Fix solving of implicit parameter constraints
[ghc.git] / compiler / typecheck / TcCanonical.hs
index db69e7b..9045ec5 100644 (file)
@@ -3,13 +3,17 @@
 module TcCanonical(
      canonicalize,
      unifyDerived,
-     makeSuperClasses, mkGivensWithSuperClasses,
-     StopOrContinue(..), stopWith, continueWith
+     makeSuperClasses, maybeSym,
+     StopOrContinue(..), stopWith, continueWith,
+     solveCallStack    -- For TcSimplify
   ) where
 
 #include "HsVersions.h"
 
+import GhcPrelude
+
 import TcRnTypes
+import TcUnify( swapOverTyVars, metaTyVarUpdateOK )
 import TcType
 import Type
 import TcFlatten
@@ -22,19 +26,19 @@ import Coercion
 import FamInstEnv ( FamInstEnvs )
 import FamInst ( tcTopNormaliseNewTypeTF_maybe )
 import Var
-import Name( isSystemName )
-import OccName( OccName )
+import VarEnv( mkInScopeSet )
 import Outputable
 import DynFlags( DynFlags )
-import VarSet
 import NameSet
 import RdrName
+import HsTypes( HsIPName(..) )
 
 import Pair
 import Util
 import Bag
 import MonadUtils
 import Control.Monad
+import Data.Maybe ( isJust )
 import Data.List  ( zip4, foldl' )
 import BasicTypes
 
@@ -51,85 +55,23 @@ Note [Canonicalization]
 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 
 Canonicalization converts a simple constraint to a canonical form. It is
-unary (i.e. treats individual constraints one at a time), does not do
-any zonking, but lives in TcS monad because it needs to create fresh
-variables (for flattening) and consult the inerts (for efficiency).
-
-The execution plan for canonicalization is the following:
-
-  1) Decomposition of equalities happens as necessary until we reach a
-     variable or type family in one side. There is no decomposition step
-     for other forms of constraints.
-
-  2) If, when we decompose, we discover a variable on the head then we
-     look at inert_eqs from the current inert for a substitution for this
-     variable and contine decomposing. Hence we lazily apply the inert
-     substitution if it is needed.
-
-  3) If no more decomposition is possible, we deeply apply the substitution
-     from the inert_eqs and continue with flattening.
-
-  4) During flattening, we examine whether we have already flattened some
-     function application by looking at all the CTyFunEqs with the same
-     function in the inert set. The reason for deeply applying the inert
-     substitution at step (3) is to maximise our chances of matching an
-     already flattened family application in the inert.
-
-The net result is that a constraint coming out of the canonicalization
-phase cannot be rewritten any further from the inerts (but maybe /it/ can
-rewrite an inert or still interact with an inert in a further phase in the
-simplifier.
-
-Note [Caching for canonicals]
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
-Our plan with pre-canonicalization is to be able to solve a constraint
-really fast from existing bindings in TcEvBinds. So one may think that
-the condition (isCNonCanonical) is not necessary.  However consider
-the following setup:
-
-InertSet = { [W] d1 : Num t }
-WorkList = { [W] d2 : Num t, [W] c : t ~ Int}
-
-Now, we prioritize equalities, but in our concrete example
-(should_run/mc17.hs) the first (d2) constraint is dealt with first,
-because (t ~ Int) is an equality that only later appears in the
-worklist since it is pulled out from a nested implication
-constraint. So, let's examine what happens:
-
-   - We encounter work item (d2 : Num t)
-
-   - Nothing is yet in EvBinds, so we reach the interaction with inerts
-     and set:
-              d2 := d1
-    and we discard d2 from the worklist. The inert set remains unaffected.
-
-   - Now the equation ([W] c : t ~ Int) is encountered and kicks-out
-     (d1 : Num t) from the inerts.  Then that equation gets
-     spontaneously solved, perhaps. We end up with:
-        InertSet : { [G] c : t ~ Int }
-        WorkList : { [W] d1 : Num t}
-
-   - Now we examine (d1), we observe that there is a binding for (Num
-     t) in the evidence binds and we set:
-             d1 := d2
-     and end up in a loop!
-
-Now, the constraints that get kicked out from the inert set are always
-Canonical, so by restricting the use of the pre-canonicalizer to
-NonCanonical constraints we eliminate this danger. Moreover, for
-canonical constraints we already have good caching mechanisms
-(effectively the interaction solver) and we are interested in reducing
-things like superclasses of the same non-canonical constraint being
-generated hence I don't expect us to lose a lot by introducing the
-(isCNonCanonical) restriction.
-
-A similar situation can arise in TcSimplify, at the end of the
-solve_wanteds function, where constraints from the inert set are
-returned as new work -- our substCt ensures however that if they are
-not rewritten by subst, they remain canonical and hence we will not
-attempt to solve them from the EvBinds. If on the other hand they did
-get rewritten and are now non-canonical they will still not match the
-EvBinds, so we are again good.
+unary (i.e. treats individual constraints one at a time).
+
+Constraints originating from user-written code come into being as
+CNonCanonicals (except for CHoleCans, arising from holes). We know nothing
+about these constraints. So, first:
+
+     Classify CNonCanoncal constraints, depending on whether they
+     are equalities, class predicates, or other.
+
+Then proceed depending on the shape of the constraint. Generally speaking,
+each constraint gets flattened and then decomposed into one of several forms
+(see type Ct in TcRnTypes).
+
+When an already-canonicalized constraint gets kicked out of the inert set,
+it must be recanonicalized. But we know a bit about its shape from the
+last time through, so we can skip the classification step.
+
 -}
 
 -- Top-level canonicalization
@@ -164,8 +106,8 @@ canonicalize (CFunEqCan { cc_ev = ev
 
 canonicalize (CIrredEvCan { cc_ev = ev })
   = canIrred ev
-canonicalize (CHoleCan { cc_ev = ev, cc_occ = occ, cc_hole = hole })
-  = canHole ev occ hole
+canonicalize (CHoleCan { cc_ev = ev, cc_hole = hole })
+  = canHole ev hole
 
 canEvNC :: CtEvidence -> TcS (StopOrContinue Ct)
 -- Called only for non-canonical EvVars
@@ -186,12 +128,60 @@ canEvNC ev
 -}
 
 canClassNC :: CtEvidence -> Class -> [Type] -> TcS (StopOrContinue Ct)
+-- "NC" means "non-canonical"; that is, we have got here
+-- from a NonCanonical constraint, not from a CDictCan
 -- Precondition: EvVar is class evidence
-canClassNC ev cls tys = canClass ev cls tys (has_scs cls)
+canClassNC ev cls tys
+  | isGiven ev  -- See Note [Eagerly expand given superclasses]
+  = do { sc_cts <- mkStrictSuperClasses ev cls tys
+       ; emitWork sc_cts
+       ; canClass ev cls tys False }
+
+  | isWanted ev
+  , Just ip_name <- isCallStackPred cls tys
+  , OccurrenceOf func <- ctLocOrigin loc
+  -- If we're given a CallStack constraint that arose from a function
+  -- call, we need to push the current call-site onto the stack instead
+  -- of solving it directly from a given.
+  -- See Note [Overview of implicit CallStacks] in TcEvidence
+  -- and Note [Solving CallStack constraints] in TcSMonad
+  = do { -- First we emit a new constraint that will capture the
+         -- given CallStack.
+       ; let new_loc = setCtLocOrigin loc (IPOccOrigin (HsIPName ip_name))
+                            -- We change the origin to IPOccOrigin so
+                            -- this rule does not fire again.
+                            -- See Note [Overview of implicit CallStacks]
+
+       ; new_ev <- newWantedEvVarNC new_loc pred
+
+         -- Then we solve the wanted by pushing the call-site
+         -- onto the newly emitted CallStack
+       ; let ev_cs = EvCsPushCall func (ctLocSpan loc) (ctEvTerm new_ev)
+       ; solveCallStack ev ev_cs
+
+       ; canClass new_ev cls tys False }
+
+  | otherwise
+  = canClass ev cls tys (has_scs cls)
+
   where
     has_scs cls = not (null (classSCTheta cls))
+    loc  = ctEvLoc ev
+    pred = ctEvPred ev
 
-canClass :: CtEvidence -> Class -> [Type] -> Bool -> TcS (StopOrContinue Ct)
+solveCallStack :: CtEvidence -> EvCallStack -> TcS ()
+-- Also called from TcSimplify when defaulting call stacks
+solveCallStack ev ev_cs = do
+  -- We're given ev_cs :: CallStack, but the evidence term should be a
+  -- dictionary, so we have to coerce ev_cs to a dictionary for
+  -- `IP ip CallStack`. See Note [Overview of implicit CallStacks]
+  let ev_tm = mkEvCast (EvCallStack ev_cs) (wrapIP (ctEvPred ev))
+  setWantedEvBind (ctEvId ev) ev_tm
+
+canClass :: CtEvidence
+         -> Class -> [Type]
+         -> Bool            -- True <=> un-explored superclasses
+         -> TcS (StopOrContinue Ct)
 -- Precondition: EvVar is class evidence
 
 canClass ev cls tys pend_sc
@@ -213,18 +203,19 @@ canClass ev cls tys pend_sc
 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 We need to add superclass constraints for two reasons:
 
-* For givens, they give us a route to to proof.  E.g.
+* For givens [G], they give us a route to to proof.  E.g.
     f :: Ord a => a -> Bool
     f x = x == x
   We get a Wanted (Eq a), which can only be solved from the superclass
   of the Given (Ord a).
 
-* For wanteds, they may give useful functional dependencies.  E.g.
+* For wanteds [W], and deriveds [WD], [D], they may give useful
+  functional dependencies.  E.g.
      class C a b | a -> b where ...
      class C a b => D a b where ...
-  Now a Wanted constraint (D Int beta) has (C Int beta) as a superclass
+  Now a [W] constraint (D Int beta) has (C Int beta) as a superclass
   and that might tell us about beta, via C's fundeps.  We can get this
-  by generateing a Derived (C Int beta) constraint.  It's derived because
+  by generating a [D] (C Int beta) constraint.  It's derived because
   we don't actually have to cough up any evidence for it; it's only there
   to generate fundep equalities.
 
@@ -250,15 +241,24 @@ Givens and Wanteds. But:
 
 So here's the plan:
 
-1. Generate superclasses for given (but not wanted) constraints;
-   see Note [Aggressively expand given superclasses].  However
-   stop if you encounter the same class twice.  That is, expand
-   eagerly, but have a conservative termination condition: see
+1. Eagerly generate superclasses for given (but not wanted)
+   constraints; see Note [Eagerly expand given superclasses].
+   This is done in canClassNC, when we take a non-canonical constraint
+   and cannonicalise it.
+
+   However stop if you encounter the same class twice.  That is,
+   expand eagerly, but have a conservative termination condition: see
    Note [Expanding superclasses] in TcType.
 
-2. Solve the wanteds as usual, but do /no/ expansion of superclasses
-   in solveSimpleGivens or solveSimpleWanteds.
-   See Note [Danger of adding superclasses during solving]
+2. Solve the wanteds as usual, but do no further expansion of
+   superclasses for canonical CDictCans in solveSimpleGivens or
+   solveSimpleWanteds; Note [Danger of adding superclasses during solving]
+
+   However, /do/ continue to eagerly expand superlasses for /given/
+   non-canonical constraints (canClassNC does this).  As Trac #12175
+   showed, a type-family application can expand to a class constraint,
+   and we want to see its superclasses for just the same reason as
+   Note [Eagerly expand given superclasses].
 
 3. If we have any remaining unsolved wanteds
         (see Note [When superclasses help] in TcRnTypes)
@@ -270,20 +270,28 @@ So here's the plan:
 4. Go round to (2) again.  This loop (2,3,4) is implemented
    in TcSimplify.simpl_loop.
 
-We try to terminate the loop by flagging which class constraints
-(given or wanted) are potentially un-expanded.  This is what the
-cc_pend_sc flag is for in CDictCan.  So in Step 3 we only expand
-superclasses for constraints with cc_pend_sc set to true (i.e.
+The cc_pend_sc flag in a CDictCan records whether the superclasses of
+this constraint have been expanded.  Specifically, in Step 3 we only
+expand superclasses for constraints with cc_pend_sc set to true (i.e.
 isPendingScDict holds).
 
+Why do we do this?  Two reasons:
+
+* To avoid repeated work, by repeatedly expanding the superclasses of
+  same constraint,
+
+* To terminate the above loop, at least in the -XNoRecursiveSuperClasses
+  case.  If there are recursive superclasses we could, in principle,
+  expand forever, always encountering new constraints.
+
 When we take a CNonCanonical or CIrredCan, but end up classifying it
 as a CDictCan, we set the cc_pend_sc flag to False.
 
-Note [Aggressively expand given superclasses]
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
-In step (1) of Note [The superclass story], why do we aggressively
-expand Given superclasses by one layer?  Mainly because of some very
-obscure cases like this:
+Note [Eagerly expand given superclasses]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+In step (1) of Note [The superclass story], why do we eagerly expand
+Given superclasses by one layer?  Mainly because of some very obscure
+cases like this:
 
    instance Bad a => Eq (T a)
 
@@ -295,6 +303,19 @@ instance declaration; but then we are stuck with (Bad a).  Sigh.
 This is really a case of non-confluent proofs, but to stop our users
 complaining we expand one layer in advance.
 
+Note [Instance and Given overlap] in TcInteract.
+
+We also want to do this if we have
+
+   f :: F (T a) => blah
+
+where
+   type instance F (T a) = Ord (T a)
+
+So we may need to do a little work on the givens to expose the
+class that has the superclasses.  That's why the superclass
+expansion for Givens happens in canClassNC.
+
 Note [Why adding superclasses can help]
 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 Examples of how adding superclasses can help:
@@ -362,23 +383,6 @@ Mind you, now that Wanteds cannot rewrite Derived, I think this particular
 situation can't happen.
   -}
 
-mkGivensWithSuperClasses :: CtLoc -> [EvId] -> TcS [Ct]
--- From a given EvId, make its Ct, plus the Ct's of its superclasses
--- See Note [The superclass story]
--- The loop-breaking here follows Note [Expanding superclasses] in TcType
---
--- Example:  class D a => C a
---           class C [a] => D a
--- makeGivensWithSuperClasses (C x) will return (C x, D x, C[x])
---   i.e. up to and including the first repetition of C
-mkGivensWithSuperClasses loc ev_ids = concatMapM go ev_ids
-  where
-    go ev_id = mk_superclasses emptyNameSet this_ev
-       where
-         this_ev = CtGiven { ctev_evar = ev_id
-                           , ctev_pred = evVarPred ev_id
-                           , ctev_loc = loc }
-
 makeSuperClasses :: [Ct] -> TcS [Ct]
 -- Returns strict superclasses, transitively, see Note [The superclasses story]
 -- See Note [The superclass story]
@@ -396,9 +400,14 @@ makeSuperClasses :: [Ct] -> TcS [Ct]
 makeSuperClasses cts = concatMapM go cts
   where
     go (CDictCan { cc_ev = ev, cc_class = cls, cc_tyargs = tys })
-          = mk_strict_superclasses (unitNameSet (className cls)) ev cls tys
+          = mkStrictSuperClasses ev cls tys
     go ct = pprPanic "makeSuperClasses" (ppr ct)
 
+mkStrictSuperClasses :: CtEvidence -> Class -> [Type] -> TcS [Ct]
+-- Return constraints for the strict superclasses of (c tys)
+mkStrictSuperClasses ev cls tys
+  = mk_strict_superclasses (unitNameSet (className cls)) ev cls tys
+
 mk_superclasses :: NameSet -> CtEvidence -> TcS [Ct]
 -- Return this constraint, plus its superclasses, if any
 mk_superclasses rec_clss ev
@@ -412,15 +421,20 @@ mk_superclasses_of :: NameSet -> CtEvidence -> Class -> [Type] -> TcS [Ct]
 -- Always return this class constraint,
 -- and expand its superclasses
 mk_superclasses_of rec_clss ev cls tys
-  | loop_found = return [this_ct]  -- cc_pend_sc of this_ct = True
-  | otherwise  = do { sc_cts <- mk_strict_superclasses rec_clss' ev cls tys
+  | loop_found = do { traceTcS "mk_superclasses_of: loop" (ppr cls <+> ppr tys)
+                    ; return [this_ct] }  -- cc_pend_sc of this_ct = True
+  | otherwise  = do { traceTcS "mk_superclasses_of" (vcat [ ppr cls <+> ppr tys
+                                                          , ppr (isCTupleClass cls)
+                                                          , ppr rec_clss
+                                                          ])
+                    ; sc_cts <- mk_strict_superclasses rec_clss' ev cls tys
                     ; return (this_ct : sc_cts) }
                                    -- cc_pend_sc of this_ct = False
   where
     cls_nm     = className cls
-    loop_found = cls_nm `elemNameSet` rec_clss
-    rec_clss'  | isCTupleClass cls = rec_clss  -- Never contribute to recursion
-               | otherwise         = rec_clss `extendNameSet` cls_nm
+    loop_found = not (isCTupleClass cls) && cls_nm `elemNameSet` rec_clss
+                 -- Tuples never contribute to recursion, and can be nested
+    rec_clss'  = rec_clss `extendNameSet` cls_nm
     this_ct    = CDictCan { cc_ev = ev, cc_class = cls, cc_tyargs = tys
                           , cc_pend_sc = loop_found }
                  -- NB: If there is a loop, we cut off, so we have not
@@ -436,11 +450,12 @@ mk_strict_superclasses rec_clss ev cls tys
                                   (mkEvScSelectors (EvId evar) cls tys)
        ; concatMapM (mk_superclasses rec_clss) sc_evs }
 
-  | isEmptyVarSet (tyCoVarsOfTypes tys)
+  | all noFreeVarsOfType tys
   = return [] -- Wanteds with no variables yield no deriveds.
               -- See Note [Improvement from Ground Wanteds]
 
-  | otherwise -- Wanted/Derived case, just add those SC that can lead to improvement.
+  | otherwise -- Wanted/Derived case, just add Derived superclasses
+              -- that can lead to improvement.
   = do { let loc = ctEvLoc ev
        ; sc_evs <- mapM (newDerivedNC loc) (immSuperClasses cls tys)
        ; concatMapM (mk_superclasses rec_clss) sc_evs }
@@ -487,14 +502,13 @@ canIrred old_ev
            _                     -> continueWith $
                                     CIrredEvCan { cc_ev = new_ev } } }
 
-canHole :: CtEvidence -> OccName -> HoleSort -> TcS (StopOrContinue Ct)
-canHole ev occ hole_sort
+canHole :: CtEvidence -> Hole -> TcS (StopOrContinue Ct)
+canHole ev hole
   = do { let ty = ctEvPred ev
        ; (xi,co) <- flatten FM_SubstOnly ev ty -- co :: xi ~ ty
        ; rewriteEvidence ev xi co `andWhenContinue` \ new_ev ->
     do { emitInsoluble (CHoleCan { cc_ev = new_ev
-                                 , cc_occ = occ
-                                 , cc_hole = hole_sort })
+                                 , cc_hole = hole })
        ; stopWith new_ev "Emit insoluble hole" } }
 
 {-
@@ -516,6 +530,25 @@ track whether or not we've already flattened.
 
 It is conceivable to do a better job at tracking whether or not a type
 is flattened, but this is left as future work. (Mar '15)
+
+
+Note [FunTy and decomposing tycon applications]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+
+When can_eq_nc' attempts to decompose a tycon application we haven't yet zonked.
+This means that we may very well have a FunTy containing a type of some unknown
+kind. For instance, we may have,
+
+    FunTy (a :: k) Int
+
+Where k is a unification variable. tcRepSplitTyConApp_maybe panics in the event
+that it sees such a type as it cannot determine the RuntimeReps which the (->)
+is applied to. Consequently, it is vital that we instead use
+tcRepSplitTyConApp_maybe', which simply returns Nothing in such a case.
+
+When this happens can_eq_nc' will fail to decompose, zonk, and try again.
+Zonking should fill the variable k, meaning that decomposition will succeed the
+second time around.
 -}
 
 canEqNC :: CtEvidence -> EqRel -> Type -> Type -> TcS (StopOrContinue Ct)
@@ -534,7 +567,7 @@ can_eq_nc
    -> TcS (StopOrContinue Ct)
 can_eq_nc flat ev eq_rel ty1 ps_ty1 ty2 ps_ty2
   = do { traceTcS "can_eq_nc" $
-         vcat [ ppr ev, ppr eq_rel, ppr ty1, ppr ps_ty1, ppr ty2, ppr ps_ty2 ]
+         vcat [ ppr flat, ppr ev, ppr eq_rel, ppr ty1, ppr ps_ty1, ppr ty2, ppr ps_ty2 ]
        ; rdr_env <- getGlobalRdrEnvTcS
        ; fam_insts <- getFamInstEnvs
        ; can_eq_nc' flat rdr_env fam_insts ev eq_rel ty1 ps_ty1 ty2 ps_ty2 }
@@ -551,8 +584,8 @@ can_eq_nc'
 
 -- Expand synonyms first; see Note [Type synonyms and canonicalization]
 can_eq_nc' flat _rdr_env _envs ev eq_rel ty1 ps_ty1 ty2 ps_ty2
-  | Just ty1' <- coreView ty1 = can_eq_nc flat ev eq_rel ty1' ps_ty1 ty2  ps_ty2
-  | Just ty2' <- coreView ty2 = can_eq_nc flat ev eq_rel ty1  ps_ty1 ty2' ps_ty2
+  | Just ty1' <- tcView ty1 = can_eq_nc flat ev eq_rel ty1' ps_ty1 ty2  ps_ty2
+  | Just ty2' <- tcView ty2 = can_eq_nc flat ev eq_rel ty1  ps_ty1 ty2' ps_ty2
 
 -- need to check for reflexivity in the ReprEq case.
 -- See Note [Eager reflexivity check]
@@ -564,11 +597,27 @@ can_eq_nc' True _rdr_env _envs ev ReprEq ty1 _ ty2 _
 
 -- When working with ReprEq, unwrap newtypes.
 can_eq_nc' _flat rdr_env envs ev ReprEq ty1 _ ty2 ps_ty2
-  | Just (co, ty1') <- tcTopNormaliseNewTypeTF_maybe envs rdr_env ty1
-  = can_eq_newtype_nc rdr_env ev NotSwapped co ty1 ty1' ty2 ps_ty2
+  | Just stuff1 <- tcTopNormaliseNewTypeTF_maybe envs rdr_env ty1
+  = can_eq_newtype_nc ev NotSwapped ty1 stuff1 ty2 ps_ty2
 can_eq_nc' _flat rdr_env envs ev ReprEq ty1 ps_ty1 ty2 _
-  | Just (co, ty2') <- tcTopNormaliseNewTypeTF_maybe envs rdr_env ty2
-  = can_eq_newtype_nc rdr_env ev IsSwapped  co ty2 ty2' ty1 ps_ty1
+  | Just stuff2 <- tcTopNormaliseNewTypeTF_maybe envs rdr_env ty2
+  = can_eq_newtype_nc ev IsSwapped  ty2 stuff2 ty1 ps_ty1
+
+-- Now, check for tyvars. This must happen before CastTy because we need
+-- to catch casted tyvars, as the flattener might produce these,
+-- due to the fact that flattened types have flattened kinds.
+-- See Note [Flattening].
+-- Note that there can be only one cast on the tyvar because this will
+-- run after the "get rid of casts" case of can_eq_nc' function on the
+-- not-yet-flattened types.
+-- NB: pattern match on True: we want only flat types sent to canEqTyVar.
+-- See also Note [No top-level newtypes on RHS of representational equalities]
+can_eq_nc' True _rdr_env _envs ev eq_rel ty1 ps_ty1 ty2 ps_ty2
+  | Just (tv1, co1) <- getCastedTyVar_maybe ty1
+  = canEqTyVar ev eq_rel NotSwapped tv1 co1 ps_ty1 ty2 ps_ty2
+can_eq_nc' True _rdr_env _envs ev eq_rel ty1 ps_ty1 ty2 ps_ty2
+  | Just (tv2, co2) <- getCastedTyVar_maybe ty2
+  = canEqTyVar ev eq_rel IsSwapped tv2 co2 ps_ty2 ty1 ps_ty1
 
 -- Then, get rid of casts
 can_eq_nc' flat _rdr_env _envs ev eq_rel (CastTy ty1 co1) _ ty2 ps_ty2
@@ -589,32 +638,16 @@ can_eq_nc' _flat _rdr_env _envs ev eq_rel ty1@(LitTy l1) _ (LitTy l2) _
 -- Try to decompose type constructor applications
 -- Including FunTy (s -> t)
 can_eq_nc' _flat _rdr_env _envs ev eq_rel ty1 _ ty2 _
-  | Just (tc1, tys1) <- tcRepSplitTyConApp_maybe ty1
-  , Just (tc2, tys2) <- tcRepSplitTyConApp_maybe ty2
+    --- See Note [FunTy and decomposing type constructor applications].
+  | Just (tc1, tys1) <- tcRepSplitTyConApp_maybe' ty1
+  , Just (tc2, tys2) <- tcRepSplitTyConApp_maybe' ty2
   , not (isTypeFamilyTyCon tc1)
   , not (isTypeFamilyTyCon tc2)
   = canTyConApp ev eq_rel tc1 tys1 tc2 tys2
 
 can_eq_nc' _flat _rdr_env _envs ev eq_rel
-           s1@(ForAllTy (Named {}) _) _ s2@(ForAllTy (Named {}) _) _
- | CtWanted { ctev_loc = loc, ctev_dest = orig_dest } <- ev
- = do { let (bndrs1,body1) = tcSplitNamedPiTys s1
-            (bndrs2,body2) = tcSplitNamedPiTys s2
-      ; if not (equalLength bndrs1 bndrs2)
-           || not (map binderVisibility bndrs1 == map binderVisibility bndrs2)
-        then canEqHardFailure ev s1 s2
-        else
-          do { traceTcS "Creating implication for polytype equality" $ ppr ev
-             ; kind_cos <- zipWithM (unifyWanted loc Nominal)
-                             (map binderType bndrs1) (map binderType bndrs2)
-             ; all_co <- deferTcSForAllEq (eqRelRole eq_rel) loc
-                                           kind_cos (bndrs1,body1) (bndrs2,body2)
-             ; setWantedEq orig_dest all_co
-             ; stopWith ev "Deferred polytype equality" } }
- | otherwise
- = do { traceTcS "Omitting decomposition of given polytype equality" $
-        pprEq s1 s2    -- See Note [Do not decompose given polytype equalities]
-      ; stopWith ev "Discard given polytype equality" }
+           s1@(ForAllTy {}) _ s2@(ForAllTy {}) _
+  = can_eq_nc_forall ev eq_rel s1 s2
 
 -- See Note [Canonicalising type applications] about why we require flat types
 can_eq_nc' True _rdr_env _envs ev eq_rel (AppTy t1 s1) _ ty2 _
@@ -632,20 +665,81 @@ can_eq_nc' False rdr_env envs ev eq_rel _ ps_ty1 _ ps_ty2
          `andWhenContinue` \ new_ev ->
          can_eq_nc' True rdr_env envs new_ev eq_rel xi1 xi1 xi2 xi2 }
 
--- Type variable on LHS or RHS are last. We want only flat types sent
--- to canEqTyVar.
--- See also Note [No top-level newtypes on RHS of representational equalities]
-can_eq_nc' True _rdr_env _envs ev eq_rel (TyVarTy tv1) _ _ ps_ty2
-  = canEqTyVar ev eq_rel NotSwapped tv1 ps_ty2
-can_eq_nc' True _rdr_env _envs ev eq_rel _ ps_ty1 (TyVarTy tv2) _
-  = canEqTyVar ev eq_rel IsSwapped  tv2 ps_ty1
-
 -- We've flattened and the types don't match. Give up.
 can_eq_nc' True _rdr_env _envs ev _eq_rel _ ps_ty1 _ ps_ty2
   = do { traceTcS "can_eq_nc' catch-all case" (ppr ps_ty1 $$ ppr ps_ty2)
        ; canEqHardFailure ev ps_ty1 ps_ty2 }
 
 ---------------------------------
+can_eq_nc_forall :: CtEvidence -> EqRel
+                 -> Type -> Type    -- LHS and RHS
+                 -> TcS (StopOrContinue Ct)
+-- (forall as. phi1) ~ (forall bs. phi2)
+-- Check for length match of as, bs
+-- Then build an implication constraint: forall as. phi1 ~ phi2[as/bs]
+-- But remember also to unify the kinds of as and bs
+--  (this is the 'go' loop), and actually substitute phi2[as |> cos / bs]
+-- Remember also that we might have forall z (a:z). blah
+--  so we must proceed one binder at a time (Trac #13879)
+
+can_eq_nc_forall ev eq_rel s1 s2
+ | CtWanted { ctev_loc = loc, ctev_dest = orig_dest } <- ev
+ = do { let free_tvs       = tyCoVarsOfTypes [s1,s2]
+            (bndrs1, phi1) = tcSplitForAllTyVarBndrs s1
+            (bndrs2, phi2) = tcSplitForAllTyVarBndrs s2
+      ; if not (equalLength bndrs1 bndrs2)
+        then do { traceTcS "Forall failure" $
+                     vcat [ ppr s1, ppr s2, ppr bndrs1, ppr bndrs2
+                          , ppr (map binderArgFlag bndrs1)
+                          , ppr (map binderArgFlag bndrs2) ]
+                ; canEqHardFailure ev s1 s2 }
+        else
+   do { traceTcS "Creating implication for polytype equality" $ ppr ev
+      ; let empty_subst1 = mkEmptyTCvSubst $ mkInScopeSet free_tvs
+      ; (subst1, skol_tvs) <- tcInstSkolTyVarsX empty_subst1 $
+                              binderVars bndrs1
+
+      ; let skol_info = UnifyForAllSkol phi1
+            phi1' = substTy subst1 phi1
+
+            -- Unify the kinds, extend the substitution
+            go (skol_tv:skol_tvs) subst (bndr2:bndrs2)
+              = do { let tv2 = binderVar bndr2
+                   ; kind_co <- unifyWanted loc Nominal
+                                            (tyVarKind skol_tv)
+                                            (substTy subst (tyVarKind tv2))
+                   ; let subst' = extendTvSubst subst tv2
+                                       (mkCastTy (mkTyVarTy skol_tv) kind_co)
+                   ; co <- go skol_tvs subst' bndrs2
+                   ; return (mkForAllCo skol_tv kind_co co) }
+
+            -- Done: unify phi1 ~ phi2
+            go [] subst bndrs2
+              = ASSERT( null bndrs2 )
+                unifyWanted loc (eqRelRole eq_rel)
+                            phi1' (substTy subst phi2)
+
+            go _ _ _ = panic "cna_eq_nc_forall"  -- case (s:ss) []
+
+            empty_subst2 = mkEmptyTCvSubst (getTCvInScope subst1)
+
+      ; (implic, _ev_binds, all_co) <- buildImplication skol_info skol_tvs [] $
+                                       go skol_tvs empty_subst2 bndrs2
+           -- We have nowhere to put these bindings
+           -- but TcSimplify.setImplicationStatus
+           -- checks that we don't actually use them
+           -- when skol_info = UnifyForAllSkol
+
+      ; updWorkListTcS (extendWorkListImplic implic)
+      ; setWantedEq orig_dest all_co
+      ; stopWith ev "Deferred polytype equality" } }
+
+ | otherwise
+ = do { traceTcS "Omitting decomposition of given polytype equality" $
+        pprEq s1 s2    -- See Note [Do not decompose given polytype equalities]
+      ; stopWith ev "Discard given polytype equality" }
+
+---------------------------------
 -- | Compare types for equality, while zonking as necessary. Gives up
 -- as soon as it finds that two types are not equal.
 -- This is quite handy when some unification has made two
@@ -669,11 +763,38 @@ zonk_eq_types = go
     go (TyVarTy tv1) ty2           = tyvar NotSwapped tv1 ty2
     go ty1 (TyVarTy tv2)           = tyvar IsSwapped  tv2 ty1
 
+    -- We handle FunTys explicitly here despite the fact that they could also be
+    -- treated as an application. Why? Well, for one it's cheaper to just look
+    -- at two types (the argument and result types) than four (the argument,
+    -- result, and their RuntimeReps). Also, we haven't completely zonked yet,
+    -- so we may run into an unzonked type variable while trying to compute the
+    -- RuntimeReps of the argument and result types. This can be observed in
+    -- testcase tc269.
+    go ty1 ty2
+      | Just (arg1, res1) <- split1
+      , Just (arg2, res2) <- split2
+      = do { res_a <- go arg1 arg2
+           ; res_b <- go res1 res2
+           ; return $ combine_rev mkFunTy res_b res_a
+           }
+      | isJust split1 || isJust split2
+      = bale_out ty1 ty2
+      where
+        split1 = tcSplitFunTy_maybe ty1
+        split2 = tcSplitFunTy_maybe ty2
+
     go ty1 ty2
       | Just (tc1, tys1) <- tcRepSplitTyConApp_maybe ty1
       , Just (tc2, tys2) <- tcRepSplitTyConApp_maybe ty2
-      , tc1 == tc2
-      = tycon tc1 tys1 tys2
+      = if tc1 == tc2 && tys1 `equalLength` tys2
+          -- Crucial to check for equal-length args, because
+          -- we cannot assume that the two args to 'go' have
+          -- the same kind.  E.g go (Proxy *      (Maybe Int))
+          --                        (Proxy (*->*) Maybe)
+          -- We'll call (go (Maybe Int) Maybe)
+          -- See Trac #13083
+        then tycon tc1 tys1 tys2
+        else bale_out ty1 ty2
 
     go ty1 ty2
       | Just (ty1a, ty1b) <- tcRepSplitAppTy_maybe ty1
@@ -686,12 +807,14 @@ zonk_eq_types = go
       | lit1 == lit2
       = return (Right ty1)
 
-    go ty1 ty2 = return $ Left (Pair ty1 ty2)
-      -- we don't handle more complex forms here
+    go ty1 ty2 = bale_out ty1 ty2
+      -- We don't handle more complex forms here
+
+    bale_out ty1 ty2 = return $ Left (Pair ty1 ty2)
 
     tyvar :: SwapFlag -> TcTyVar -> TcType
           -> TcS (Either (Pair TcType) TcType)
-      -- try to do as little as possible, as anything we do here is redundant
+      -- Try to do as little as possible, as anything we do here is redundant
       -- with flattening. In particular, no need to zonk kinds. That's why
       -- we don't use the already-defined zonking functions
     tyvar swapped tv ty
@@ -798,23 +921,21 @@ E.] am worried that it would slow down the common case.)
 
 ------------------------
 -- | We're able to unwrap a newtype. Update the bits accordingly.
-can_eq_newtype_nc :: GlobalRdrEnv
-                  -> CtEvidence           -- ^ :: ty1 ~ ty2
+can_eq_newtype_nc :: CtEvidence           -- ^ :: ty1 ~ ty2
                   -> SwapFlag
-                  -> TcCoercion           -- ^ :: ty1 ~ ty1'
-                  -> TcType               -- ^ ty1
-                  -> TcType               -- ^ ty1'
+                  -> TcType                                    -- ^ ty1
+                  -> ((Bag GlobalRdrElt, TcCoercion), TcType)  -- ^ :: ty1 ~ ty1'
                   -> TcType               -- ^ ty2
                   -> TcType               -- ^ ty2, with type synonyms
                   -> TcS (StopOrContinue Ct)
-can_eq_newtype_nc rdr_env ev swapped co ty1 ty1' ty2 ps_ty2
+can_eq_newtype_nc ev swapped ty1 ((gres, co), ty1') ty2 ps_ty2
   = do { traceTcS "can_eq_newtype_nc" $
-         vcat [ ppr ev, ppr swapped, ppr co, ppr ty1', ppr ty2 ]
+         vcat [ ppr ev, ppr swapped, ppr co, ppr gres, ppr ty1', ppr ty2 ]
 
          -- check for blowing our stack:
          -- See Note [Newtypes can blow the stack]
        ; checkReductionDepth (ctEvLoc ev) ty1
-       ; addUsedDataCons rdr_env (tyConAppTyCon ty1)
+       ; addUsedGREs (bagToList gres)
            -- we have actually used the newtype constructor here, so
            -- make sure we don't warn about importing it!
 
@@ -847,7 +968,10 @@ can_eq_app ev NomEq s1 t1 s2 t2
        ; stopWith ev "Decomposed [D] AppTy" }
   | CtWanted { ctev_dest = dest, ctev_loc = loc } <- ev
   = do { co_s <- unifyWanted loc Nominal s1 s2
-       ; co_t <- unifyWanted loc Nominal t1 t2
+       ; let arg_loc
+               | isNextArgVisible s1 = loc
+               | otherwise           = updateCtLocOrigin loc toInvisibleOrigin
+       ; co_t <- unifyWanted arg_loc Nominal t1 t2
        ; let co = mkAppCo co_s co_t
        ; setWantedEq dest co
        ; stopWith ev "Decomposed [W] AppTy" }
@@ -895,7 +1019,7 @@ canTyConApp :: CtEvidence -> EqRel
 -- See Note [Decomposing TyConApps]
 canTyConApp ev eq_rel tc1 tys1 tc2 tys2
   | tc1 == tc2
-  , length tys1 == length tys2
+  , tys1 `equalLength` tys2
   = do { inerts <- getTcSInerts
        ; if can_decompose inerts
          then do { traceTcS "canTyConApp"
@@ -904,6 +1028,11 @@ canTyConApp ev eq_rel tc1 tys1 tc2 tys2
                  ; stopWith ev "Decomposed TyConApp" }
          else canEqFailure ev eq_rel ty1 ty2 }
 
+  -- See Note [Skolem abstract data] (at tyConSkolem)
+  | tyConSkolem tc1 || tyConSkolem tc2
+  = do { traceTcS "canTyConApp: skolem abstract" (ppr tc1 $$ ppr tc2)
+       ; continueWith (CIrredEvCan { cc_ev = ev }) }
+
   -- Fail straight away for better error messages
   -- See Note [Use canEqFailure in canDecomposableTyConApp]
   | eq_rel == ReprEq && not (isGenerativeTyCon tc1 Representational &&
@@ -1136,13 +1265,16 @@ canDecomposableTyConAppOK ev eq_rel tc tys1 tys2
       -- the following makes a better distinction between "kind" and "type"
       -- in error messages
     bndrs      = tyConBinders tc
-    kind_loc   = toKindLoc loc
-    is_kinds   = map isNamedBinder bndrs
-    new_locs | Just KindLevel <- ctLocTypeOrKind_maybe loc
-             = repeat loc
-             | otherwise
-             = map (\is_kind -> if is_kind then kind_loc else loc) is_kinds
+    is_kinds   = map isNamedTyConBinder bndrs
+    is_viss    = map isVisibleTyConBinder bndrs
 
+    kind_xforms = map (\is_kind -> if is_kind then toKindLoc else id) is_kinds
+    vis_xforms  = map (\is_vis  -> if is_vis  then id
+                                   else flip updateCtLocOrigin toInvisibleOrigin)
+                      is_viss
+
+    -- zipWith3 (.) composes its first two arguments and applies it to the third
+    new_locs = zipWith3 (.) kind_xforms vis_xforms (repeat loc)
 
 -- | Call when canonicalizing an equality fails, but if the equality is
 -- representational, there is some hope for the future.
@@ -1219,7 +1351,7 @@ When an equality fails, we still want to rewrite the equality
 all the way down, so that it accurately reflects
  (a) the mutable reference substitution in force at start of solving
  (b) any ty-binds in force at this point in solving
-See Note [Kick out insolubles] in TcSMonad.
+See Note [Rewrite insolubles] in TcSMonad.
 And if we don't do this there is a bad danger that
 TcSimplify.applyTyVarDefaulting will find a variable
 that has in fact been substituted.
@@ -1270,26 +1402,12 @@ representational equality, this is a little subtler. Once again, (a ~R [a])
 is a bad thing, but (a ~R N a) for a newtype N might be just fine. This
 means also that (a ~ b a) might be fine, because `b` might become a newtype.
 
-So, we must check: does tv1 appear in xi2 under any type constructor that
-is generative w.r.t. representational equality? That's what isTyVarUnderDatatype
-does. (The other name I considered, isTyVarUnderTyConGenerativeWrtReprEq was
-a bit verbose. And the shorter name gets the point across.)
+So, we must check: does tv1 appear in xi2 under any type constructor
+that is generative w.r.t. representational equality? That's what
+isInsolubleOccursCheck does.
 
 See also #10715, which induced this addition.
 
-Note [No derived kind equalities]
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
-When we're working with a heterogeneous derived equality
-
-  [D] (t1 :: k1) ~ (t2 :: k2)
-
-we want to homogenise to establish the kind invariant on CTyEqCans.
-But we can't emit [D] k1 ~ k2 because we wouldn't then be able to
-use the evidence in the homogenised types. So we emit a wanted
-constraint, because we do really need the evidence here.
-
-Thus: no derived kind equalities.
-
 -}
 
 canCFunEqCan :: CtEvidence
@@ -1315,51 +1433,122 @@ canCFunEqCan ev fn tys fsk
                                  , cc_tyargs = tys', cc_fsk = fsk }) } }
 
 ---------------------
-canEqTyVar :: CtEvidence -> EqRel -> SwapFlag
-           -> TcTyVar             -- already flat
-           -> TcType              -- already flat
+canEqTyVar :: CtEvidence          -- ev :: lhs ~ rhs
+           -> EqRel -> SwapFlag
+           -> TcTyVar -> CoercionN  -- tv1 |> co1
+           -> TcType                -- lhs: pretty lhs, already flat
+           -> TcType -> TcType      -- rhs: already flat
            -> TcS (StopOrContinue Ct)
--- A TyVar on LHS, but so far un-zonked
-canEqTyVar ev eq_rel swapped tv1 ps_ty2              -- ev :: tv ~ s2
-  = do { traceTcS "canEqTyVar" (ppr tv1 $$ ppr ps_ty2 $$ ppr swapped)
+canEqTyVar ev eq_rel swapped tv1 co1 ps_ty1 xi2 ps_xi2
+  | k1 `eqType` k2
+  = canEqTyVarHomo ev eq_rel swapped tv1 co1 ps_ty1 xi2 ps_xi2
+
+  -- See Note [Equalities with incompatible kinds]
+  | CtGiven { ctev_evar = evar } <- ev
+    -- unswapped: tm :: (lhs :: k1) ~ (rhs :: k2)
+    -- swapped  : tm :: (rhs :: k2) ~ (lhs :: k1)
+  = do { kind_ev_id <- newBoundEvVarId kind_pty
+                                       (EvCoercion $
+                                        if isSwapped swapped
+                                        then mkTcSymCo $ mkTcKindCo $ mkTcCoVarCo evar
+                                        else             mkTcKindCo $ mkTcCoVarCo evar)
+           -- kind_ev_id :: (k1 :: *) ~ (k2 :: *)   (whether swapped or not)
+       ; let kind_ev = CtGiven { ctev_pred = kind_pty
+                               , ctev_evar = kind_ev_id
+                               , ctev_loc  = kind_loc }
+             homo_co = mkSymCo $ mkCoVarCo kind_ev_id
+             rhs'    = mkCastTy xi2 homo_co
+             ps_rhs' = mkCastTy ps_xi2 homo_co
+       ; traceTcS "Hetero equality gives rise to given kind equality"
+           (ppr kind_ev_id <+> dcolon <+> ppr kind_pty)
+       ; emitWorkNC [kind_ev]
+       ; type_ev <- newGivenEvVar loc $
+                    if isSwapped swapped
+                    then ( mkTcEqPredLikeEv ev rhs' lhs
+                         , EvCoercion $
+                           mkTcCoherenceLeftCo (mkTcCoVarCo evar) homo_co )
+                    else ( mkTcEqPredLikeEv ev lhs rhs'
+                         , EvCoercion $
+                           mkTcCoherenceRightCo (mkTcCoVarCo evar) homo_co )
+          -- unswapped: type_ev :: (lhs :: k1) ~ ((rhs |> sym kind_ev_id) :: k1)
+          -- swapped  : type_ev :: ((rhs |> sym kind_ev_id) :: k1) ~ (lhs :: k1)
+       ; canEqTyVarHomo type_ev eq_rel swapped tv1 co1 ps_ty1 rhs' ps_rhs' }
+
+  -- See Note [Equalities with incompatible kinds]
+  | otherwise   -- Wanted and Derived
+                  -- NB: all kind equalities are Nominal
+  = do { emitNewDerivedEq kind_loc Nominal k1 k2
+             -- kind_ev :: (k1 :: *) ~ (k2 :: *)
+       ; traceTcS "Hetero equality gives rise to derived kind equality" $
+           ppr ev
+       ; continueWith (CIrredEvCan { cc_ev = ev }) }
+
+  where
+    lhs = mkTyVarTy tv1 `mkCastTy` co1
+
+    Pair _ k1 = coercionKind co1
+    k2        = typeKind xi2
+
+    kind_pty = mkHeteroPrimEqPred liftedTypeKind liftedTypeKind k1 k2
+    kind_loc = mkKindLoc lhs xi2 loc
+
+    loc  = ctev_loc ev
+
+-- guaranteed that typeKind lhs == typeKind rhs
+canEqTyVarHomo :: CtEvidence
+               -> EqRel -> SwapFlag
+               -> TcTyVar -> CoercionN   -- lhs: tv1 |> co1
+               -> TcType                 -- pretty lhs
+               -> TcType -> TcType       -- rhs (might not be flat)
+               -> TcS (StopOrContinue Ct)
+canEqTyVarHomo ev eq_rel swapped tv1 co1 ps_ty1 ty2 _
+  | Just (tv2, _) <- tcGetCastedTyVar_maybe ty2
+  , tv1 == tv2
+  = canEqReflexive ev eq_rel (mkTyVarTy tv1 `mkCastTy` co1)
+    -- we don't need to check co2 because its type must match co1
+
+  | Just (tv2, co2) <- tcGetCastedTyVar_maybe ty2
+  , swapOverTyVars tv1 tv2
+  = do { traceTcS "canEqTyVar" (ppr tv1 $$ ppr tv2 $$ ppr swapped)
          -- FM_Avoid commented out: see Note [Lazy flattening] in TcFlatten
          -- let fmode = FE { fe_ev = ev, fe_mode = FM_Avoid tv1' True }
          -- Flatten the RHS less vigorously, to avoid gratuitous flattening
          -- True <=> xi2 should not itself be a type-function application
        ; dflags <- getDynFlags
-       ; canEqTyVar2 dflags ev eq_rel swapped tv1 ps_ty2 }
+       ; canEqTyVar2 dflags ev eq_rel (flipSwap swapped) tv2 co2 ps_ty1 }
 
+canEqTyVarHomo ev eq_rel swapped tv1 co1 _ _ ps_ty2
+  = do { dflags <- getDynFlags
+       ; canEqTyVar2 dflags ev eq_rel swapped tv1 co1 ps_ty2 }
+
+-- The RHS here is either not a casted tyvar, or it's a tyvar but we want
+-- to rewrite the LHS to the RHS (as per swapOverTyVars)
 canEqTyVar2 :: DynFlags
             -> CtEvidence   -- lhs ~ rhs (or, if swapped, orhs ~ olhs)
             -> EqRel
             -> SwapFlag
-            -> TcTyVar      -- lhs, flat
-            -> TcType       -- rhs, flat
+            -> TcTyVar -> CoercionN     -- lhs = tv |> co, flat
+            -> TcType                   -- rhs
             -> TcS (StopOrContinue Ct)
 -- LHS is an inert type variable,
 -- and RHS is fully rewritten, but with type synonyms
 -- preserved as much as possible
-
-canEqTyVar2 dflags ev eq_rel swapped tv1 xi2
-  | Just (tv2, kco2) <- getCastedTyVar_maybe xi2
-  = canEqTyVarTyVar ev eq_rel swapped tv1 tv2 kco2
-
-  | OC_OK xi2' <- occurCheckExpand dflags tv1 xi2  -- No occurs check
-     -- We use xi2' on the RHS of the new CTyEqCan, a ~ xi2'
-     -- to establish the invariant that a does not appear in the
-     -- rhs of the CTyEqCan. This is guaranteed by occurCheckExpand;
-     -- see Note [Occurs check expansion] in TcType
-  = rewriteEqEvidence ev swapped xi1 xi2' co1 (mkTcReflCo role xi2')
+canEqTyVar2 dflags ev eq_rel swapped tv1 co1 orhs
+  | Just nrhs' <- metaTyVarUpdateOK dflags tv1 nrhs  -- No occurs check
+     -- Must do the occurs check even on tyvar/tyvar
+     -- equalities, in case have  x ~ (y :: ..x...)
+     -- Trac #12593
+  = rewriteEqEvidence ev swapped nlhs nrhs' rewrite_co1 rewrite_co2
     `andWhenContinue` \ new_ev ->
-    homogeniseRhsKind new_ev eq_rel xi1 xi2' $ \new_new_ev xi2'' ->
-    CTyEqCan { cc_ev = new_new_ev, cc_tyvar = tv1
-             , cc_rhs = xi2'', cc_eq_rel = eq_rel }
+    continueWith (CTyEqCan { cc_ev = new_ev, cc_tyvar = tv1
+                           , cc_rhs = nrhs', cc_eq_rel = eq_rel })
 
-  | otherwise  -- Occurs check error
-  = do { traceTcS "canEqTyVar2 occurs check error" (ppr tv1 $$ ppr xi2)
-       ; rewriteEqEvidence ev swapped xi1 xi2 co1 co2
+  | otherwise  -- For some reason (occurs check, or forall) we can't unify
+               -- We must not use it for further rewriting!
+  = do { traceTcS "canEqTyVar2 can't unify" (ppr tv1 $$ ppr nrhs)
+       ; rewriteEqEvidence ev swapped nlhs nrhs rewrite_co1 rewrite_co2
          `andWhenContinue` \ new_ev ->
-         if eq_rel == NomEq || isTyVarUnderDatatype tv1 xi2
+         if isInsolubleOccursCheck eq_rel tv1 nrhs
          then do { emitInsoluble (mkNonCanonical new_ev)
              -- If we have a ~ [a], it is not canonical, and in particular
              -- we don't want to rewrite existing inerts with it, otherwise
@@ -1372,118 +1561,19 @@ canEqTyVar2 dflags ev eq_rel swapped tv1 xi2
              -- We might learn that b is the newtype Id.
              -- But, the occurs-check certainly prevents the equality from being
              -- canonical, and we might loop if we were to use it in rewriting.
-         else do { traceTcS "Occurs-check in representational equality"
-                           (ppr xi1 $$ ppr xi2)
-                      ; continueWith (CIrredEvCan { cc_ev = new_ev }) } }
-  where
-    role = eqRelRole eq_rel
-    xi1  = mkTyVarTy tv1
-    co1  = mkTcReflCo role xi1
-    co2  = mkTcReflCo role xi2
-
-canEqTyVarTyVar :: CtEvidence           -- tv1 ~ rhs (or rhs ~ tv1, if swapped)
-                -> EqRel
-                -> SwapFlag
-                -> TcTyVar -> TcTyVar   -- tv1, tv2
-                -> Coercion             -- the co in (rhs = tv2 |> co)
-                -> TcS (StopOrContinue Ct)
--- Both LHS and RHS rewrote to a type variable
--- See Note [Canonical orientation for tyvar/tyvar equality constraints]
-canEqTyVarTyVar ev eq_rel swapped tv1 tv2 kco2
-  | tv1 == tv2
-  = do { let mk_coh = case swapped of IsSwapped  -> mkTcCoherenceLeftCo
-                                      NotSwapped -> mkTcCoherenceRightCo
-       ; setEvBindIfWanted ev (EvCoercion $ mkTcReflCo role xi1 `mk_coh` kco2)
-       ; stopWith ev "Equal tyvars" }
-
--- We don't do this any more
--- See Note [Orientation of equalities with fmvs] in TcFlatten
---  | isFmvTyVar tv1  = do_fmv swapped            tv1 xi1 xi2 co1 co2
---  | isFmvTyVar tv2  = do_fmv (flipSwap swapped) tv2 xi2 xi1 co2 co1
-
-  | swap_over       = do_swap
-  | otherwise       = no_swap
+         else do { traceTcS "Possibly-soluble occurs check"
+                           (ppr nlhs $$ ppr nrhs)
+                 ; continueWith (CIrredEvCan { cc_ev = new_ev }) } }
   where
     role = eqRelRole eq_rel
-    xi1 = mkTyVarTy tv1
-    co1 = mkTcReflCo role xi1
-    xi2 = mkTyVarTy tv2
-    co2 = mkTcReflCo role xi2 `mkTcCoherenceRightCo` kco2
-
-    no_swap = canon_eq swapped            tv1 xi1 xi2 co1 co2
-    do_swap = canon_eq (flipSwap swapped) tv2 xi2 xi1 co2 co1
-
-    canon_eq swapped tv1 ty1 ty2 co1 co2
-        -- ev  : tv1 ~ orhs  (not swapped) or   orhs ~ tv1   (swapped)
-        -- co1 : xi1 ~ tv1
-        -- co2 : xi2 ~ tv2
-      = do { traceTcS "canEqTyVarTyVar"
-               (vcat [ ppr swapped
-                     , ppr tv1 <+> dcolon <+> ppr (tyVarKind tv1)
-                     , ppr ty1 <+> dcolon <+> ppr (typeKind ty1)
-                     , ppr ty2 <+> dcolon <+> ppr (typeKind ty2)
-                     , ppr co1 <+> dcolon <+> ppr (tcCoercionKind co1)
-                     , ppr co2 <+> dcolon <+> ppr (tcCoercionKind co2) ])
-           ; rewriteEqEvidence ev swapped ty1 ty2 co1 co2
-             `andWhenContinue` \ new_ev ->
-             homogeniseRhsKind new_ev eq_rel ty1 ty2 $ \new_new_ev ty2' ->
-             CTyEqCan { cc_ev = new_new_ev, cc_tyvar = tv1
-                      , cc_rhs = ty2', cc_eq_rel = eq_rel } }
-
-{- We don't do this any more
-   See Note [Orientation of equalities with fmvs] in TcFlatten
-    -- tv1 is the flatten meta-var
-    do_fmv swapped tv1 xi1 xi2 co1 co2
-      | same_kind
-      = canon_eq swapped tv1 xi1 xi2 co1 co2
-      | otherwise  -- Presumably tv1 :: *, since it is a flatten meta-var,
-                   -- at a kind that has some interesting sub-kind structure.
-                   -- Since the two kinds are not the same, we must have
-                   -- tv1 `subKind` tv2, which is the wrong way round
-                   --   e.g.  (fmv::*) ~ (a::OpenKind)
-                   -- So make a new meta-var and use that:
-                   --         fmv ~ (beta::*)
-                   --         (a::OpenKind) ~ (beta::*)
-      = ASSERT2( k1_sub_k2,
-                 ppr tv1 <+> dcolon <+> ppr (tyVarKind tv1) $$
-                 ppr xi2 <+> dcolon <+> ppr (typeKind xi2) )
-        ASSERT2( isWanted ev, ppr ev )  -- Only wanteds have flatten meta-vars
-        do { tv_ty <- newFlexiTcSTy (tyVarKind tv1)
-           ; new_ev <- newWantedEvVarNC (ctEvLoc ev)
-                                        (mkPrimEqPredRole (eqRelRole eq_rel)
-                                           g           tv_ty xi2)
-           ; emitWorkNC [new_ev]
-           ; canon_eq swapped tv1 xi1 tv_ty co1 (ctEvCoercion new_ev) }
--}
 
-    swap_over
-      -- If tv1 is touchable, swap only if tv2 is also
-      -- touchable and it's strictly better to update the latter
-      -- But see Note [Avoid unnecessary swaps]
-      | Just lvl1 <- metaTyVarTcLevel_maybe tv1
-      = case metaTyVarTcLevel_maybe tv2 of
-          Nothing   -> False
-          Just lvl2 | lvl2 `strictlyDeeperThan` lvl1 -> True
-                    | lvl1 `strictlyDeeperThan` lvl2 -> False
-                    | otherwise                      -> nicer_to_update_tv2
+    nlhs = mkTyVarTy tv1
+    nrhs = orhs `mkCastTy` mkTcSymCo co1
 
-      -- So tv1 is not a meta tyvar
-      -- If only one is a meta tyvar, put it on the left
-      -- This is not because it'll be solved; but because
-      -- the floating step looks for meta tyvars on the left
-      | isMetaTyVar tv2 = True
-
-      -- So neither is a meta tyvar (including FlatMetaTv)
-
-      -- If only one is a flatten skolem, put it on the left
-      -- See Note [Eliminate flat-skols]
-      | not (isFlattenTyVar tv1), isFlattenTyVar tv2 = True
-
-      | otherwise = False
-
-    nicer_to_update_tv2
-      =  (isSigTyVar tv1                 && not (isSigTyVar tv2))
-      || (isSystemName (Var.varName tv2) && not (isSystemName (Var.varName tv1)))
+    -- rewrite_co1 :: tv1 ~ (tv1 |> co1)
+    -- rewrite_co2 :: (rhs |> sym co1) ~ rhs
+    rewrite_co1  = mkTcReflCo role nlhs `mkTcCoherenceRightCo` co1
+    rewrite_co2  = mkTcReflCo role orhs `mkTcCoherenceLeftCo`  mkTcSymCo co1
 
 -- | Solve a reflexive equality constraint
 canEqReflexive :: CtEvidence    -- ty ~ ty
@@ -1495,76 +1585,6 @@ canEqReflexive ev eq_rel ty
                                mkTcReflCo (eqRelRole eq_rel) ty)
        ; stopWith ev "Solved by reflexivity" }
 
--- See Note [Equalities with incompatible kinds]
-homogeniseRhsKind :: CtEvidence -- ^ the evidence to homogenise
-                  -> EqRel
-                  -> TcType              -- ^ original LHS
-                  -> Xi                  -- ^ original RHS
-                  -> (CtEvidence -> Xi -> Ct)
-                           -- ^ how to build the homogenised constraint;
-                           -- the 'Xi' is the new RHS
-                  -> TcS (StopOrContinue Ct)
-homogeniseRhsKind ev eq_rel lhs rhs build_ct
-  | k1 `tcEqType` k2
-  = continueWith (build_ct ev rhs)
-
-  | CtGiven { ctev_evar = evar } <- ev
-    -- tm :: (lhs :: k1) ~ (rhs :: k2)
-  = do { kind_ev_id <- newBoundEvVarId kind_pty
-                                       (EvCoercion $
-                                        mkTcKindCo $ mkTcCoVarCo evar)
-           -- kind_ev_id :: (k1 :: *) ~# (k2 :: *)
-       ; let kind_ev = CtGiven { ctev_pred = kind_pty
-                               , ctev_evar = kind_ev_id
-                               , ctev_loc  = kind_loc }
-             homo_co = mkSymCo $ mkCoVarCo kind_ev_id
-             rhs'    = mkCastTy rhs homo_co
-       ; traceTcS "Hetero equality gives rise to given kind equality"
-           (ppr kind_ev_id <+> dcolon <+> ppr kind_pty)
-       ; emitWorkNC [kind_ev]
-       ; type_ev <- newGivenEvVar loc
-                      ( mkTcEqPredLikeEv ev lhs rhs'
-                      , EvCoercion $
-                        mkTcCoherenceRightCo (mkTcCoVarCo evar) homo_co )
-          -- type_ev :: (lhs :: k1) ~ ((rhs |> sym kind_ev_id) :: k1)
-       ; continueWith (build_ct type_ev rhs') }
-
-  | otherwise   -- Wanted and Derived. See Note [No derived kind equalities]
-    -- evar :: (lhs :: k1) ~ (rhs :: k2)
-  = do { (kind_ev, kind_co) <- newWantedEq kind_loc Nominal k1 k2
-             -- kind_ev :: (k1 :: *) ~ (k2 :: *)
-       ; traceTcS "Hetero equality gives rise to wanted kind equality" $
-           ppr (kind_ev)
-       ; emitWorkNC [kind_ev]
-       ; let homo_co   = mkSymCo kind_co
-           -- homo_co :: k2 ~ k1
-             rhs'      = mkCastTy rhs homo_co
-       ; case ev of
-           CtGiven {} -> panic "homogeniseRhsKind"
-           CtDerived {} -> continueWith (build_ct (ev { ctev_pred = homo_pred })
-                                                  rhs')
-             where homo_pred = mkTcEqPredLikeEv ev lhs rhs'
-           CtWanted { ctev_dest = dest } -> do
-             { (type_ev, hole_co) <- newWantedEq loc role lhs rhs'
-                  -- type_ev :: (lhs :: k1) ~ (rhs |> sym kind_ev :: k1)
-             ; setWantedEq dest
-                           (hole_co `mkTransCo`
-                            (mkReflCo role rhs
-                             `mkCoherenceLeftCo` homo_co))
-
-                -- dest := hole ; <rhs> |> homo_co :: (lhs :: k1) ~ (rhs :: k2)
-             ; continueWith (build_ct type_ev rhs') }}
-
-  where
-    k1 = typeKind lhs
-    k2 = typeKind rhs
-
-    kind_pty = mkHeteroPrimEqPred liftedTypeKind liftedTypeKind k1 k2
-    kind_loc = mkKindLoc lhs rhs loc
-
-    loc  = ctev_loc ev
-    role = eqRelRole eq_rel
-
 {-
 Note [Canonical orientation for tyvar/tyvar equality constraints]
 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
@@ -1574,12 +1594,6 @@ canEqTyVarTyVar, are these
 
  * If either is a flatten-meta-variables, it goes on the left.
 
- * If one is a strict sub-kind of the other e.g.
-       (alpha::?) ~ (beta::*)
-   orient them so RHS is a subkind of LHS.  That way we will replace
-   'a' with 'b', correctly narrowing the kind.
-   This establishes the subkind invariant of CTyEqCan.
-
  * Put a meta-tyvar on the left if possible
        alpha[3] ~ r
 
@@ -1618,7 +1632,7 @@ Suppose we have  [G] Num (F [a])
 then we flatten to
      [G] Num fsk
      [G] F [a] ~ fsk
-where fsk is a flatten-skolem (FlatSkol). Suppose we have
+where fsk is a flatten-skolem (FlatSkolTv). Suppose we have
       type instance F [a] = a
 then we'll reduce the second constraint to
      [G] a ~ fsk
@@ -1632,21 +1646,66 @@ the fsk.
 
 Note [Equalities with incompatible kinds]
 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
-canEqLeaf is about to make a CTyEqCan or CFunEqCan; but both have the
-invariant that LHS and RHS satisfy the kind invariants for CTyEqCan,
-CFunEqCan.  What if we try to unify two things with incompatible
-kinds?
+What do we do when we have an equality
+
+  (tv :: k1) ~ (rhs :: k2)
+
+where k1 and k2 differ? This Note explores this treacherous area.
+
+First off, the question above is slightly the wrong question. Flattening
+a tyvar will flatten its kind (Note [Flattening] in TcFlatten); flattening
+the kind might introduce a cast. So we might have a casted tyvar on the
+left. We thus revise our test case to
+
+  (tv |> co :: k1) ~ (rhs :: k2)
+
+We must proceed differently here depending on whether we have a Wanted
+or a Given. Consider this:
+
+ [W] w :: (alpha :: k) ~ (Int :: Type)
 
-eg    a ~ b  where a::*, b::*->*
-or    a ~ b  where a::*, b::k, k is a kind variable
+where k is a skolem. One possible way forward is this:
 
-The CTyEqCan compatKind invariant is important.  If we make a CTyEqCan
-for a~b, then we might well *substitute* 'b' for 'a', and that might make
-a well-kinded type ill-kinded; and that is bad (eg typeKind can crash, see
-Trac #7696).
+ [W] co :: k ~ Type
+ [W] w :: (alpha :: k) ~ (Int |> sym co :: k)
 
-So instead for these ill-kinded equalities we homogenise the RHS of the
-equality, emitting new constraints as necessary.
+The next step will be to unify
+
+  alpha := Int |> sym co
+
+Now, consider what error we'll report if we can't solve the "co"
+wanted. Its CtOrigin is the w wanted... which now reads (after zonking)
+Int ~ Int. The user thus sees that GHC can't solve Int ~ Int, which
+is embarrassing. See #11198 for more tales of destruction.
+
+The reason for this odd behavior is much the same as
+Note [Wanteds do not rewrite Wanteds] in TcRnTypes: note that the
+new `co` is a Wanted. The solution is then not to use `co` to "rewrite"
+-- that is, cast -- `w`, but instead to keep `w` heterogeneous and irreducible.
+Given that we're not using `co`, there is no reason to collect evidence
+for it, so `co` is born a Derived. When the Derived is solved (by unification),
+the original wanted (`w`) will get kicked out.
+
+Note that, if we had [G] co1 :: k ~ Type available, then none of this code would
+trigger, because flattening would have rewritten k to Type. That is,
+`w` would look like [W] (alpha |> co1 :: Type) ~ (Int :: Type), and the tyvar
+case will trigger, correctly rewriting alpha to (Int |> sym co1).
+
+Successive canonicalizations of the same Wanted may produce
+duplicate Deriveds. Similar duplications can happen with fundeps, and there
+seems to be no easy way to avoid. I expect this case to be rare.
+
+For Givens, this problem doesn't bite, so a heterogeneous Given gives
+rise to a Given kind equality. No Deriveds here. We thus homogenise
+the Given (see the "homo_co" in the Given case in canEqTyVar) and
+carry on with a homogeneous equality constraint.
+
+Separately, I (Richard E) spent some time pondering what to do in the case
+that we have [W] (tv |> co1 :: k1) ~ (tv |> co2 :: k2) where k1 and k2
+differ. Note that the tv is the same. (This case is handled as the first
+case in canEqTyVarHomo.) At one point, I thought we could solve this limited
+form of heterogeneous Wanted, but I then reconsidered and now treat this case
+just like any other heterogeneous Wanted.
 
 Note [Type synonyms and canonicalization]
 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
@@ -1765,7 +1824,7 @@ may reflect the result of unification alpha := ty, so new_pred might
 not _look_ the same as old_pred, and it's vital to proceed from now on
 using new_pred.
 
-The flattener preserves type synonyms, so they should appear in new_pred
+qThe flattener preserves type synonyms, so they should appear in new_pred
 as well as in old_pred; that is important for good error messages.
  -}
 
@@ -1892,38 +1951,40 @@ unifyWanted loc Phantom ty1 ty2
 unifyWanted loc role orig_ty1 orig_ty2
   = go orig_ty1 orig_ty2
   where
-    go ty1 ty2 | Just ty1' <- coreView ty1 = go ty1' ty2
-    go ty1 ty2 | Just ty2' <- coreView ty2 = go ty1 ty2'
+    go ty1 ty2 | Just ty1' <- tcView ty1 = go ty1' ty2
+    go ty1 ty2 | Just ty2' <- tcView ty2 = go ty1 ty2'
 
-    go (ForAllTy (Anon s1) t1) (ForAllTy (Anon s2) t2)
+    go (FunTy s1 t1) (FunTy s2 t2)
       = do { co_s <- unifyWanted loc role s1 s2
            ; co_t <- unifyWanted loc role t1 t2
-           ; return (mkTyConAppCo role funTyCon [co_s,co_t]) }
+           ; return (mkFunCo role co_s co_t) }
     go (TyConApp tc1 tys1) (TyConApp tc2 tys2)
       | tc1 == tc2, tys1 `equalLength` tys2
       , isInjectiveTyCon tc1 role -- don't look under newtypes at Rep equality
       = do { cos <- zipWith3M (unifyWanted loc)
                               (tyConRolesX role tc1) tys1 tys2
            ; return (mkTyConAppCo role tc1 cos) }
-    go (TyVarTy tv) ty2
+
+    go ty1@(TyVarTy tv) ty2
       = do { mb_ty <- isFilledMetaTyVar_maybe tv
            ; case mb_ty of
                 Just ty1' -> go ty1' ty2
-                Nothing   -> bale_out }
-    go ty1 (TyVarTy tv)
+                Nothing   -> bale_out ty1 ty2}
+    go ty1 ty2@(TyVarTy tv)
       = do { mb_ty <- isFilledMetaTyVar_maybe tv
            ; case mb_ty of
                 Just ty2' -> go ty1 ty2'
-                Nothing   -> bale_out }
+                Nothing   -> bale_out ty1 ty2 }
 
     go ty1@(CoercionTy {}) (CoercionTy {})
       = return (mkReflCo role ty1) -- we just don't care about coercions!
 
-    go _ _ = bale_out
+    go ty1 ty2 = bale_out ty1 ty2
 
-    bale_out = do { (new_ev, co) <- newWantedEq loc role orig_ty1 orig_ty2
-                  ; emitWorkNC [new_ev]
-                  ; return co }
+    bale_out ty1 ty2
+       | ty1 `tcEqType` ty2 = return (mkTcReflCo role ty1)
+        -- Check for equality; e.g. a ~ a, or (m a) ~ (m a)
+       | otherwise = emitNewWantedEq loc role orig_ty1 orig_ty2
 
 unifyDeriveds :: CtLoc -> [Role] -> [TcType] -> [TcType] -> TcS ()
 -- See Note [unifyWanted and unifyDerived]
@@ -1941,29 +2002,32 @@ unify_derived _   Phantom _        _        = return ()
 unify_derived loc role    orig_ty1 orig_ty2
   = go orig_ty1 orig_ty2
   where
-    go ty1 ty2 | Just ty1' <- coreView ty1 = go ty1' ty2
-    go ty1 ty2 | Just ty2' <- coreView ty2 = go ty1 ty2'
+    go ty1 ty2 | Just ty1' <- tcView ty1 = go ty1' ty2
+    go ty1 ty2 | Just ty2' <- tcView ty2 = go ty1 ty2'
 
-    go (ForAllTy (Anon s1) t1) (ForAllTy (Anon s2) t2)
+    go (FunTy s1 t1) (FunTy s2 t2)
       = do { unify_derived loc role s1 s2
            ; unify_derived loc role t1 t2 }
     go (TyConApp tc1 tys1) (TyConApp tc2 tys2)
       | tc1 == tc2, tys1 `equalLength` tys2
       , isInjectiveTyCon tc1 role
       = unifyDeriveds loc (tyConRolesX role tc1) tys1 tys2
-    go (TyVarTy tv) ty2
+    go ty1@(TyVarTy tv) ty2
       = do { mb_ty <- isFilledMetaTyVar_maybe tv
            ; case mb_ty of
                 Just ty1' -> go ty1' ty2
-                Nothing   -> bale_out }
-    go ty1 (TyVarTy tv)
+                Nothing   -> bale_out ty1 ty2 }
+    go ty1 ty2@(TyVarTy tv)
       = do { mb_ty <- isFilledMetaTyVar_maybe tv
            ; case mb_ty of
                 Just ty2' -> go ty1 ty2'
-                Nothing   -> bale_out }
-    go _ _ = bale_out
+                Nothing   -> bale_out ty1 ty2 }
+    go ty1 ty2 = bale_out ty1 ty2
 
-    bale_out = emitNewDerivedEq loc role orig_ty1 orig_ty2
+    bale_out ty1 ty2
+       | ty1 `tcEqType` ty2 = return ()
+        -- Check for equality; e.g. a ~ a, or (m a) ~ (m a)
+       | otherwise = emitNewDerivedEq loc role orig_ty1 orig_ty2
 
 maybeSym :: SwapFlag -> TcCoercion -> TcCoercion
 maybeSym IsSwapped  co = mkTcSymCo co