replace several 'fromJust's with 'expectJust's
[ghc-hetmet.git] / ghc / compiler / typecheck / TcUnify.lhs
index 56ae764..23cc9e2 100644 (file)
 \begin{code}
 module TcUnify (
        -- Full-blown subsumption
-  tcSub, tcGen, subFunTy,
-  checkSigTyVars, sigCtxt, sigPatCtxt,
+  tcSubExp, tcFunResTy, tcGen, 
+  checkSigTyVars, checkSigTyVarsWrt, bleatEscapedTvs, sigCtxt, 
 
        -- Various unifications
-  unifyTauTy, unifyTauTyList, unifyTauTyLists, 
-  unifyFunTy, unifyListTy, unifyPArrTy, unifyTupleTy,
-  unifyKind, unifyKinds, unifyOpenTypeKind,
-
-       -- Coercions
-  Coercion, ExprCoFn, PatCoFn, 
-  (<$>), (<.>), mkCoercion, 
-  idCoercion, isIdCoercion
-
+  unifyType, unifyTypeList, unifyTheta,
+  unifyKind, unifyKinds, unifyFunKind, 
+  checkExpectedKind, 
+  boxySubMatchType, boxyMatchTypes,
+
+  --------------------------------
+  -- Holes
+  tcInfer, subFunTys, unBox, stripBoxyType, withBox, 
+  boxyUnify, boxyUnifyList, zapToMonotype,
+  boxySplitListTy, boxySplitTyConApp, boxySplitAppTy,
+  wrapFunResCoercion
   ) where
 
 #include "HsVersions.h"
 
+import HsSyn           ( ExprCoFn(..), idCoercion, isIdCoercion, (<.>) )
+import TypeRep         ( Type(..), PredType(..) )
 
-import HsSyn           ( HsExpr(..) )
-import TcHsSyn         ( TypecheckedHsExpr, TcPat, 
-                         mkHsDictApp, mkHsTyApp, mkHsLet )
-import TypeRep         ( Type(..), SourceType(..),
-                         openKindCon, typeCon )
-
-import TcMonad          -- TcType, amongst others
-import TcType          ( TcKind, TcType, TcSigmaType, TcPhiType, TcTyVar, TcTauType,
-                         TcTyVarSet, TcThetaType,
-                         isTauTy, isSigmaTy, 
-                         tcSplitAppTy_maybe, tcSplitTyConApp_maybe, 
-                         tcGetTyVar_maybe, tcGetTyVar, 
-                         mkTyConApp, mkTyVarTys, mkFunTy, tyVarsOfType, mkRhoTy,
-                         typeKind, tcSplitFunTy_maybe, mkForAllTys,
-                         isHoleTyVar, isSkolemTyVar, isUserTyVar, allDistinctTyVars, 
-                         tidyOpenType, tidyOpenTypes, tidyOpenTyVar, tidyOpenTyVars,
-                         eqKind, openTypeKind, liftedTypeKind, unliftedTypeKind, isTypeKind,
-                         hasMoreBoxityInfo, tyVarBindingInfo
-                       )
-import qualified Type  ( getTyVar_maybe )
-import Inst            ( LIE, emptyLIE, plusLIE, mkLIE, 
-                         newDicts, instToId
-                       )
-import TcMType         ( getTcTyVar, putTcTyVar, tcInstType, 
-                         newTyVarTy, newTyVarTys, newBoxityVar, newHoleTyVarTy,
-                         zonkTcType, zonkTcTyVars, zonkTcTyVar )
+import TcMType         ( lookupTcTyVar, LookupTyVarResult(..),
+                          tcInstSkolType, newKindVar, newMetaTyVar,
+                         tcInstBoxy, newBoxyTyVar, newBoxyTyVarTys, readFilledBox, 
+                         readMetaTyVar, writeMetaTyVar, newFlexiTyVarTy,
+                         tcInstSkolTyVars, 
+                         zonkTcKind, zonkType, zonkTcType,  zonkTcTyVarsAndFV, 
+                         readKindVar, writeKindVar )
 import TcSimplify      ( tcSimplifyCheck )
-import TysWiredIn      ( listTyCon, parrTyCon, mkListTy, mkPArrTy, mkTupleTy )
-import TcEnv           ( TcTyThing(..), tcExtendGlobalTyVars, tcGetGlobalTyVars, tcLEnvElts )
-import TyCon           ( tyConArity, isTupleTyCon, tupleTyConBoxity )
-import PprType         ( pprType )
-import CoreFVs         ( idFreeTyVars )
-import Id              ( mkSysLocal, idType )
-import Var             ( Var, varName, tyVarKind )
-import VarSet          ( elemVarSet, varSetElems )
+import TcEnv           ( tcGetGlobalTyVars, findGlobals )
+import TcIface         ( checkWiredInTyCon )
+import TcRnMonad         -- TcType, amongst others
+import TcType          ( TcKind, TcType, TcTyVar, TcTauType,
+                         BoxySigmaType, BoxyRhoType, BoxyType, 
+                         TcTyVarSet, TcThetaType, TcTyVarDetails(..), BoxInfo(..), 
+                         SkolemInfo( GenSkol, UnkSkol ), MetaDetails(..), isImmutableTyVar,
+                         pprSkolTvBinding, isTauTy, isTauTyCon, isSigmaTy, 
+                         mkFunTy, mkFunTys, mkTyConApp, isMetaTyVar,
+                         tcSplitForAllTys, tcSplitAppTy_maybe, tcSplitFunTys, mkTyVarTys,
+                         tyVarsOfType, mkPhiTy, mkTyVarTy, mkPredTy, 
+                         typeKind, mkForAllTys, mkAppTy, isBoxyTyVar,
+                         tidyOpenType, tidyOpenTyVar, tidyOpenTyVars,
+                         pprType, tidyKind, tidySkolemTyVar, isSkolemTyVar, tcView, 
+                         TvSubst, mkTvSubst, zipTyEnv, substTy, emptyTvSubst, 
+                         lookupTyVar, extendTvSubst )
+import Kind            ( Kind(..), SimpleKind, KindVar, isArgTypeKind,
+                         openTypeKind, liftedTypeKind, mkArrowKind, defaultKind,
+                         isOpenTypeKind, argTypeKind, isLiftedTypeKind, isUnliftedTypeKind,
+                         isSubKind, pprKind, splitKindFunTys )
+import TysPrim         ( alphaTy, betaTy )
+import Inst            ( newDicts, instToId )
+import TyCon           ( TyCon, tyConArity, tyConTyVars, isSynTyCon )
+import TysWiredIn      ( listTyCon )
+import Id              ( Id, mkSysLocal )
+import Var             ( Var, varName, tyVarKind, isTcTyVar, tcTyVarDetails )
+import VarSet          ( emptyVarSet, mkVarSet, unitVarSet, unionVarSet, elemVarSet, varSetElems,
+                         extendVarSet, intersectsVarSet )
 import VarEnv
-import Name            ( isSystemName, getSrcLoc )
+import Name            ( Name, isSystemName )
 import ErrUtils                ( Message )
-import BasicTypes      ( Boxity, Arity, isBoxed )
-import Util            ( isSingleton, equalLength )
-import Maybe           ( isNothing )
+import Maybes          ( expectJust, isNothing )
+import BasicTypes      ( Arity )
+import UniqSupply      ( uniqsFromSupply )
+import Util            ( notNull, equalLength )
 import Outputable
+
+-- Assertion imports
+#ifdef DEBUG
+import TcType          ( isBoxyTy, isFlexi )
+#endif
 \end{code}
 
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{'hole' type variables}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+\begin{code}
+tcInfer :: (BoxyType -> TcM a) -> TcM (a, TcType)
+tcInfer tc_infer
+  = do { box <- newBoxyTyVar openTypeKind
+       ; res <- tc_infer (mkTyVarTy box)
+       ; res_ty <- readFilledBox box   -- Guaranteed filled-in by now
+       ; return (res, res_ty) }
+\end{code}                
+
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
-\subsection{Subsumption}
+       subFunTys
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
 \begin{code}
-tcSub :: TcSigmaType           -- expected_ty; can be a type scheme;
-                               --              can be a "hole" type variable
-      -> TcSigmaType           -- actual_ty; can be a type scheme
-      -> TcM (ExprCoFn, LIE)
-\end{code}
+subFunTys :: SDoc  -- Somthing like "The function f has 3 arguments"
+                  -- or "The abstraction (\x.e) takes 1 argument"
+         -> Arity              -- Expected # of args
+         -> BoxyRhoType        -- res_ty
+         -> ([BoxySigmaType] -> BoxyRhoType -> TcM a)
+         -> TcM (ExprCoFn, a)
+-- Attempt to decompse res_ty to have enough top-level arrows to
+-- match the number of patterns in the match group
+-- 
+-- If (subFunTys n_args res_ty thing_inside) = (co_fn, res)
+-- and the inner call to thing_inside passes args: [a1,...,an], b
+-- then co_fn :: (a1 -> ... -> an -> b) -> res_ty
+--
+-- Note that it takes a BoxyRho type, and guarantees to return a BoxyRhoType
 
-(tcSub expected_ty actual_ty) checks that 
-       actual_ty <= expected_ty
-That is, that a value of type actual_ty is acceptable in
-a place expecting a value of type expected_ty.
 
-It returns a coercion function 
-       co_fn :: actual_ty -> expected_ty
-which takes an HsExpr of type actual_ty into one of type
-expected_ty.
+{-     Error messages from subFunTys
+
+   The abstraction `\Just 1 -> ...' has two arguments
+   but its type `Maybe a -> a' has only one
+
+   The equation(s) for `f' have two arguments
+   but its type `Maybe a -> a' has only one
+
+   The section `(f 3)' requires 'f' to take two arguments
+   but its type `Int -> Int' has only one
+
+   The function 'f' is applied to two arguments
+   but its type `Int -> Int' has only one
+-}
+
+
+subFunTys error_herald n_pats res_ty thing_inside
+  = loop n_pats [] res_ty
+  where
+       -- In 'loop', the parameter 'arg_tys' accumulates 
+       -- the arg types so far, in *reverse order*
+    loop n args_so_far res_ty
+       | Just res_ty' <- tcView res_ty  = loop n args_so_far res_ty'
+
+    loop n args_so_far res_ty
+       | isSigmaTy res_ty      -- Do this before checking n==0, because we 
+                               -- guarantee to return a BoxyRhoType, not a BoxySigmaType
+       = do { (gen_fn, (co_fn, res)) <- tcGen res_ty emptyVarSet $ \ res_ty' ->
+                                        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) }
+
+    loop n args_so_far (FunTy arg_ty res_ty) 
+       = do { (co_fn, res) <- loop (n-1) (arg_ty:args_so_far) res_ty
+            ; co_fn' <- wrapFunResCoercion [arg_ty] co_fn
+            ; return (co_fn', res) }
+
+       -- res_ty might have a type variable at the head, such as (a b c),
+       -- in which case we must fill in with (->).  Simplest thing to do
+       -- is to use boxyUnify, but we catch failure and generate our own
+       -- error message on failure
+    loop n args_so_far res_ty@(AppTy _ _)
+       = do { [arg_ty',res_ty'] <- newBoxyTyVarTys [argTypeKind, openTypeKind]
+            ; (_, mb_unit) <- tryTcErrs $ boxyUnify res_ty (FunTy arg_ty' res_ty')
+            ; if isNothing mb_unit then bale_out args_so_far res_ty
+              else loop n args_so_far (FunTy arg_ty' res_ty') }
+
+    loop n args_so_far (TyVarTy tv)
+        | not (isImmutableTyVar tv)
+       = do { cts <- readMetaTyVar tv 
+            ; case cts of
+                Indirect ty -> loop n args_so_far ty
+                Flexi -> do { (res_ty:arg_tys) <- withMetaTvs tv kinds mk_res_ty
+                            ; res <- thing_inside (reverse args_so_far ++ arg_tys) res_ty
+                            ; return (idCoercion, res) } }
+       where
+         mk_res_ty (res_ty' : arg_tys') = mkFunTys arg_tys' res_ty'
+         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
+
+    bale_out args_so_far res_ty
+       = do { env0 <- tcInitTidyEnv
+            ; res_ty' <- zonkTcType res_ty
+            ; let (env1, res_ty'') = tidyOpenType env0 res_ty'
+            ; failWithTcM (env1, mk_msg res_ty'' (length args_so_far)) }
+
+    mk_msg res_ty n_actual 
+      = error_herald <> comma $$ 
+       sep [ptext SLIT("but its type") <+> quotes (pprType res_ty), 
+            if n_actual == 0 then ptext SLIT("has none") 
+            else ptext SLIT("has only") <+> speakN n_actual]
+\end{code}
 
 \begin{code}
-tcSub expected_ty actual_ty
-  = traceTc (text "tcSub" <+> details)         `thenNF_Tc_`
-    tcAddErrCtxtM (unifyCtxt "type" expected_ty actual_ty)
-                 (tc_sub expected_ty expected_ty actual_ty actual_ty)
+----------------------
+boxySplitTyConApp :: TyCon                     -- T :: k1 -> ... -> kn -> *
+                 -> BoxyRhoType                -- Expected type (T a b c)
+                 -> TcM [BoxySigmaType]        -- Element types, a b c
+  -- It's used for wired-in tycons, so we call checkWiredInTyCOn
+  -- Precondition: never called with FunTyCon
+  -- Precondition: input type :: *
+
+boxySplitTyConApp tc orig_ty
+  = do { checkWiredInTyCon tc 
+       ; loop (tyConArity tc) [] orig_ty }
+  where
+    loop n_req args_so_far ty 
+      | Just ty' <- tcView ty = loop n_req args_so_far ty'
+
+    loop n_req args_so_far (TyConApp tycon args)
+      | tc == tycon
+      = ASSERT( n_req == length args)  -- ty::*
+       return (args ++ args_so_far)
+
+    loop n_req args_so_far (AppTy fun arg)
+      = loop (n_req - 1) (arg:args_so_far) fun
+
+    loop n_req args_so_far (TyVarTy tv)
+      | not (isImmutableTyVar tv)
+      = do { cts <- readMetaTyVar tv
+          ; case cts of
+              Indirect ty -> loop n_req args_so_far ty
+              Flexi       -> do { arg_tys <- withMetaTvs tv arg_kinds mk_res_ty
+                                ; return (arg_tys ++ args_so_far) }
+       }
+      where
+       mk_res_ty arg_tys' = mkTyConApp tc arg_tys'
+       arg_kinds = map tyVarKind (take n_req (tyConTyVars tc))
+
+    loop _ _ _ = boxySplitFailure (mkTyConApp tc (mkTyVarTys (tyConTyVars tc))) orig_ty
+
+----------------------
+boxySplitListTy :: BoxyRhoType -> TcM BoxySigmaType    -- Special case for lists
+boxySplitListTy exp_ty = do { [elt_ty] <- boxySplitTyConApp listTyCon exp_ty
+                           ; return elt_ty }
+
+
+----------------------
+boxySplitAppTy :: BoxyRhoType                          -- Type to split: m a
+              -> TcM (BoxySigmaType, BoxySigmaType)    -- Returns m, a
+-- Assumes (m: * -> k), where k is the kind of the incoming type
+-- If the incoming type is boxy, then so are the result types; and vice versa
+
+boxySplitAppTy orig_ty
+  = loop orig_ty
   where
-    details = vcat [text "Expected:" <+> ppr expected_ty,
-                   text "Actual:  " <+> ppr actual_ty]
+    loop ty 
+      | Just ty' <- tcView ty = loop ty'
+
+    loop ty 
+      | Just (fun_ty, arg_ty) <- tcSplitAppTy_maybe ty
+      = return (fun_ty, arg_ty)
+
+    loop (TyVarTy tv)
+      | not (isImmutableTyVar tv)
+      = do { cts <- readMetaTyVar tv
+          ; case cts of
+              Indirect ty -> loop ty
+              Flexi       -> do { [fun_ty,arg_ty] <- withMetaTvs tv kinds mk_res_ty
+                                ; return (fun_ty, arg_ty) } }
+      where
+        mk_res_ty [fun_ty', arg_ty'] = mkAppTy fun_ty' arg_ty'
+       tv_kind = tyVarKind tv
+       kinds = [mkArrowKind liftedTypeKind (defaultKind tv_kind),
+                                               -- m :: * -> k
+                liftedTypeKind]                -- arg type :: *
+       -- The defaultKind is a bit smelly.  If you remove it,
+       -- try compiling        f x = do { x }
+       -- and you'll get a kind mis-match.  It smells, but
+       -- not enough to lose sleep over.
+       
+    loop _ = boxySplitFailure (mkAppTy alphaTy betaTy) orig_ty
+
+------------------
+boxySplitFailure actual_ty expected_ty
+  = unifyMisMatch False False actual_ty expected_ty
+       -- "outer" is False, so we don't pop the context
+       -- which is what we want since we have not pushed one!
 \end{code}
 
-tc_sub carries the types before and after expanding type synonyms
+
+--------------------------------
+-- withBoxes: the key utility function
+--------------------------------
 
 \begin{code}
-tc_sub :: TcSigmaType          -- expected_ty, before expanding synonyms
-       -> TcSigmaType          --              ..and after
-       -> TcSigmaType          -- actual_ty, before
-       -> TcSigmaType          --              ..and after
-       -> TcM (ExprCoFn, LIE)
+withMetaTvs :: TcTyVar -- An unfilled-in, non-skolem, meta type variable
+           -> [Kind]   -- Make fresh boxes (with the same BoxTv/TauTv setting as tv)
+           -> ([BoxySigmaType] -> BoxySigmaType)
+                                       -- Constructs the type to assign 
+                                       -- to the original var
+           -> TcM [BoxySigmaType]      -- Return the fresh boxes
+
+-- It's entirely possible for the [kind] to be empty.  
+-- For example, when pattern-matching on True, 
+-- we call boxySplitTyConApp passing a boolTyCon
+
+-- Invariant: tv is still Flexi
+
+withMetaTvs tv kinds mk_res_ty
+  | isBoxyTyVar tv
+  = do { box_tvs <- mapM (newMetaTyVar BoxTv) kinds
+       ; let box_tys = mkTyVarTys box_tvs
+       ; writeMetaTyVar tv (mk_res_ty box_tys)
+       ; return box_tys }
+
+  | otherwise                  -- Non-boxy meta type variable
+  = do { tau_tys <- mapM newFlexiTyVarTy kinds
+       ; writeMetaTyVar tv (mk_res_ty tau_tys) -- Write it *first*
+                                               -- Sure to be a tau-type
+       ; return tau_tys }
+
+withBox :: Kind -> (BoxySigmaType -> TcM a) -> TcM (a, TcType)
+-- Allocate a *boxy* tyvar
+withBox kind thing_inside
+  = do { box_tv <- newMetaTyVar BoxTv kind
+       ; res <- thing_inside (mkTyVarTy box_tv)
+       ; ty  <- readFilledBox box_tv
+       ; return (res, ty) }
+\end{code}
 
------------------------------------
--- Expand synonyms
-tc_sub exp_sty (NoteTy _ exp_ty) act_sty act_ty = tc_sub exp_sty exp_ty act_sty act_ty
-tc_sub exp_sty exp_ty act_sty (NoteTy _ act_ty) = tc_sub exp_sty exp_ty act_sty act_ty
 
------------------------------------
--- "Hole type variable" case
--- Do this case before unwrapping for-alls in the actual_ty
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+               Approximate boxy matching
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+\begin{code}
+boxySubMatchType 
+       :: TcTyVarSet -> TcType -- The "template"; the tyvars are skolems
+       -> BoxyRhoType          -- Type to match (note a *Rho* type)
+       -> TvSubst              -- Substitution of the [TcTyVar] to BoxySigmaTypes
+
+boxyMatchTypes 
+       :: TcTyVarSet -> [TcType] -- The "template"; the tyvars are skolems
+       -> [BoxySigmaType]        -- Type to match
+       -> TvSubst                -- Substitution of the [TcTyVar] to BoxySigmaTypes
+
+-- 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; 
+--     anything more is jam on the pudding
+-- 
+-- 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
+--
+-- 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 )
+    boxy_match_s tmpl_tvs tmpl_tys emptyVarSet boxy_tys emptyTvSubst
+       -- ToDo: add error context?
+
+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 :: TcTyVarSet -> TcType     -- Template
+          -> TcTyVarSet                -- boxy_tvs: do not bind template tyvars to any of these
+          -> BoxySigmaType             -- Match against this type
+          -> TvSubst
+          -> TvSubst
+
+-- The boxy_tvs argument prevents this match:
+--     [a]  forall b. a  ~  forall b. b
+-- We don't want to bind the template variable 'a'
+-- to the quantified type variable 'b'!
+
+boxy_match tmpl_tvs orig_tmpl_ty boxy_tvs orig_boxy_ty subst
+  = go orig_tmpl_ty orig_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 (ForAllTy _ ty1) (ForAllTy tv2 ty2)
+       = boxy_match tmpl_tvs ty1 (boxy_tvs `extendVarSet` tv2) ty2 subst
+
+    go (TyConApp tc1 tys1) (TyConApp tc2 tys2)
+       | tc1 == tc2 = go_s tys1 tys2
+
+    go (FunTy arg1 res1) (FunTy arg2 res2)
+       = go_s [arg1,res1] [arg2,res2]
+
+    go t_ty b_ty
+       | Just (s1,t1) <- tcSplitAppTy_maybe t_ty,
+         Just (s2,t2) <- tcSplitAppTy_maybe b_ty,
+         typeKind t2 `isSubKind` typeKind t1   -- Maintain invariant
+       = go_s [s1,t1] [s2,t2]
+
+    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
+       = extendTvSubst subst tv boxy_ty'
+       where
+         boxy_ty' = case lookupTyVar subst tv of
+                       Nothing -> orig_boxy_ty
+                       Just ty -> ty `boxyLub` orig_boxy_ty
+
+    go _ _ = subst     -- Always safe
+
+    --------
+    go_s tys1 tys2 = boxy_match_s tmpl_tvs tys1 boxy_tvs tys2 subst
+
+
+boxyLub :: BoxySigmaType -> BoxySigmaType -> BoxySigmaType
+-- Combine boxy information from the two types
+-- If there is a conflict, return the first
+boxyLub orig_ty1 orig_ty2
+  = go orig_ty1 orig_ty2
+  where
+    go (AppTy f1 a1) (AppTy f2 a2) = AppTy (boxyLub f1 f2) (boxyLub a1 a2)
+    go (FunTy f1 a1) (FunTy f2 a2) = FunTy (boxyLub f1 f2) (boxyLub a1 a2)
+    go (TyConApp tc1 ts1) (TyConApp tc2 ts2) 
+      | tc1 == tc2, length ts1 == length ts2
+      = 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    
+
+       -- Look inside type synonyms, but only if the naive version fails
+    go ty1 ty2 | Just ty1' <- tcView ty1 = go ty1' ty2
+              | Just ty2' <- tcView ty1 = go ty1 ty2'
+
+    -- For now, we don't look inside ForAlls, PredTys
+    go ty1 ty2 = orig_ty1      -- Default
+\end{code}
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+               Subsumption checking
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
 
-tc_sub _ (TyVarTy tv) act_sty act_ty
-  | isHoleTyVar tv
-  =    -- It's a "hole" type variable
-    getTcTyVar tv      `thenNF_Tc` \ maybe_ty ->
-    case maybe_ty of
+All the tcSub calls have the form
+       
+               tcSub expected_ty offered_ty
+which checks
+               offered_ty <= expected_ty
 
-       Just ty ->      -- Already been assigned
-                   tc_sub ty ty act_sty act_ty ;
+That is, that a value of type offered_ty is acceptable in
+a place expecting a value of type expected_ty.
+
+It returns a coercion function 
+       co_fn :: offered_ty -> expected_ty
+which takes an HsExpr of type offered_ty into one of type
+expected_ty.
 
-       Nothing ->      -- Assign it
-                   putTcTyVar tv act_sty               `thenNF_Tc_`
-                   returnTc (idCoercion, emptyLIE)
+\begin{code}
+-----------------
+tcSubExp :: BoxySigmaType -> BoxySigmaType -> TcM ExprCoFn     -- 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
+tcFunResTy fun actual_ty expected_ty
+  = addErrCtxtM (checkFunResCtxt fun actual_ty expected_ty) $
+               (tc_sub True actual_ty actual_ty expected_ty expected_ty)
+                  
+-----------------
+tc_sub :: Outer                        -- See comments with uTys
+       -> BoxySigmaType                -- actual_ty, before expanding synonyms
+       -> BoxySigmaType                --              ..and after
+       -> BoxySigmaType                -- expected_ty, before
+       -> BoxySigmaType                --              ..and after
+       -> TcM ExprCoFn
+
+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
 
+-----------------------------------
+-- 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 }
 
 -----------------------------------
--- Generalisation case
+-- Skolemisation case (rule SKOL)
 --     actual_ty:   d:Eq b => b->b
 --     expected_ty: forall a. Ord a => a->a
 --     co_fn e      /\a. \d2:Ord a. let d = eqFromOrd d2 in e
@@ -145,122 +555,78 @@ tc_sub _ (TyVarTy tv) act_sty act_ty
 --          g :: Ord b => b->b
 -- Consider  f g !
 
-tc_sub exp_sty expected_ty act_sty actual_ty
-  | isSigmaTy expected_ty
-  = tcGen expected_ty (
-       \ body_exp_ty -> tc_sub body_exp_ty body_exp_ty act_sty actual_ty
-    )                          `thenTc` \ (gen_fn, co_fn, lie) ->
-    returnTc (gen_fn <.> co_fn, lie)
+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
+       ; 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
 
 -----------------------------------
--- Specialisation case:
+-- Specialisation case (rule ASPEC):
 --     actual_ty:   forall a. Ord a => a->a
 --     expected_ty: Int -> Int
 --     co_fn e =    e Int dOrdInt
 
-tc_sub exp_sty expected_ty act_sty actual_ty
+tc_sub outer act_sty actual_ty exp_sty expected_ty
   | isSigmaTy actual_ty
-  = tcInstType actual_ty       `thenNF_Tc` \ (tvs, theta, body_ty) ->
-    newDicts orig theta                `thenNF_Tc` \ dicts ->
-    let
-       inst_fn e = mkHsDictApp (mkHsTyApp e (mkTyVarTys tvs))
-                               (map instToId dicts)
-    in
-    tc_sub exp_sty expected_ty body_ty body_ty `thenTc` \ (co_fn, lie) ->
-    returnTc (co_fn <.> mkCoercion inst_fn, lie `plusLIE` mkLIE dicts)
-  where
-    orig = Rank2Origin
+  = 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) }
 
 -----------------------------------
--- Function case
+-- 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
+
+-- Function case (rule F2)
+tc_sub outer act_sty act_ty@(FunTy act_arg act_res) exp_sty (TyVarTy exp_tv)
+  | isBoxyTyVar exp_tv
+  = 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 }
+           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 } }
+ where
+    mk_res_ty [arg_ty', res_ty'] = mkFunTy arg_ty' res_ty'
+    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_sub _ (FunTy exp_arg exp_res) _ (FunTy act_arg act_res)
-  = tcSub_fun exp_arg exp_res act_arg act_res
 
 -----------------------------------
--- Type variable meets function: imitate
---
--- NB 1: we can't just unify the type variable with the type
---      because the type might not be a tau-type, and we aren't
---      allowed to instantiate an ordinary type variable with
---      a sigma-type
---
--- NB 2: can we short-cut to an error case?
---      when the arg/res is not a tau-type?
--- NO!  e.g.   f :: ((forall a. a->a) -> Int) -> Int
---     then   x = (f,f)
---     is perfectly fine!
-
-tc_sub exp_sty exp_ty@(FunTy exp_arg exp_res) _ (TyVarTy tv)
-  = getTcTyVar tv      `thenNF_Tc` \ maybe_ty ->
-    case maybe_ty of
-       Just ty -> tc_sub exp_sty exp_ty ty ty
-       Nothing -> imitateFun tv exp_sty        `thenNF_Tc` \ (act_arg, act_res) ->
-                  tcSub_fun exp_arg exp_res act_arg act_res
-
-tc_sub _ (TyVarTy tv) act_sty act_ty@(FunTy act_arg act_res)
-  = getTcTyVar tv      `thenNF_Tc` \ maybe_ty ->
-    case maybe_ty of
-       Just ty -> tc_sub ty ty act_sty act_ty
-       Nothing -> imitateFun tv act_sty        `thenNF_Tc` \ (exp_arg, exp_res) ->
-                  tcSub_fun exp_arg exp_res act_arg act_res
+tc_sub_funs act_arg act_res exp_arg exp_res
+  = do { uTys False act_arg False exp_arg
+       ; co_fn_res <- tc_sub False act_res act_res exp_res exp_res
+       ; wrapFunResCoercion [exp_arg] co_fn_res }
 
 -----------------------------------
--- Unification case
--- If none of the above match, we revert to the plain unifier
-tc_sub exp_sty expected_ty act_sty actual_ty
-  = uTys exp_sty expected_ty act_sty actual_ty `thenTc_`
-    returnTc (idCoercion, emptyLIE)
-\end{code}    
-    
-%************************************************************************
-%*                                                                     *
-\subsection{Functions}
-%*                                                                     *
-%************************************************************************
-
-\begin{code}
-tcSub_fun exp_arg exp_res act_arg act_res
-  = tcSub act_arg exp_arg      `thenTc` \ (co_fn_arg, lie1) ->
-    tcSub exp_res act_res      `thenTc` \ (co_fn_res, lie2) ->
-    tcGetUnique                        `thenNF_Tc` \ uniq ->
-    let
-       -- co_fn_arg :: HsExpr exp_arg -> HsExpr act_arg
-       -- co_fn_res :: HsExpr act_res -> HsExpr exp_res
-       -- co_fn     :: HsExpr (act_arg -> act_res) -> HsExpr (exp_arg -> exp_res)
-       arg_id = mkSysLocal SLIT("sub") uniq exp_arg
-       coercion | isIdCoercion co_fn_arg,
-                  isIdCoercion co_fn_res = idCoercion
-                | otherwise              = mkCoercion co_fn
-
-       co_fn e = DictLam [arg_id] 
-                    (co_fn_res <$> (HsApp e (co_fn_arg <$> (HsVar arg_id))))
-               -- Slight hack; using a "DictLam" to get an ordinary simple lambda
-               --      HsVar arg_id :: HsExpr exp_arg
-               --      co_fn_arg $it :: HsExpr act_arg
-               --      HsApp e $it   :: HsExpr act_res
-               --      co_fn_res $it :: HsExpr exp_res
-    in
-    returnTc (coercion, lie1 `plusLIE` lie2)
-
-imitateFun :: TcTyVar -> TcType -> NF_TcM (TcType, TcType)
-imitateFun tv ty
-  = ASSERT( not (isHoleTyVar tv) )
-       -- NB: tv is an *ordinary* tyvar and so are the new ones
-
-       -- Check that tv isn't a type-signature type variable
-       -- (This would be found later in checkSigTyVars, but
-       --  we get a better error message if we do it here.)
-    checkTcM (not (isSkolemTyVar tv))
-            (failWithTcM (unifyWithSigErr tv ty))      `thenTc_`
-
-    newTyVarTy openTypeKind            `thenNF_Tc` \ arg ->
-    newTyVarTy openTypeKind            `thenNF_Tc` \ res ->
-    putTcTyVar tv (mkFunTy arg res)    `thenNF_Tc_`
-    returnNF_Tc (arg,res)
+wrapFunResCoercion 
+       :: [TcType]     -- Type of args
+       -> ExprCoFn     -- HsExpr a -> HsExpr b
+       -> TcM ExprCoFn -- HsExpr (arg_tys -> a) -> HsExpr (arg_tys -> b)
+wrapFunResCoercion arg_tys co_fn_res
+  | isIdCoercion co_fn_res = return idCoercion
+  | null arg_tys          = return co_fn_res
+  | 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))) }
 \end{code}
 
 
+
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
 \subsection{Generalisation}
@@ -268,17 +634,36 @@ imitateFun tv ty
 %************************************************************************
 
 \begin{code}
-tcGen :: TcSigmaType                           -- expected_ty
-      -> (TcPhiType -> TcM (result, LIE))      -- spec_ty
-      -> TcM (ExprCoFn, result, LIE)
+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)
        -- The expression has type: spec_ty -> expected_ty
 
-tcGen expected_ty thing_inside -- We expect expected_ty to be a forall-type
-                               -- If not, the call is a no-op
-  = tcInstType expected_ty             `thenNF_Tc` \ (forall_tvs, theta, phi_ty) ->
+tcGen expected_ty extra_tvs thing_inside       -- We expect expected_ty to be a forall-type
+                                               -- If not, the call is a no-op
+  = do {       -- We want the GenSkol info in the skolemised type variables to 
+               -- 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) ->
+               do { (forall_tvs, theta, rho_ty) <- tcInstSkolType skol_info expected_ty
+                  ; span <- getSrcSpanM
+                  ; let skol_info = GenSkol forall_tvs (mkPhiTy theta rho_ty) span
+                  ; return ((forall_tvs, theta, rho_ty), skol_info) })
+
+#ifdef DEBUG
+       ; traceTc (text "tcGen" <+> vcat [text "extra_tvs" <+> ppr extra_tvs,
+                                   text "expected_ty" <+> ppr expected_ty,
+                                   text "inst ty" <+> ppr forall_tvs <+> ppr theta <+> ppr rho_ty,
+                                   text "free_tvs" <+> ppr free_tvs,
+                                   text "forall_tvs" <+> ppr forall_tvs])
+#endif
 
        -- Type-check the arg and unify with poly type
-    thing_inside phi_ty                `thenTc` \ (result, lie) ->
+       ; (result, lie) <- getLIE (thing_inside rho_ty)
 
        -- Check that the "forall_tvs" havn't been constrained
        -- The interesting bit here is that we must include the free variables
@@ -291,106 +676,92 @@ tcGen expected_ty thing_inside   -- We expect expected_ty to be a forall-type
        -- Conclusion: include the free vars of the expected_ty in the
        -- list of "free vars" for the signature check.
 
-    tcExtendGlobalTyVars free_tvs                              $
-    tcAddErrCtxtM (sigCtxt forall_tvs theta phi_ty)    $
+       ; dicts <- newDicts (SigOrigin skol_info) theta
+       ; inst_binds <- tcSimplifyCheck sig_msg forall_tvs dicts lie
 
-    newDicts SignatureOrigin theta                     `thenNF_Tc` \ dicts ->
-    tcSimplifyCheck sig_msg forall_tvs dicts lie       `thenTc` \ (free_lie, inst_binds) ->
-    checkSigTyVars forall_tvs free_tvs                 `thenTc` \ zonked_tvs ->
+       ; checkSigTyVarsWrt free_tvs forall_tvs
+       ; traceTc (text "tcGen:done")
 
-    let
+       ; 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 e  = TyLam zonked_tvs (DictLam dict_ids (mkHsLet inst_binds e))
-    in
-    returnTc (mkCoercion co_fn, result, free_lie)
+               dict_ids   = map instToId dicts
+               co_fn = CoTyLams forall_tvs $ CoLams dict_ids $ CoLet inst_binds CoHole 
+       ; returnM (co_fn, result) }
   where
-    free_tvs = tyVarsOfType expected_ty
-    sig_msg  = ptext SLIT("When generalising the type of an expression")
+    free_tvs = tyVarsOfType expected_ty `unionVarSet` extra_tvs
+    sig_msg  = ptext SLIT("expected type of an expression")
 \end{code}    
 
     
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
-\subsection{Coercion functions}
-%*                                                                     *
-%************************************************************************
-
-\begin{code}
-type Coercion a = Maybe (a -> a)
-       -- Nothing => identity fn
-
-type ExprCoFn = Coercion TypecheckedHsExpr
-type PatCoFn  = Coercion TcPat
-
-(<.>) :: Coercion a -> Coercion a -> Coercion a        -- Composition
-Nothing <.> Nothing = Nothing
-Nothing <.> Just f  = Just f
-Just f  <.> Nothing = Just f
-Just f1 <.> Just f2 = Just (f1 . f2)
-
-(<$>) :: Coercion a -> a -> a
-Just f  <$> e = f e
-Nothing <$> e = e
-
-mkCoercion :: (a -> a) -> Coercion a
-mkCoercion f = Just f
-
-idCoercion :: Coercion a
-idCoercion = Nothing
-
-isIdCoercion :: Coercion a -> Bool
-isIdCoercion = isNothing
-\end{code}
-
-%************************************************************************
-%*                                                                     *
-\subsection[Unify-exported]{Exported unification functions}
+               Boxy unification
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
 The exported functions are all defined as versions of some
 non-exported generic functions.
 
-Unify two @TauType@s.  Dead straightforward.
-
-\begin{code}
-unifyTauTy :: TcTauType -> TcTauType -> TcM ()
-unifyTauTy ty1 ty2     -- ty1 expected, ty2 inferred
-  =    -- The unifier should only ever see tau-types 
-       -- (no quantification whatsoever)
-    ASSERT2( isTauTy ty1, ppr ty1 )
-    ASSERT2( isTauTy ty2, ppr ty2 )
-    tcAddErrCtxtM (unifyCtxt "type" ty1 ty2) $
-    uTys ty1 ty1 ty2 ty2
-\end{code}
-
-@unifyTauTyList@ unifies corresponding elements of two lists of
-@TauType@s.  It uses @uTys@ to do the real work.  The lists should be
-of equal length.  We charge down the list explicitly so that we can
-complain if their lengths differ.
-
 \begin{code}
-unifyTauTyLists :: [TcTauType] -> [TcTauType] ->  TcM ()
-unifyTauTyLists []          []         = returnTc ()
-unifyTauTyLists (ty1:tys1) (ty2:tys2) = uTys ty1 ty1 ty2 ty2   `thenTc_`
-                                       unifyTauTyLists tys1 tys2
-unifyTauTyLists ty1s ty2s = panic "Unify.unifyTauTyLists: mismatched type lists!"
+boxyUnify :: BoxyType -> BoxyType -> TcM ()
+-- Acutal and expected, respectively
+boxyUnify ty1 ty2 
+  = addErrCtxtM (unifyCtxt ty1 ty2) $
+    uTysOuter False ty1 False ty2
+
+---------------
+boxyUnifyList :: [BoxyType] -> [BoxyType] -> TcM ()
+-- Arguments should have equal length
+-- Acutal and expected types
+boxyUnifyList tys1 tys2 = uList boxyUnify tys1 tys2
+
+---------------
+unifyType :: TcTauType -> TcTauType -> TcM ()
+-- No boxes expected inside these types
+-- Acutal and expected types
+unifyType ty1 ty2      -- ty1 expected, ty2 inferred
+  = ASSERT2( not (isBoxyTy ty1), ppr ty1 )
+    ASSERT2( not (isBoxyTy ty2), ppr ty2 )
+    addErrCtxtM (unifyCtxt ty1 ty2) $
+    uTysOuter True ty1 True ty2
+
+---------------
+unifyPred :: PredType -> PredType -> TcM ()
+-- Acutal and expected types
+unifyPred p1 p2 = addErrCtxtM (unifyCtxt (mkPredTy p1) (mkPredTy p2)) $
+                 uPred True True p1 True p2
+
+unifyTheta :: TcThetaType -> TcThetaType -> TcM ()
+-- Acutal and expected types
+unifyTheta theta1 theta2
+  = do { checkTc (equalLength theta1 theta2)
+                 (ptext SLIT("Contexts differ in length"))
+       ; uList unifyPred theta1 theta2 }
+
+---------------
+uList :: (a -> a -> TcM ())
+       -> [a] -> [a] -> TcM ()
+-- Unify corresponding elements of two lists of types, which
+-- should be f equal length.  We charge down the list explicitly so that
+-- we can complain if their lengths differ.
+uList unify []         []        = return ()
+uList unify (ty1:tys1) (ty2:tys2) = do { unify ty1 ty2; uList unify tys1 tys2 }
+uList unify ty1s ty2s = panic "Unify.uList: mismatched type lists!"
 \end{code}
 
-@unifyTauTyList@ takes a single list of @TauType@s and unifies them
+@unifyTypeList@ takes a single list of @TauType@s and unifies them
 all together.  It is used, for example, when typechecking explicit
 lists, when all the elts should be of the same type.
 
 \begin{code}
-unifyTauTyList :: [TcTauType] -> TcM ()
-unifyTauTyList []               = returnTc ()
-unifyTauTyList [ty]             = returnTc ()
-unifyTauTyList (ty1:tys@(ty2:_)) = unifyTauTy ty1 ty2  `thenTc_`
-                                  unifyTauTyList tys
+unifyTypeList :: [TcTauType] -> TcM ()
+unifyTypeList []                = returnM ()
+unifyTypeList [ty]              = returnM ()
+unifyTypeList (ty1:tys@(ty2:_)) = do { unifyType ty1 ty2
+                                     ; unifyTypeList tys }
 \end{code}
 
 %************************************************************************
@@ -408,70 +779,119 @@ 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}
-uTys :: TcTauType -> TcTauType -- Error reporting ty1 and real ty1
-                               -- ty1 is the *expected* type
-
-     -> TcTauType -> TcTauType -- Error reporting ty2 and real ty2
-                               -- ty2 is the *actual* type
+type NoBoxes = Bool    -- True  <=> definitely no boxes in this type
+                       -- False <=> there might be boxes (always safe)
+
+type Outer = Bool      -- True <=> this is the outer level of a unification
+                       --          so that the types being unified are the
+                       --          very ones we began with, not some sub
+                       --          component or synonym expansion
+-- The idea is that if Outer is true then unifyMisMatch should
+-- pop the context to remove the "Expected/Acutal" context
+
+uTysOuter, uTys
+     :: NoBoxes -> TcType      -- ty1 is the *expected* type
+     -> NoBoxes -> TcType      -- ty2 is the *actual* type
      -> TcM ()
+uTysOuter nb1 ty1 nb2 ty2 = u_tys True nb1 ty1 ty1 nb2 ty2 ty2
+uTys      nb1 ty1 nb2 ty2 = u_tys False nb1 ty1 ty1 nb2 ty2 ty2
+
+
+--------------
+uTys_s :: NoBoxes -> [TcType]  -- ty1 is the *actual* types
+       -> NoBoxes -> [TcType]  -- ty2 is the *expected* types
+       -> TcM ()
+uTys_s nb1 []          nb2 []         = returnM ()
+uTys_s nb1 (ty1:tys1) nb2 (ty2:tys2) = do { uTys nb1 ty1 nb2 ty2
+                                         ; uTys_s nb1 tys1 nb2 tys2 }
+uTys_s nb1 ty1s nb2 ty2s = panic "Unify.uTys_s: mismatched type lists!"
+
+--------------
+u_tys :: Outer
+      -> NoBoxes -> TcType -> TcType   -- ty1 is the *actual* type
+      -> NoBoxes -> TcType -> TcType   -- ty2 is the *expected* type
+      -> TcM ()
+
+u_tys outer nb1 orig_ty1 ty1 nb2 orig_ty2 ty2
+  = go outer ty1 ty2
+  where 
 
        -- Always expand synonyms (see notes at end)
         -- (this also throws away FTVs)
-uTys ps_ty1 (NoteTy n1 ty1) ps_ty2 ty2 = uTys ps_ty1 ty1 ps_ty2 ty2
-uTys ps_ty1 ty1 ps_ty2 (NoteTy n2 ty2) = uTys ps_ty1 ty1 ps_ty2 ty2
+    go outer ty1 ty2 
+      | Just ty1' <- tcView ty1 = go False ty1' ty2
+      | Just ty2' <- tcView ty2 = go False ty1 ty2'
 
        -- Variables; go for uVar
-uTys ps_ty1 (TyVarTy tyvar1) ps_ty2 ty2 = uVar False tyvar1 ps_ty2 ty2
-uTys ps_ty1 ty1 ps_ty2 (TyVarTy tyvar2) = uVar True  tyvar2 ps_ty1 ty1
-                                       -- "True" means args swapped
-
+    go outer (TyVarTy tyvar1) ty2 = uVar outer False tyvar1 nb2 orig_ty2 ty2
+    go outer ty1 (TyVarTy tyvar2) = uVar outer True  tyvar2 nb1 orig_ty1 ty1
+                               -- "True" means args swapped
        -- Predicates
-uTys _ (SourceTy (IParam n1 t1)) _ (SourceTy (IParam n2 t2))
-  | n1 == n2 = uTys t1 t1 t2 t2
-uTys _ (SourceTy (ClassP c1 tys1)) _ (SourceTy (ClassP c2 tys2))
-  | c1 == c2 = unifyTauTyLists tys1 tys2
-uTys _ (SourceTy (NType tc1 tys1)) _ (SourceTy (NType tc2 tys2))
-  | tc1 == tc2 = unifyTauTyLists tys1 tys2
-
-       -- Functions; just check the two parts
-uTys _ (FunTy fun1 arg1) _ (FunTy fun2 arg2)
-  = uTys fun1 fun1 fun2 fun2   `thenTc_`    uTys arg1 arg1 arg2 arg2
+    go outer (PredTy p1) (PredTy p2) = uPred outer nb1 p1 nb2 p2
 
        -- Type constructors must match
-uTys ps_ty1 (TyConApp con1 tys1) ps_ty2 (TyConApp con2 tys2)
-  | con1 == con2 && equalLength tys1 tys2
-  = unifyTauTyLists tys1 tys2
+    go _ (TyConApp con1 tys1) (TyConApp con2 tys2)
+      | con1 == con2 = uTys_s nb1 tys1 nb2 tys2
+       -- See Note [TyCon app]
 
-  | con1 == openKindCon
-       -- When we are doing kind checking, we might match a kind '?' 
-       -- against a kind '*' or '#'.  Notably, CCallable :: ? -> *, and
-       -- (CCallable Int) and (CCallable Int#) are both OK
-  = unifyOpenTypeKind ps_ty2
+       -- Functions; just check the two parts
+    go _ (FunTy fun1 arg1) (FunTy fun2 arg2)
+      = do { uTys nb1 fun1 nb2 fun2
+          ; uTys nb1 arg1 nb2 arg2 }
 
        -- 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
-uTys ps_ty1 (AppTy s1 t1) ps_ty2 ty2
-  = case tcSplitAppTy_maybe ty2 of
-       Just (s2,t2) -> uTys s1 s1 s2 s2        `thenTc_`    uTys t1 t1 t2 t2
-       Nothing      -> unifyMisMatch ps_ty1 ps_ty2
+    go outer (AppTy s1 t1) ty2
+      | Just (s2,t2) <- tcSplitAppTy_maybe ty2
+      = do { uTys nb1 s1 nb2 s2; uTys nb1 t1 nb2 t2 }
 
        -- Now the same, but the other way round
        -- Don't swap the types, because the error messages get worse
-uTys ps_ty1 ty1 ps_ty2 (AppTy s2 t2)
-  = case tcSplitAppTy_maybe ty1 of
-       Just (s1,t1) -> uTys s1 s1 s2 s2        `thenTc_`    uTys t1 t1 t2 t2
-       Nothing      -> unifyMisMatch ps_ty1 ps_ty2
-
-       -- Not expecting for-alls in unification
-       -- ... but the error message from the unifyMisMatch more informative
-       -- than a panic message!
+    go outer ty1 (AppTy s2 t2)
+      | Just (s1,t1) <- tcSplitAppTy_maybe ty1
+      = do { uTys nb1 s1 nb2 s2; uTys nb1 t1 nb2 t2 }
+
+    go _ ty1@(ForAllTy _ _) ty2@(ForAllTy _ _)
+      | length tvs1 == length tvs2
+      = do   { tvs <- tcInstSkolTyVars UnkSkol tvs1    -- Not a helpful SkolemInfo
+            ; let tys      = mkTyVarTys tvs
+                  in_scope = mkInScopeSet (mkVarSet tvs)
+                  subst1   = mkTvSubst in_scope (zipTyEnv tvs1 tys)
+                  subst2   = mkTvSubst in_scope (zipTyEnv tvs2 tys)
+            ; uTys nb1 (substTy subst1 body1) nb2 (substTy subst2 body2)
+
+               -- If both sides are inside a box, we should not have
+               -- a polytype at all.  This check comes last, because
+               -- the error message is extremely unhelpful.
+            ; ifM (nb1 && nb2) (notMonoType ty1)
+            }
+      where
+       (tvs1, body1) = tcSplitForAllTys ty1
+       (tvs2, body2) = tcSplitForAllTys ty2
 
        -- Anything else fails
-uTys ps_ty1 ty1 ps_ty2 ty2  = unifyMisMatch ps_ty1 ps_ty2
+    go outer _ _ = unifyMisMatch outer False orig_ty1 orig_ty2
+
+----------
+uPred outer nb1 (IParam n1 t1) nb2 (IParam n2 t2)
+  | n1 == n2 = uTys nb1 t1 nb2 t2
+uPred outer nb1 (ClassP c1 tys1) nb2 (ClassP c2 tys2)
+  | c1 == c2 = uTys_s nb1 tys1 nb2 tys2                -- Guaranteed equal lengths because the kinds check
+uPred outer _ p1 _ p2 = unifyMisMatch outer False (mkPredTy p1) (mkPredTy p2)
 \end{code}
 
+Note [Tycon app]
+~~~~~~~~~~~~~~~~
+When we find two TyConApps, the argument lists are guaranteed equal
+length.  Reason: intially the kinds of the two types to be unified is
+the same. The only way it can become not the same is when unifying two
+AppTys (f1 a1):=:(f2 a2).  In that case there can't be a TyConApp in
+the f1,f2 (because it'd absorb the app).  If we unify f1:=:f2 first,
+which we do, that ensures that f1,f2 have the same kind; and that
+means a1,a2 have the same kind.  And now the argument repeats.
+
 
 Notes on synonyms
 ~~~~~~~~~~~~~~~~~
@@ -483,7 +903,7 @@ pseudocode...
 -- NO     = if (con1 == con2) then
 -- NO  -- Good news!  Same synonym constructors, so we can shortcut
 -- NO  -- by unifying their arguments and ignoring their expansions.
--- NO  unifyTauTypeLists args1 args2
+-- NO  unifyTypepeLists args1 args2
 -- NO    else
 -- NO  -- Never mind.  Just expand them and try again
 -- NO  uTys ty1 ty2
@@ -537,380 +957,657 @@ of the substitution; rather, notice that @uVar@ (defined below) nips
 back into @uTys@ if it turns out that the variable is already bound.
 
 \begin{code}
-uVar :: Bool           -- False => tyvar is the "expected"
+uVar :: Outer
+     -> Bool           -- False => tyvar is the "expected"
                        -- True  => ty    is the "expected" thing
      -> TcTyVar
+     -> NoBoxes                -- True <=> definitely no boxes in t2
      -> TcTauType -> TcTauType -- printing and real versions
      -> TcM ()
 
-uVar swapped tv1 ps_ty2 ty2
-  = traceTc (text "uVar" <+> ppr swapped <+> ppr tv1 <+> (ppr ps_ty2 $$ ppr ty2))      `thenNF_Tc_`
-    getTcTyVar tv1     `thenNF_Tc` \ maybe_ty1 ->
-    case maybe_ty1 of
-       Just ty1 | swapped   -> uTys ps_ty2 ty2 ty1 ty1 -- Swap back
-                | otherwise -> uTys ty1 ty1 ps_ty2 ty2 -- Same order
-       other       -> uUnboundVar swapped tv1 maybe_ty1 ps_ty2 ty2
-
-       -- Expand synonyms; ignore FTVs
-uUnboundVar swapped tv1 maybe_ty1 ps_ty2 (NoteTy n2 ty2)
-  = uUnboundVar swapped tv1 maybe_ty1 ps_ty2 ty2
-
-
-       -- The both-type-variable case
-uUnboundVar swapped tv1 maybe_ty1 ps_ty2 ty2@(TyVarTy tv2)
-
+uVar outer swapped tv1 nb2 ps_ty2 ty2
+  = do         { let expansion | showSDoc (ppr ty2) == showSDoc (ppr ps_ty2) = empty
+                       | otherwise = brackets (equals <+> ppr ty2)
+       ; traceTc (text "uVar" <+> ppr swapped <+> 
+                       sep [ppr tv1 <+> dcolon <+> ppr (tyVarKind tv1 ),
+                               nest 2 (ptext SLIT(" :=: ")),
+                            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
+       }
+
+----------------
+uUnfilledVar :: Outer
+            -> Bool                            -- Args are swapped
+            -> TcTyVar -> TcTyVarDetails               -- Tyvar 1
+            -> NoBoxes -> TcTauType -> TcTauType       -- Type 2
+            -> TcM ()
+-- Invariant: tyvar 1 is not unified with anything
+
+uUnfilledVar outer swapped tv1 details1 nb2 ps_ty2 ty2
+  | Just ty2' <- tcView ty2
+  =    -- Expand synonyms; ignore FTVs
+    uUnfilledVar False swapped tv1 details1 nb2 ps_ty2 ty2'
+
+uUnfilledVar outer swapped tv1 details1 nb2 ps_ty2 ty2@(TyVarTy tv2)
        -- Same type variable => no-op
   | tv1 == tv2
-  = returnTc ()
+  = returnM ()
 
        -- Distinct type variables
-       -- ASSERT maybe_ty1 /= Just
   | otherwise
-  = getTcTyVar tv2     `thenNF_Tc` \ maybe_ty2 ->
-    case maybe_ty2 of
-       Just ty2' -> uUnboundVar swapped tv1 maybe_ty1 ty2' ty2'
+  = do { lookup2 <- lookupTcTyVar tv2
+       ; case lookup2 of
+           IndirectTv ty2' -> uUnfilledVar  outer swapped tv1 details1 True ty2' ty2'
+           DoneTv details2 -> uUnfilledVars outer swapped tv1 details1 tv2 details2
+       }
+
+uUnfilledVar outer swapped tv1 details1 nb2 ps_ty2 non_var_ty2 -- ty2 is not a type variable
+  = case details1 of
+       MetaTv (SigTv _) ref1 -> mis_match      -- Can't update a skolem with a non-type-variable
+       MetaTv info ref1      -> uMetaVar swapped tv1 info ref1 nb2 ps_ty2 non_var_ty2
+       skolem_details        -> mis_match
+  where
+    mis_match = unifyMisMatch outer swapped (TyVarTy tv1) ps_ty2
+
+----------------
+uMetaVar :: Bool
+        -> TcTyVar -> BoxInfo -> IORef MetaDetails
+        -> NoBoxes -> 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
+       ; checkUpdateMeta swapped tv1 ref1 final_ty }
+
+----------------
+uUnfilledVars :: Outer
+             -> Bool                   -- Args are swapped
+             -> TcTyVar -> TcTyVarDetails      -- Tyvar 1
+             -> TcTyVar -> TcTyVarDetails      -- Tyvar 2
+             -> TcM ()
+-- Invarant: The type variables are distinct, 
+--          Neither is filled in yet
+--          They might be boxy or not
+
+uUnfilledVars outer swapped tv1 (SkolemTv _) tv2 (SkolemTv _)
+  = unifyMisMatch outer swapped (mkTyVarTy tv1) (mkTyVarTy tv2)
+
+uUnfilledVars outer swapped tv1 (MetaTv info1 ref1) tv2 (SkolemTv _)
+  = checkUpdateMeta swapped tv1 ref1 (mkTyVarTy tv2)
+uUnfilledVars outer swapped tv1 (SkolemTv _) tv2 (MetaTv info2 ref2)
+  = checkUpdateMeta (not swapped) tv2 ref2 (mkTyVarTy tv1)
+
+-- ToDo: this function seems too long for what it acutally does!
+uUnfilledVars outer swapped tv1 (MetaTv info1 ref1) tv2 (MetaTv info2 ref2)
+  = case (info1, info2) of
+       (BoxTv,   BoxTv)   -> box_meets_box
+
+       -- If a box meets a TauTv, but the fomer has the smaller kind
+       -- then we must create a fresh TauTv with the smaller kind
+       (_,       BoxTv)   | k1_sub_k2 -> update_tv2
+                          | otherwise -> box_meets_box
+       (BoxTv,   _    )   | k2_sub_k1 -> update_tv1
+                          | otherwise -> box_meets_box
+
+       -- Avoid SigTvs if poss
+       (SigTv _, _      ) | k1_sub_k2 -> update_tv2
+       (_,       SigTv _) | k2_sub_k1 -> update_tv1
+
+       (_,   _) | k1_sub_k2 -> if k2_sub_k1 && nicer_to_update_tv1
+                               then update_tv1         -- Same kinds
+                               else update_tv2
+                | k2_sub_k1 -> update_tv1
+                | otherwise -> kind_err 
+
+       -- Update the variable with least kind info
+       -- See notes on type inference in Kind.lhs
+       -- The "nicer to" part only applies if the two kinds are the same,
+       -- so we can choose which to do.
+  where
+       -- Kinds should be guaranteed ok at this point
+    update_tv1 = updateMeta tv1 ref1 (mkTyVarTy tv2)
+    update_tv2 = updateMeta tv2 ref2 (mkTyVarTy tv1)
 
-       Nothing | update_tv2
+    box_meets_box | k1_sub_k2 = fill_with k1
+                 | k2_sub_k1 = fill_with k2
+                 | otherwise = kind_err
 
-               -> WARN( not (k1 `hasMoreBoxityInfo` k2), (ppr tv1 <+> ppr k1) $$ (ppr tv2 <+> ppr k2) )
-                  putTcTyVar tv2 (TyVarTy tv1)         `thenNF_Tc_`
-                  returnTc ()
-               |  otherwise
+    fill_with kind = do { tau_ty <- newFlexiTyVarTy kind
+                       ; updateMeta tv1 ref1 tau_ty
+                       ; updateMeta tv2 ref2 tau_ty }
+
+    kind_err = addErrCtxtM (unifyKindCtxt swapped tv1 (mkTyVarTy tv2)) $
+              unifyKindMisMatch k1 k2
 
-               -> WARN( not (k2 `hasMoreBoxityInfo` k1), (ppr tv2 <+> ppr k2) $$ (ppr tv1 <+> ppr k1) )
-                   putTcTyVar tv1 ps_ty2               `thenNF_Tc_`
-                  returnTc ()
-  where
     k1 = tyVarKind tv1
     k2 = tyVarKind tv2
-    update_tv2 = (k2 `eqKind` openTypeKind) || (not (k1 `eqKind` openTypeKind) && nicer_to_update_tv2)
-                       -- Try to get rid of open type variables as soon as poss
-
-    nicer_to_update_tv2 =  isUserTyVar tv1
-                               -- Don't unify a signature type variable if poss
-                       || isSystemName (varName tv2)
-                               -- Try to update sys-y type variables in preference to sig-y ones
-
-       -- Second one isn't a type variable
-uUnboundVar swapped tv1 maybe_ty1 ps_ty2 non_var_ty2
-  =    -- Check that tv1 isn't a type-signature type variable
-    checkTcM (not (isSkolemTyVar tv1))
-            (failWithTcM (unifyWithSigErr tv1 ps_ty2)) `thenTc_`
-
-       -- Check that the kinds match
-    zonkTcType ps_ty2                          `thenNF_Tc` \ ps_ty2' ->
-    checkKinds swapped tv1 ps_ty2'             `thenTc_`
-
-       -- Occurs check
-       -- Basically we want to update     tv1 := ps_ty2
-       -- because ps_ty2 has type-synonym info, which improves later error messages
-       -- 
-       -- But consider 
-       --      type A a = ()
-       --
-       --      f :: (A a -> a -> ()) -> ()
-       --      f = \ _ -> ()
-       --
-       --      x :: ()
-       --      x = f (\ x p -> p x)
-       --
-       -- In the application (p x), we try to match "t" with "A t".  If we go
-       -- ahead and bind t to A t (= ps_ty2), we'll lead the type checker into 
-       -- an infinite loop later.
-       -- But we should not reject the program, because A t = ().
-       -- Rather, we should bind t to () (= non_var_ty2).
-       -- 
-       -- That's why we have this two-state occurs-check
-    if not (tv1 `elemVarSet` tyVarsOfType ps_ty2') then
-       putTcTyVar tv1 ps_ty2'                          `thenNF_Tc_`
-       returnTc ()
-    else
-    zonkTcType non_var_ty2                             `thenNF_Tc` \ non_var_ty2' ->
-    if not (tv1 `elemVarSet` tyVarsOfType non_var_ty2') then
-       -- This branch rarely succeeds, except in strange cases
-       -- like that in the example above
-       putTcTyVar tv1 non_var_ty2'                     `thenNF_Tc_`
-       returnTc ()
-    else
-    failWithTcM (unifyOccurCheck tv1 ps_ty2')
-
+    k1_sub_k2 = k1 `isSubKind` k2
+    k2_sub_k1 = k2 `isSubKind` k1
 
+    nicer_to_update_tv1 = isSystemName (varName tv1)
+       -- Try to update sys-y type variables in preference to ones
+       -- gotten (say) by instantiating a polymorphic function with
+       -- a user-written type sig
+       
+----------------
+checkUpdateMeta :: Bool -> TcTyVar -> IORef MetaDetails -> TcType -> TcM ()
+-- Update tv1, which is flexi; occurs check is alrady done
+-- The 'check' version does a kind check too
+-- We do a sub-kind check here: we might unify (a b) with (c d) 
+--     where b::*->* and d::*; this should fail
+
+checkUpdateMeta swapped tv1 ref1 ty2
+  = do { checkKinds swapped tv1 ty2
+       ; updateMeta tv1 ref1 ty2 }
+
+updateMeta :: TcTyVar -> IORef MetaDetails -> TcType -> TcM ()
+updateMeta tv1 ref1 ty2
+  = ASSERT( isMetaTyVar tv1 )
+    ASSERT( isBoxyTyVar tv1 || isTauTy ty2 )
+    do { ASSERTM2( do { details <- readMetaTyVar tv1; return (isFlexi details) }, ppr tv1 )
+       ; traceTc (text "updateMeta" <+> ppr tv1 <+> text ":=" <+> ppr ty2)
+       ; writeMutVar ref1 (Indirect ty2) }
+
+----------------
 checkKinds swapped tv1 ty2
 -- We're about to unify a type variable tv1 with a non-tyvar-type ty2.
--- ty2 has been zonked at this stage.
-
-  | tk2 `hasMoreBoxityInfo` tk1 = returnTc ()
+-- ty2 has been zonked at this stage, which ensures that
+-- its kind has as much boxity information visible as possible.
+  | tk2 `isSubKind` tk1 = returnM ()
 
   | otherwise
        -- Either the kinds aren't compatible
        --      (can happen if we unify (a b) with (c d))
        -- or we are unifying a lifted type variable with an
        --      unlifted type: e.g.  (id 3#) is illegal
-  = tcAddErrCtxtM (unifyKindCtxt swapped tv1 ty2)      $
-    unifyMisMatch k1 k2
-
+  = addErrCtxtM (unifyKindCtxt swapped tv1 ty2)        $
+    unifyKindMisMatch k1 k2
   where
     (k1,k2) | swapped   = (tk2,tk1)
            | otherwise = (tk1,tk2)
     tk1 = tyVarKind tv1
     tk2 = typeKind ty2
+
+----------------
+checkTauTvUpdate :: TcTyVar -> TcType -> TcM TcType
+--    (checkTauTvUpdate tv ty)
+-- We are about to update the TauTv tv with ty.
+-- Check (a) that tv doesn't occur in ty (occurs check)
+--      (b) that ty is a monotype
+-- Furthermore, in the interest of (b), if you find an
+-- empty box (BoxTv that is Flexi), fill it in with a TauTv
+-- 
+-- Returns the (non-boxy) type to update the type variable with, or fails
+
+checkTauTvUpdate orig_tv orig_ty
+  = go orig_ty
+  where
+    go (TyConApp tc tys)
+       | isSynTyCon tc  = go_syn tc tys
+       | otherwise      = do { tys' <- mappM go tys; return (TyConApp tc tys') }
+    go (NoteTy _ ty2)   = go ty2       -- Discard free-tyvar annotations
+    go (PredTy p)       = do { p' <- go_pred p; return (PredTy p') }
+    go (FunTy arg res)   = do { arg' <- go arg; res' <- go res; return (FunTy arg' res') }
+    go (AppTy fun arg)  = do { fun' <- go fun; arg' <- go arg; return (mkAppTy fun' arg') }
+               -- NB the mkAppTy; we might have instantiated a
+               -- type variable to a type constructor, so we need
+               -- to pull the TyConApp to the top.
+    go (ForAllTy tv ty) = notMonoType orig_ty          -- (b)
+
+    go (TyVarTy tv)
+       | orig_tv == tv = occurCheck tv orig_ty         -- (a)
+       | isTcTyVar tv  = go_tyvar tv (tcTyVarDetails tv)
+       | otherwise     = return (TyVarTy tv)
+                -- Ordinary (non Tc) tyvars
+                -- occur inside quantified types
+
+    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_tyvar tv (SkolemTv _) = return (TyVarTy tv)
+    go_tyvar tv (MetaTv box ref)
+       = do { cts <- readMutVar ref
+            ; case cts of
+                 Indirect ty -> go ty 
+                 Flexi -> case box of
+                               BoxTv -> do { tau <- newFlexiTyVarTy (tyVarKind tv)
+                                           ; writeMutVar ref (Indirect tau)
+                                           ; return tau }
+                               other -> return (TyVarTy tv)
+            }
+
+       -- go_syn is called for synonyms only
+       -- See Note [Type synonyms and the occur check]
+    go_syn tc tys
+       | not (isTauTyCon tc)
+       = notMonoType orig_ty   -- (b) again
+       | otherwise
+       = do { (msgs, mb_tys') <- tryTc (mapM go tys)
+            ; case mb_tys' of
+               Just tys' -> return (TyConApp tc tys')
+                               -- Retain the synonym (the common case)
+               Nothing   -> go (expectJust "checkTauTvUpdate" 
+                                       (tcView (TyConApp tc tys)))
+                               -- Try again, expanding the synonym
+            }
 \end{code}
 
+Note [Type synonyms and the occur check]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+Basically we want to update     tv1 := ps_ty2
+because ps_ty2 has type-synonym info, which improves later error messages
 
-%************************************************************************
-%*                                                                     *
-\subsection[Unify-fun]{@unifyFunTy@}
-%*                                                                     *
-%************************************************************************
+But consider 
+       type A a = ()
 
-@subFunTy@ and @unifyFunTy@ is used to avoid the fruitless 
-creation of type variables.
+       f :: (A a -> a -> ()) -> ()
+       f = \ _ -> ()
 
-* subFunTy is used when we might be faced with a "hole" type variable,
-  in which case we should create two new holes. 
+       x :: ()
+       x = f (\ x p -> p x)
 
-* unifyFunTy is used when we expect to encounter only "ordinary" 
-  type variables, so we should create new ordinary type variables
-
-\begin{code}
-subFunTy :: TcSigmaType                        -- Fail if ty isn't a function type
-        -> TcM (TcType, TcType)        -- otherwise return arg and result types
-subFunTy ty@(TyVarTy tyvar)
-  
-  = getTcTyVar tyvar   `thenNF_Tc` \ maybe_ty ->
-    case maybe_ty of
-       Just ty -> subFunTy ty
-       Nothing | isHoleTyVar tyvar
-               -> newHoleTyVarTy       `thenNF_Tc` \ arg ->
-                  newHoleTyVarTy       `thenNF_Tc` \ res ->
-                  putTcTyVar tyvar (mkFunTy arg res)   `thenNF_Tc_` 
-                  returnTc (arg,res)
-               | otherwise 
-               -> unify_fun_ty_help ty
-
-subFunTy ty
-  = case tcSplitFunTy_maybe ty of
-       Just arg_and_res -> returnTc arg_and_res
-       Nothing          -> unify_fun_ty_help ty
-
-                
-unifyFunTy :: TcPhiType                        -- Fail if ty isn't a function type
-          -> TcM (TcType, TcType)      -- otherwise return arg and result types
-
-unifyFunTy ty@(TyVarTy tyvar)
-  = getTcTyVar tyvar   `thenNF_Tc` \ maybe_ty ->
-    case maybe_ty of
-       Just ty' -> unifyFunTy ty'
-       Nothing  -> unify_fun_ty_help ty
-
-unifyFunTy ty
-  = case tcSplitFunTy_maybe ty of
-       Just arg_and_res -> returnTc arg_and_res
-       Nothing          -> unify_fun_ty_help ty
-
-unify_fun_ty_help ty   -- Special cases failed, so revert to ordinary unification
-  = newTyVarTy openTypeKind    `thenNF_Tc` \ arg ->
-    newTyVarTy openTypeKind    `thenNF_Tc` \ res ->
-    unifyTauTy ty (mkFunTy arg res)    `thenTc_`
-    returnTc (arg,res)
-\end{code}
+In the application (p x), we try to match "t" with "A t".  If we go
+ahead and bind t to A t (= ps_ty2), we'll lead the type checker into 
+an infinite loop later.
+But we should not reject the program, because A t = ().
+Rather, we should bind t to () (= non_var_ty2).
 
 \begin{code}
-unifyListTy :: TcType              -- expected list type
-           -> TcM TcType      -- list element type
-
-unifyListTy ty@(TyVarTy tyvar)
-  = getTcTyVar tyvar   `thenNF_Tc` \ maybe_ty ->
-    case maybe_ty of
-       Just ty' -> unifyListTy ty'
-       other    -> unify_list_ty_help ty
-
-unifyListTy ty
-  = case tcSplitTyConApp_maybe ty of
-       Just (tycon, [arg_ty]) | tycon == listTyCon -> returnTc arg_ty
-       other                                       -> unify_list_ty_help ty
-
-unify_list_ty_help ty  -- Revert to ordinary unification
-  = newTyVarTy liftedTypeKind          `thenNF_Tc` \ elt_ty ->
-    unifyTauTy ty (mkListTy elt_ty)    `thenTc_`
-    returnTc elt_ty
-
--- variant for parallel arrays
+stripBoxyType :: BoxyType -> TcM TcType
+-- Strip all boxes from the input type, returning a non-boxy type.
+-- It's fine for there to be a polytype inside a box (c.f. unBox)
+-- All of the boxes should have been filled in by now; 
+-- hence we return a TcType
+stripBoxyType ty = zonkType strip_tv ty
+  where
+    strip_tv tv = ASSERT( not (isBoxyTyVar tv) ) return (TyVarTy tv)
+       -- strip_tv will be called for *Flexi* meta-tyvars
+       -- There should not be any Boxy ones; hence the ASSERT
+
+zapToMonotype :: BoxySigmaType -> TcM TcTauType
+-- Subtle... we must zap the boxy res_ty
+-- to kind * before using it to instantiate a LitInst
+-- Calling unBox instead doesn't do the job, because the box
+-- often has an openTypeKind, and we don't want to instantiate
+-- with that type.
+zapToMonotype res_ty
+  = do         { res_tau <- newFlexiTyVarTy liftedTypeKind
+       ; boxyUnify res_tau res_ty
+       ; return res_tau }
+
+unBox :: BoxyType -> TcM TcType
+-- unBox implements the judgement 
+--     |- s' ~ box(s)
+-- with input s', and result s
+-- 
+-- It remove 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
+--
+-- Compare this wth checkTauTvUpdate
 --
-unifyPArrTy :: TcType              -- expected list type
-           -> TcM TcType          -- list element type
-
-unifyPArrTy ty@(TyVarTy tyvar)
-  = getTcTyVar tyvar   `thenNF_Tc` \ maybe_ty ->
-    case maybe_ty of
-      Just ty' -> unifyPArrTy ty'
-      _        -> unify_parr_ty_help ty
-unifyPArrTy ty
-  = case tcSplitTyConApp_maybe ty of
-      Just (tycon, [arg_ty]) | tycon == parrTyCon -> returnTc arg_ty
-      _                                          -> unify_parr_ty_help ty
-
-unify_parr_ty_help ty  -- Revert to ordinary unification
-  = newTyVarTy liftedTypeKind          `thenNF_Tc` \ elt_ty ->
-    unifyTauTy ty (mkPArrTy elt_ty)    `thenTc_`
-    returnTc elt_ty
+-- For once, it's safe to treat synonyms as opaque!
+
+unBox (NoteTy n ty)    = do { ty' <- unBox ty; return (NoteTy n ty') }
+unBox (TyConApp tc tys) = do { tys' <- mapM unBox tys; return (TyConApp tc tys') }
+unBox (AppTy f a)       = do { f' <- unBox f; a' <- unBox a; return (mkAppTy f' a') }
+unBox (FunTy f a)       = do { f' <- unBox f; a' <- unBox a; return (FunTy f' a') }
+unBox (PredTy p)       = do { p' <- unBoxPred p; return (PredTy p') }
+unBox (ForAllTy tv ty)  = ASSERT( isImmutableTyVar tv )
+                         do { ty' <- unBox ty; return (ForAllTy tv ty') }
+unBox (TyVarTy tv)
+  | isTcTyVar tv                               -- It's a boxy type variable
+  , MetaTv BoxTv ref <- tcTyVarDetails tv      -- NB: non-TcTyVars are possible
+  = do { cts <- readMutVar ref                 --     under nested quantifiers
+       ; case cts of
+           Indirect ty -> do { non_boxy_ty <- unBox ty
+                             ; if isTauTy non_boxy_ty 
+                               then return non_boxy_ty
+                               else notMonoType non_boxy_ty }
+           Flexi -> do { tau <- newFlexiTyVarTy (tyVarKind tv)
+                       ; writeMutVar ref (Indirect tau)
+                       ; return tau }
+       }
+  | otherwise  -- Skolems, and meta-tau-variables
+  = return (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') }
 \end{code}
 
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection[Unify-context]{Errors and contexts}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+Errors
+~~~~~~
+
 \begin{code}
-unifyTupleTy :: Boxity -> Arity -> TcType -> TcM [TcType]
-unifyTupleTy boxity arity ty@(TyVarTy tyvar)
-  = getTcTyVar tyvar   `thenNF_Tc` \ maybe_ty ->
-    case maybe_ty of
-       Just ty' -> unifyTupleTy boxity arity ty'
-       other    -> unify_tuple_ty_help boxity arity ty
-
-unifyTupleTy boxity arity ty
-  = case tcSplitTyConApp_maybe ty of
-       Just (tycon, arg_tys)
-               |  isTupleTyCon tycon 
-               && tyConArity tycon == arity
-               && tupleTyConBoxity tycon == boxity
-               -> returnTc arg_tys
-       other -> unify_tuple_ty_help boxity arity ty
-
-unify_tuple_ty_help boxity arity ty
-  = newTyVarTys arity kind                             `thenNF_Tc` \ arg_tys ->
-    unifyTauTy ty (mkTupleTy boxity arity arg_tys)     `thenTc_`
-    returnTc arg_tys
+unifyCtxt act_ty exp_ty tidy_env
+  = do { act_ty' <- zonkTcType act_ty
+       ; exp_ty' <- zonkTcType exp_ty
+       ; let (env1, exp_ty'') = tidyOpenType tidy_env exp_ty'
+             (env2, act_ty'') = tidyOpenType env1     act_ty'
+       ; return (env2, mkExpectedActualMsg act_ty'' exp_ty'') }
+
+----------------
+mkExpectedActualMsg act_ty exp_ty
+  = nest 2 (vcat [ text "Expected type" <> colon <+> ppr exp_ty,
+                  text "Inferred type" <> colon <+> ppr act_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''
+       
+             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) }
+
+  where
+    wrongArgsCtxt too_many_or_few fun
+      = ptext SLIT("Probable cause:") <+> quotes (ppr fun)
+       <+> ptext SLIT("is applied to") <+> text too_many_or_few 
+       <+> ptext SLIT("arguments")
+
+------------------
+unifyKindCtxt swapped tv1 ty2 tidy_env -- not swapped => tv1 expected, ty2 inferred
+       -- tv1 and ty2 are zonked already
+  = returnM msg
+  where
+    msg = (env2, ptext SLIT("When matching the kinds of") <+> 
+                sep [quotes pp_expected <+> ptext SLIT("and"), quotes pp_actual])
+
+    (pp_expected, pp_actual) | swapped   = (pp2, pp1)
+                            | otherwise = (pp1, pp2)
+    (env1, tv1') = tidyOpenTyVar tidy_env tv1
+    (env2, ty2') = tidyOpenType  env1 ty2
+    pp1 = ppr tv1' <+> dcolon <+> ppr (tyVarKind tv1)
+    pp2 = ppr ty2' <+> dcolon <+> ppr (typeKind ty2)
+
+unifyMisMatch outer swapped ty1 ty2
+  = do { (env, msg) <- if swapped then misMatchMsg ty1 ty2
+                                  else misMatchMsg ty2 ty1
+
+       -- This is the whole point of the 'outer' stuff
+       ; if outer then popErrCtxt (failWithTcM (env, msg))
+                  else failWithTcM (env, msg)
+       } 
+
+misMatchMsg ty1 ty2
+  = do { env0 <- tcInitTidyEnv
+       ; (env1, pp1, extra1) <- ppr_ty env0 ty1
+       ; (env2, pp2, extra2) <- ppr_ty env1 ty2
+       ; return (env2, sep [sep [ptext SLIT("Couldn't match expected type") <+> pp1, 
+                                 nest 7 (ptext SLIT("against inferred type") <+> pp2)],
+                            nest 2 extra1, nest 2 extra2]) }
+
+ppr_ty :: TidyEnv -> TcType -> TcM (TidyEnv, SDoc, SDoc)
+ppr_ty env ty
+  = do { ty' <- zonkTcType ty
+       ; let (env1,tidy_ty) = tidyOpenType env ty'
+            simple_result  = (env1, quotes (ppr tidy_ty), empty)
+       ; case tidy_ty of
+          TyVarTy tv 
+               | isSkolemTyVar tv -> return (env2, pp_rigid tv',
+                                             pprSkolTvBinding tv')
+               | otherwise -> return simple_result
+               where
+                 (env2, tv') = tidySkolemTyVar env1 tv
+          other -> return simple_result }
+  where
+    pp_rigid tv = quotes (ppr tv) <+> parens (ptext SLIT("a rigid variable"))
+
+
+notMonoType ty
+  = do { ty' <- zonkTcType ty
+       ; env0 <- tcInitTidyEnv
+       ; let (env1, tidy_ty) = tidyOpenType env0 ty'
+             msg = ptext SLIT("Cannot match a monotype with") <+> ppr tidy_ty
+       ; failWithTcM (env1, msg) }
+
+occurCheck tyvar ty
+  = do { env0 <- tcInitTidyEnv
+       ; ty'  <- zonkTcType ty
+       ; let (env1, tidy_tyvar) = tidyOpenTyVar env0 tyvar
+             (env2, tidy_ty)    = tidyOpenType  env1 ty'
+             extra = sep [ppr tidy_tyvar, char '=', ppr tidy_ty]
+       ; failWithTcM (env2, hang msg 2 extra) }
   where
-    kind | isBoxed boxity = liftedTypeKind
-        | otherwise      = openTypeKind
+    msg = ptext SLIT("Occurs check: cannot construct the infinite type:")
 \end{code}
 
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
-\subsection{Kind unification}
+               Kind unification
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
+Unifying kinds is much, much simpler than unifying types.
+
 \begin{code}
 unifyKind :: TcKind                -- Expected
          -> TcKind                 -- Actual
          -> TcM ()
-unifyKind k1 k2 
-  = tcAddErrCtxtM (unifyCtxt "kind" k1 k2) $
-    uTys k1 k1 k2 k2
+unifyKind LiftedTypeKind   LiftedTypeKind   = returnM ()
+unifyKind UnliftedTypeKind UnliftedTypeKind = 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 }
+               -- 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 k1 k2 = unifyKindMisMatch k1 k2
 
 unifyKinds :: [TcKind] -> [TcKind] -> TcM ()
-unifyKinds []       []       = returnTc ()
-unifyKinds (k1:ks1) (k2:ks2) = unifyKind k1 k2         `thenTc_`
+unifyKinds []       []       = returnM ()
+unifyKinds (k1:ks1) (k2:ks2) = unifyKind k1 k2         `thenM_`
                               unifyKinds ks1 ks2
-unifyKinds _ _ = panic "unifyKinds: length mis-match"
+unifyKinds _ _                      = panic "unifyKinds: length mis-match"
+
+----------------
+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 }
+
+----------------
+uUnboundKVar :: Bool -> KindVar -> TcKind -> TcM ()
+uUnboundKVar swapped kv1 k2@(KindVar 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 }
+
+uUnboundKVar swapped kv1 non_var_k2
+  = do { k2' <- zonkTcKind non_var_k2
+       ; kindOccurCheck kv1 k2'
+       ; k2'' <- kindSimpleKind swapped k2'
+               -- KindVars must be bound only to simple kinds
+               -- Polarities: (kindSimpleKind True ?) succeeds 
+               -- returning *, corresponding to unifying
+               --      expected: ?
+               --      actual:   kind-ver
+       ; writeKindVar kv1 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
+
+kindSimpleKind :: Bool -> Kind -> TcM SimpleKind
+-- (kindSimpleKind True k) returns a simple kind sk such that sk <: k
+-- If the flag is False, it requires k <: sk
+-- E.g.        kindSimpleKind False ?? = *
+-- What about (kv -> *) :=: ?? -> *
+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 k@(KindVar _)          = 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
+
+-- T v = MkT v          v must be a type 
+-- T v w = MkT (v -> w)         v must not be an umboxed tuple
+
+----------------
+kindOccurCheckErr tyvar ty
+  = hang (ptext SLIT("Occurs check: cannot construct the infinite kind:"))
+       2 (sep [ppr tyvar, char '=', ppr ty])
+
+unifyKindMisMatch ty1 ty2
+  = zonkTcKind ty1     `thenM` \ ty1' ->
+    zonkTcKind ty2     `thenM` \ ty2' ->
+    let
+       msg = hang (ptext SLIT("Couldn't match kind"))
+                  2 (sep [quotes (ppr ty1'), 
+                          ptext SLIT("against"), 
+                          quotes (ppr ty2')])
+    in
+    failWithTc msg
 \end{code}
 
 \begin{code}
-unifyOpenTypeKind :: TcKind -> TcM ()  
--- Ensures that the argument kind is of the form (Type bx)
--- for some boxity bx
-
-unifyOpenTypeKind ty@(TyVarTy tyvar)
-  = getTcTyVar tyvar   `thenNF_Tc` \ maybe_ty ->
-    case maybe_ty of
-       Just ty' -> unifyOpenTypeKind ty'
-       other    -> unify_open_kind_help ty
-
-unifyOpenTypeKind ty
-  | isTypeKind ty = returnTc ()
-  | otherwise     = unify_open_kind_help ty
-
-unify_open_kind_help ty        -- Revert to ordinary unification
-  = newBoxityVar       `thenNF_Tc` \ boxity ->
-    unifyKind ty (mkTyConApp typeCon [boxity])
+unifyFunKind :: TcKind -> TcM (Maybe (TcKind, TcKind))
+-- Like unifyFunTy, but does not fail; instead just returns Nothing
+
+unifyFunKind (KindVar 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)) }
+    
+unifyFunKind (FunKind arg_kind res_kind) = returnM (Just (arg_kind,res_kind))
+unifyFunKind other                      = returnM Nothing
 \end{code}
 
-
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
-\subsection[Unify-context]{Errors and contexts}
+       Checking kinds
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
-Errors
-~~~~~~
+---------------------------
+-- We would like to get a decent error message from
+--   (a) Under-applied type constructors
+--             f :: (Maybe, Maybe)
+--   (b) Over-applied type constructors
+--             f :: Int x -> Int x
+--
 
 \begin{code}
-unifyCtxt s ty1 ty2 tidy_env   -- ty1 expected, ty2 inferred
-  = zonkTcType ty1     `thenNF_Tc` \ ty1' ->
-    zonkTcType ty2     `thenNF_Tc` \ ty2' ->
-    returnNF_Tc (err ty1' ty2')
-  where
-    err ty1 ty2 = (env1, 
-                  nest 4 
-                       (vcat [
-                          text "Expected" <+> text s <> colon <+> ppr tidy_ty1,
-                          text "Inferred" <+> text s <> colon <+> ppr tidy_ty2
-                       ]))
-                 where
-                   (env1, [tidy_ty1,tidy_ty2]) = tidyOpenTypes tidy_env [ty1,ty2]
-
-unifyKindCtxt swapped tv1 ty2 tidy_env -- not swapped => tv1 expected, ty2 inferred
-       -- tv1 is zonked already
-  = zonkTcType ty2     `thenNF_Tc` \ ty2' ->
-    returnNF_Tc (err ty2')
-  where
-    err ty2 = (env2, ptext SLIT("When matching types") <+> 
-                    sep [quotes pp_expected, ptext SLIT("and"), quotes pp_actual])
-           where
-             (pp_expected, pp_actual) | swapped   = (pp2, pp1)
-                                      | otherwise = (pp1, pp2)
-             (env1, tv1') = tidyOpenTyVar tidy_env tv1
-             (env2, ty2') = tidyOpenType  env1 ty2
-             pp1 = ppr tv1'
-             pp2 = ppr ty2'
-
-unifyMisMatch ty1 ty2
-  = zonkTcType ty1     `thenNF_Tc` \ ty1' ->
-    zonkTcType ty2     `thenNF_Tc` \ ty2' ->
-    let
-       (env, [tidy_ty1, tidy_ty2]) = tidyOpenTypes emptyTidyEnv [ty1',ty2']
-       msg = hang (ptext SLIT("Couldn't match"))
-                  4 (sep [quotes (ppr tidy_ty1), 
-                          ptext SLIT("against"), 
-                          quotes (ppr tidy_ty2)])
-    in
-    failWithTcM (env, msg)
-
-unifyWithSigErr tyvar ty
-  = (env2, hang (ptext SLIT("Cannot unify the type-signature variable") <+> quotes (ppr tidy_tyvar))
-             4 (ptext SLIT("with the type") <+> quotes (ppr tidy_ty)))
-  where
-    (env1, tidy_tyvar) = tidyOpenTyVar emptyTidyEnv tyvar
-    (env2, tidy_ty)    = tidyOpenType  env1         ty
-
-unifyOccurCheck tyvar ty
-  = (env2, hang (ptext SLIT("Occurs check: cannot construct the infinite type:"))
-             4 (sep [ppr tidy_tyvar, char '=', ppr tidy_ty]))
-  where
-    (env1, tidy_tyvar) = tidyOpenTyVar emptyTidyEnv tyvar
-    (env2, tidy_ty)    = tidyOpenType  env1         ty
+checkExpectedKind :: Outputable a => a -> TcKind -> TcKind -> TcM ()
+-- A fancy wrapper for 'unifyKind', which tries 
+-- to give decent error messages.
+checkExpectedKind ty act_kind exp_kind
+  | act_kind `isSubKind` exp_kind -- Short cut for a very common case
+  = returnM ()
+  | otherwise
+  = tryTc (unifyKind exp_kind act_kind)        `thenM` \ (_errs, mb_r) ->
+    case mb_r of {
+       Just r  -> returnM () ; -- Unification succeeded
+       Nothing ->
+
+       -- So there's definitely an error
+       -- Now to find out what sort
+    zonkTcKind exp_kind                `thenM` \ exp_kind ->
+    zonkTcKind act_kind                `thenM` \ act_kind ->
+
+    tcInitTidyEnv              `thenM` \ env0 -> 
+    let (exp_as, _) = splitKindFunTys exp_kind
+        (act_as, _) = splitKindFunTys act_kind
+       n_exp_as = length exp_as
+       n_act_as = length act_as
+       
+       (env1, tidy_exp_kind) = tidyKind env0 exp_kind
+       (env2, tidy_act_kind) = tidyKind env1 act_kind
+
+       err | n_exp_as < n_act_as       -- E.g. [Maybe]
+           = quotes (ppr ty) <+> ptext SLIT("is not applied to enough type arguments")
+
+               -- Now n_exp_as >= n_act_as. In the next two cases, 
+               -- n_exp_as == 0, and hence so is n_act_as
+           | isLiftedTypeKind exp_kind && isUnliftedTypeKind act_kind
+           = ptext SLIT("Expecting a lifted type, but") <+> quotes (ppr ty)
+               <+> ptext SLIT("is unlifted")
+
+           | isUnliftedTypeKind exp_kind && isLiftedTypeKind act_kind
+           = ptext SLIT("Expecting an unlifted type, but") <+> quotes (ppr ty)
+               <+> ptext SLIT("is lifted")
+
+           | otherwise                 -- E.g. Monad [Int]
+           = ptext SLIT("Kind mis-match")
+
+       more_info = sep [ ptext SLIT("Expected kind") <+> 
+                               quotes (pprKind tidy_exp_kind) <> comma,
+                         ptext SLIT("but") <+> quotes (ppr ty) <+> 
+                               ptext SLIT("has kind") <+> quotes (pprKind tidy_act_kind)]
+   in
+   failWithTcM (env2, err $$ more_info)
+   }
 \end{code}
 
-
-
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
 \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]
+@checkSigTyVars@ checks that a set of universally quantified type varaibles
+are not mentioned in the environment.  In particular:
 
-       (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
+       (a) Not mentioned in the type of a variable in the envt
                eg the signature for f in this:
 
                        g x = ... where
@@ -933,217 +1630,95 @@ are
 
 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}
-checkSigTyVars :: [TcTyVar]            -- Universally-quantified type variables in the signature
-              -> TcTyVarSet            -- Tyvars that are free in the type signature
-                                       --      Not necessarily zonked
-                                       --      These should *already* be in the free-in-env set, 
-                                       --      and are used here only to improve the error message
-              -> TcM [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 (allDistinctTyVars sig_tys globals)
-            (complain sig_tys globals) `thenTc_`
-
-    returnTc (map (tcGetTyVar "checkSigTyVars") sig_tys)
-
+checkSigTyVars :: [TcTyVar] -> TcM ()
+checkSigTyVars sig_tvs = check_sig_tyvars emptyVarSet sig_tvs
+
+checkSigTyVarsWrt :: TcTyVarSet -> [TcTyVar] -> TcM ()
+-- The extra_tvs can include boxy type variables; 
+--     e.g. TcMatches.tcCheckExistentialPat
+checkSigTyVarsWrt extra_tvs sig_tvs
+  = do { extra_tvs' <- zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems extra_tvs)
+       ; check_sig_tyvars extra_tvs' sig_tvs }
+
+check_sig_tyvars
+       :: TcTyVarSet   -- Global type variables. The universally quantified
+                       --      tyvars should not mention any of these
+                       --      Guaranteed already zonked.
+       -> [TcTyVar]    -- Universally-quantified type variables in the signature
+                       --      Guaranteed to be skolems
+       -> TcM ()
+check_sig_tyvars extra_tvs []
+  = returnM ()
+check_sig_tyvars extra_tvs sig_tvs 
+  = ASSERT( all isSkolemTyVar sig_tvs )
+    do { gbl_tvs <- tcGetGlobalTyVars
+       ; traceTc (text "check_sig_tyvars" <+> (vcat [text "sig_tys" <+> ppr sig_tvs,
+                                     text "gbl_tvs" <+> ppr gbl_tvs,
+                                     text "extra_tvs" <+> ppr extra_tvs]))
+
+       ; let env_tvs = gbl_tvs `unionVarSet` extra_tvs
+       ; ifM (any (`elemVarSet` env_tvs) sig_tvs)
+             (bleatEscapedTvs env_tvs sig_tvs sig_tvs)
+       }
+
+bleatEscapedTvs :: TcTyVarSet  -- The global tvs
+               -> [TcTyVar]    -- The possibly-escaping type variables
+               -> [TcTyVar]    -- The zonked versions thereof
+               -> TcM ()
+-- Complain about escaping type variables
+-- We pass a list of type variables, at least one of which
+-- escapes.  The first list contains the original signature type variable,
+-- while the second  contains the type variable it is unified to (usually itself)
+bleatEscapedTvs globals sig_tvs zonked_tvs
+  = do { env0 <- tcInitTidyEnv
+       ; let (env1, tidy_tvs)        = tidyOpenTyVars env0 sig_tvs
+             (env2, tidy_zonked_tvs) = tidyOpenTyVars env1 zonked_tvs
+
+       ; (env3, msgs) <- foldlM check (env2, []) (tidy_tvs `zip` tidy_zonked_tvs)
+       ; failWithTcM (env3, main_msg $$ nest 2 (vcat msgs)) }
   where
-    complain sig_tys globals
-      = -- "check" checks each sig tyvar in turn
-        foldlNF_Tc check
-                  (env2, emptyVarEnv, [])
-                  (tidy_tvs `zip` tidy_tys)    `thenNF_Tc` \ (env3, _, msgs) ->
-
-        failWithTcM (env3, main_msg $$ vcat msgs)
-      where
-       (env1, tidy_tvs) = tidyOpenTyVars emptyTidyEnv sig_tyvars
-       (env2, tidy_tys) = tidyOpenTypes  env1         sig_tys
-
-       main_msg = ptext SLIT("Inferred type is less polymorphic than expected")
-
-       check (tidy_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 tcGetTyVar_maybe ty of {
-             Nothing ->                        -- Error (a)!
-                       returnNF_Tc (tidy_env, acc, unify_msg sig_tyvar (quotes (ppr ty)) : msgs) ;
-
-             Just tv ->
-
-           case lookupVarEnv acc tv of {
-               Just sig_tyvar' ->      -- Error (b)!
-                       returnNF_Tc (tidy_env, acc, unify_msg sig_tyvar thing : msgs)
-                   where
-                       thing = ptext SLIT("another quantified type variable") <+> quotes (ppr sig_tyvar')
-
-             ; Nothing ->
-
-           if tv `elemVarSet` globals  -- Error (c) or (d)! Type variable escapes
-                                       -- The least comprehensible, so put it last
-                       -- Game plan: 
-                       --    a) get the local TcIds and TyVars from the environment,
-                       --       and pass them to find_globals (they might have tv free)
-                       --    b) similarly, find any free_tyvars that mention tv
-           then   tcGetEnv                                                     `thenNF_Tc` \ ve ->
-                  find_globals tv tidy_env  (tcLEnvElts ve)                    `thenNF_Tc` \ (tidy_env1, globs) ->
-                  find_frees   tv tidy_env1 [] (varSetElems free_tyvars)       `thenNF_Tc` \ (tidy_env2, frees) ->
-                  returnNF_Tc (tidy_env2, acc, escape_msg sig_tyvar tv globs frees : msgs)
-
-           else        -- All OK
-           returnNF_Tc (tidy_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 :: Var 
-             -> TidyEnv 
-             -> [TcTyThing] 
-             -> NF_TcM (TidyEnv, [SDoc])
-
-find_globals tv tidy_env things
-  = go tidy_env [] things
-  where
-    go tidy_env acc [] = returnNF_Tc (tidy_env, acc)
-    go tidy_env acc (thing : things)
-      = find_thing ignore_it tidy_env thing    `thenNF_Tc` \ (tidy_env1, maybe_doc) ->
-       case maybe_doc of
-         Just d  -> go tidy_env1 (d:acc) things
-         Nothing -> go tidy_env1 acc     things
-
-    ignore_it ty = not (tv `elemVarSet` tyVarsOfType ty)
+    main_msg = ptext SLIT("Inferred type is less polymorphic than expected")
 
------------------------
-find_thing ignore_it tidy_env (ATcId id)
-  = zonkTcType  (idType id)    `thenNF_Tc` \ id_ty ->
-    if ignore_it id_ty then
-       returnNF_Tc (tidy_env, Nothing)
-    else let
-       (tidy_env', tidy_ty) = tidyOpenType tidy_env id_ty
-       msg = sep [ppr id <+> dcolon <+> ppr tidy_ty, 
-                  nest 2 (parens (ptext SLIT("bound at") <+>
-                                  ppr (getSrcLoc id)))]
-    in
-    returnNF_Tc (tidy_env', Just msg)
-
-find_thing ignore_it tidy_env (ATyVar tv)
-  = zonkTcTyVar tv             `thenNF_Tc` \ tv_ty ->
-    if ignore_it tv_ty then
-       returnNF_Tc (tidy_env, Nothing)
-    else let
-       (tidy_env1, tv1)     = tidyOpenTyVar tidy_env  tv
-       (tidy_env2, tidy_ty) = tidyOpenType  tidy_env1 tv_ty
-       msg = sep [ptext SLIT("Type variable") <+> quotes (ppr tv1) <+> eq_stuff, nest 2 bound_at]
-
-       eq_stuff | Just tv' <- Type.getTyVar_maybe tv_ty, tv == tv' = empty
-                | otherwise                                        = equals <+> ppr tv_ty
-               -- It's ok to use Type.getTyVar_maybe because ty is zonked by now
-       
-       bound_at = tyVarBindingInfo tv
-    in
-    returnNF_Tc (tidy_env2, Just msg)
+    check (tidy_env, msgs) (sig_tv, zonked_tv)
+      | not (zonked_tv `elemVarSet` globals) = return (tidy_env, msgs)
+      | otherwise
+      = do { (tidy_env1, globs) <- findGlobals (unitVarSet zonked_tv) tidy_env
+          ; returnM (tidy_env1, escape_msg sig_tv zonked_tv globs : msgs) }
 
 -----------------------
-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
-           (tidy_env', ftv') = tidyOpenTyVar tidy_env ftv
-       in
-       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") $$
-    if not (null globs) then
-       vcat [pp_it <+> ptext SLIT("is mentioned in the environment:"), 
-             nest 2 (vcat globs)]
-     else if not (null frees) then
-       vcat [ptext SLIT("It is reachable from the type variable(s)") <+> pprQuotedList frees,
-             nest 2 (ptext SLIT("which") <+> is_are <+> ptext SLIT("free in the signature"))
-       ]
-     else
-       empty   -- Sigh.  It's really hard to give a good error message
-               -- all the time.   One bad case is an existential pattern match
+escape_msg sig_tv zonked_tv globs
+  | notNull globs 
+  = vcat [sep [msg, ptext SLIT("is mentioned in the environment:")], 
+         nest 2 (vcat globs)]
+  | otherwise
+  = msg <+> ptext SLIT("escapes")
+       -- Sigh.  It's really hard to give a good error message
+       -- all the time.   One bad case is an existential pattern match.
+       -- We rely on the "When..." context to help.
   where
-    is_are | isSingleton frees = ptext SLIT("is")
-          | otherwise         = ptext SLIT("are")
-    pp_it | sig_tv /= tv = ptext SLIT("It unifies with") <+> quotes (ppr tv) <> comma <+> ptext SLIT("which")
-         | otherwise    = ptext SLIT("It")
-
-    vcat_first :: Int -> [SDoc] -> SDoc
-    vcat_first n []     = empty
-    vcat_first 0 (x:xs) = text "...others omitted..."
-    vcat_first n (x:xs) = x $$ vcat_first (n-1) xs
-
-
-unify_msg tv thing = mk_msg tv <+> ptext SLIT("is unified with") <+> thing
-mk_msg tv          = ptext SLIT("Quantified type variable") <+> quotes (ppr tv)
+    msg = ptext SLIT("Quantified type variable") <+> quotes (ppr sig_tv) <+> is_bound_to
+    is_bound_to 
+       | sig_tv == zonked_tv = empty
+       | otherwise = ptext SLIT("is unified with") <+> quotes (ppr zonked_tv) <+> ptext SLIT("which")
 \end{code}
 
 These two context are used with checkSigTyVars
     
 \begin{code}
-sigCtxt :: [TcTyVar] -> TcThetaType -> TcTauType
-       -> TidyEnv -> NF_TcM (TidyEnv, Message)
-sigCtxt sig_tyvars sig_theta sig_tau tidy_env
-  = zonkTcType sig_tau         `thenNF_Tc` \ actual_tau ->
+sigCtxt :: Id -> [TcTyVar] -> TcThetaType -> TcTauType
+       -> TidyEnv -> TcM (TidyEnv, Message)
+sigCtxt id sig_tvs sig_theta sig_tau tidy_env
+  = zonkTcType sig_tau         `thenM` \ actual_tau ->
     let
-       (env1, tidy_sig_tyvars)  = tidyOpenTyVars tidy_env sig_tyvars
-       (env2, tidy_sig_rho)     = tidyOpenType env1 (mkRhoTy sig_theta sig_tau)
-       (env3, tidy_actual_tau)  = tidyOpenType env2 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
+       (env1, tidy_sig_tvs)    = tidyOpenTyVars tidy_env sig_tvs
+       (env2, tidy_sig_rho)    = tidyOpenType env1 (mkPhiTy sig_theta sig_tau)
+       (env3, tidy_actual_tau) = tidyOpenType env2 actual_tau
+       sub_msg = vcat [ptext SLIT("Signature type:    ") <+> pprType (mkForAllTys tidy_sig_tvs tidy_sig_rho),
+                       ptext SLIT("Type to generalise:") <+> pprType tidy_actual_tau
                   ]
+       msg = vcat [ptext SLIT("When trying to generalise the type inferred for") <+> quotes (ppr id),
+                   nest 2 sub_msg]
     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
+    returnM (env3, msg)
 \end{code}
-
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