[project @ 2005-03-01 21:40:40 by simonpj]
[ghc-hetmet.git] / ghc / compiler / typecheck / TcType.lhs
index e41c696..b9ff393 100644 (file)
@@ -1,4 +1,4 @@
-%
+
 % (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
 %
 \section[TcType]{Types used in the typechecker}
@@ -21,13 +21,15 @@ module TcType (
   TcTyVar, TcTyVarSet, TcKind, 
 
   --------------------------------
-  -- TyVarDetails
-  TyVarDetails(..), isUserTyVar, isSkolemTyVar, 
-  tyVarBindingInfo,
+  -- MetaDetails
+  Expected(..), TcRef, TcTyVarDetails(..),
+  MetaDetails(Flexi, Indirect), SkolemInfo(..), pprTcTyVar, pprSkolInfo,
+  isImmutableTyVar, isSkolemTyVar, isMetaTyVar, isExistentialTyVar, metaTvRef,
+  isFlexi, isIndirect, 
 
   --------------------------------
   -- Builders
-  mkPhiTy, mkSigmaTy, 
+  mkPhiTy, mkSigmaTy, hoistForAllTys,
 
   --------------------------------
   -- Splitters  
@@ -36,17 +38,16 @@ module TcType (
   tcSplitFunTy_maybe, tcSplitFunTys, tcFunArgTy, tcFunResultTy,
   tcSplitTyConApp, tcSplitTyConApp_maybe, tcTyConAppTyCon, tcTyConAppArgs,
   tcSplitAppTy_maybe, tcSplitAppTy, tcSplitAppTys, tcSplitSigmaTy,
-  tcSplitMethodTy, tcGetTyVar_maybe, tcGetTyVar,
+  tcGetTyVar_maybe, tcGetTyVar,
 
   ---------------------------------
   -- Predicates. 
   -- Again, newtypes are opaque
-  tcEqType, tcEqTypes, tcEqPred, tcCmpType, tcCmpTypes, tcCmpPred,
+  tcEqType, tcEqTypes, tcEqPred, tcCmpType, tcCmpTypes, tcCmpPred, tcEqTypeX,
   isSigmaTy, isOverloadedTy, 
   isDoubleTy, isFloatTy, isIntTy,
   isIntegerTy, isAddrTy, isBoolTy, isUnitTy,
   isTauTy, tcIsTyVarTy, tcIsForAllTy,
-  allDistinctTyVars,
 
   ---------------------------------
   -- Misc type manipulators
@@ -59,7 +60,7 @@ module TcType (
   getClassPredTys_maybe, getClassPredTys, 
   isClassPred, isTyVarClassPred, 
   mkDictTy, tcSplitPredTy_maybe, 
-  isPredTy, isDictTy, tcSplitDFunTy, predTyUnique, 
+  isPredTy, isDictTy, tcSplitDFunTy, tcSplitDFunHead, predTyUnique, 
   mkClassPred, isInheritablePred, isLinearPred, isIPPred, mkPredName, 
 
   ---------------------------------
@@ -77,11 +78,6 @@ module TcType (
   
   toDNType,            -- :: Type -> DNType
 
-  ---------------------------------
-  -- Unifier and matcher  
-  unifyTysX, unifyTyListsX, unifyExtendTysX,
-  matchTy, matchTys, match,
-
   --------------------------------
   -- Rexported from Type
   Kind,        -- Stuff to do with kinds is insensitive to pre/post Tc
@@ -95,18 +91,26 @@ module TcType (
   mkTyConApp, mkGenTyConApp, mkAppTy, mkAppTys, mkSynTy, applyTy, applyTys,
   mkTyVarTy, mkTyVarTys, mkTyConTy, mkPredTy, mkPredTys, 
 
+  -- Type substitutions
+  TvSubst(..),         -- Representation visible to a few friends
+  TvSubstEnv, emptyTvSubst,
+  mkOpenTvSubst, zipOpenTvSubst, zipTopTvSubst, mkTopTvSubst,
+  getTvSubstEnv, setTvSubstEnv, getTvInScope, extendTvInScope,
+  extendTvSubst, extendTvSubstList, isInScope,
+  substTy, substTys, substTyWith, substTheta, substTyVar, substTyVarBndr,
+
   isUnLiftedType,      -- Source types are always lifted
   isUnboxedTupleType,  -- Ditto
   isPrimitiveType, 
 
   tidyTopType, tidyType, tidyPred, tidyTypes, tidyFreeTyVars, tidyOpenType, tidyOpenTypes,
-  tidyTyVarBndr, tidyOpenTyVar, tidyOpenTyVars,
+  tidyTyVarBndr, tidyOpenTyVar, tidyOpenTyVars, tidySkolemTyVar,
   typeKind, 
 
   tyVarsOfType, tyVarsOfTypes, tyVarsOfPred, tyVarsOfTheta,
 
   pprKind, pprParendKind,
-  pprType, pprParendType,
+  pprType, pprParendType, pprTyThingCategory,
   pprPred, pprTheta, pprThetaArrow, pprClassPred
 
   ) where
@@ -118,11 +122,10 @@ import TypeRep            ( Type(..), TyNote(..), funTyCon )  -- friend
 
 import Type            (       -- Re-exports
                          tyVarsOfType, tyVarsOfTypes, tyVarsOfPred,
-                         tyVarsOfTheta, Kind, Type, PredType(..),
+                         tyVarsOfTheta, Kind, PredType(..),
                          ThetaType, unliftedTypeKind, 
                          liftedTypeKind, openTypeKind, mkArrowKind,
                          isLiftedTypeKind, isUnliftedTypeKind, 
-                         isOpenTypeKind, 
                          mkArrowKinds, mkForAllTy, mkForAllTys,
                          defaultKind, isArgTypeKind, isOpenTypeKind,
                          mkFunTy, mkFunTys, zipFunTys, 
@@ -136,32 +139,44 @@ import Type               (       -- Re-exports
                          tidyFreeTyVars, tidyOpenType, tidyOpenTypes,
                          tidyTyVarBndr, tidyOpenTyVar,
                          tidyOpenTyVars, 
-                         isSubKind, 
+                         isSubKind, deShadowTy,
+
+                         tcEqType, tcEqTypes, tcCmpType, tcCmpTypes, 
+                         tcEqPred, tcCmpPred, tcEqTypeX, 
+
+                         TvSubst(..),
+                         TvSubstEnv, emptyTvSubst,
+                         mkOpenTvSubst, zipOpenTvSubst, zipTopTvSubst, mkTopTvSubst,
+                         getTvSubstEnv, setTvSubstEnv, getTvInScope, extendTvInScope,
+                         extendTvSubst, extendTvSubstList, isInScope,
+                         substTy, substTys, substTyWith, substTheta, substTyVar, substTyVarBndr,
+
                          typeKind, repType,
                          pprKind, pprParendKind,
-                         pprType, pprParendType,
+                         pprType, pprParendType, pprTyThingCategory,
                          pprPred, pprTheta, pprThetaArrow, pprClassPred
                        )
 import TyCon           ( TyCon, isUnLiftedTyCon, tyConUnique )
+import DataCon         ( DataCon )
 import Class           ( Class )
-import Var             ( TyVar, tyVarKind, tcTyVarDetails )
+import Var             ( TyVar, Id, isTcTyVar, mkTcTyVar, tyVarName, tyVarKind, tcTyVarDetails )
 import ForeignCall     ( Safety, playSafe, DNType(..) )
-import VarEnv
 import VarSet
 
 -- others:
 import CmdLineOpts     ( DynFlags, DynFlag( Opt_GlasgowExts ), dopt )
 import Name            ( Name, NamedThing(..), mkInternalName, getSrcLoc )
 import NameSet
+import VarEnv          ( TidyEnv )
 import OccName         ( OccName, mkDictOcc )
 import PrelNames       -- Lots (e.g. in isFFIArgumentTy)
 import TysWiredIn      ( unitTyCon, charTyCon, listTyCon )
 import BasicTypes      ( IPName(..), ipNameName )
-import Unique          ( Unique, Uniquable(..) )
-import SrcLoc          ( SrcLoc )
-import Util            ( cmpList, thenCmp, equalLength, snocView )
+import SrcLoc          ( SrcLoc, SrcSpan )
+import Util            ( snocView )
 import Maybes          ( maybeToBool, expectJust )
 import Outputable
+import DATA_IOREF
 \end{code}
 
 
@@ -212,8 +227,12 @@ type TcThetaType    = ThetaType
 type TcSigmaType    = TcType
 type TcRhoType      = TcType
 type TcTauType      = TcType
-
 type TcKind         = Kind
+type TcTyVarSet     = TyVarSet
+
+type TcRef a    = IORef a
+data Expected ty = Infer (TcRef ty)    -- The hole to fill in for type inference
+                | Check ty             -- The type to check during type checking
 \end{code}
 
 
@@ -228,55 +247,145 @@ checking.  It's attached to mutable type variables only.
 It's knot-tied back to Var.lhs.  There is no reason in principle
 why Var.lhs shouldn't actually have the definition, but it "belongs" here.
 
+Note [Signature skolems]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+Consider this
+
+  x :: [a]
+  y :: b
+  (x,y,z) = ([y,z], z, head x)
+
+Here, x and y have type sigs, which go into the environment.  We used to
+instantiate their types with skolem constants, and push those types into
+the RHS, so we'd typecheck the RHS with type
+       ( [a*], b*, c )
+where a*, b* are skolem constants, and c is an ordinary meta type varible.
+
+The trouble is that the occurrences of z in the RHS force a* and b* to 
+be the *same*, so we can't make them into skolem constants that don't unify
+with each other.  Alas.
+
+On the other hand, we *must* use skolems for signature type variables, 
+becuase GADT type refinement refines skolems only.  
+
+One solution woudl be insist that in the above defn the programmer uses
+the same type variable in both type signatures.  But that takes explanation.
+
+The alternative (currently implemented) is to have a special kind of skolem
+constant, SigSkokTv, which can unify with other SigSkolTvs.  
+
+
 \begin{code}
 type TcTyVar = TyVar   -- Used only during type inference
 
-data TyVarDetails
-  = SigTv      -- Introduced when instantiating a type signature,
-               -- prior to checking that the defn of a fn does 
-               -- have the expected type.  Should not be instantiated.
-               --      f :: forall a. a -> a
-               --      f = e
-               -- When checking e, with expected type (a->a), we 
-               -- should not instantiate a
-
-   | ClsTv     -- Scoped type variable introduced by a class decl
-               --      class C a where ...
-
-   | InstTv    -- Ditto, but instance decl
-
-   | PatSigTv  -- Scoped type variable, introduced by a pattern
-               -- type signature       \ x::a -> e
-
-   | VanillaTv -- Everything else
-
-isUserTyVar :: TcTyVar -> Bool -- Avoid unifying these if possible
-isUserTyVar tv = case tcTyVarDetails tv of
-                  VanillaTv -> False
-                  other     -> True
-
-isSkolemTyVar :: TcTyVar -> Bool
-isSkolemTyVar tv = case tcTyVarDetails tv of
-                     SigTv  -> True
-                     ClsTv  -> True
-                     InstTv -> True
-                     oteher -> False
-
-tyVarBindingInfo :: TcTyVar -> SDoc    -- Used in checkSigTyVars
-tyVarBindingInfo tv
-  = sep [ptext SLIT("is bound by the") <+> details (tcTyVarDetails tv),
-        ptext SLIT("at") <+> ppr (getSrcLoc tv)]
+-- A TyVarDetails is inside a TyVar
+data TcTyVarDetails
+  = MetaTv (IORef MetaDetails)         -- A meta type variable stands for a tau-type
+  | SkolemTv SkolemInfo                        -- A skolem constant
+  | SigSkolTv Name (IORef MetaDetails) -- Ditto, but from a type signature;
+                                       --      see Note [Signature skolems]
+                                       --      The MetaDetails, if filled in, will 
+                                       --      always be another SigSkolTv
+
+data SkolemInfo
+  = SigSkol Name       -- Bound at a type signature
+  | ClsSkol Class      -- Bound at a class decl
+  | InstSkol Id                -- Bound at an instance decl
+  | PatSkol DataCon    -- An existential type variable bound by a pattern for
+           SrcSpan     -- a data constructor with an existential type. E.g.
+                       --      data T = forall a. Eq a => MkT a
+                       --      f (MkT x) = ...
+                       -- The pattern MkT x will allocate an existential type
+                       -- variable for 'a'.  
+  | ArrowSkol SrcSpan  -- An arrow form (see TcArrows)
+
+  | GenSkol [TcTyVar]  -- Bound when doing a subsumption check for 
+           TcType      --      (forall tvs. ty)
+           SrcSpan
+
+data MetaDetails
+  = Flexi          -- Flexi type variables unify to become 
+                   -- Indirects.  
+
+  | Indirect TcType  -- Type indirections, treated as wobbly 
+                     -- for the purpose of GADT unification.
+
+tidySkolemTyVar :: TidyEnv -> TcTyVar -> (TidyEnv, TcTyVar)
+-- Tidy the type inside a GenSkol, preparatory to printing it
+tidySkolemTyVar env tv
+  = ASSERT( isSkolemTyVar tv )
+    (env1, mkTcTyVar (tyVarName tv) (tyVarKind tv) info1)
+  where
+    (env1, info1) = case tcTyVarDetails tv of
+                     SkolemTv (GenSkol tvs ty loc) -> (env2, SkolemTv (GenSkol tvs1 ty1 loc))
+                           where
+                             (env1, tvs1) = tidyOpenTyVars env tvs
+                             (env2, ty1)  = tidyOpenType env1 ty
+                     info -> (env, info)
+                    
+pprTcTyVar :: TcTyVar -> SDoc
+-- Print tyvar with info about its binding
+pprTcTyVar tv
+  = quotes (ppr tv) <+> ppr_details (tcTyVarDetails tv)
   where
-    details SigTv     = ptext SLIT("type signature")
-    details ClsTv     = ptext SLIT("class declaration")
-    details InstTv    = ptext SLIT("instance declaration")
-    details PatSigTv  = ptext SLIT("pattern type signature")
-    details VanillaTv = ptext SLIT("//vanilla//")      -- Ditto
+    ppr_details (MetaTv _)      = ptext SLIT("is a meta type variable")
+    ppr_details (SigSkolTv id _) = ptext SLIT("is bound by") <+> pprSkolInfo (SigSkol id)
+    ppr_details (SkolemTv info)  = ptext SLIT("is bound by") <+> pprSkolInfo info
+pprSkolInfo :: SkolemInfo -> SDoc
+pprSkolInfo (SigSkol id)     = ptext SLIT("the type signature for") <+> quotes (ppr id)
+pprSkolInfo (ClsSkol cls)    = ptext SLIT("the class declaration for") <+> quotes (ppr cls)
+pprSkolInfo (InstSkol df)    = ptext SLIT("the instance declaration at") <+> ppr (getSrcLoc df)
+pprSkolInfo (ArrowSkol loc)  = ptext SLIT("the arrow form at") <+> ppr loc
+pprSkolInfo (PatSkol dc loc) = sep [ptext SLIT("the pattern for") <+> quotes (ppr dc),
+                                   nest 2 (ptext SLIT("at") <+> ppr loc)]
+pprSkolInfo (GenSkol tvs ty loc) = sep [ptext SLIT("the polymorphic type") 
+                                       <+> quotes (ppr (mkForAllTys tvs ty)),
+                                       nest 2 (ptext SLIT("at") <+> ppr loc)]
+
+instance Outputable MetaDetails where
+  ppr Flexi        = ptext SLIT("Flexi")
+  ppr (Indirect ty) = ptext SLIT("Indirect") <+> ppr ty
+
+isImmutableTyVar, isSkolemTyVar, isExistentialTyVar, isMetaTyVar :: TyVar -> Bool
+isImmutableTyVar tv
+  | isTcTyVar tv = isSkolemTyVar tv
+  | otherwise    = True
+
+isSkolemTyVar tv 
+  = ASSERT( isTcTyVar tv )
+    case tcTyVarDetails tv of
+       SkolemTv _    -> True
+       SigSkolTv _ _ -> True
+       MetaTv _      -> False
+
+isExistentialTyVar tv  -- Existential type variable, bound by a pattern
+  = ASSERT( isTcTyVar tv )
+    case tcTyVarDetails tv of
+       SkolemTv (PatSkol _ _) -> True
+       other                  -> False
+
+isMetaTyVar tv 
+  = ASSERT( isTcTyVar tv )
+    case tcTyVarDetails tv of
+       MetaTv _   -> True
+       other      -> False
+
+metaTvRef :: TyVar -> IORef MetaDetails
+metaTvRef tv 
+  = ASSERT( isTcTyVar tv )
+    case tcTyVarDetails tv of
+       MetaTv ref -> ref
+       other      -> pprPanic "metaTvRef" (ppr tv)
+
+isFlexi, isIndirect :: MetaDetails -> Bool
+isFlexi Flexi = True
+isFlexi other = False
+
+isIndirect (Indirect _) = True
+isIndirect other        = False
 \end{code}
 
-\begin{code}
-type TcTyVarSet = TyVarSet
-\end{code}
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
@@ -297,7 +406,6 @@ mkPhiTy theta ty = foldr (\p r -> FunTy (mkPredTy p) r) ty theta
 isTauTy :: Type -> Bool
 isTauTy (TyVarTy v)     = True
 isTauTy (TyConApp _ tys) = all isTauTy tys
-isTauTy (NewTcApp _ tys) = all isTauTy tys
 isTauTy (AppTy a b)     = isTauTy a && isTauTy b
 isTauTy (FunTy a b)     = isTauTy a && isTauTy b
 isTauTy (PredTy p)      = True         -- Don't look through source types
@@ -310,7 +418,6 @@ getDFunTyKey :: Type -> OccName     -- Get some string from a type, to be used to
                                -- construct a dictionary function name
 getDFunTyKey (TyVarTy tv)    = getOccName tv
 getDFunTyKey (TyConApp tc _) = getOccName tc
-getDFunTyKey (NewTcApp tc _) = getOccName tc
 getDFunTyKey (AppTy fun _)   = getDFunTyKey fun
 getDFunTyKey (NoteTy _ t)    = getDFunTyKey t
 getDFunTyKey (FunTy arg _)   = getOccName funTyCon
@@ -372,7 +479,6 @@ tcSplitTyConApp ty = case tcSplitTyConApp_maybe ty of
 
 tcSplitTyConApp_maybe :: Type -> Maybe (TyCon, [Type])
 tcSplitTyConApp_maybe (TyConApp tc tys) = Just (tc, tys)
-tcSplitTyConApp_maybe (NewTcApp tc tys) = Just (tc, tys)
 tcSplitTyConApp_maybe (FunTy arg res)   = Just (funTyCon, [arg,res])
 tcSplitTyConApp_maybe (NoteTy n ty)     = tcSplitTyConApp_maybe ty
        -- Newtypes are opaque, so they may be split
@@ -403,9 +509,6 @@ tcSplitAppTy_maybe (NoteTy n ty)     = tcSplitAppTy_maybe ty
 tcSplitAppTy_maybe (TyConApp tc tys) = case snocView tys of
                                        Just (tys', ty') -> Just (TyConApp tc tys', ty')
                                        Nothing          -> Nothing
-tcSplitAppTy_maybe (NewTcApp tc tys) = case snocView tys of
-                                       Just (tys', ty') -> Just (NewTcApp tc tys', ty')
-                                       Nothing          -> Nothing
 tcSplitAppTy_maybe other            = Nothing
 
 tcSplitAppTy ty = case tcSplitAppTy_maybe ty of
@@ -430,57 +533,20 @@ tcGetTyVar msg ty = expectJust msg (tcGetTyVar_maybe ty)
 
 tcIsTyVarTy :: Type -> Bool
 tcIsTyVarTy ty = maybeToBool (tcGetTyVar_maybe ty)
-\end{code}
-
-The type of a method for class C is always of the form:
-       Forall a1..an. C a1..an => sig_ty
-where sig_ty is the type given by the method's signature, and thus in general
-is a ForallTy.  At the point that splitMethodTy is called, it is expected
-that the outer Forall has already been stripped off.  splitMethodTy then
-returns (C a1..an, sig_ty') where sig_ty' is sig_ty with any Notes stripped off.
-
-\begin{code}
-tcSplitMethodTy :: Type -> (PredType, Type)
-tcSplitMethodTy ty = split ty
- where
-  split (FunTy arg res) = case tcSplitPredTy_maybe arg of
-                           Just p  -> (p, res)
-                           Nothing -> panic "splitMethodTy"
-  split (NoteTy n ty)  = split ty
-  split _               = panic "splitMethodTy"
 
 tcSplitDFunTy :: Type -> ([TyVar], [PredType], Class, [Type])
 -- Split the type of a dictionary function
 tcSplitDFunTy ty 
-  = case tcSplitSigmaTy ty       of { (tvs, theta, tau) ->
-    case tcSplitPredTy_maybe tau of { Just (ClassP clas tys) -> 
+  = case tcSplitSigmaTy ty   of { (tvs, theta, tau) ->
+    case tcSplitDFunHead tau of { (clas, tys) -> 
     (tvs, theta, clas, tys) }}
-\end{code}
-
-(allDistinctTyVars tys tvs) = True 
-       iff 
-all the types tys are type variables, 
-distinct from each other and from tvs.
 
-This is useful when checking that unification hasn't unified signature
-type variables.  For example, if the type sig is
-       f :: forall a b. a -> b -> b
-we want to check that 'a' and 'b' havn't 
-       (a) been unified with a non-tyvar type
-       (b) been unified with each other (all distinct)
-       (c) been unified with a variable free in the environment
-
-\begin{code}
-allDistinctTyVars :: [Type] -> TyVarSet -> Bool
+tcSplitDFunHead :: Type -> (Class, [Type])
+tcSplitDFunHead tau  
+  = case tcSplitPredTy_maybe tau of 
+       Just (ClassP clas tys) -> (clas, tys)
+\end{code}
 
-allDistinctTyVars []       acc
-  = True
-allDistinctTyVars (ty:tys) acc 
-  = case tcGetTyVar_maybe ty of
-       Nothing                       -> False  -- (a)
-       Just tv | tv `elemVarSet` acc -> False  -- (b) or (c)
-               | otherwise           -> allDistinctTyVars tys (acc `extendVarSet` tv)
-\end{code}    
 
 
 %************************************************************************
@@ -493,7 +559,7 @@ allDistinctTyVars (ty:tys) acc
 tcSplitPredTy_maybe :: Type -> Maybe PredType
    -- Returns Just for predicates only
 tcSplitPredTy_maybe (NoteTy _ ty) = tcSplitPredTy_maybe ty
-tcSplitPredTy_maybe (PredTy p)  = Just p
+tcSplitPredTy_maybe (PredTy p)    = Just p
 tcSplitPredTy_maybe other        = Nothing
        
 predTyUnique :: PredType -> Unique
@@ -561,102 +627,6 @@ isLinearPred other                   = False
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
-\subsection{Comparison}
-%*                                                                     *
-%************************************************************************
-
-Comparison, taking note of newtypes, predicates, etc,
-
-\begin{code}
-tcEqType :: Type -> Type -> Bool
-tcEqType ty1 ty2 = case ty1 `tcCmpType` ty2 of { EQ -> True; other -> False }
-
-tcEqTypes :: [Type] -> [Type] -> Bool
-tcEqTypes ty1 ty2 = case ty1 `tcCmpTypes` ty2 of { EQ -> True; other -> False }
-
-tcEqPred :: PredType -> PredType -> Bool
-tcEqPred p1 p2 = case p1 `tcCmpPred` p2 of { EQ -> True; other -> False }
-
--------------
-tcCmpType :: Type -> Type -> Ordering
-tcCmpType ty1 ty2 = cmpTy emptyVarEnv ty1 ty2
-
-tcCmpTypes tys1 tys2 = cmpTys emptyVarEnv tys1 tys2
-
-tcCmpPred p1 p2 = cmpPredTy emptyVarEnv p1 p2
--------------
-cmpTys env tys1 tys2 = cmpList (cmpTy env) tys1 tys2
-
--------------
-cmpTy :: TyVarEnv TyVar -> Type -> Type -> Ordering
-  -- The "env" maps type variables in ty1 to type variables in ty2
-  -- So when comparing for-alls.. (forall tv1 . t1) (forall tv2 . t2)
-  -- we in effect substitute tv2 for tv1 in t1 before continuing
-
-    -- Look through NoteTy
-cmpTy env (NoteTy _ ty1) ty2 = cmpTy env ty1 ty2
-cmpTy env ty1 (NoteTy _ ty2) = cmpTy env ty1 ty2
-
-    -- Deal with equal constructors
-cmpTy env (TyVarTy tv1) (TyVarTy tv2) = case lookupVarEnv env tv1 of
-                                         Just tv1a -> tv1a `compare` tv2
-                                         Nothing   -> tv1  `compare` tv2
-
-cmpTy env (PredTy p1) (PredTy p2) = cmpPredTy env p1 p2
-cmpTy env (AppTy f1 a1) (AppTy f2 a2) = cmpTy env f1 f2 `thenCmp` cmpTy env a1 a2
-cmpTy env (FunTy f1 a1) (FunTy f2 a2) = cmpTy env f1 f2 `thenCmp` cmpTy env a1 a2
-cmpTy env (TyConApp tc1 tys1) (TyConApp tc2 tys2) = (tc1 `compare` tc2) `thenCmp` (cmpTys env tys1 tys2)
-cmpTy env (NewTcApp tc1 tys1) (NewTcApp tc2 tys2) = (tc1 `compare` tc2) `thenCmp` (cmpTys env tys1 tys2)
-cmpTy env (ForAllTy tv1 t1)   (ForAllTy tv2 t2)   = cmpTy (extendVarEnv env tv1 tv2) t1 t2
-    
-    -- Deal with the rest: TyVarTy < AppTy < FunTy < TyConApp < NewTcApp < ForAllTy < PredTy
-cmpTy env (AppTy _ _) (TyVarTy _) = GT
-    
-cmpTy env (FunTy _ _) (TyVarTy _) = GT
-cmpTy env (FunTy _ _) (AppTy _ _) = GT
-    
-cmpTy env (TyConApp _ _) (TyVarTy _) = GT
-cmpTy env (TyConApp _ _) (AppTy _ _) = GT
-cmpTy env (TyConApp _ _) (FunTy _ _) = GT
-    
-cmpTy env (NewTcApp _ _) (TyVarTy _)   = GT
-cmpTy env (NewTcApp _ _) (AppTy _ _)   = GT
-cmpTy env (NewTcApp _ _) (FunTy _ _)   = GT
-cmpTy env (NewTcApp _ _) (TyConApp _ _) = GT
-    
-cmpTy env (ForAllTy _ _) (TyVarTy _)    = GT
-cmpTy env (ForAllTy _ _) (AppTy _ _)    = GT
-cmpTy env (ForAllTy _ _) (FunTy _ _)    = GT
-cmpTy env (ForAllTy _ _) (TyConApp _ _) = GT
-cmpTy env (ForAllTy _ _) (NewTcApp _ _) = GT
-
-cmpTy env (PredTy _)   t2              = GT
-
-cmpTy env _ _ = LT
-\end{code}
-
-\begin{code}
-cmpPredTy :: TyVarEnv TyVar -> PredType -> PredType -> Ordering
-cmpPredTy env (IParam n1 ty1) (IParam n2 ty2) = (n1 `compare` n2) `thenCmp` (cmpTy env ty1 ty2)
-       -- Compare types as well as names for implicit parameters
-       -- This comparison is used exclusively (I think) for the
-       -- finite map built in TcSimplify
-cmpPredTy env (IParam _ _)     (ClassP _ _)      = LT
-cmpPredTy env (ClassP _ _)     (IParam _ _)     = GT
-cmpPredTy env (ClassP c1 tys1) (ClassP c2 tys2) = (c1 `compare` c2) `thenCmp` (cmpTys env tys1 tys2)
-\end{code}
-
-PredTypes are used as a FM key in TcSimplify, 
-so we take the easy path and make them an instance of Ord
-
-\begin{code}
-instance Eq  PredType where { (==)    = tcEqPred }
-instance Ord PredType where { compare = tcCmpPred }
-\end{code}
-
-
-%************************************************************************
-%*                                                                     *
 \subsection{Predicates}
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
@@ -702,6 +672,79 @@ is_tc uniq ty = case tcSplitTyConApp_maybe ty of
 \end{code}
 
 
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+               Hoisting for-alls
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+hoistForAllTys is used for user-written type signatures only
+We want to 'look through' type synonyms when doing this
+so it's better done on the Type than the HsType
+
+It moves all the foralls and constraints to the top
+e.g.   T -> forall a. a        ==>   forall a. T -> a
+       T -> (?x::Int) -> Int   ==>   (?x::Int) -> T -> Int
+
+Also: it eliminates duplicate constraints.  These can show up
+when hoisting constraints, notably implicit parameters.
+
+It tries hard to retain type synonyms if hoisting does not break one
+up.  Not only does this improve error messages, but there's a tricky
+interaction with Haskell 98.  H98 requires no unsaturated type
+synonyms, which is checked by checkValidType.  This runs after
+hoisting, so we don't want hoisting to remove the SynNotes!  (We can't
+run validity checking before hoisting because in mutually-recursive
+type definitions we postpone validity checking until after the knot is
+tied.)
+
+\begin{code}
+hoistForAllTys :: Type -> Type
+hoistForAllTys ty
+  = go (deShadowTy ty)
+       -- Running over ty with an empty substitution gives it the
+       -- no-shadowing property.  This is important.  For example:
+       --      type Foo r = forall a. a -> r
+       --      foo :: Foo (Foo ())
+       -- Here the hoisting should give
+       --      foo :: forall a a1. a -> a1 -> ()
+       --
+       -- What about type vars that are lexically in scope in the envt?
+       -- We simply rely on them having a different unique to any
+       -- binder in 'ty'.  Otherwise we'd have to slurp the in-scope-tyvars
+       -- out of the envt, which is boring and (I think) not necessary.
+
+  where
+    go (TyVarTy tv)               = TyVarTy tv
+    go (TyConApp tc tys)          = TyConApp tc (map go tys)
+    go (PredTy pred)              = PredTy pred    -- No nested foralls 
+    go (NoteTy (SynNote ty1) ty2)  = NoteTy (SynNote (go ty1)) (go ty2)
+    go (NoteTy (FTVNote _) ty2)    = go ty2        -- Discard the free tyvar note
+    go (FunTy arg res)            = mk_fun_ty (go arg) (go res)
+    go (AppTy fun arg)            = AppTy (go fun) (go arg)
+    go (ForAllTy tv ty)                   = ForAllTy tv (go ty)
+
+       -- mk_fun_ty does all the work.  
+       -- It's building t1 -> t2: 
+       --      if t2 is a for-all type, push t1 inside it
+       --      if t2 is (pred -> t3), check for duplicates
+    mk_fun_ty ty1 ty2
+       | not (isSigmaTy ty2)           -- No forall's, or context => 
+       = FunTy ty1 ty2         
+       | PredTy p1 <- ty1              -- ty1 is a predicate
+       = if p1 `elem` theta then       -- so check for duplicates
+               ty2
+         else
+               mkSigmaTy tvs (p1:theta) tau
+       | otherwise     
+       = mkSigmaTy tvs theta (FunTy ty1 tau)
+       where
+         (tvs, theta, tau) = tcSplitSigmaTy ty2
+\end{code}
+
+
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
 \subsection{Misc}
@@ -713,7 +756,6 @@ deNoteType :: Type -> Type
        -- Remove synonyms, but not predicate types
 deNoteType ty@(TyVarTy tyvar)  = ty
 deNoteType (TyConApp tycon tys) = TyConApp tycon (map deNoteType tys)
-deNoteType (NewTcApp tycon tys) = NewTcApp tycon (map deNoteType tys)
 deNoteType (PredTy p)          = PredTy (deNotePredType p)
 deNoteType (NoteTy _ ty)       = deNoteType ty
 deNoteType (AppTy fun arg)     = AppTy (deNoteType fun) (deNoteType arg)
@@ -732,7 +774,6 @@ end of the compiler.
 tyClsNamesOfType :: Type -> NameSet
 tyClsNamesOfType (TyVarTy tv)              = emptyNameSet
 tyClsNamesOfType (TyConApp tycon tys)      = unitNameSet (getName tycon) `unionNameSets` tyClsNamesOfTypes tys
-tyClsNamesOfType (NewTcApp tycon tys)      = unitNameSet (getName tycon) `unionNameSets` tyClsNamesOfTypes tys
 tyClsNamesOfType (NoteTy (SynNote ty1) ty2) = tyClsNamesOfType ty1
 tyClsNamesOfType (NoteTy other_note    ty2) = tyClsNamesOfType ty2
 tyClsNamesOfType (PredTy (IParam n ty))   = tyClsNamesOfType ty
@@ -944,251 +985,3 @@ isByteArrayLikeTyCon tc =
 \end{code}
 
 
-%************************************************************************
-%*                                                                     *
-\subsection{Unification with an explicit substitution}
-%*                                                                     *
-%************************************************************************
-
-Unify types with an explicit substitution and no monad.
-Ignore usage annotations.
-
-\begin{code}
-type MySubst
-   = (TyVarSet,                -- Set of template tyvars
-      TyVarSubstEnv)   -- Not necessarily idempotent
-
-unifyTysX :: TyVarSet          -- Template tyvars
-         -> Type
-          -> Type
-          -> Maybe TyVarSubstEnv
-unifyTysX tmpl_tyvars ty1 ty2
-  = uTysX ty1 ty2 (\(_,s) -> Just s) (tmpl_tyvars, emptySubstEnv)
-
-unifyExtendTysX :: TyVarSet            -- Template tyvars
-               -> TyVarSubstEnv        -- Substitution to start with
-               -> Type
-               -> Type
-               -> Maybe TyVarSubstEnv  -- Extended substitution
-unifyExtendTysX tmpl_tyvars subst ty1 ty2
-  = uTysX ty1 ty2 (\(_,s) -> Just s) (tmpl_tyvars, subst)
-
-unifyTyListsX :: TyVarSet -> [Type] -> [Type]
-              -> Maybe TyVarSubstEnv
-unifyTyListsX tmpl_tyvars tys1 tys2
-  = uTyListsX tys1 tys2 (\(_,s) -> Just s) (tmpl_tyvars, emptySubstEnv)
-
-
-uTysX :: Type
-      -> Type
-      -> (MySubst -> Maybe result)
-      -> MySubst
-      -> Maybe result
-
-uTysX (NoteTy _ ty1) ty2 k subst = uTysX ty1 ty2 k subst
-uTysX ty1 (NoteTy _ ty2) k subst = uTysX ty1 ty2 k subst
-
-       -- Variables; go for uVar
-uTysX (TyVarTy tyvar1) (TyVarTy tyvar2) k subst 
-  | tyvar1 == tyvar2
-  = k subst
-uTysX (TyVarTy tyvar1) ty2 k subst@(tmpls,_)
-  | tyvar1 `elemVarSet` tmpls
-  = uVarX tyvar1 ty2 k subst
-uTysX ty1 (TyVarTy tyvar2) k subst@(tmpls,_)
-  | tyvar2 `elemVarSet` tmpls
-  = uVarX tyvar2 ty1 k subst
-
-       -- Predicates
-uTysX (PredTy (IParam n1 t1)) (PredTy (IParam n2 t2)) k subst
-  | n1 == n2 = uTysX t1 t2 k subst
-uTysX (PredTy (ClassP c1 tys1)) (PredTy (ClassP c2 tys2)) k subst
-  | c1 == c2 = uTyListsX tys1 tys2 k subst
-
-       -- Functions; just check the two parts
-uTysX (FunTy fun1 arg1) (FunTy fun2 arg2) k subst
-  = uTysX fun1 fun2 (uTysX arg1 arg2 k) subst
-
-       -- Type constructors must match
-uTysX (NewTcApp tc1 tys1) (NewTcApp tc2 tys2) k subst
-  | tc1 == tc2 = uTyListsX tys1 tys2 k subst
-uTysX (TyConApp con1 tys1) (TyConApp con2 tys2) k subst
-  | (con1 == con2 && equalLength tys1 tys2)
-  = uTyListsX tys1 tys2 k subst
-
-       -- Applications need a bit of care!
-       -- They can match FunTy and TyConApp, so use splitAppTy_maybe
-       -- NB: we've already dealt with type variables and Notes,
-       -- so if one type is an App the other one jolly well better be too
-uTysX (AppTy s1 t1) ty2 k subst
-  = case tcSplitAppTy_maybe ty2 of
-      Just (s2, t2) -> uTysX s1 s2 (uTysX t1 t2 k) subst
-      Nothing       -> Nothing    -- Fail
-
-uTysX ty1 (AppTy s2 t2) k subst
-  = case tcSplitAppTy_maybe ty1 of
-      Just (s1, t1) -> uTysX s1 s2 (uTysX t1 t2 k) subst
-      Nothing       -> Nothing    -- Fail
-
-       -- Not expecting for-alls in unification
-#ifdef DEBUG
-uTysX (ForAllTy _ _) ty2 k subst = panic "Unify.uTysX subst:ForAllTy (1st arg)"
-uTysX ty1 (ForAllTy _ _) k subst = panic "Unify.uTysX subst:ForAllTy (2nd arg)"
-#endif
-
-       -- Anything else fails
-uTysX ty1 ty2 k subst = Nothing
-
-
-uTyListsX []         []         k subst = k subst
-uTyListsX (ty1:tys1) (ty2:tys2) k subst = uTysX ty1 ty2 (uTyListsX tys1 tys2 k) subst
-uTyListsX tys1      tys2       k subst = Nothing   -- Fail if the lists are different lengths
-\end{code}
-
-\begin{code}
--- Invariant: tv1 is a unifiable variable
-uVarX tv1 ty2 k subst@(tmpls, env)
-  = case lookupSubstEnv env tv1 of
-      Just (DoneTy ty1) ->    -- Already bound
-                    uTysX ty1 ty2 k subst
-
-      Nothing       -- Not already bound
-              |  typeKind ty2 == tyVarKind tv1
-              && occur_check_ok ty2
-              ->     -- No kind mismatch nor occur check
-                  k (tmpls, extendSubstEnv env tv1 (DoneTy ty2))
-
-              | otherwise -> Nothing   -- Fail if kind mis-match or occur check
-  where
-    occur_check_ok ty = all occur_check_ok_tv (varSetElems (tyVarsOfType ty))
-    occur_check_ok_tv tv | tv1 == tv = False
-                        | otherwise = case lookupSubstEnv env tv of
-                                        Nothing           -> True
-                                        Just (DoneTy ty)  -> occur_check_ok ty
-\end{code}
-
-
-
-%************************************************************************
-%*                                                                     *
-\subsection{Matching on types}
-%*                                                                     *
-%************************************************************************
-
-Matching is a {\em unidirectional} process, matching a type against a
-template (which is just a type with type variables in it).  The
-matcher assumes that there are no repeated type variables in the
-template, so that it simply returns a mapping of type variables to
-types.  It also fails on nested foralls.
-
-@matchTys@ matches corresponding elements of a list of templates and
-types.  It and @matchTy@ both ignore usage annotations, unlike the
-main function @match@.
-
-\begin{code}
-matchTy :: TyVarSet                    -- Template tyvars
-       -> Type                         -- Template
-       -> Type                         -- Proposed instance of template
-       -> Maybe TyVarSubstEnv          -- Matching substitution
-                                       
-
-matchTys :: TyVarSet                   -- Template tyvars
-        -> [Type]                      -- Templates
-        -> [Type]                      -- Proposed instance of template
-        -> Maybe (TyVarSubstEnv,               -- Matching substitution
-                  [Type])              -- Left over instance types
-
-matchTy tmpls ty1 ty2 = match ty1 ty2 tmpls (\ senv -> Just senv) emptySubstEnv
-
-matchTys tmpls tys1 tys2 = match_list tys1 tys2 tmpls 
-                                     (\ (senv,tys) -> Just (senv,tys))
-                                     emptySubstEnv
-\end{code}
-
-@match@ is the main function.  It takes a flag indicating whether
-usage annotations are to be respected.
-
-\begin{code}
-match :: Type -> Type                          -- Current match pair
-      -> TyVarSet                              -- Template vars
-      -> (TyVarSubstEnv -> Maybe result)       -- Continuation
-      -> TyVarSubstEnv                         -- Current subst
-      -> Maybe result
-
--- When matching against a type variable, see if the variable
--- has already been bound.  If so, check that what it's bound to
--- is the same as ty; if not, bind it and carry on.
-
-match (TyVarTy v) ty tmpls k senv
-  | v `elemVarSet` tmpls
-  =     -- v is a template variable
-    case lookupSubstEnv senv v of
-       Nothing | typeKind ty `isSubKind` tyVarKind v   
-                       -- We do a kind check, just as in the uVarX above
-                       -- The kind check is needed to avoid bogus matches
-                       -- of (a b) with (c d), where the kinds don't match
-                       -- An occur check isn't needed when matching.
-               -> k (extendSubstEnv senv v (DoneTy ty))
-
-               | otherwise  -> Nothing -- Fails
-
-       Just (DoneTy ty')  | ty' `tcEqType` ty   -> k senv   -- Succeeds
-                          | otherwise           -> Nothing  -- Fails
-
-  | otherwise
-  =     -- v is not a template variable; ty had better match
-        -- Can't use (==) because types differ
-    case tcGetTyVar_maybe ty of
-        Just v' | v == v' -> k senv    -- Success
-        other            -> Nothing   -- Failure
-    -- This tcGetTyVar_maybe is *required* because it must strip Notes.
-    -- I guess the reason the Note-stripping case is *last* rather than first
-    -- is to preserve type synonyms etc., so I'm not moving it to the
-    -- top; but this means that (without the deNotetype) a type
-    -- variable may not match the pattern (TyVarTy v') as one would
-    -- expect, due to an intervening Note.  KSW 2000-06.
-
-       -- Predicates
-match (PredTy (IParam n1 t1)) (PredTy (IParam n2 t2)) tmpls k senv
-  | n1 == n2 = match t1 t2 tmpls k senv
-match (PredTy (ClassP c1 tys1)) (PredTy (ClassP c2 tys2)) tmpls k senv
-  | c1 == c2 = match_list_exactly tys1 tys2 tmpls k senv
-
-       -- Functions; just check the two parts
-match (FunTy arg1 res1) (FunTy arg2 res2) tmpls k senv
-  = match arg1 arg2 tmpls (match res1 res2 tmpls k) senv
-
-       -- If the template is an application, try to make the 
-       -- thing we are matching look like an application
-match (AppTy fun1 arg1) ty2 tmpls k senv 
-  = case tcSplitAppTy_maybe ty2 of
-       Just (fun2,arg2) -> match fun1 fun2 tmpls (match arg1 arg2 tmpls k) senv
-       Nothing          -> Nothing     -- Fail
-
-       -- Newtypes are opaque; predicate types should not happen
-match (NewTcApp tc1 tys1) (NewTcApp tc2 tys2) tmpls k senv
-  | tc1 == tc2 = match_list_exactly tys1 tys2 tmpls k senv
-match (TyConApp tc1 tys1) (TyConApp tc2 tys2) tmpls k senv
-  | tc1 == tc2 = match_list_exactly tys1 tys2 tmpls k senv
-
-       -- With type synonyms, we have to be careful for the exact
-       -- same reasons as in the unifier.  Please see the
-       -- considerable commentary there before changing anything
-       -- here! (WDP 95/05)
-match (NoteTy n1 ty1) ty2      tmpls k senv = match ty1 ty2 tmpls k senv
-match ty1      (NoteTy n2 ty2) tmpls k senv = match ty1 ty2 tmpls k senv
-
--- Catch-all fails
-match _ _ _ _ _ = Nothing
-
-match_list_exactly tys1 tys2 tmpls k senv
-  = match_list tys1 tys2 tmpls k' senv
-  where
-    k' (senv', tys2') | null tys2' = k senv'   -- Succeed
-                     | otherwise  = Nothing    -- Fail 
-
-match_list []         tys2       tmpls k senv = k (senv, tys2)
-match_list (ty1:tys1) []         tmpls k senv = Nothing        -- Not enough arg tys => failure
-match_list (ty1:tys1) (ty2:tys2) tmpls k senv
-  = match ty1 ty2 tmpls (match_list tys1 tys2 tmpls k) senv
-\end{code}