- *Polymorphic* binder for this value...
+                               -- Has name = N
+
+       [TcTyVar]               -- tyvars
+       TcThetaType             -- theta
+       TcTauType               -- tau
+
+       TcId                    -- *Monomorphic* binder for this value
+                               -- Does *not* have name = N
+                               -- Has type tau
+
+       [Inst]                  -- Empty if theta is null, or
+                               -- (method mono_id) otherwise
+
+       SrcLoc                  -- Of the signature
+
+instance Outputable TcSigInfo where
+    ppr (TySigInfo nm id tyvars theta tau _ inst loc) =
+       ppr nm <+> ptext SLIT("::") <+> ppr tyvars <+> ppr theta <+> ptext SLIT("=>") <+> ppr tau
+
+maybeSig :: [TcSigInfo] -> Name -> Maybe (TcSigInfo)
+       -- Search for a particular signature
+maybeSig [] name = Nothing
+maybeSig (sig@(TySigInfo sig_name _ _ _ _ _ _ _) : sigs) name
+  | name == sig_name = Just sig
+  | otherwise       = maybeSig sigs name
+\end{code}
 
-    returnTc (clas, tc_tys)
+
+\begin{code}
+tcTySig :: RenamedSig -> TcM s TcSigInfo
+
+tcTySig (Sig v ty src_loc)
+ = tcAddSrcLoc src_loc                         $ 
+   tcAddErrCtxt (tcsigCtxt v)                  $
+   tcHsSigType ty                              `thenTc` \ sigma_tc_ty ->
+   mkTcSig (mkVanillaId v sigma_tc_ty) src_loc `thenNF_Tc` \ sig -> 
+   returnTc sig
+
+mkTcSig :: TcId -> SrcLoc -> NF_TcM s TcSigInfo
+mkTcSig poly_id src_loc
+  =    -- Instantiate this type
+       -- It's important to do this even though in the error-free case
+       -- we could just split the sigma_tc_ty (since the tyvars don't
+       -- unified with anything).  But in the case of an error, when
+       -- the tyvars *do* get unified with something, we want to carry on
+       -- typechecking the rest of the program with the function bound
+       -- to a pristine type, namely sigma_tc_ty
+   let
+       (tyvars, rho) = splitForAllTys (idType poly_id)
+   in
+   mapNF_Tc tcInstSigVar tyvars                `thenNF_Tc` \ tyvars' ->
+       -- Make *signature* type variables
+
+   let
+     tyvar_tys' = mkTyVarTys tyvars'
+     rho' = substTy (mkTopTyVarSubst tyvars tyvar_tys') rho
+       -- mkTopTyVarSubst because the tyvars' are fresh
+     (theta', tau') = splitRhoTy rho'
+       -- This splitRhoTy tries hard to make sure that tau' is a type synonym
+       -- wherever possible, which can improve interface files.
+   in
+   newMethodWithGivenTy SignatureOrigin 
+               poly_id
+               tyvar_tys'
+               theta' tau'                     `thenNF_Tc` \ inst ->
+       -- We make a Method even if it's not overloaded; no harm
+   instFunDeps SignatureOrigin theta'          `thenNF_Tc` \ fds ->
+       
+   returnNF_Tc (TySigInfo name poly_id tyvars' theta' tau' (instToIdBndr inst) (inst : fds) src_loc)
+  where
+    name = idName poly_id
 \end{code}
 
 
-Type variables, with knot tying!
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{Checking signature type variables}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+@checkSigTyVars@ is used after the type in a type signature has been unified with
+the actual type found.  It then checks that the type variables of the type signature
+are
+       (a) Still all type variables
+               eg matching signature [a] against inferred type [(p,q)]
+               [then a will be unified to a non-type variable]
+
+       (b) Still all distinct
+               eg matching signature [(a,b)] against inferred type [(p,p)]
+               [then a and b will be unified together]
+
+       (c) Not mentioned in the environment
+               eg the signature for f in this:
+
+                       g x = ... where
+                                       f :: a->[a]
+                                       f y = [x,y]
+
+               Here, f is forced to be monorphic by the free occurence of x.
+
+       (d) Not (unified with another type variable that is) in scope.
+               eg f x :: (r->r) = (\y->y) :: forall a. a->r
+           when checking the expression type signature, we find that
+           even though there is nothing in scope whose type mentions r,
+           nevertheless the type signature for the expression isn't right.
+
+           Another example is in a class or instance declaration:
+               class C a where
+                  op :: forall b. a -> b
+                  op x = x
+           Here, b gets unified with a
+
+Before doing this, the substitution is applied to the signature type variable.
+
+We used to have the notion of a "DontBind" type variable, which would
+only be bound to itself or nothing.  Then points (a) and (b) were 
+self-checking.  But it gave rise to bogus consequential error messages.
+For example:
+
+   f = (*)     -- Monomorphic
+
+   g :: Num a => a -> a
+   g x = f x x
+
+Here, we get a complaint when checking the type signature for g,
+that g isn't polymorphic enough; but then we get another one when
+dealing with the (Num x) context arising from f's definition;
+we try to unify x with Int (to default it), but find that x has already
+been unified with the DontBind variable "a" from g's signature.
+This is really a problem with side-effecting unification; we'd like to
+undo g's effects when its type signature fails, but unification is done
+by side effect, so we can't (easily).
+
+So we revert to ordinary type variables for signatures, and try to
+give a helpful message in checkSigTyVars.
+
 \begin{code}
-tcTyVarScope
-       :: [HsTyVar Name]               -- Names of some type variables
-       -> ([TyVar] -> TcM s a)         -- Thing to type check in their scope
-       -> TcM s a                      -- Result
+checkSigTyVars :: [TcTyVar]            -- Universally-quantified type variables in the signature
+              -> TcTyVarSet            -- Tyvars that are free in the type signature
+                                       -- These should *already* be in the global-var set, and are
+                                       -- used here only to improve the error message
+              -> TcM s [TcTyVar]       -- Zonked signature type variables
+
+checkSigTyVars [] free = returnTc []
+
+checkSigTyVars sig_tyvars free_tyvars
+  = zonkTcTyVars sig_tyvars            `thenNF_Tc` \ sig_tys ->
+    tcGetGlobalTyVars                  `thenNF_Tc` \ globals ->
+
+    checkTcM (all_ok sig_tys globals)
+            (complain sig_tys globals) `thenTc_`
 
-tcTyVarScope tyvar_names thing_inside
-  = mapAndUnzipNF_Tc tcHsTyVar tyvar_names     `thenNF_Tc` \ (names, kinds) ->
+    returnTc (map (getTyVar "checkSigTyVars") sig_tys)
 
-    fixTc (\ ~(rec_tyvars, _) ->
-               -- Ok to look at names, kinds, but not tyvars!
+  where
+    all_ok []       acc = True
+    all_ok (ty:tys) acc = case getTyVar_maybe ty of
+                           Nothing                       -> False      -- Point (a)
+                           Just tv | tv `elemVarSet` acc -> False      -- Point (b) or (c)
+                                   | otherwise           -> all_ok tys (acc `extendVarSet` tv)
+    
 
-       tcExtendTyVarEnv names (kinds `zipLazy` rec_tyvars)
-                        (thing_inside rec_tyvars)              `thenTc` \ result ->
-               -- Get the tyvar's Kinds from their TcKinds
-       mapNF_Tc tcDefaultKind kinds                            `thenNF_Tc` \ kinds' ->
+    complain sig_tys globals
+      = -- For the in-scope ones, zonk them and construct a map
+       -- from the zonked tyvar to the in-scope one
+       -- If any of the in-scope tyvars zonk to a type, then ignore them;
+       -- that'll be caught later when we back up to their type sig
+       tcGetInScopeTyVars                      `thenNF_Tc` \ in_scope_tvs ->
+       zonkTcTyVars in_scope_tvs               `thenNF_Tc` \ in_scope_tys ->
+       let
+           in_scope_assoc = [ (zonked_tv, in_scope_tv) 
+                            | (z_ty, in_scope_tv) <- in_scope_tys `zip` in_scope_tvs,
+                              Just zonked_tv <- [getTyVar_maybe z_ty]
+                            ]
+           in_scope_env = mkVarEnv in_scope_assoc
+       in
 
-               -- Construct the real TyVars
+       -- "check" checks each sig tyvar in turn
+        foldlNF_Tc check
+                  (env2, in_scope_env, [])
+                  (tidy_tvs `zip` tidy_tys)    `thenNF_Tc` \ (env3, _, msgs) ->
+
+        failWithTcM (env3, main_msg $$ nest 4 (vcat msgs))
+      where
+       (env1, tidy_tvs) = mapAccumL tidyTyVar emptyTidyEnv sig_tyvars
+       (env2, tidy_tys) = tidyOpenTypes env1 sig_tys
+
+       main_msg = ptext SLIT("Inferred type is less polymorphic than expected")
+
+       check (env, acc, msgs) (sig_tyvar,ty)
+               -- sig_tyvar is from the signature;
+               -- ty is what you get if you zonk sig_tyvar and then tidy it
+               --
+               -- acc maps a zonked type variable back to a signature type variable
+         = case getTyVar_maybe ty of {
+             Nothing ->                        -- Error (a)!
+                       returnNF_Tc (env, acc, unify_msg sig_tyvar (ppr ty) : msgs) ;
+
+             Just tv ->
+
+           case lookupVarEnv acc tv of {
+               Just sig_tyvar' ->      -- Error (b) or (d)!
+                       returnNF_Tc (env, acc, unify_msg sig_tyvar (ppr sig_tyvar') : msgs) ;
+
+               Nothing ->
+
+           if tv `elemVarSet` globals  -- Error (c)! Type variable escapes
+                                       -- The least comprehensible, so put it last
+           then   tcGetValueEnv                                        `thenNF_Tc` \ ve ->
+                  find_globals tv env  [] (valueEnvIds ve)             `thenNF_Tc` \ (env1, globs) ->
+                  find_frees   tv env1 [] (varSetElems free_tyvars)    `thenNF_Tc` \ (env2, frees) ->
+                  returnNF_Tc (env2, acc, escape_msg sig_tyvar tv globs frees : msgs)
+
+           else        -- All OK
+           returnNF_Tc (env, extendVarEnv acc tv sig_tyvar, msgs)
+           }}
+
+-- find_globals looks at the value environment and finds values
+-- whose types mention the offending type variable.  It has to be 
+-- careful to zonk the Id's type first, so it has to be in the monad.
+-- We must be careful to pass it a zonked type variable, too.
+find_globals tv tidy_env acc []
+  = returnNF_Tc (tidy_env, acc)
+
+find_globals tv tidy_env acc (id:ids) 
+  | not (isLocallyDefined id) ||
+    isEmptyVarSet (idFreeTyVars id)
+  = find_globals tv tidy_env acc ids
+
+  | otherwise
+  = zonkTcType (idType id)     `thenNF_Tc` \ id_ty ->
+    if tv `elemVarSet` tyVarsOfType id_ty then
+       let 
+          (tidy_env', id_ty') = tidyOpenType tidy_env id_ty
+          acc'                = (idName id, id_ty') : acc
+       in
+       find_globals tv tidy_env' acc' ids
+    else
+       find_globals tv tidy_env  acc  ids
+
+find_frees tv tidy_env acc []
+  = returnNF_Tc (tidy_env, acc)
+find_frees tv tidy_env acc (ftv:ftvs)
+  = zonkTcTyVar ftv    `thenNF_Tc` \ ty ->
+    if tv `elemVarSet` tyVarsOfType ty then
        let
-         tyvars = zipWithEqual "tcTyVarScope" mkTyVar names kinds'
+           (tidy_env', ftv') = tidyTyVar tidy_env ftv
        in
-       returnTc (tyvars, result)
-    )                                  `thenTc` \ (_,result) ->
-    returnTc result
-
-tcHsTyVar (UserTyVar name)
-  = newKindVar         `thenNF_Tc` \ tc_kind ->
-    returnNF_Tc (name, tc_kind)
-tcHsTyVar (IfaceTyVar name kind)
-  = returnNF_Tc (name, kindToTcKind kind)
+       find_frees tv tidy_env' (ftv':acc) ftvs
+    else
+       find_frees tv tidy_env  acc        ftvs
+
+
+escape_msg sig_tv tv globs frees
+  = mk_msg sig_tv <+> ptext SLIT("escapes") $$
+    if not (null globs) then
+       vcat [pp_it <+> ptext SLIT("is mentioned in the environment"),
+             ptext SLIT("The following variables in the environment mention") <+> quotes (ppr tv),
+             nest 2 (vcat_first 10 [ppr name <+> dcolon <+> ppr ty | (name,ty) <- globs])
+       ]
+     else if not (null frees) then
+       vcat [ptext SLIT("It is reachable from the type variable(s)") <+> pprQuotedList frees,
+             nest 2 (ptext SLIT("which") <+> is_are <+> ptext SLIT("free in the signature"))
+       ]
+     else
+       empty   -- Sigh.  It's really hard to give a good error message
+               -- all the time.   One bad case is an existential pattern match
+  where
+    is_are | isSingleton frees = ptext SLIT("is")
+          | otherwise         = ptext SLIT("are")
+    pp_it | sig_tv /= tv = ptext SLIT("It unifies with") <+> quotes (ppr tv) <> comma <+> ptext SLIT("which")
+         | otherwise    = ptext SLIT("It")
+
+    vcat_first :: Int -> [SDoc] -> SDoc
+    vcat_first n []     = empty
+    vcat_first 0 (x:xs) = text "...others omitted..."
+    vcat_first n (x:xs) = x $$ vcat_first (n-1) xs
+
+unify_msg tv thing = mk_msg tv <+> ptext SLIT("is unified with") <+> quotes thing
+mk_msg tv          = ptext SLIT("Quantified type variable") <+> quotes (ppr tv)
 \end{code}
 
-Errors and contexts
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+These two context are used with checkSigTyVars
+    
+\begin{code}
+sigCtxt :: Message -> [TcTyVar] -> TcThetaType -> TcTauType
+       -> TidyEnv -> NF_TcM s (TidyEnv, Message)
+sigCtxt when sig_tyvars sig_theta sig_tau tidy_env
+  = zonkTcType sig_tau         `thenNF_Tc` \ actual_tau ->
+    let
+       (env1, tidy_sig_tyvars)  = tidyTyVars tidy_env sig_tyvars
+       (env2, tidy_sig_rho)     = tidyOpenType env1 (mkRhoTy sig_theta sig_tau)
+       (env3, tidy_actual_tau)  = tidyOpenType env1 actual_tau
+       msg = vcat [ptext SLIT("Signature type:    ") <+> pprType (mkForAllTys tidy_sig_tyvars tidy_sig_rho),
+                   ptext SLIT("Type to generalise:") <+> pprType tidy_actual_tau,
+                   when
+                  ]
+    in
+    returnNF_Tc (env3, msg)
+
+sigPatCtxt bound_tvs bound_ids tidy_env
+  = returnNF_Tc (env1,
+                sep [ptext SLIT("When checking a pattern that binds"),
+                     nest 4 (vcat (zipWith ppr_id show_ids tidy_tys))])
+  where
+    show_ids = filter is_interesting bound_ids
+    is_interesting id = any (`elemVarSet` idFreeTyVars id) bound_tvs
+
+    (env1, tidy_tys) = tidyOpenTypes tidy_env (map idType show_ids)
+    ppr_id id ty     = ppr id <+> dcolon <+> ppr ty
+       -- Don't zonk the types so we get the separate, un-unified versions
+\end{code}
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{Errors and contexts}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
 \begin{code}
-naughtyCCallContextErr clas_name
-  = sep [ptext SLIT("Can't use class"), quotes (ppr clas_name), ptext SLIT("in a context")]
+tcsigCtxt v   = ptext SLIT("In a type signature for") <+> quotes (ppr v)
 
 typeCtxt ty = ptext SLIT("In the type") <+> quotes (ppr ty)
 
-thetaCtxt theta = ptext SLIT("In the context") <+> quotes (pprContext theta)
+typeKindCtxt :: RenamedHsType -> Message
+typeKindCtxt ty = sep [ptext SLIT("When checking that"),
+                      nest 2 (quotes (ppr ty)),
+                      ptext SLIT("is a type")]
+
+appKindCtxt :: SDoc -> Message
+appKindCtxt pp = ptext SLIT("When checking kinds in") <+> quotes pp
+
+classAsTyConErr name
+  = ptext SLIT("Class used as a type constructor:") <+> ppr name
+
+tyConAsClassErr name
+  = ptext SLIT("Type constructor used as a class:") <+> ppr name
+
+tyVarAsClassErr name
+  = ptext SLIT("Type variable used as a class:") <+> ppr name
+
+ambigErr pred ty
+  = sep [ptext SLIT("Ambiguous constraint") <+> quotes (pprPred pred),
+        nest 4 (ptext SLIT("for the type:") <+> ppr ty),
+        nest 4 (ptext SLIT("Each forall'd type variable mentioned by the constraint must appear after the =>"))]
+
+freeErr pred ty
+  = sep [ptext SLIT("The constraint") <+> quotes (pprPred pred) <+>
+                  ptext SLIT("does not mention any of the universally quantified type variables"),
+        nest 4 (ptext SLIT("in the type") <+> quotes (ppr ty))
+    ]
 \end{code}