compiler/simplCore/SimplUtils.lhs

   1 %
   2 % (c) The AQUA Project, Glasgow University, 1993-1998
   3 %
   4 \section[SimplUtils]{The simplifier utilities}
   5
   6 \begin{code}
   7 module SimplUtils (
   8         -- Rebuilding
   9         mkLam, mkCase, prepareAlts, bindCaseBndr,
  10
  11         -- Inlining,
  12         preInlineUnconditionally, postInlineUnconditionally,
  13         activeInline, activeRule, inlineMode,
  14
  15         -- The continuation type
  16         SimplCont(..), DupFlag(..), ArgInfo(..),
  17         contIsDupable, contResultType, contIsTrivial, contArgs, dropArgs,
  18         countValArgs, countArgs, splitInlineCont,
  19         mkBoringStop, mkLazyArgStop, contIsRhsOrArg,
  20         interestingCallContext, interestingArgContext,
  21
  22         interestingArg, mkArgInfo,
  23
  24         abstractFloats
  25     ) where
  26
  27 #include "HsVersions.h"
  28
  29 import SimplEnv
  30 import DynFlags
  31 import StaticFlags
  32 import CoreSyn
  33 import qualified CoreSubst
  34 import PprCore
  35 import CoreFVs
  36 import CoreUtils
  37 import CoreArity        ( etaExpand, exprEtaExpandArity )
  38 import CoreUnfold
  39 import Name
  40 import Id
  41 import Var      ( isCoVar )
  42 import NewDemand
  43 import SimplMonad
  44 import Type     hiding( substTy )
  45 import Coercion ( coercionKind )
  46 import TyCon
  47 import Unify    ( dataConCannotMatch )
  48 import VarSet
  49 import BasicTypes
  50 import Util
  51 import MonadUtils
  52 import Outputable
  53 import FastString
  54
  55 import Data.List
  56 \end{code}
  57
  58
  59 %************************************************************************
  60 %*                                                                      *
  61                 The SimplCont type
  62 %*                                                                      *
  63 %************************************************************************
  64
  65 A SimplCont allows the simplifier to traverse the expression in a
  66 zipper-like fashion.  The SimplCont represents the rest of the expression,
  67 "above" the point of interest.
  68
  69 You can also think of a SimplCont as an "evaluation context", using
  70 that term in the way it is used for operational semantics. This is the
  71 way I usually think of it, For example you'll often see a syntax for
  72 evaluation context looking like
  73         C ::= []  |  C e   |  case C of alts  |  C `cast` co
  74 That's the kind of thing we are doing here, and I use that syntax in
  75 the comments.
  76
  77
  78 Key points:
  79   * A SimplCont describes a *strict* context (just like
  80     evaluation contexts do).  E.g. Just [] is not a SimplCont
  81
  82   * A SimplCont describes a context that *does not* bind
  83     any variables.  E.g. \x. [] is not a SimplCont
  84
  85 \begin{code}
  86 data SimplCont
  87   = Stop                -- An empty context, or hole, []
  88         CallCtxt        -- True <=> There is something interesting about
  89                         --          the context, and hence the inliner
  90                         --          should be a bit keener (see interestingCallContext)
  91                         -- Specifically:
  92                         --     This is an argument of a function that has RULES
  93                         --     Inlining the call might allow the rule to fire
  94
  95   | CoerceIt            -- C `cast` co
  96         OutCoercion             -- The coercion simplified
  97         SimplCont
  98
  99   | ApplyTo             -- C arg
 100         DupFlag
 101         InExpr SimplEnv         -- The argument and its static env
 102         SimplCont
 103
 104   | Select              -- case C of alts
 105         DupFlag
 106         InId [InAlt] SimplEnv   -- The case binder, alts, and subst-env
 107         SimplCont
 108
 109   -- The two strict forms have no DupFlag, because we never duplicate them
 110   | StrictBind          -- (\x* \xs. e) C
 111         InId [InBndr]           -- let x* = [] in e
 112         InExpr SimplEnv         --      is a special case
 113         SimplCont
 114
 115   | StrictArg           -- e C
 116         OutExpr                 -- e; *always* of form (Var v `App1` e1 .. `App` en)
 117         CallCtxt                -- Whether *this* argument position is interesting
 118         ArgInfo                 -- Whether the function at the head of e has rules, etc
 119         SimplCont               --     plus strictness flags for *further* args
 120
 121 data ArgInfo
 122   = ArgInfo {
 123         ai_rules :: Bool,       -- Function has rules (recursively)
 124                                 --      => be keener to inline in all args
 125         ai_strs :: [Bool],      -- Strictness of arguments
 126                                 --   Usually infinite, but if it is finite it guarantees
 127                                 --   that the function diverges after being given
 128                                 --   that number of args
 129         ai_discs :: [Int]       -- Discounts for arguments; non-zero => be keener to inline
 130                                 --   Always infinite
 131     }
 132
 133 instance Outputable SimplCont where
 134   ppr (Stop interesting)             = ptext (sLit "Stop") <> brackets (ppr interesting)
 135   ppr (ApplyTo dup arg _ cont)       = ((ptext (sLit "ApplyTo") <+> ppr dup <+> pprParendExpr arg)
 136                                           {-  $$ nest 2 (pprSimplEnv se) -}) $$ ppr cont
 137   ppr (StrictBind b _ _ _ cont)      = (ptext (sLit "StrictBind") <+> ppr b) $$ ppr cont
 138   ppr (StrictArg f _ _ cont)         = (ptext (sLit "StrictArg") <+> ppr f) $$ ppr cont
 139   ppr (Select dup bndr alts _ cont)  = (ptext (sLit "Select") <+> ppr dup <+> ppr bndr) $$
 140                                        (nest 4 (ppr alts)) $$ ppr cont
 141   ppr (CoerceIt co cont)             = (ptext (sLit "CoerceIt") <+> ppr co) $$ ppr cont
 142
 143 data DupFlag = OkToDup | NoDup
 144
 145 instance Outputable DupFlag where
 146   ppr OkToDup = ptext (sLit "ok")
 147   ppr NoDup   = ptext (sLit "nodup")
 148
 149
 150
 151 -------------------
 152 mkBoringStop :: SimplCont
 153 mkBoringStop = Stop BoringCtxt
 154
 155 mkLazyArgStop :: CallCtxt -> SimplCont
 156 mkLazyArgStop cci = Stop cci
 157
 158 -------------------
 159 contIsRhsOrArg :: SimplCont -> Bool
 160 contIsRhsOrArg (Stop {})       = True
 161 contIsRhsOrArg (StrictBind {}) = True
 162 contIsRhsOrArg (StrictArg {})  = True
 163 contIsRhsOrArg _               = False
 164
 165 -------------------
 166 contIsDupable :: SimplCont -> Bool
 167 contIsDupable (Stop {})                  = True
 168 contIsDupable (ApplyTo  OkToDup _ _ _)   = True
 169 contIsDupable (Select   OkToDup _ _ _ _) = True
 170 contIsDupable (CoerceIt _ cont)          = contIsDupable cont
 171 contIsDupable _                          = False
 172
 173 -------------------
 174 contIsTrivial :: SimplCont -> Bool
 175 contIsTrivial (Stop {})                   = True
 176 contIsTrivial (ApplyTo _ (Type _) _ cont) = contIsTrivial cont
 177 contIsTrivial (CoerceIt _ cont)           = contIsTrivial cont
 178 contIsTrivial _                           = False
 179
 180 -------------------
 181 contResultType :: SimplEnv -> OutType -> SimplCont -> OutType
 182 contResultType env ty cont
 183   = go cont ty
 184   where
 185     subst_ty se ty = substTy (se `setInScope` env) ty
 186
 187     go (Stop {})                      ty = ty
 188     go (CoerceIt co cont)             _  = go cont (snd (coercionKind co))
 189     go (StrictBind _ bs body se cont) _  = go cont (subst_ty se (exprType (mkLams bs body)))
 190     go (StrictArg fn _ _ cont)        _  = go cont (funResultTy (exprType fn))
 191     go (Select _ _ alts se cont)      _  = go cont (subst_ty se (coreAltsType alts))
 192     go (ApplyTo _ arg se cont)        ty = go cont (apply_to_arg ty arg se)
 193
 194     apply_to_arg ty (Type ty_arg) se = applyTy ty (subst_ty se ty_arg)
 195     apply_to_arg ty _             _  = funResultTy ty
 196
 197 -------------------
 198 countValArgs :: SimplCont -> Int
 199 countValArgs (ApplyTo _ (Type _) _ cont) = countValArgs cont
 200 countValArgs (ApplyTo _ _        _ cont) = 1 + countValArgs cont
 201 countValArgs _                           = 0
 202
 203 countArgs :: SimplCont -> Int
 204 countArgs (ApplyTo _ _ _ cont) = 1 + countArgs cont
 205 countArgs _                    = 0
 206
 207 contArgs :: SimplCont -> ([OutExpr], SimplCont)
 208 -- Uses substitution to turn each arg into an OutExpr
 209 contArgs cont = go [] cont
 210   where
 211     go args (ApplyTo _ arg se cont) = go (substExpr se arg : args) cont
 212     go args cont                    = (reverse args, cont)
 213
 214 dropArgs :: Int -> SimplCont -> SimplCont
 215 dropArgs 0 cont = cont
 216 dropArgs n (ApplyTo _ _ _ cont) = dropArgs (n-1) cont
 217 dropArgs n other                = pprPanic "dropArgs" (ppr n <+> ppr other)
 218
 219 --------------------
 220 splitInlineCont :: SimplCont -> Maybe (SimplCont, SimplCont)
 221 -- Returns Nothing if the continuation should dissolve an InlineMe Note
 222 -- Return Just (c1,c2) otherwise,
 223 --      where c1 is the continuation to put inside the InlineMe
 224 --      and   c2 outside
 225
 226 -- Example: (__inline_me__ (/\a. e)) ty
 227 --      Here we want to do the beta-redex without dissolving the InlineMe
 228 -- See test simpl017 (and Trac #1627) for a good example of why this is important
 229
 230 splitInlineCont (ApplyTo dup (Type ty) se c)
 231   | Just (c1, c2) <- splitInlineCont c = Just (ApplyTo dup (Type ty) se c1, c2)
 232 splitInlineCont cont@(Stop {})         = Just (mkBoringStop, cont)
 233 splitInlineCont cont@(StrictBind {})   = Just (mkBoringStop, cont)
 234 splitInlineCont _                      = Nothing
 235         -- NB: we dissolve an InlineMe in any strict context,
 236         --     not just function aplication.
 237         -- E.g.  foldr k z (__inline_me (case x of p -> build ...))
 238         --     Here we want to get rid of the __inline_me__ so we
 239         --     can float the case, and see foldr/build
 240         --
 241         -- However *not* in a strict RHS, else we get
 242         --         let f = __inline_me__ (\x. e) in ...f...
 243         -- Now if f is guaranteed to be called, hence a strict binding
 244         -- we don't thereby want to dissolve the __inline_me__; for
 245         -- example, 'f' might be a  wrapper, so we'd inline the worker
 246 \end{code}
 247
 248
 249 Note [Interesting call context]
 250 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 251 We want to avoid inlining an expression where there can't possibly be
 252 any gain, such as in an argument position.  Hence, if the continuation
 253 is interesting (eg. a case scrutinee, application etc.) then we
 254 inline, otherwise we don't.
 255
 256 Previously some_benefit used to return True only if the variable was
 257 applied to some value arguments.  This didn't work:
 258
 259         let x = _coerce_ (T Int) Int (I# 3) in
 260         case _coerce_ Int (T Int) x of
 261                 I# y -> ....
 262
 263 we want to inline x, but can't see that it's a constructor in a case
 264 scrutinee position, and some_benefit is False.
 265
 266 Another example:
 267
 268 dMonadST = _/\_ t -> :Monad (g1 _@_ t, g2 _@_ t, g3 _@_ t)
 269
 270 ....  case dMonadST _@_ x0 of (a,b,c) -> ....
 271
 272 we'd really like to inline dMonadST here, but we *don't* want to
 273 inline if the case expression is just
 274
 275         case x of y { DEFAULT -> ... }
 276
 277 since we can just eliminate this case instead (x is in WHNF).  Similar
 278 applies when x is bound to a lambda expression.  Hence
 279 contIsInteresting looks for case expressions with just a single
 280 default case.
 281
 282
 283 \begin{code}
 284 interestingCallContext :: SimplCont -> CallCtxt
 285 -- See Note [Interesting call context]
 286 interestingCallContext cont
 287   = interesting cont
 288   where
 289     interesting (Select _ bndr _ _ _)
 290         | isDeadBinder bndr = CaseCtxt
 291         | otherwise         = ArgCtxt False 2   -- If the binder is used, this
 292                                                 -- is like a strict let
 293
 294     interesting (ApplyTo _ arg _ cont)
 295         | isTypeArg arg = interesting cont
 296         | otherwise     = ValAppCtxt    -- Can happen if we have (f Int |> co) y
 297                                         -- If f has an INLINE prag we need to give it some
 298                                         -- motivation to inline. See Note [Cast then apply]
 299                                         -- in CoreUnfold
 300
 301     interesting (StrictArg _ cci _ _)   = cci
 302     interesting (StrictBind {})         = BoringCtxt
 303     interesting (Stop cci)              = cci
 304     interesting (CoerceIt _ cont)       = interesting cont
 305         -- If this call is the arg of a strict function, the context
 306         -- is a bit interesting.  If we inline here, we may get useful
 307         -- evaluation information to avoid repeated evals: e.g.
 308         --      x + (y * z)
 309         -- Here the contIsInteresting makes the '*' keener to inline,
 310         -- which in turn exposes a constructor which makes the '+' inline.
 311         -- Assuming that +,* aren't small enough to inline regardless.
 312         --
 313         -- It's also very important to inline in a strict context for things
 314         -- like
 315         --              foldr k z (f x)
 316         -- Here, the context of (f x) is strict, and if f's unfolding is
 317         -- a build it's *great* to inline it here.  So we must ensure that
 318         -- the context for (f x) is not totally uninteresting.
 319
 320
 321 -------------------
 322 mkArgInfo :: Id
 323           -> Int        -- Number of value args
 324           -> SimplCont  -- Context of the call
 325           -> ArgInfo
 326
 327 mkArgInfo fun n_val_args call_cont
 328   | n_val_args < idArity fun            -- Note [Unsaturated functions]
 329   = ArgInfo { ai_rules = False
 330             , ai_strs = vanilla_stricts
 331             , ai_discs = vanilla_discounts }
 332   | otherwise
 333   = ArgInfo { ai_rules = interestingArgContext fun call_cont
 334             , ai_strs  = add_type_str (idType fun) arg_stricts
 335             , ai_discs = arg_discounts }
 336   where
 337     vanilla_discounts, arg_discounts :: [Int]
 338     vanilla_discounts = repeat 0
 339     arg_discounts = case idUnfolding fun of
 340                         CoreUnfolding _ _ _ _ _ (UnfoldIfGoodArgs _ discounts _ _)
 341                               -> discounts ++ vanilla_discounts
 342                         _     -> vanilla_discounts
 343
 344     vanilla_stricts, arg_stricts :: [Bool]
 345     vanilla_stricts  = repeat False
 346
 347     arg_stricts
 348       = case splitStrictSig (idNewStrictness fun) of
 349           (demands, result_info)
 350                 | not (demands `lengthExceeds` n_val_args)
 351                 ->      -- Enough args, use the strictness given.
 352                         -- For bottoming functions we used to pretend that the arg
 353                         -- is lazy, so that we don't treat the arg as an
 354                         -- interesting context.  This avoids substituting
 355                         -- top-level bindings for (say) strings into
 356                         -- calls to error.  But now we are more careful about
 357                         -- inlining lone variables, so its ok (see SimplUtils.analyseCont)
 358                    if isBotRes result_info then
 359                         map isStrictDmd demands         -- Finite => result is bottom
 360                    else
 361                         map isStrictDmd demands ++ vanilla_stricts
 362                | otherwise
 363                -> WARN( True, text "More demands than arity" <+> ppr fun <+> ppr (idArity fun)
 364                                 <+> ppr n_val_args <+> ppr demands )
 365                    vanilla_stricts      -- Not enough args, or no strictness
 366
 367     add_type_str :: Type -> [Bool] -> [Bool]
 368     -- If the function arg types are strict, record that in the 'strictness bits'
 369     -- No need to instantiate because unboxed types (which dominate the strict
 370     -- types) can't instantiate type variables.
 371     -- add_type_str is done repeatedly (for each call); might be better
 372     -- once-for-all in the function
 373     -- But beware primops/datacons with no strictness
 374     add_type_str _ [] = []
 375     add_type_str fun_ty strs            -- Look through foralls
 376         | Just (_, fun_ty') <- splitForAllTy_maybe fun_ty       -- Includes coercions
 377         = add_type_str fun_ty' strs
 378     add_type_str fun_ty (str:strs)      -- Add strict-type info
 379         | Just (arg_ty, fun_ty') <- splitFunTy_maybe fun_ty
 380         = (str || isStrictType arg_ty) : add_type_str fun_ty' strs
 381     add_type_str _ strs
 382         = strs
 383
 384 {- Note [Unsaturated functions]
 385   ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 386 Consider (test eyeball/inline4)
 387         x = a:as
 388         y = f x
 389 where f has arity 2.  Then we do not want to inline 'x', because
 390 it'll just be floated out again.  Even if f has lots of discounts
 391 on its first argument -- it must be saturated for these to kick in
 392 -}
 393
 394 interestingArgContext :: Id -> SimplCont -> Bool
 395 -- If the argument has form (f x y), where x,y are boring,
 396 -- and f is marked INLINE, then we don't want to inline f.
 397 -- But if the context of the argument is
 398 --      g (f x y)
 399 -- where g has rules, then we *do* want to inline f, in case it
 400 -- exposes a rule that might fire.  Similarly, if the context is
 401 --      h (g (f x x))
 402 -- where h has rules, then we do want to inline f; hence the
 403 -- call_cont argument to interestingArgContext
 404 --
 405 -- The interesting_arg_ctxt flag makes this happen; if it's
 406 -- set, the inliner gets just enough keener to inline f
 407 -- regardless of how boring f's arguments are, if it's marked INLINE
 408 --
 409 -- The alternative would be to *always* inline an INLINE function,
 410 -- regardless of how boring its context is; but that seems overkill
 411 -- For example, it'd mean that wrapper functions were always inlined
 412 interestingArgContext fn call_cont
 413   = idHasRules fn || go call_cont
 414   where
 415     go (Select {})           = False
 416     go (ApplyTo {})          = False
 417     go (StrictArg _ cci _ _) = interesting cci
 418     go (StrictBind {})       = False    -- ??
 419     go (CoerceIt _ c)        = go c
 420     go (Stop cci)            = interesting cci
 421
 422     interesting (ArgCtxt rules _) = rules
 423     interesting _                 = False
 424 \end{code}
 425
 426
 427
 428 %************************************************************************
 429 %*                                                                      *
 430 \subsection{Decisions about inlining}
 431 %*                                                                      *
 432 %************************************************************************
 433
 434 Inlining is controlled partly by the SimplifierMode switch.  This has two
 435 settings:
 436
 437         SimplGently     (a) Simplifying before specialiser/full laziness
 438                         (b) Simplifiying inside INLINE pragma
 439                         (c) Simplifying the LHS of a rule
 440                         (d) Simplifying a GHCi expression or Template
 441                                 Haskell splice
 442
 443         SimplPhase n _   Used at all other times
 444
 445 The key thing about SimplGently is that it does no call-site inlining.
 446 Before full laziness we must be careful not to inline wrappers,
 447 because doing so inhibits floating
 448     e.g. ...(case f x of ...)...
 449     ==> ...(case (case x of I# x# -> fw x#) of ...)...
 450     ==> ...(case x of I# x# -> case fw x# of ...)...
 451 and now the redex (f x) isn't floatable any more.
 452
 453 The no-inlining thing is also important for Template Haskell.  You might be
 454 compiling in one-shot mode with -O2; but when TH compiles a splice before
 455 running it, we don't want to use -O2.  Indeed, we don't want to inline
 456 anything, because the byte-code interpreter might get confused about
 457 unboxed tuples and suchlike.
 458
 459 INLINE pragmas
 460 ~~~~~~~~~~~~~~
 461 SimplGently is also used as the mode to simplify inside an InlineMe note.
 462
 463 \begin{code}
 464 inlineMode :: SimplifierMode
 465 inlineMode = SimplGently
 466 \end{code}
 467
 468 It really is important to switch off inlinings inside such
 469 expressions.  Consider the following example
 470
 471         let f = \pq -> BIG
 472         in
 473         let g = \y -> f y y
 474             {-# INLINE g #-}
 475         in ...g...g...g...g...g...
 476
 477 Now, if that's the ONLY occurrence of f, it will be inlined inside g,
 478 and thence copied multiple times when g is inlined.
 479
 480
 481 This function may be inlinined in other modules, so we
 482 don't want to remove (by inlining) calls to functions that have
 483 specialisations, or that may have transformation rules in an importing
 484 scope.
 485
 486 E.g.    {-# INLINE f #-}
 487                 f x = ...g...
 488
 489 and suppose that g is strict *and* has specialisations.  If we inline
 490 g's wrapper, we deny f the chance of getting the specialised version
 491 of g when f is inlined at some call site (perhaps in some other
 492 module).
 493
 494 It's also important not to inline a worker back into a wrapper.
 495 A wrapper looks like
 496         wraper = inline_me (\x -> ...worker... )
 497 Normally, the inline_me prevents the worker getting inlined into
 498 the wrapper (initially, the worker's only call site!).  But,
 499 if the wrapper is sure to be called, the strictness analyser will
 500 mark it 'demanded', so when the RHS is simplified, it'll get an ArgOf
 501 continuation.  That's why the keep_inline predicate returns True for
 502 ArgOf continuations.  It shouldn't do any harm not to dissolve the
 503 inline-me note under these circumstances.
 504
 505 Note that the result is that we do very little simplification
 506 inside an InlineMe.
 507
 508         all xs = foldr (&&) True xs
 509         any p = all . map p  {-# INLINE any #-}
 510
 511 Problem: any won't get deforested, and so if it's exported and the
 512 importer doesn't use the inlining, (eg passes it as an arg) then we
 513 won't get deforestation at all.  We havn't solved this problem yet!
 514
 515
 516 preInlineUnconditionally
 517 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 518 @preInlineUnconditionally@ examines a bndr to see if it is used just
 519 once in a completely safe way, so that it is safe to discard the
 520 binding inline its RHS at the (unique) usage site, REGARDLESS of how
 521 big the RHS might be.  If this is the case we don't simplify the RHS
 522 first, but just inline it un-simplified.
 523
 524 This is much better than first simplifying a perhaps-huge RHS and then
 525 inlining and re-simplifying it.  Indeed, it can be at least quadratically
 526 better.  Consider
 527
 528         x1 = e1
 529         x2 = e2[x1]
 530         x3 = e3[x2]
 531         ...etc...
 532         xN = eN[xN-1]
 533
 534 We may end up simplifying e1 N times, e2 N-1 times, e3 N-3 times etc.
 535 This can happen with cascades of functions too:
 536
 537         f1 = \x1.e1
 538         f2 = \xs.e2[f1]
 539         f3 = \xs.e3[f3]
 540         ...etc...
 541
 542 THE MAIN INVARIANT is this:
 543
 544         ----  preInlineUnconditionally invariant -----
 545    IF preInlineUnconditionally chooses to inline x = <rhs>
 546    THEN doing the inlining should not change the occurrence
 547         info for the free vars of <rhs>
 548         ----------------------------------------------
 549
 550 For example, it's tempting to look at trivial binding like
 551         x = y
 552 and inline it unconditionally.  But suppose x is used many times,
 553 but this is the unique occurrence of y.  Then inlining x would change
 554 y's occurrence info, which breaks the invariant.  It matters: y
 555 might have a BIG rhs, which will now be dup'd at every occurrenc of x.
 556
 557
 558 Even RHSs labelled InlineMe aren't caught here, because there might be
 559 no benefit from inlining at the call site.
 560
 561 [Sept 01] Don't unconditionally inline a top-level thing, because that
 562 can simply make a static thing into something built dynamically.  E.g.
 563         x = (a,b)
 564         main = \s -> h x
 565
 566 [Remember that we treat \s as a one-shot lambda.]  No point in
 567 inlining x unless there is something interesting about the call site.
 568
 569 But watch out: if you aren't careful, some useful foldr/build fusion
 570 can be lost (most notably in spectral/hartel/parstof) because the
 571 foldr didn't see the build.  Doing the dynamic allocation isn't a big
 572 deal, in fact, but losing the fusion can be.  But the right thing here
 573 seems to be to do a callSiteInline based on the fact that there is
 574 something interesting about the call site (it's strict).  Hmm.  That
 575 seems a bit fragile.
 576
 577 Conclusion: inline top level things gaily until Phase 0 (the last
 578 phase), at which point don't.
 579
 580 \begin{code}
 581 preInlineUnconditionally :: SimplEnv -> TopLevelFlag -> InId -> InExpr -> Bool
 582 preInlineUnconditionally env top_lvl bndr rhs
 583   | not active             = False
 584   | opt_SimplNoPreInlining = False
 585   | otherwise = case idOccInfo bndr of
 586                   IAmDead                    -> True    -- Happens in ((\x.1) v)
 587                   OneOcc in_lam True int_cxt -> try_once in_lam int_cxt
 588                   _                          -> False
 589   where
 590     phase = getMode env
 591     active = case phase of
 592                    SimplGently    -> isAlwaysActive act
 593                    SimplPhase n _ -> isActive n act
 594     act = idInlineActivation bndr
 595
 596     try_once in_lam int_cxt     -- There's one textual occurrence
 597         | not in_lam = isNotTopLevel top_lvl || early_phase
 598         | otherwise  = int_cxt && canInlineInLam rhs
 599
 600 -- Be very careful before inlining inside a lambda, becuase (a) we must not
 601 -- invalidate occurrence information, and (b) we want to avoid pushing a
 602 -- single allocation (here) into multiple allocations (inside lambda).
 603 -- Inlining a *function* with a single *saturated* call would be ok, mind you.
 604 --      || (if is_cheap && not (canInlineInLam rhs) then pprTrace "preinline" (ppr bndr <+> ppr rhs) ok else ok)
 605 --      where
 606 --              is_cheap = exprIsCheap rhs
 607 --              ok = is_cheap && int_cxt
 608
 609         --      int_cxt         The context isn't totally boring
 610         -- E.g. let f = \ab.BIG in \y. map f xs
 611         --      Don't want to substitute for f, because then we allocate
 612         --      its closure every time the \y is called
 613         -- But: let f = \ab.BIG in \y. map (f y) xs
 614         --      Now we do want to substitute for f, even though it's not
 615         --      saturated, because we're going to allocate a closure for
 616         --      (f y) every time round the loop anyhow.
 617
 618         -- canInlineInLam => free vars of rhs are (Once in_lam) or Many,
 619         -- so substituting rhs inside a lambda doesn't change the occ info.
 620         -- Sadly, not quite the same as exprIsHNF.
 621     canInlineInLam (Lit _)              = True
 622     canInlineInLam (Lam b e)            = isRuntimeVar b || canInlineInLam e
 623     canInlineInLam (Note _ e)           = canInlineInLam e
 624     canInlineInLam _                    = False
 625
 626     early_phase = case phase of
 627                         SimplPhase 0 _ -> False
 628                         _              -> True
 629 -- If we don't have this early_phase test, consider
 630 --      x = length [1,2,3]
 631 -- The full laziness pass carefully floats all the cons cells to
 632 -- top level, and preInlineUnconditionally floats them all back in.
 633 -- Result is (a) static allocation replaced by dynamic allocation
 634 --           (b) many simplifier iterations because this tickles
 635 --               a related problem; only one inlining per pass
 636 --
 637 -- On the other hand, I have seen cases where top-level fusion is
 638 -- lost if we don't inline top level thing (e.g. string constants)
 639 -- Hence the test for phase zero (which is the phase for all the final
 640 -- simplifications).  Until phase zero we take no special notice of
 641 -- top level things, but then we become more leery about inlining
 642 -- them.
 643
 644 \end{code}
 645
 646 postInlineUnconditionally
 647 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 648 @postInlineUnconditionally@ decides whether to unconditionally inline
 649 a thing based on the form of its RHS; in particular if it has a
 650 trivial RHS.  If so, we can inline and discard the binding altogether.
 651
 652 NB: a loop breaker has must_keep_binding = True and non-loop-breakers
 653 only have *forward* references Hence, it's safe to discard the binding
 654
 655 NOTE: This isn't our last opportunity to inline.  We're at the binding
 656 site right now, and we'll get another opportunity when we get to the
 657 ocurrence(s)
 658
 659 Note that we do this unconditional inlining only for trival RHSs.
 660 Don't inline even WHNFs inside lambdas; doing so may simply increase
 661 allocation when the function is called. This isn't the last chance; see
 662 NOTE above.
 663
 664 NB: Even inline pragmas (e.g. IMustBeINLINEd) are ignored here Why?
 665 Because we don't even want to inline them into the RHS of constructor
 666 arguments. See NOTE above
 667
 668 NB: At one time even NOINLINE was ignored here: if the rhs is trivial
 669 it's best to inline it anyway.  We often get a=E; b=a from desugaring,
 670 with both a and b marked NOINLINE.  But that seems incompatible with
 671 our new view that inlining is like a RULE, so I'm sticking to the 'active'
 672 story for now.
 673
 674 \begin{code}
 675 postInlineUnconditionally
 676     :: SimplEnv -> TopLevelFlag
 677     -> InId             -- The binder (an OutId would be fine too)
 678     -> OccInfo          -- From the InId
 679     -> OutExpr
 680     -> Unfolding
 681     -> Bool
 682 postInlineUnconditionally env top_lvl bndr occ_info rhs unfolding
 683   | not active             = False
 684   | isLoopBreaker occ_info = False      -- If it's a loop-breaker of any kind, don't inline
 685                                         -- because it might be referred to "earlier"
 686   | isExportedId bndr      = False
 687   | exprIsTrivial rhs      = True
 688   | otherwise
 689   = case occ_info of
 690         -- The point of examining occ_info here is that for *non-values*
 691         -- that occur outside a lambda, the call-site inliner won't have
 692         -- a chance (becuase it doesn't know that the thing
 693         -- only occurs once).   The pre-inliner won't have gotten
 694         -- it either, if the thing occurs in more than one branch
 695         -- So the main target is things like
 696         --      let x = f y in
 697         --      case v of
 698         --         True  -> case x of ...
 699         --         False -> case x of ...
 700         -- I'm not sure how important this is in practice
 701       OneOcc in_lam _one_br int_cxt     -- OneOcc => no code-duplication issue
 702         ->     smallEnoughToInline unfolding    -- Small enough to dup
 703                         -- ToDo: consider discount on smallEnoughToInline if int_cxt is true
 704                         --
 705                         -- NB: Do NOT inline arbitrarily big things, even if one_br is True
 706                         -- Reason: doing so risks exponential behaviour.  We simplify a big
 707                         --         expression, inline it, and simplify it again.  But if the
 708                         --         very same thing happens in the big expression, we get
 709                         --         exponential cost!
 710                         -- PRINCIPLE: when we've already simplified an expression once,
 711                         -- make sure that we only inline it if it's reasonably small.
 712
 713            &&  ((isNotTopLevel top_lvl && not in_lam) ||
 714                         -- But outside a lambda, we want to be reasonably aggressive
 715                         -- about inlining into multiple branches of case
 716                         -- e.g. let x = <non-value>
 717                         --      in case y of { C1 -> ..x..; C2 -> ..x..; C3 -> ... }
 718                         -- Inlining can be a big win if C3 is the hot-spot, even if
 719                         -- the uses in C1, C2 are not 'interesting'
 720                         -- An example that gets worse if you add int_cxt here is 'clausify'
 721
 722                 (isCheapUnfolding unfolding && int_cxt))
 723                         -- isCheap => acceptable work duplication; in_lam may be true
 724                         -- int_cxt to prevent us inlining inside a lambda without some
 725                         -- good reason.  See the notes on int_cxt in preInlineUnconditionally
 726
 727       IAmDead -> True   -- This happens; for example, the case_bndr during case of
 728                         -- known constructor:  case (a,b) of x { (p,q) -> ... }
 729                         -- Here x isn't mentioned in the RHS, so we don't want to
 730                         -- create the (dead) let-binding  let x = (a,b) in ...
 731
 732       _ -> False
 733
 734 -- Here's an example that we don't handle well:
 735 --      let f = if b then Left (\x.BIG) else Right (\y.BIG)
 736 --      in \y. ....case f of {...} ....
 737 -- Here f is used just once, and duplicating the case work is fine (exprIsCheap).
 738 -- But
 739 --  - We can't preInlineUnconditionally because that woud invalidate
 740 --    the occ info for b.
 741 --  - We can't postInlineUnconditionally because the RHS is big, and
 742 --    that risks exponential behaviour
 743 --  - We can't call-site inline, because the rhs is big
 744 -- Alas!
 745
 746   where
 747     active = case getMode env of
 748                    SimplGently    -> isAlwaysActive act
 749                    SimplPhase n _ -> isActive n act
 750     act = idInlineActivation bndr
 751
 752 activeInline :: SimplEnv -> OutId -> Bool
 753 activeInline env id
 754   = case getMode env of
 755       SimplGently -> False
 756         -- No inlining at all when doing gentle stuff,
 757         -- except for local things that occur once (pre/postInlineUnconditionally)
 758         -- The reason is that too little clean-up happens if you
 759         -- don't inline use-once things.   Also a bit of inlining is *good* for
 760         -- full laziness; it can expose constant sub-expressions.
 761         -- Example in spectral/mandel/Mandel.hs, where the mandelset
 762         -- function gets a useful let-float if you inline windowToViewport
 763
 764         -- NB: we used to have a second exception, for data con wrappers.
 765         -- On the grounds that we use gentle mode for rule LHSs, and
 766         -- they match better when data con wrappers are inlined.
 767         -- But that only really applies to the trivial wrappers (like (:)),
 768         -- and they are now constructed as Compulsory unfoldings (in MkId)
 769         -- so they'll happen anyway.
 770
 771       SimplPhase n _ -> isActive n act
 772   where
 773     act = idInlineActivation id
 774
 775 activeRule :: DynFlags -> SimplEnv -> Maybe (Activation -> Bool)
 776 -- Nothing => No rules at all
 777 activeRule dflags env
 778   | not (dopt Opt_EnableRewriteRules dflags)
 779   = Nothing     -- Rewriting is off
 780   | otherwise
 781   = case getMode env of
 782         SimplGently    -> Just isAlwaysActive
 783                         -- Used to be Nothing (no rules in gentle mode)
 784                         -- Main motivation for changing is that I wanted
 785                         --      lift String ===> ...
 786                         -- to work in Template Haskell when simplifying
 787                         -- splices, so we get simpler code for literal strings
 788         SimplPhase n _ -> Just (isActive n)
 789 \end{code}
 790
 791
 792 %************************************************************************
 793 %*                                                                      *
 794         Rebuilding a lambda
 795 %*                                                                      *
 796 %************************************************************************
 797
 798 \begin{code}
 799 mkLam :: SimplEnv -> [OutBndr] -> OutExpr -> SimplM OutExpr
 800 -- mkLam tries three things
 801 --      a) eta reduction, if that gives a trivial expression
 802 --      b) eta expansion [only if there are some value lambdas]
 803
 804 mkLam _b [] body
 805   = return body
 806 mkLam _env bndrs body
 807   = do  { dflags <- getDOptsSmpl
 808         ; mkLam' dflags bndrs body }
 809   where
 810     mkLam' :: DynFlags -> [OutBndr] -> OutExpr -> SimplM OutExpr
 811     mkLam' dflags bndrs (Cast body co)
 812       | not (any bad bndrs)
 813         -- Note [Casts and lambdas]
 814       = do { lam <- mkLam' dflags bndrs body
 815            ; return (mkCoerce (mkPiTypes bndrs co) lam) }
 816       where
 817         co_vars  = tyVarsOfType co
 818         bad bndr = isCoVar bndr && bndr `elemVarSet` co_vars
 819
 820     mkLam' dflags bndrs body
 821       | dopt Opt_DoEtaReduction dflags,
 822         Just etad_lam <- tryEtaReduce bndrs body
 823       = do { tick (EtaReduction (head bndrs))
 824            ; return etad_lam }
 825
 826       | dopt Opt_DoLambdaEtaExpansion dflags,
 827         any isRuntimeVar bndrs
 828       = do { let body' = tryEtaExpansion dflags body
 829            ; return (mkLams bndrs body') }
 830
 831       | otherwise
 832       = return (mkLams bndrs body)
 833 \end{code}
 834
 835 Note [Casts and lambdas]
 836 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 837 Consider
 838         (\x. (\y. e) `cast` g1) `cast` g2
 839 There is a danger here that the two lambdas look separated, and the
 840 full laziness pass might float an expression to between the two.
 841
 842 So this equation in mkLam' floats the g1 out, thus:
 843         (\x. e `cast` g1)  -->  (\x.e) `cast` (tx -> g1)
 844 where x:tx.
 845
 846 In general, this floats casts outside lambdas, where (I hope) they
 847 might meet and cancel with some other cast:
 848         \x. e `cast` co   ===>   (\x. e) `cast` (tx -> co)
 849         /\a. e `cast` co  ===>   (/\a. e) `cast` (/\a. co)
 850         /\g. e `cast` co  ===>   (/\g. e) `cast` (/\g. co)
 851                           (if not (g `in` co))
 852
 853 Notice that it works regardless of 'e'.  Originally it worked only
 854 if 'e' was itself a lambda, but in some cases that resulted in
 855 fruitless iteration in the simplifier.  A good example was when
 856 compiling Text.ParserCombinators.ReadPrec, where we had a definition
 857 like    (\x. Get `cast` g)
 858 where Get is a constructor with nonzero arity.  Then mkLam eta-expanded
 859 the Get, and the next iteration eta-reduced it, and then eta-expanded
 860 it again.
 861
 862 Note also the side condition for the case of coercion binders.
 863 It does not make sense to transform
 864         /\g. e `cast` g  ==>  (/\g.e) `cast` (/\g.g)
 865 because the latter is not well-kinded.
 866
 867 --      c) floating lets out through big lambdas
 868 --              [only if all tyvar lambdas, and only if this lambda
 869 --               is the RHS of a let]
 870
 871 {-      Sept 01: I'm experimenting with getting the
 872         full laziness pass to float out past big lambdsa
 873  | all isTyVar bndrs,   -- Only for big lambdas
 874    contIsRhs cont       -- Only try the rhs type-lambda floating
 875                         -- if this is indeed a right-hand side; otherwise
 876                         -- we end up floating the thing out, only for float-in
 877                         -- to float it right back in again!
 878  = do (floats, body') <- tryRhsTyLam env bndrs body
 879       return (floats, mkLams bndrs body')
 880 -}
 881
 882
 883 %************************************************************************
 884 %*                                                                      *
 885                 Eta reduction
 886 %*                                                                      *
 887 %************************************************************************
 888
 889 Note [Eta reduction conditions]
 890 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 891 We try for eta reduction here, but *only* if we get all the way to an
 892 trivial expression.  We don't want to remove extra lambdas unless we
 893 are going to avoid allocating this thing altogether.
 894
 895 There are some particularly delicate points here:
 896
 897 * Eta reduction is not valid in general:
 898         \x. bot  /=  bot
 899   This matters, partly for old-fashioned correctness reasons but,
 900   worse, getting it wrong can yield a seg fault. Consider
 901         f = \x.f x
 902         h y = case (case y of { True -> f `seq` True; False -> False }) of
 903                 True -> ...; False -> ...
 904
 905   If we (unsoundly) eta-reduce f to get f=f, the strictness analyser
 906   says f=bottom, and replaces the (f `seq` True) with just
 907   (f `cast` unsafe-co).  BUT, as thing stand, 'f' got arity 1, and it
 908   *keeps* arity 1 (perhaps also wrongly).  So CorePrep eta-expands
 909   the definition again, so that it does not termninate after all.
 910   Result: seg-fault because the boolean case actually gets a function value.
 911   See Trac #1947.
 912
 913   So it's important to to the right thing.
 914
 915 * Note [Arity care]: we need to be careful if we just look at f's
 916   arity. Currently (Dec07), f's arity is visible in its own RHS (see
 917   Note [Arity robustness] in SimplEnv) so we must *not* trust the
 918   arity when checking that 'f' is a value.  Otherwise we will
 919   eta-reduce
 920       f = \x. f x
 921   to
 922       f = f
 923   Which might change a terminiating program (think (f `seq` e)) to a
 924   non-terminating one.  So we check for being a loop breaker first.
 925
 926   However for GlobalIds we can look at the arity; and for primops we
 927   must, since they have no unfolding.
 928
 929 * Regardless of whether 'f' is a value, we always want to
 930   reduce (/\a -> f a) to f
 931   This came up in a RULE: foldr (build (/\a -> g a))
 932   did not match           foldr (build (/\b -> ...something complex...))
 933   The type checker can insert these eta-expanded versions,
 934   with both type and dictionary lambdas; hence the slightly
 935   ad-hoc isDictId
 936
 937 * Never *reduce* arity. For example
 938       f = \xy. g x y
 939   Then if h has arity 1 we don't want to eta-reduce because then
 940   f's arity would decrease, and that is bad
 941
 942 These delicacies are why we don't use exprIsTrivial and exprIsHNF here.
 943 Alas.
 944
 945 \begin{code}
 946 tryEtaReduce :: [OutBndr] -> OutExpr -> Maybe OutExpr
 947 tryEtaReduce bndrs body
 948   = go (reverse bndrs) body
 949   where
 950     incoming_arity = count isId bndrs
 951
 952     go (b : bs) (App fun arg) | ok_arg b arg = go bs fun        -- Loop round
 953     go []       fun           | ok_fun fun   = Just fun         -- Success!
 954     go _        _                            = Nothing          -- Failure!
 955
 956         -- Note [Eta reduction conditions]
 957     ok_fun (App fun (Type ty))
 958         | not (any (`elemVarSet` tyVarsOfType ty) bndrs)
 959         =  ok_fun fun
 960     ok_fun (Var fun_id)
 961         =  not (fun_id `elem` bndrs)
 962         && (ok_fun_id fun_id || all ok_lam bndrs)
 963     ok_fun _fun = False
 964
 965     ok_fun_id fun = fun_arity fun >= incoming_arity
 966
 967     fun_arity fun             -- See Note [Arity care]
 968        | isLocalId fun && isLoopBreaker (idOccInfo fun) = 0
 969        | otherwise = idArity fun
 970
 971     ok_lam v = isTyVar v || isDictId v
 972
 973     ok_arg b arg = varToCoreExpr b `cheapEqExpr` arg
 974 \end{code}
 975
 976
 977 %************************************************************************
 978 %*                                                                      *
 979                 Eta expansion
 980 %*                                                                      *
 981 %************************************************************************
 982
 983
 984 We go for:
 985    f = \x1..xn -> N  ==>   f = \x1..xn y1..ym -> N y1..ym
 986                                  (n >= 0)
 987
 988 where (in both cases)
 989
 990         * The xi can include type variables
 991
 992         * The yi are all value variables
 993
 994         * N is a NORMAL FORM (i.e. no redexes anywhere)
 995           wanting a suitable number of extra args.
 996
 997 The biggest reason for doing this is for cases like
 998
 999         f = \x -> case x of
1000                     True  -> \y -> e1
1001                     False -> \y -> e2
1002
1003 Here we want to get the lambdas together.  A good exmaple is the nofib
1004 program fibheaps, which gets 25% more allocation if you don't do this
1005 eta-expansion.
1006
1007 We may have to sandwich some coerces between the lambdas
1008 to make the types work.   exprEtaExpandArity looks through coerces
1009 when computing arity; and etaExpand adds the coerces as necessary when
1010 actually computing the expansion.
1011
1012 \begin{code}
1013 tryEtaExpansion :: DynFlags -> OutExpr -> OutExpr
1014 -- There is at least one runtime binder in the binders
1015 tryEtaExpansion dflags body
1016   = etaExpand fun_arity body
1017   where
1018     fun_arity = exprEtaExpandArity dflags body
1019 \end{code}
1020
1021
1022 %************************************************************************
1023 %*                                                                      *
1024 \subsection{Floating lets out of big lambdas}
1025 %*                                                                      *
1026 %************************************************************************
1027
1028 Note [Floating and type abstraction]
1029 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1030 Consider this:
1031         x = /\a. C e1 e2
1032 We'd like to float this to
1033         y1 = /\a. e1
1034         y2 = /\a. e2
1035         x  = /\a. C (y1 a) (y2 a)
1036 for the usual reasons: we want to inline x rather vigorously.
1037
1038 You may think that this kind of thing is rare.  But in some programs it is
1039 common.  For example, if you do closure conversion you might get:
1040
1041         data a :-> b = forall e. (e -> a -> b) :$ e
1042
1043         f_cc :: forall a. a :-> a
1044         f_cc = /\a. (\e. id a) :$ ()
1045
1046 Now we really want to inline that f_cc thing so that the
1047 construction of the closure goes away.
1048
1049 So I have elaborated simplLazyBind to understand right-hand sides that look
1050 like
1051         /\ a1..an. body
1052
1053 and treat them specially. The real work is done in SimplUtils.abstractFloats,
1054 but there is quite a bit of plumbing in simplLazyBind as well.
1055
1056 The same transformation is good when there are lets in the body:
1057
1058         /\abc -> let(rec) x = e in b
1059    ==>
1060         let(rec) x' = /\abc -> let x = x' a b c in e
1061         in
1062         /\abc -> let x = x' a b c in b
1063
1064 This is good because it can turn things like:
1065
1066         let f = /\a -> letrec g = ... g ... in g
1067 into
1068         letrec g' = /\a -> ... g' a ...
1069         in
1070         let f = /\ a -> g' a
1071
1072 which is better.  In effect, it means that big lambdas don't impede
1073 let-floating.
1074
1075 This optimisation is CRUCIAL in eliminating the junk introduced by
1076 desugaring mutually recursive definitions.  Don't eliminate it lightly!
1077
1078 [May 1999]  If we do this transformation *regardless* then we can
1079 end up with some pretty silly stuff.  For example,
1080
1081         let
1082             st = /\ s -> let { x1=r1 ; x2=r2 } in ...
1083         in ..
1084 becomes
1085         let y1 = /\s -> r1
1086             y2 = /\s -> r2
1087             st = /\s -> ...[y1 s/x1, y2 s/x2]
1088         in ..
1089
1090 Unless the "..." is a WHNF there is really no point in doing this.
1091 Indeed it can make things worse.  Suppose x1 is used strictly,
1092 and is of the form
1093
1094         x1* = case f y of { (a,b) -> e }
1095
1096 If we abstract this wrt the tyvar we then can't do the case inline
1097 as we would normally do.
1098
1099 That's why the whole transformation is part of the same process that
1100 floats let-bindings and constructor arguments out of RHSs.  In particular,
1101 it is guarded by the doFloatFromRhs call in simplLazyBind.
1102
1103
1104 \begin{code}
1105 abstractFloats :: [OutTyVar] -> SimplEnv -> OutExpr -> SimplM ([OutBind], OutExpr)
1106 abstractFloats main_tvs body_env body
1107   = ASSERT( notNull body_floats )
1108     do  { (subst, float_binds) <- mapAccumLM abstract empty_subst body_floats
1109         ; return (float_binds, CoreSubst.substExpr subst body) }
1110   where
1111     main_tv_set = mkVarSet main_tvs
1112     body_floats = getFloats body_env
1113     empty_subst = CoreSubst.mkEmptySubst (seInScope body_env)
1114
1115     abstract :: CoreSubst.Subst -> OutBind -> SimplM (CoreSubst.Subst, OutBind)
1116     abstract subst (NonRec id rhs)
1117       = do { (poly_id, poly_app) <- mk_poly tvs_here id
1118            ; let poly_rhs = mkLams tvs_here rhs'
1119                  subst'   = CoreSubst.extendIdSubst subst id poly_app
1120            ; return (subst', (NonRec poly_id poly_rhs)) }
1121       where
1122         rhs' = CoreSubst.substExpr subst rhs
1123         tvs_here | any isCoVar main_tvs = main_tvs      -- Note [Abstract over coercions]
1124                  | otherwise
1125                  = varSetElems (main_tv_set `intersectVarSet` exprSomeFreeVars isTyVar rhs')
1126
1127                 -- Abstract only over the type variables free in the rhs
1128                 -- wrt which the new binding is abstracted.  But the naive
1129                 -- approach of abstract wrt the tyvars free in the Id's type
1130                 -- fails. Consider:
1131                 --      /\ a b -> let t :: (a,b) = (e1, e2)
1132                 --                    x :: a     = fst t
1133                 --                in ...
1134                 -- Here, b isn't free in x's type, but we must nevertheless
1135                 -- abstract wrt b as well, because t's type mentions b.
1136                 -- Since t is floated too, we'd end up with the bogus:
1137                 --      poly_t = /\ a b -> (e1, e2)
1138                 --      poly_x = /\ a   -> fst (poly_t a *b*)
1139                 -- So for now we adopt the even more naive approach of
1140                 -- abstracting wrt *all* the tyvars.  We'll see if that
1141                 -- gives rise to problems.   SLPJ June 98
1142
1143     abstract subst (Rec prs)
1144        = do { (poly_ids, poly_apps) <- mapAndUnzipM (mk_poly tvs_here) ids
1145             ; let subst' = CoreSubst.extendSubstList subst (ids `zip` poly_apps)
1146                   poly_rhss = [mkLams tvs_here (CoreSubst.substExpr subst' rhs) | rhs <- rhss]
1147             ; return (subst', Rec (poly_ids `zip` poly_rhss)) }
1148        where
1149          (ids,rhss) = unzip prs
1150                 -- For a recursive group, it's a bit of a pain to work out the minimal
1151                 -- set of tyvars over which to abstract:
1152                 --      /\ a b c.  let x = ...a... in
1153                 --                 letrec { p = ...x...q...
1154                 --                          q = .....p...b... } in
1155                 --                 ...
1156                 -- Since 'x' is abstracted over 'a', the {p,q} group must be abstracted
1157                 -- over 'a' (because x is replaced by (poly_x a)) as well as 'b'.
1158                 -- Since it's a pain, we just use the whole set, which is always safe
1159                 --
1160                 -- If you ever want to be more selective, remember this bizarre case too:
1161                 --      x::a = x
1162                 -- Here, we must abstract 'x' over 'a'.
1163          tvs_here = main_tvs
1164
1165     mk_poly tvs_here var
1166       = do { uniq <- getUniqueM
1167            ; let  poly_name = setNameUnique (idName var) uniq           -- Keep same name
1168                   poly_ty   = mkForAllTys tvs_here (idType var) -- But new type of course
1169                   poly_id   = transferPolyIdInfo var tvs_here $ -- Note [transferPolyIdInfo] in Id.lhs
1170                               mkLocalId poly_name poly_ty
1171            ; return (poly_id, mkTyApps (Var poly_id) (mkTyVarTys tvs_here)) }
1172                 -- In the olden days, it was crucial to copy the occInfo of the original var,
1173                 -- because we were looking at occurrence-analysed but as yet unsimplified code!
1174                 -- In particular, we mustn't lose the loop breakers.  BUT NOW we are looking
1175                 -- at already simplified code, so it doesn't matter
1176                 --
1177                 -- It's even right to retain single-occurrence or dead-var info:
1178                 -- Suppose we started with  /\a -> let x = E in B
1179                 -- where x occurs once in B. Then we transform to:
1180                 --      let x' = /\a -> E in /\a -> let x* = x' a in B
1181                 -- where x* has an INLINE prag on it.  Now, once x* is inlined,
1182                 -- the occurrences of x' will be just the occurrences originally
1183                 -- pinned on x.
1184 \end{code}
1185
1186 Note [Abstract over coercions]
1187 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1188 If a coercion variable (g :: a ~ Int) is free in the RHS, then so is the
1189 type variable a.  Rather than sort this mess out, we simply bale out and abstract
1190 wrt all the type variables if any of them are coercion variables.
1191
1192
1193 Historical note: if you use let-bindings instead of a substitution, beware of this:
1194
1195                 -- Suppose we start with:
1196                 --
1197                 --      x = /\ a -> let g = G in E
1198                 --
1199                 -- Then we'll float to get
1200                 --
1201                 --      x = let poly_g = /\ a -> G
1202                 --          in /\ a -> let g = poly_g a in E
1203                 --
1204                 -- But now the occurrence analyser will see just one occurrence
1205                 -- of poly_g, not inside a lambda, so the simplifier will
1206                 -- PreInlineUnconditionally poly_g back into g!  Badk to square 1!
1207                 -- (I used to think that the "don't inline lone occurrences" stuff
1208                 --  would stop this happening, but since it's the *only* occurrence,
1209                 --  PreInlineUnconditionally kicks in first!)
1210                 --
1211                 -- Solution: put an INLINE note on g's RHS, so that poly_g seems
1212                 --           to appear many times.  (NB: mkInlineMe eliminates
1213                 --           such notes on trivial RHSs, so do it manually.)
1214
1215 %************************************************************************
1216 %*                                                                      *
1217                 prepareAlts
1218 %*                                                                      *
1219 %************************************************************************
1220
1221 prepareAlts tries these things:
1222
1223 1.  If several alternatives are identical, merge them into
1224     a single DEFAULT alternative.  I've occasionally seen this
1225     making a big difference:
1226
1227         case e of               =====>     case e of
1228           C _ -> f x                         D v -> ....v....
1229           D v -> ....v....                   DEFAULT -> f x
1230           DEFAULT -> f x
1231
1232    The point is that we merge common RHSs, at least for the DEFAULT case.
1233    [One could do something more elaborate but I've never seen it needed.]
1234    To avoid an expensive test, we just merge branches equal to the *first*
1235    alternative; this picks up the common cases
1236         a) all branches equal
1237         b) some branches equal to the DEFAULT (which occurs first)
1238
1239 2.  Case merging:
1240        case e of b {             ==>   case e of b {
1241          p1 -> rhs1                      p1 -> rhs1
1242          ...                             ...
1243          pm -> rhsm                      pm -> rhsm
1244          _  -> case b of b' {            pn -> let b'=b in rhsn
1245                      pn -> rhsn          ...
1246                      ...                 po -> let b'=b in rhso
1247                      po -> rhso          _  -> let b'=b in rhsd
1248                      _  -> rhsd
1249        }
1250
1251     which merges two cases in one case when -- the default alternative of
1252     the outer case scrutises the same variable as the outer case This
1253     transformation is called Case Merging.  It avoids that the same
1254     variable is scrutinised multiple times.
1255
1256
1257 The case where transformation (1) showed up was like this (lib/std/PrelCError.lhs):
1258
1259         x | p `is` 1 -> e1
1260           | p `is` 2 -> e2
1261         ...etc...
1262
1263 where @is@ was something like
1264
1265         p `is` n = p /= (-1) && p == n
1266
1267 This gave rise to a horrible sequence of cases
1268
1269         case p of
1270           (-1) -> $j p
1271           1    -> e1
1272           DEFAULT -> $j p
1273
1274 and similarly in cascade for all the join points!
1275
1276 Note [Dead binders]
1277 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1278 We do this *here*, looking at un-simplified alternatives, because we
1279 have to check that r doesn't mention the variables bound by the
1280 pattern in each alternative, so the binder-info is rather useful.
1281
1282 \begin{code}
1283 prepareAlts :: SimplEnv -> OutExpr -> OutId -> [InAlt] -> SimplM ([AltCon], [InAlt])
1284 prepareAlts env scrut case_bndr' alts
1285   = do  { dflags <- getDOptsSmpl
1286         ; alts <- combineIdenticalAlts case_bndr' alts
1287
1288         ; let (alts_wo_default, maybe_deflt) = findDefault alts
1289               alt_cons = [con | (con,_,_) <- alts_wo_default]
1290               imposs_deflt_cons = nub (imposs_cons ++ alt_cons)
1291                 -- "imposs_deflt_cons" are handled
1292                 --   EITHER by the context,
1293                 --   OR by a non-DEFAULT branch in this case expression.
1294
1295         ; default_alts <- prepareDefault dflags env case_bndr' mb_tc_app
1296                                          imposs_deflt_cons maybe_deflt
1297
1298         ; let trimmed_alts = filterOut impossible_alt alts_wo_default
1299               merged_alts = mergeAlts trimmed_alts default_alts
1300                 -- We need the mergeAlts in case the new default_alt
1301                 -- has turned into a constructor alternative.
1302                 -- The merge keeps the inner DEFAULT at the front, if there is one
1303                 -- and interleaves the alternatives in the right order
1304
1305         ; return (imposs_deflt_cons, merged_alts) }
1306   where
1307     mb_tc_app = splitTyConApp_maybe (idType case_bndr')
1308     Just (_, inst_tys) = mb_tc_app
1309
1310     imposs_cons = case scrut of
1311                     Var v -> otherCons (idUnfolding v)
1312                     _     -> []
1313
1314     impossible_alt :: CoreAlt -> Bool
1315     impossible_alt (con, _, _) | con `elem` imposs_cons = True
1316     impossible_alt (DataAlt con, _, _) = dataConCannotMatch inst_tys con
1317     impossible_alt _                   = False
1318
1319
1320 --------------------------------------------------
1321 --      1. Merge identical branches
1322 --------------------------------------------------
1323 combineIdenticalAlts :: OutId -> [InAlt] -> SimplM [InAlt]
1324
1325 combineIdenticalAlts case_bndr ((_con1,bndrs1,rhs1) : con_alts)
1326   | all isDeadBinder bndrs1,                    -- Remember the default
1327     length filtered_alts < length con_alts      -- alternative comes first
1328         -- Also Note [Dead binders]
1329   = do  { tick (AltMerge case_bndr)
1330         ; return ((DEFAULT, [], rhs1) : filtered_alts) }
1331   where
1332     filtered_alts        = filter keep con_alts
1333     keep (_con,bndrs,rhs) = not (all isDeadBinder bndrs && rhs `cheapEqExpr` rhs1)
1334
1335 combineIdenticalAlts _ alts = return alts
1336
1337 -------------------------------------------------------------------------
1338 --                      Prepare the default alternative
1339 -------------------------------------------------------------------------
1340 prepareDefault :: DynFlags
1341                -> SimplEnv
1342                -> OutId         -- Case binder; need just for its type. Note that as an
1343                                 --   OutId, it has maximum information; this is important.
1344                                 --   Test simpl013 is an example
1345                -> Maybe (TyCon, [Type]) -- Type of scrutinee, decomposed
1346                -> [AltCon]      -- These cons can't happen when matching the default
1347                -> Maybe InExpr  -- Rhs
1348                -> SimplM [InAlt]        -- Still unsimplified
1349                                         -- We use a list because it's what mergeAlts expects,
1350                                         -- And becuase case-merging can cause many to show up
1351
1352 ------- Merge nested cases ----------
1353 prepareDefault dflags env outer_bndr _bndr_ty imposs_cons (Just deflt_rhs)
1354   | dopt Opt_CaseMerge dflags
1355   , Case (Var inner_scrut_var) inner_bndr _ inner_alts <- deflt_rhs
1356   , DoneId inner_scrut_var' <- substId env inner_scrut_var
1357         -- Remember, inner_scrut_var is an InId, but outer_bndr is an OutId
1358   , inner_scrut_var' == outer_bndr
1359         -- NB: the substId means that if the outer scrutinee was a
1360         --     variable, and inner scrutinee is the same variable,
1361         --     then inner_scrut_var' will be outer_bndr
1362         --     via the magic of simplCaseBinder
1363   = do  { tick (CaseMerge outer_bndr)
1364
1365         ; let munge_rhs rhs = bindCaseBndr inner_bndr (Var outer_bndr) rhs
1366         ; return [(con, args, munge_rhs rhs) | (con, args, rhs) <- inner_alts,
1367                                                not (con `elem` imposs_cons) ]
1368                 -- NB: filter out any imposs_cons.  Example:
1369                 --      case x of
1370                 --        A -> e1
1371                 --        DEFAULT -> case x of
1372                 --                      A -> e2
1373                 --                      B -> e3
1374                 -- When we merge, we must ensure that e1 takes
1375                 -- precedence over e2 as the value for A!
1376         }
1377         -- Warning: don't call prepareAlts recursively!
1378         -- Firstly, there's no point, because inner alts have already had
1379         -- mkCase applied to them, so they won't have a case in their default
1380         -- Secondly, if you do, you get an infinite loop, because the bindCaseBndr
1381         -- in munge_rhs may put a case into the DEFAULT branch!
1382
1383
1384 --------- Fill in known constructor -----------
1385 prepareDefault _ _ case_bndr (Just (tycon, inst_tys)) imposs_cons (Just deflt_rhs)
1386   |     -- This branch handles the case where we are
1387         -- scrutinisng an algebraic data type
1388     isAlgTyCon tycon            -- It's a data type, tuple, or unboxed tuples.
1389   , not (isNewTyCon tycon)      -- We can have a newtype, if we are just doing an eval:
1390                                 --      case x of { DEFAULT -> e }
1391                                 -- and we don't want to fill in a default for them!
1392   , Just all_cons <- tyConDataCons_maybe tycon
1393   , not (null all_cons)         -- This is a tricky corner case.  If the data type has no constructors,
1394                                 -- which GHC allows, then the case expression will have at most a default
1395                                 -- alternative.  We don't want to eliminate that alternative, because the
1396                                 -- invariant is that there's always one alternative.  It's more convenient
1397                                 -- to leave
1398                                 --      case x of { DEFAULT -> e }
1399                                 -- as it is, rather than transform it to
1400                                 --      error "case cant match"
1401                                 -- which would be quite legitmate.  But it's a really obscure corner, and
1402                                 -- not worth wasting code on.
1403   , let imposs_data_cons = [con | DataAlt con <- imposs_cons]   -- We now know it's a data type
1404         impossible con  = con `elem` imposs_data_cons || dataConCannotMatch inst_tys con
1405   = case filterOut impossible all_cons of
1406         []    -> return []      -- Eliminate the default alternative
1407                                 -- altogether if it can't match
1408
1409         [con] ->        -- It matches exactly one constructor, so fill it in
1410                  do { tick (FillInCaseDefault case_bndr)
1411                     ; us <- getUniquesM
1412                     ; let (ex_tvs, co_tvs, arg_ids) =
1413                               dataConRepInstPat us con inst_tys
1414                     ; return [(DataAlt con, ex_tvs ++ co_tvs ++ arg_ids, deflt_rhs)] }
1415
1416         _ -> return [(DEFAULT, [], deflt_rhs)]
1417
1418   | debugIsOn, isAlgTyCon tycon, not (isOpenTyCon tycon), null (tyConDataCons tycon)
1419         -- This can legitimately happen for type families, so don't report that
1420   = pprTrace "prepareDefault" (ppr case_bndr <+> ppr tycon)
1421         $ return [(DEFAULT, [], deflt_rhs)]
1422
1423 --------- Catch-all cases -----------
1424 prepareDefault _dflags _env _case_bndr _bndr_ty _imposs_cons (Just deflt_rhs)
1425   = return [(DEFAULT, [], deflt_rhs)]
1426
1427 prepareDefault _dflags _env _case_bndr _bndr_ty _imposs_cons Nothing
1428   = return []   -- No default branch
1429 \end{code}
1430
1431
1432
1433 =================================================================================
1434
1435 mkCase tries these things
1436
1437 1.  Eliminate the case altogether if possible
1438
1439 2.  Case-identity:
1440
1441         case e of               ===> e
1442                 True  -> True;
1443                 False -> False
1444
1445     and similar friends.
1446
1447
1448 \begin{code}
1449 mkCase :: OutExpr -> OutId -> [OutAlt]  -- Increasing order
1450        -> SimplM OutExpr
1451
1452 --------------------------------------------------
1453 --      2. Identity case
1454 --------------------------------------------------
1455
1456 mkCase scrut case_bndr alts     -- Identity case
1457   | all identity_alt alts
1458   = do tick (CaseIdentity case_bndr)
1459        return (re_cast scrut)
1460   where
1461     identity_alt (con, args, rhs) = check_eq con args (de_cast rhs)
1462
1463     check_eq DEFAULT       _    (Var v)   = v == case_bndr
1464     check_eq (LitAlt lit') _    (Lit lit) = lit == lit'
1465     check_eq (DataAlt con) args rhs       = rhs `cheapEqExpr` mkConApp con (arg_tys ++ varsToCoreExprs args)
1466                                          || rhs `cheapEqExpr` Var case_bndr
1467     check_eq _ _ _ = False
1468
1469     arg_tys = map Type (tyConAppArgs (idType case_bndr))
1470
1471         -- We've seen this:
1472         --      case e of x { _ -> x `cast` c }
1473         -- And we definitely want to eliminate this case, to give
1474         --      e `cast` c
1475         -- So we throw away the cast from the RHS, and reconstruct
1476         -- it at the other end.  All the RHS casts must be the same
1477         -- if (all identity_alt alts) holds.
1478         --
1479         -- Don't worry about nested casts, because the simplifier combines them
1480     de_cast (Cast e _) = e
1481     de_cast e          = e
1482
1483     re_cast scrut = case head alts of
1484                         (_,_,Cast _ co) -> Cast scrut co
1485                         _               -> scrut
1486
1487
1488
1489 --------------------------------------------------
1490 --      Catch-all
1491 --------------------------------------------------
1492 mkCase scrut bndr alts = return (Case scrut bndr (coreAltsType alts) alts)
1493 \end{code}
1494
1495
1496 When adding auxiliary bindings for the case binder, it's worth checking if
1497 its dead, because it often is, and occasionally these mkCase transformations
1498 cascade rather nicely.
1499
1500 \begin{code}
1501 bindCaseBndr :: Id -> CoreExpr -> CoreExpr -> CoreExpr
1502 bindCaseBndr bndr rhs body
1503   | isDeadBinder bndr = body
1504   | otherwise         = bindNonRec bndr rhs body
1505 \end{code}