Simon's big boxy-type commit
[ghc-hetmet.git] / ghc / compiler / typecheck / TcUnify.lhs
index d5323d8..8cd2a0b 100644 (file)
@@ -6,68 +6,78 @@
 \begin{code}
 module TcUnify (
        -- Full-blown subsumption
-  tcSubOff, tcSubExp, tcGen, 
-  checkSigTyVars, checkSigTyVarsWrt, sigCtxt, findGlobals,
+  tcSubExp, tcGen, 
+  checkSigTyVars, checkSigTyVarsWrt, bleatEscapedTvs, sigCtxt, 
 
        -- Various unifications
-  unifyTauTy, unifyTauTyList, unifyTauTyLists, 
-  unifyKind, unifyKinds, unifyOpenTypeKind, unifyFunKind,
+  unifyType, unifyTypeList, unifyTheta,
+  unifyKind, unifyKinds, unifyFunKind, 
+  checkExpectedKind, 
+  boxySubMatchType, boxyMatchTypes,
 
   --------------------------------
   -- Holes
-  Expected(..), newHole, readExpectedType, 
-  zapExpectedType, zapExpectedTo, zapExpectedBranches,
-  subFunTys,           unifyFunTy, 
-  zapToListTy,         unifyListTy, 
-  zapToPArrTy,         unifyPArrTy, 
-  zapToTupleTy, unifyTupleTy
-
+  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         ( mkHsLet,
-                         ExprCoFn, idCoercion, isIdCoercion, mkCoercion, (<.>), (<$>) )
-import TypeRep         ( Type(..), SourceType(..), TyNote(..), openKindCon )
-
-import TcRnMonad         -- TcType, amongst others
-import TcType          ( TcKind, TcType, TcSigmaType, TcRhoType, TcTyVar, TcTauType,
-                         TcTyVarSet, TcThetaType, TyVarDetails(SigTv),
-                         isTauTy, isSigmaTy, mkFunTys,
-                         tcSplitAppTy_maybe, tcSplitTyConApp_maybe, 
-                         tcGetTyVar_maybe, tcGetTyVar, 
-                         mkFunTy, tyVarsOfType, mkPhiTy,
-                         typeKind, tcSplitFunTy_maybe, mkForAllTys,
-                         isSkolemTyVar, isUserTyVar, 
-                         tidyOpenType, tidyOpenTypes, tidyOpenTyVar, tidyOpenTyVars,
-                         eqKind, openTypeKind, liftedTypeKind, isTypeKind, mkArrowKind,
-                         hasMoreBoxityInfo, allDistinctTyVars
-                       )
-import Inst            ( newDicts, instToId, tcInstCall )
-import TcMType         ( getTcTyVar, putTcTyVar, tcInstType, newKindVar,
-                         newTyVarTy, newTyVarTys, newOpenTypeKind, 
-                         zonkTcType, zonkTcTyVars, zonkTcTyVarsAndFV )
+import TcMType         ( lookupTcTyVar, LookupTyVarResult(..),
+                          tcInstSkolType, newKindVar, newMetaTyVar,
+                         tcInstBoxy, newBoxyTyVar, readFilledBox, 
+                         readMetaTyVar, writeMetaTyVar, newFlexiTyVarTy,
+                         tcInstSkolTyVars, 
+                         zonkTcKind, zonkType, zonkTcType,  zonkTcTyVarsAndFV, 
+                         readKindVar, writeKindVar )
 import TcSimplify      ( tcSimplifyCheck )
-import TysWiredIn      ( listTyCon, parrTyCon, mkListTy, mkPArrTy, mkTupleTy )
 import TcEnv           ( tcGetGlobalTyVars, findGlobals )
-import TyCon           ( tyConArity, isTupleTyCon, tupleTyConBoxity )
-import PprType         ( pprType )
+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, mkTyVarTys,
+                         tyVarsOfType, mkPhiTy, mkTyVarTy, mkPredTy, 
+                         typeKind, mkForAllTys, mkAppTy, isBoxyTyVar,
+                         tidyOpenType, tidyOpenTypes, 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 )
-import VarSet          ( emptyVarSet, unitVarSet, unionVarSet, elemVarSet, varSetElems )
+import Var             ( Var, varName, tyVarKind, isTcTyVar, tcTyVarDetails )
+import VarSet          ( emptyVarSet, mkVarSet, unitVarSet, unionVarSet, elemVarSet, varSetElems,
+                         extendVarSet, intersectsVarSet )
 import VarEnv
 import Name            ( isSystemName )
 import ErrUtils                ( Message )
-import BasicTypes      ( Boxity, Arity, isBoxed )
-import Util            ( equalLength, lengthExceeds, notNull )
+import Maybes          ( fromJust )
+import BasicTypes      ( Arity )
+import UniqSupply      ( uniqsFromSupply )
+import Util            ( notNull, equalLength )
 import Outputable
-\end{code}
 
-Notes on holes
-~~~~~~~~~~~~~~
-* A hole is always filled in with an ordinary type, not another hole.
+-- Assertion imports
+#ifdef DEBUG
+import TcType          ( isBoxyTy, isFlexi )
+#endif
+\end{code}
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
@@ -76,207 +86,393 @@ Notes on holes
 %************************************************************************
 
 \begin{code}
-data Expected ty = Infer (TcRef ty)    -- The hole to fill in for type inference
-                | Check ty             -- The type to check during type checking
-
-newHole :: TcM (TcRef ty)
-newHole = newMutVar (error "Empty hole in typechecker")
-
-readExpectedType :: Expected ty -> TcM ty
-readExpectedType (Infer hole) = readMutVar hole
-readExpectedType (Check ty)   = returnM ty
-
-zapExpectedType :: Expected TcType -> TcM TcTauType
--- In the inference case, ensure we have a monotype
-zapExpectedType (Infer hole)
-  = do { ty <- newTyVarTy openTypeKind ;
-        writeMutVar hole ty ;
-        return ty }
-
-zapExpectedType (Check ty) = return ty
-
-zapExpectedTo :: Expected TcType -> TcTauType -> TcM ()
-zapExpectedTo (Infer hole) ty2 = writeMutVar hole ty2
-zapExpectedTo (Check ty1)  ty2 = unifyTauTy ty1 ty2
-
-zapExpectedBranches :: [a] -> Expected TcType -> TcM (Expected TcType)
--- Zap the expected type to a monotype if there is more than one branch
-zapExpectedBranches branches exp_ty
-  | lengthExceeds branches 1 = zapExpectedType exp_ty  `thenM` \ exp_ty' -> 
-                              return (Check exp_ty')
-  | otherwise               = returnM exp_ty           
-
-instance Outputable ty => Outputable (Expected ty) where
-  ppr (Check ty)   = ptext SLIT("Expected type") <+> ppr ty
-  ppr (Infer hole) = ptext SLIT("Inferring type")
+tcInfer :: (BoxyType -> TcM a) -> TcM (a, TcType)
+tcInfer tc_infer
+  = do { box <- newBoxyTyVar 
+       ; res <- tc_infer (mkTyVarTy box)
+       ; res_ty <- readFilledBox box   -- Guaranteed filled-in by now
+       ; return (res, res_ty) }
 \end{code}                
 
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
-\subsection[Unify-fun]{@unifyFunTy@}
+       subFunTys
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
-@subFunTy@ and @unifyFunTy@ is used to avoid the fruitless 
-creation of type variables.
+\begin{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
+
 
-* subFunTy is used when we might be faced with a "hole" type variable,
-  in which case we should create two new holes. 
+{-     Error messages from subFunTys
 
-* unifyFunTy is used when we expect to encounter only "ordinary" 
-  type variables, so we should create new ordinary type variables
+   The abstraction `\Just 1 -> ...' has two arguments
+   but its type `Maybe a -> a' has only one
 
-\begin{code}
-subFunTys :: [pat]
-        -> Expected TcRhoType  -- Fail if ty isn't a function type
-        -> ([(pat, Expected TcRhoType)] -> Expected TcRhoType -> TcM a)
-        -> TcM a
+   The equation(s) for `f' have two arguments
+   but its type `Maybe a -> a' has only one
 
-subFunTys pats (Infer hole) thing_inside
-  =    -- This is the interesting case
-    mapM new_pat_hole pats     `thenM` \ pats_w_holes ->
-    newHole                    `thenM` \ res_hole ->
+   The section `(f 3)' requires 'f' to take two arguments
+   but its type `Int -> Int' has only one
 
-       -- Do the business
-    thing_inside pats_w_holes (Infer res_hole) `thenM` \ answer ->
+   The function 'f' is applied to two arguments
+   but its type `Int -> Int' has only one
+-}
 
-       -- Extract the answers
-    mapM read_pat_hole pats_w_holes    `thenM` \ arg_tys ->
-    readMutVar res_hole                        `thenM` \ res_ty ->
 
-       -- Write the answer into the incoming hole
-    writeMutVar hole (mkFunTys arg_tys res_ty) `thenM_` 
+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 first, 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) }
+
+    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
+       = failWithTc (mk_msg (length args_so_far))
+
+    mk_msg 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}
 
-       -- And return the answer
-    returnM answer
+\begin{code}
+----------------------
+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
-    new_pat_hole pat = newHole `thenM` \ hole -> return (pat, Infer hole)
-    read_pat_hole (pat, Infer hole) = readMutVar hole
+    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 }
 
-subFunTys pats (Check ty) thing_inside
-  = go pats ty         `thenM` \ (pats_w_tys, res_ty) ->
-    thing_inside pats_w_tys res_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
-    go []         ty = return ([], Check ty)
-    go (pat:pats) ty = unifyFunTy ty   `thenM` \ (arg,res) ->
-                      go pats res      `thenM` \ (pats_w_tys, final_res) ->
-                      return ((pat, Check arg) : pats_w_tys, final_res)
-                
-unifyFunTy :: TcRhoType                        -- Fail if ty isn't a function type
-          -> TcM (TcType, TcType)      -- otherwise return arg and result types
-
-unifyFunTy ty@(TyVarTy tyvar)
-  = getTcTyVar tyvar   `thenM` \ 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 -> returnM arg_and_res
-       Nothing          -> unify_fun_ty_help ty
-
-unify_fun_ty_help ty   -- Special cases failed, so revert to ordinary unification
-  = newTyVarTy openTypeKind    `thenM` \ arg ->
-    newTyVarTy openTypeKind    `thenM` \ res ->
-    unifyTauTy ty (mkFunTy arg res)    `thenM_`
-    returnM (arg,res)
+    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 actual_ty expected_ty
 \end{code}
 
+
+--------------------------------
+-- withBoxes: the key utility function
+--------------------------------
+
 \begin{code}
-zapToListTy :: Expected TcType -- expected list type
-           -> TcM TcType      -- list element type
-
-zapToListTy (Check ty)   = unifyListTy ty
-zapToListTy (Infer hole) = do { elt_ty <- newTyVarTy liftedTypeKind ;
-                               writeMutVar hole (mkListTy elt_ty) ;
-                               return elt_ty }
-
-unifyListTy :: TcType -> TcM TcType
-unifyListTy ty@(TyVarTy tyvar)
-  = getTcTyVar tyvar   `thenM` \ 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 -> returnM arg_ty
-       other                                       -> unify_list_ty_help ty
-
-unify_list_ty_help ty  -- Revert to ordinary unification
-  = newTyVarTy liftedTypeKind          `thenM` \ elt_ty ->
-    unifyTauTy ty (mkListTy elt_ty)    `thenM_`
-    returnM elt_ty
-
--- variant for parallel arrays
---
-zapToPArrTy :: Expected TcType     -- Expected list type
-           -> TcM TcType          -- List element type
-
-zapToPArrTy (Check ty)   = unifyPArrTy ty
-zapToPArrTy (Infer hole) = do { elt_ty <- newTyVarTy liftedTypeKind ;
-                               writeMutVar hole (mkPArrTy elt_ty) ;
-                               return elt_ty }
-
-unifyPArrTy :: TcType -> TcM TcType
-
-unifyPArrTy ty@(TyVarTy tyvar)
-  = getTcTyVar tyvar   `thenM` \ 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 -> returnM arg_ty
-      _                                          -> unify_parr_ty_help ty
-
-unify_parr_ty_help ty  -- Revert to ordinary unification
-  = newTyVarTy liftedTypeKind          `thenM` \ elt_ty ->
-    unifyTauTy ty (mkPArrTy elt_ty)    `thenM_`
-    returnM elt_ty
+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}
 
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+               Approximate boxy matching
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
 \begin{code}
-zapToTupleTy :: Boxity -> Arity -> Expected TcType -> TcM [TcType]
-zapToTupleTy boxity arity (Check ty)   = unifyTupleTy boxity arity ty
-zapToTupleTy boxity arity (Infer hole) = do { (tup_ty, arg_tys) <- new_tuple_ty boxity arity ;
-                                             writeMutVar hole tup_ty ;
-                                             return arg_tys }
-
-unifyTupleTy boxity arity ty@(TyVarTy tyvar)
-  = getTcTyVar tyvar   `thenM` \ 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
-               -> returnM arg_tys
-       other -> unify_tuple_ty_help boxity arity ty
-
-unify_tuple_ty_help boxity arity ty
-  = new_tuple_ty boxity arity  `thenM` \ (tup_ty, arg_tys) ->
-    unifyTauTy ty tup_ty       `thenM_`
-    returnM arg_tys
-
-new_tuple_ty boxity arity
-  = newTyVarTys arity kind     `thenM` \ arg_tys ->
-    return (mkTupleTy boxity arity arg_tys, arg_tys)
+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
-    kind | isBoxed boxity = liftedTypeKind
-        | otherwise      = openTypeKind
+    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) = AppTy (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}
 
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
-\subsection{Subsumption}
+               Subsumption checking
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
@@ -295,62 +491,40 @@ which takes an HsExpr of type offered_ty into one of type
 expected_ty.
 
 \begin{code}
-tcSubExp :: Expected TcRhoType -> TcRhoType  -> TcM ExprCoFn
-tcSubOff :: TcSigmaType  -> Expected TcSigmaType -> TcM ExprCoFn
-\end{code}
-
-These two check for holes
-
-\begin{code}
-tcSubExp expected_ty offered_ty
-  = traceTc (text "tcSubExp" <+> (ppr expected_ty $$ ppr offered_ty))  `thenM_`
-    checkHole expected_ty offered_ty tcSub
-
-tcSubOff expected_ty offered_ty
-  = checkHole offered_ty expected_ty (\ off exp -> tcSub exp off)
-
--- checkHole looks for a hole in its first arg; 
--- If so, and it is uninstantiated, it fills in the hole 
---       with its second arg
--- Otherwise it calls thing_inside, passing the two args, looking
--- through any instantiated hole
-
-checkHole (Infer hole) other_ty thing_inside
-  = do { writeMutVar hole other_ty; return idCoercion }
-
-checkHole (Check ty) other_ty thing_inside 
-  = thing_inside ty other_ty
-\end{code}
-
-No holes expected now.  Add some error-check context info.
-
-\begin{code}
-tcSub :: TcSigmaType -> TcSigmaType -> TcM ExprCoFn    -- Locally used only
-tcSub expected_ty actual_ty
+-----------------
+tcSubExp :: BoxySigmaType -> BoxySigmaType -> TcM ExprCoFn     -- Locally used only
+       -- (tcSub act exp) checks that 
+       --      act <= exp
+tcSubExp actual_ty expected_ty
   = traceTc (text "tcSub" <+> details)         `thenM_`
-    addErrCtxtM (unifyCtxt "type" expected_ty actual_ty)
-               (tc_sub expected_ty expected_ty actual_ty actual_ty)
+    addErrCtxtM (unifyCtxt "type" actual_ty expected_ty)
+               (tc_sub actual_ty actual_ty expected_ty expected_ty)
   where
     details = vcat [text "Expected:" <+> ppr expected_ty,
                    text "Actual:  " <+> ppr actual_ty]
-\end{code}
 
-tc_sub carries the types before and after expanding type synonyms
-
-\begin{code}
-tc_sub :: TcSigmaType          -- expected_ty, before expanding synonyms
-       -> TcSigmaType          --              ..and after
-       -> TcSigmaType          -- actual_ty, before
-       -> TcSigmaType          --              ..and after
+-----------------
+tc_sub :: BoxySigmaType                -- actual_ty, before expanding synonyms
+       -> BoxySigmaType                --              ..and after
+       -> BoxySigmaType                -- expected_ty, before
+       -> BoxySigmaType                --              ..and after
        -> TcM ExprCoFn
 
+tc_sub act_sty act_ty exp_sty exp_ty
+  | Just exp_ty' <- tcView exp_ty = tc_sub act_sty act_ty exp_sty exp_ty'
+tc_sub act_sty act_ty exp_sty exp_ty
+  | Just act_ty' <- tcView act_ty = tc_sub act_sty act_ty' exp_sty exp_ty
+
 -----------------------------------
--- 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
+-- 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 act_sty (TyVarTy tv) exp_sty exp_ty
+  = do { uVar 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
@@ -360,128 +534,78 @@ tc_sub exp_sty exp_ty act_sty (NoteTy _ act_ty) = tc_sub exp_sty exp_ty act_sty
 --          g :: Ord b => b->b
 -- Consider  f g !
 
-tc_sub exp_sty expected_ty act_sty actual_ty
-  | isSigmaTy expected_ty
-  = tcGen expected_ty (tyVarsOfType actual_ty) (
-       -- It's really important to check for escape wrt the free vars of
-       -- both expected_ty *and* actual_ty
-       \ body_exp_ty -> tc_sub body_exp_ty body_exp_ty act_sty actual_ty
-    )                          `thenM` \ (gen_fn, co_fn) ->
-    returnM (gen_fn <.> co_fn)
+tc_sub 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 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 act_sty actual_ty exp_sty expected_ty
   | isSigmaTy actual_ty
-  = tcInstCall Rank2Origin actual_ty           `thenM` \ (inst_fn, body_ty) ->
-    tc_sub exp_sty expected_ty body_ty body_ty `thenM` \ co_fn ->
-    returnM (co_fn <.> inst_fn)
+  = 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 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 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 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 act_sty actual_ty exp_sty expected_ty
+  = do { u_tys 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, because we can instantiat f's type to a monotype
---
--- However, we get can get jolly unhelpful error messages.  
---     e.g.    foo = id runST
---
---    Inferred type is less polymorphic than expected
---     Quantified type variable `s' escapes
---     Expected type: ST s a -> t
---     Inferred type: (forall s1. ST s1 a) -> a
---    In the first argument of `id', namely `runST'
---    In a right-hand side of function `foo': id runST
---
--- I'm not quite sure what to do about this!
-
-tc_sub exp_sty exp_ty@(FunTy exp_arg exp_res) _ (TyVarTy tv)
-  = getTcTyVar tv      `thenM` \ maybe_ty ->
-    case maybe_ty of
-       Just ty -> tc_sub exp_sty exp_ty ty ty
-       Nothing -> imitateFun tv exp_sty        `thenM` \ (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      `thenM` \ maybe_ty ->
-    case maybe_ty of
-       Just ty -> tc_sub ty ty act_sty act_ty
-       Nothing -> imitateFun tv act_sty        `thenM` \ (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 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 `thenM_`
-    returnM idCoercion
-\end{code}    
-    
-%************************************************************************
-%*                                                                     *
-\subsection{Functions}
-%*                                                                     *
-%************************************************************************
-
-\begin{code}
-tcSub_fun exp_arg exp_res act_arg act_res
-  = tc_sub act_arg act_arg exp_arg exp_arg     `thenM` \ co_fn_arg ->
-    tc_sub exp_res exp_res act_res act_res     `thenM` \ co_fn_res ->
-    newUnique                                  `thenM` \ 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 FSLIT("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
-    returnM coercion
-
-imitateFun :: TcTyVar -> TcType -> TcM (TcType, TcType)
-imitateFun tv ty
-  =    -- 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.)
-    checkM (not (isSkolemTyVar tv))
-          (failWithTcM (unifyWithSigErr tv ty))        `thenM_`
-
-    newTyVarTy openTypeKind            `thenM` \ arg ->
-    newTyVarTy openTypeKind            `thenM` \ res ->
-    putTcTyVar tv (mkFunTy arg res)    `thenM_`
-    returnM (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}
@@ -489,20 +613,36 @@ imitateFun tv ty
 %************************************************************************
 
 \begin{code}
-tcGen :: TcSigmaType                           -- expected_ty
+tcGen :: BoxySigmaType                         -- expected_ty
       -> TcTyVarSet                            -- Extra tyvars that the universally
                                                --      quantified tyvars of expected_ty
                                                --      must not be unified
-      -> (TcRhoType -> TcM result)             -- spec_ty
+      -> (BoxyRhoType -> TcM result)           -- spec_ty
       -> TcM (ExprCoFn, result)
        -- The expression has type: spec_ty -> expected_ty
 
 tcGen expected_ty extra_tvs thing_inside       -- We expect expected_ty to be a forall-type
                                                -- If not, the call is a no-op
-  = tcInstType SigTv expected_ty       `thenM` \ (forall_tvs, theta, phi_ty) ->
+  = 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
-    getLIE (thing_inside phi_ty)       `thenM` \ (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
@@ -515,30 +655,19 @@ tcGen expected_ty extra_tvs thing_inside  -- We expect expected_ty to be a forall
        -- Conclusion: include the free vars of the expected_ty in the
        -- list of "free vars" for the signature check.
 
-    newDicts SignatureOrigin theta                     `thenM` \ dicts ->
-    tcSimplifyCheck sig_msg forall_tvs dicts lie       `thenM` \ inst_binds ->
+       ; dicts <- newDicts (SigOrigin skol_info) theta
+       ; inst_binds <- tcSimplifyCheck sig_msg forall_tvs dicts lie
 
-#ifdef DEBUG
-    zonkTcTyVars forall_tvs `thenM` \ forall_tys ->
-    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 phi_ty,
-                                   text "free_tvs" <+> ppr free_tvs,
-                                   text "forall_tys" <+> ppr forall_tys])      `thenM_`
-#endif
+       ; checkSigTyVarsWrt free_tvs forall_tvs
+       ; traceTc (text "tcGen:done")
 
-    checkSigTyVarsWrt free_tvs forall_tvs              `thenM` \ zonked_tvs ->
-
-    traceTc (text "tcGen:done") `thenM_`
-
-    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
-    returnM (mkCoercion co_fn, result)
+               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 `unionVarSet` extra_tvs
     sig_msg  = ptext SLIT("expected type of an expression")
@@ -548,49 +677,70 @@ tcGen expected_ty extra_tvs thing_inside  -- We expect expected_ty to be a forall
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
-\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 )
+boxyUnify :: BoxyType -> BoxyType -> TcM ()
+-- Acutal and expected, respectively
+boxyUnify ty1 ty2 
+  = addErrCtxtM (unifyCtxt "type" ty1 ty2) $
+    uTys 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 "type" ty1 ty2) $
-    uTys ty1 ty1 ty2 ty2
+    uTys True ty1 True ty2
+
+---------------
+unifyPred :: PredType -> PredType -> TcM ()
+-- Acutal and expected types
+unifyPred p1 p2 = addErrCtxtM (unifyCtxt "type constraint" (mkPredTy p1) (mkPredTy p2)) $
+                 uPred 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@ 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 []          []         = returnM ()
-unifyTauTyLists (ty1:tys1) (ty2:tys2) = uTys ty1 ty1 ty2 ty2   `thenM_`
-                                       unifyTauTyLists tys1 tys2
-unifyTauTyLists ty1s ty2s = panic "Unify.unifyTauTyLists: 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 []               = returnM ()
-unifyTauTyList [ty]             = returnM ()
-unifyTauTyList (ty1:tys@(ty2:_)) = unifyTauTy ty1 ty2  `thenM_`
-                                  unifyTauTyList tys
+unifyTypeList :: [TcTauType] -> TcM ()
+unifyTypeList []                = returnM ()
+unifyTypeList [ty]              = returnM ()
+unifyTypeList (ty1:tys@(ty2:_)) = do { unifyType ty1 ty2
+                                     ; unifyTypeList tys }
 \end{code}
 
 %************************************************************************
@@ -608,70 +758,111 @@ 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
+type NoBoxes = Bool    -- True  <=> definitely no boxes in this type
+                       -- False <=> there might be boxes (always safe)
 
-     -> TcTauType -> TcTauType -- Error reporting ty2 and real ty2
-                               -- ty2 is the *actual* type
+uTys :: NoBoxes -> TcType      -- ty1 is the *expected* type
+     -> NoBoxes -> TcType      -- ty2 is the *actual* type
      -> TcM ()
+uTys nb1 ty1 nb2 ty2 = u_tys 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 :: NoBoxes -> TcType -> TcType   -- ty1 is the *actual* type
+      -> NoBoxes -> TcType -> TcType   -- ty2 is the *expected* type
+      -> TcM ()
+
+u_tys nb1 orig_ty1 ty1 nb2 orig_ty2 ty2
+  = go 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 ty1 ty2 
+      | Just ty1' <- tcView ty1 = go ty1' ty2
+      | Just ty2' <- tcView ty2 = go 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 (TyVarTy tyvar1) ty2 = uVar False tyvar1 nb2 orig_ty2 ty2
+    go ty1 (TyVarTy tyvar2) = uVar 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   `thenM_`    uTys arg1 arg1 arg2 arg2
+    go (PredTy p1) (PredTy p2) = uPred 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        `thenM_`    uTys t1 t1 t2 t2
-       Nothing      -> unifyMisMatch ps_ty1 ps_ty2
+    go (AppTy s1 t1) ty2
+      = case tcSplitAppTy_maybe ty2 of
+         Just (s2,t2) -> do { uTys nb1 s1 nb2 s2; uTys nb1 t1 nb2 t2 }
+         Nothing      -> unifyMisMatch False orig_ty1 orig_ty2
 
        -- 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        `thenM_`    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 ty1 (AppTy s2 t2)
+      = case tcSplitAppTy_maybe ty1 of
+         Just (s1,t1) -> do { uTys nb1 s1 nb2 s2; uTys nb1 t1 nb2 t2 }
+         Nothing      -> unifyMisMatch False orig_ty1 orig_ty2
+
+    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 _ _ = unifyMisMatch False orig_ty1 orig_ty2
+
+----------
+uPred nb1 (IParam n1 t1) nb2 (IParam n2 t2)
+  | n1 == n2 = uTys nb1 t1 nb2 t2
+uPred nb1 (ClassP c1 tys1) nb2 (ClassP c2 tys2)
+  | c1 == c2 = uTys_s nb1 tys1 nb2 tys2                -- Guaranteed equal lengths because the kinds check
+uPred _ p1 _ p2 = unifyMisMatch 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
 ~~~~~~~~~~~~~~~~~
@@ -683,7 +874,7 @@ 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
@@ -740,82 +931,168 @@ back into @uTys@ if it turns out that the variable is already bound.
 uVar :: 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))      `thenM_`
-    getTcTyVar tv1     `thenM` \ 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 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 nb2  ps_ty2 ty2 True ty1    ty1    -- Swap back
+               | otherwise -> u_tys True ty1    ty1 nb2  ps_ty2 ty2    -- Same order
+                       -- The 'True' here says that ty1 
+                       -- is definitely box-free
+           DoneTv details1 -> uUnfilledVar swapped tv1 details1 nb2 ps_ty2 ty2
+       }
+
+----------------
+uUnfilledVar :: Bool                           -- Args are swapped
+            -> TcTyVar -> TcTyVarDetails               -- Tyvar 1
+            -> NoBoxes -> TcTauType -> TcTauType       -- Type 2
+            -> TcM ()
+-- Invariant: tyvar 1 is not unified with anything
+
+uUnfilledVar swapped tv1 details1 nb2 ps_ty2 ty2
+  | Just ty2' <- tcView ty2
+  =    -- Expand synonyms; ignore FTVs
+    uUnfilledVar swapped tv1 details1 nb2 ps_ty2 ty2'
+
+uUnfilledVar swapped tv1 details1 nb2 ps_ty2 ty2@(TyVarTy tv2)
        -- Same type variable => no-op
   | tv1 == tv2
   = returnM ()
 
        -- Distinct type variables
-       -- ASSERT maybe_ty1 /= Just
   | otherwise
-  = getTcTyVar tv2     `thenM` \ 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  swapped tv1 details1 True ty2' ty2'
+           DoneTv details2 -> uUnfilledVars swapped tv1 details1 tv2 details2
+       }
+
+uUnfilledVar 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 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 :: 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 swapped tv1 (SkolemTv _) tv2 (SkolemTv _)
+  = unifyMisMatch swapped (mkTyVarTy tv1) (mkTyVarTy tv2)
+
+uUnfilledVars swapped tv1 (MetaTv info1 ref1) tv2 (SkolemTv _)
+  = checkUpdateMeta swapped tv1 ref1 (mkTyVarTy tv2)
+uUnfilledVars 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 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)         `thenM_`
-                  returnM ()
-               |  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               `thenM_`
-                  returnM ()
-  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
-    checkM (not (isSkolemTyVar tv1))
-          (failWithTcM (unifyWithSigErr tv1 ps_ty2))   `thenM_`
-
-       -- Do the occurs check, and check that we are not
-       -- unifying a type variable with a polytype
-       -- Returns a zonked type ready for the update
-    checkValue tv1 ps_ty2 non_var_ty2  `thenM` \ ty2 ->
-
-       -- Check that the kinds match
-    checkKinds swapped tv1 ty2         `thenM_`
-
-       -- Perform the update
-    putTcTyVar tv1 ty2                 `thenM_`
-    returnM ()
-\end{code}
+    k1_sub_k2 = k1 `isSubKind` k2
+    k2_sub_k1 = k2 `isSubKind` k1
 
-\begin{code}
+    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, which ensures that
 -- its kind has as much boxity information visible as possible.
-  | tk2 `hasMoreBoxityInfo` tk1 = returnM ()
+  | tk2 `isSubKind` tk1 = returnM ()
 
   | otherwise
        -- Either the kinds aren't compatible
@@ -823,142 +1100,287 @@ checkKinds swapped tv1 ty2
        -- or we are unifying a lifted type variable with an
        --      unlifted type: e.g.  (id 3#) is illegal
   = addErrCtxtM (unifyKindCtxt swapped tv1 ty2)        $
-    unifyMisMatch k1 k2
-
+    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 (fromJust (tcView (TyConApp tc tys)))
+                               -- Try again, expanding the synonym
+            }
 \end{code}
 
-\begin{code}
-checkValue tv1 ps_ty2 non_var_ty2
--- Do the occurs check, and check that we are not
--- unifying a type variable with a polytype
--- Return the type to update the type variable with, or fail
+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
 
--- 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).
+
+\begin{code}
+stripBoxyType :: BoxyType -> TcM TcType
+-- Strip all boxes from the input type, returning a non-boxy type.
+-- It's fine for there to be a polytype inside a box (c.f. unBox)
+-- All of the boxes should have been filled in by now; 
+-- hence we return a TcType
+stripBoxyType ty = zonkType strip_tv ty
+  where
+    strip_tv tv = ASSERT( not (isBoxyTyVar tv) ) return (TyVarTy tv)
+       -- strip_tv will be called for *Flexi* meta-tyvars
+       -- There should not be any Boxy ones; hence the ASSERT
+
+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
 -- 
--- But consider 
---     type A a = ()
+-- 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
 --
---     f :: (A a -> a -> ()) -> ()
---     f = \ _ -> ()
+-- Compare this wth checkTauTvUpdate
 --
---     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
-  = zonkTcType ps_ty2                  `thenM` \ ps_ty2' ->
-    case okToUnifyWith tv1 ps_ty2' of {
-       Nothing -> returnM ps_ty2' ;    -- Success
-       other ->
-
-    zonkTcType non_var_ty2             `thenM` \ non_var_ty2' ->
-    case okToUnifyWith tv1 non_var_ty2' of
-       Nothing ->      -- This branch rarely succeeds, except in strange cases
-                       -- like that in the example above
-                   returnM non_var_ty2'
-
-       Just problem -> failWithTcM (unifyCheck problem tv1 ps_ty2')
-    }
-
-data Problem = OccurCheck | NotMonoType
-
-okToUnifyWith :: TcTyVar -> TcType -> Maybe Problem
--- (okToUnifyWith tv ty) checks whether it's ok to unify
---     tv :=: ty
--- Nothing => ok
--- Just p  => not ok, problem p
-
-okToUnifyWith tv ty
-  = ok ty
-  where
-    ok (TyVarTy tv') | tv == tv' = Just OccurCheck
-                    | otherwise = Nothing
-    ok (AppTy t1 t2)                   = ok t1 `and` ok t2
-    ok (FunTy t1 t2)                   = ok t1 `and` ok t2
-    ok (TyConApp _ ts)                 = oks ts
-    ok (ForAllTy _ _)                  = Just NotMonoType
-    ok (SourceTy st)                   = ok_st st
-    ok (NoteTy (FTVNote _) t)   = ok t
-    ok (NoteTy (SynNote t1) t2) = ok t1 `and` ok t2
-               -- Type variables may be free in t1 but not t2
-               -- A forall may be in t2 but not t1
-
-    oks ts = foldr (and . ok) Nothing ts
-
-    ok_st (ClassP _ ts) = oks ts
-    ok_st (IParam _ t)  = ok t
-    ok_st (NType _ ts)  = oks ts
-
-    Nothing `and` m = m
-    Just p  `and` m = Just p
+-- 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{Kind unification}
+               Kind unification
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
+Unifying kinds is much, much simpler than unifying types.
+
 \begin{code}
 unifyKind :: TcKind                -- Expected
          -> TcKind                 -- Actual
          -> TcM ()
-unifyKind 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 []       []       = returnM ()
 unifyKinds (k1:ks1) (k2:ks2) = unifyKind k1 k2         `thenM_`
                               unifyKinds ks1 ks2
-unifyKinds _ _ = panic "unifyKinds: length mis-match"
-\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   `thenM` \ maybe_ty ->
-    case maybe_ty of
-       Just ty' -> unifyOpenTypeKind ty'
-       other    -> unify_open_kind_help ty
-
-unifyOpenTypeKind ty
-  | isTypeKind ty = returnM ()
-  | otherwise     = unify_open_kind_help ty
-
-unify_open_kind_help ty        -- Revert to ordinary unification
-  = newOpenTypeKind    `thenM` \ open_kind ->
-    unifyKind ty open_kind
+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}
 unifyFunKind :: TcKind -> TcM (Maybe (TcKind, TcKind))
 -- Like unifyFunTy, but does not fail; instead just returns Nothing
 
-unifyFunKind (TyVarTy tyvar)
-  = getTcTyVar tyvar   `thenM` \ maybe_ty ->
-    case maybe_ty of
+unifyFunKind (KindVar kvar)
+  = readKindVar kvar   `thenM` \ maybe_kind ->
+    case maybe_kind of
        Just fun_kind -> unifyFunKind fun_kind
-       Nothing       -> newKindVar     `thenM` \ arg_kind ->
-                        newKindVar     `thenM` \ res_kind ->
-                        putTcTyVar tyvar (mkArrowKind arg_kind res_kind)       `thenM_`
-                        returnM (Just (arg_kind,res_kind))
+       Nothing       -> do { arg_kind <- newKindVar
+                           ; res_kind <- newKindVar
+                           ; writeKindVar kvar (mkArrowKind arg_kind res_kind)
+                           ; returnM (Just (arg_kind,res_kind)) }
     
-unifyFunKind (FunTy arg_kind res_kind) = returnM (Just (arg_kind,res_kind))
-unifyFunKind (NoteTy _ ty)            = unifyFunKind ty
-unifyFunKind other                    = returnM Nothing
+unifyFunKind (FunKind arg_kind res_kind) = returnM (Just (arg_kind,res_kind))
+unifyFunKind other                      = returnM Nothing
 \end{code}
 
 %************************************************************************
@@ -971,67 +1393,148 @@ Errors
 ~~~~~~
 
 \begin{code}
-unifyCtxt s ty1 ty2 tidy_env   -- ty1 expected, ty2 inferred
+unifyCtxt s ty1 ty2 tidy_env   -- ty1 inferred, ty2 expected
   = zonkTcType ty1     `thenM` \ ty1' ->
     zonkTcType ty2     `thenM` \ ty2' ->
     returnM (err ty1' ty2')
   where
     err ty1 ty2 = (env1, 
-                  nest 4 
+                  nest 2 
                        (vcat [
-                          text "Expected" <+> text s <> colon <+> ppr tidy_ty1,
-                          text "Inferred" <+> text s <> colon <+> ppr tidy_ty2
+                          text "Expected" <+> text s <> colon <+> ppr tidy_ty2,
+                          text "Inferred" <+> text s <> colon <+> ppr tidy_ty1
                        ]))
                  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     `thenM` \ ty2' ->
-    returnM (err ty2')
+       -- tv1 and ty2 are zonked already
+  = returnM msg
   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     `thenM` \ ty1' ->
-    zonkTcType ty2     `thenM` \ 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)))
+    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 swapped ty1 ty2
+  = do { (env, msg) <- if swapped then misMatchMsg ty2 ty1
+                                  else misMatchMsg ty1 ty2
+       ; 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") <+> pp1, 
+                                 nest 7 (ptext SLIT("against") <+> 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
-    (env1, tidy_tyvar) = tidyOpenTyVar emptyTidyEnv tyvar
-    (env2, tidy_ty)    = tidyOpenType  env1         ty
-
-unifyCheck problem tyvar ty
-  = (env2, hang msg
-             4 (sep [ppr tidy_tyvar, char '=', ppr tidy_ty]))
+    pp_rigid tv = ptext SLIT("the rigid variable") <+> quotes (ppr tv)
+
+
+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
-    (env1, tidy_tyvar) = tidyOpenTyVar emptyTidyEnv tyvar
-    (env2, tidy_ty)    = tidyOpenType  env1         ty
-
-    msg = case problem of
-           OccurCheck  -> ptext SLIT("Occurs check: cannot construct the infinite type:")
-           NotMonoType -> ptext SLIT("Cannot unify a type variable with a type scheme:")
+    msg = ptext SLIT("Occurs check: cannot construct the infinite type:")
 \end{code}
 
 
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+       Checking kinds
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+---------------------------
+-- 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}
+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}
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
@@ -1039,18 +1542,10 @@ unifyCheck problem tyvar ty
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
-@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
@@ -1073,127 +1568,77 @@ 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] -> TcM [TcTyVar]
+checkSigTyVars :: [TcTyVar] -> TcM ()
 checkSigTyVars sig_tvs = check_sig_tyvars emptyVarSet sig_tvs
 
-checkSigTyVarsWrt :: TcTyVarSet -> [TcTyVar] -> TcM [TcTyVar]
+checkSigTyVarsWrt :: TcTyVarSet -> [TcTyVar] -> TcM ()
+-- The extra_tvs can include boxy type variables; 
+--     e.g. TcMatches.tcCheckExistentialPat
 checkSigTyVarsWrt extra_tvs sig_tvs
-  = zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems extra_tvs)  `thenM` \ extra_tvs' ->
-    check_sig_tyvars 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
-                               --      Not guaranteed zonked.
-       -> TcM [TcTyVar]        -- Zonked signature type variables
-
+       :: 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 []
+  = returnM ()
 check_sig_tyvars extra_tvs sig_tvs 
-  = zonkTcTyVars sig_tvs       `thenM` \ sig_tys ->
-    tcGetGlobalTyVars          `thenM` \ gbl_tvs ->
-    let
-       env_tvs = gbl_tvs `unionVarSet` extra_tvs
-    in
-    traceTc (text "check_sig_tyvars" <+> (vcat [text "sig_tys" <+> ppr sig_tys,
+  = 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]))     `thenM_`
-
-    checkM (allDistinctTyVars sig_tys env_tvs)
-          (complain sig_tys env_tvs)           `thenM_`
-
-    returnM (map (tcGetTyVar "checkSigTyVars") sig_tys)
-
+                                     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
-        foldlM check
-              (env2, emptyVarEnv, [])
-              (tidy_tvs `zip` tidy_tys)        `thenM` \ (env3, _, msgs) ->
+    main_msg = ptext SLIT("Inferred type is less polymorphic than expected")
 
-        failWithTcM (env3, main_msg $$ nest 4 (vcat msgs))
-      where
-       (env1, tidy_tvs) = tidyOpenTyVars emptyTidyEnv sig_tvs
-       (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)!
-                       returnM (tidy_env, acc, unify_msg sig_tyvar (quotes (ppr ty)) : msgs) ;
-
-             Just tv ->
-
-           case lookupVarEnv acc tv of {
-               Just sig_tyvar' ->      -- Error (b)!
-                       returnM (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: 
-                       --       get the local TcIds and TyVars from the environment,
-                       --       and pass them to find_globals (they might have tv free)
-           then   findGlobals (unitVarSet tv) tidy_env         `thenM` \ (tidy_env1, globs) ->
-                  returnM (tidy_env1, acc, escape_msg sig_tyvar tv globs : msgs)
-
-           else        -- All OK
-           returnM (tidy_env, extendVarEnv acc tv sig_tyvar, msgs)
-           }}
-\end{code}
+    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) }
 
-
-\begin{code}
 -----------------------
-escape_msg sig_tv tv globs
-  = mk_msg sig_tv <+> ptext SLIT("escapes") $$
-    if notNull globs then
-       vcat [pp_it <+> ptext SLIT("is mentioned in the environment:"), 
-             nest 2 (vcat globs)]
-     else
-       empty   -- 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.
+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
-    pp_it | sig_tv /= tv = ptext SLIT("It unifies with") <+> quotes (ppr tv) <> comma <+> ptext SLIT("which")
-         | otherwise    = ptext SLIT("It")
-
-
-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
@@ -1211,7 +1656,7 @@ sigCtxt id sig_tvs sig_theta sig_tau tidy_env
                        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 4 sub_msg]
+                   nest 2 sub_msg]
     in
     returnM (env3, msg)
 \end{code}