compiler/stranal/WwLib.lhs

   1 %
   2 % (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1993-1998
   3 %
   4 \section[WwLib]{A library for the ``worker/wrapper'' back-end to the strictness analyser}
   5
   6 \begin{code}
   7 module WwLib ( mkWwBodies, mkWWstr, mkWorkerArgs ) where
   8
   9 #include "HsVersions.h"
  10
  11 import CoreSyn
  12 import CoreUtils        ( exprType )
  13 import Id               ( Id, idType, mkSysLocal, idNewDemandInfo, setIdNewDemandInfo,
  14                           isOneShotLambda, setOneShotLambda, setIdUnfolding,
  15                           setIdInfo
  16                         )
  17 import IdInfo           ( vanillaIdInfo )
  18 import DataCon
  19 import NewDemand        ( Demand(..), DmdResult(..), Demands(..) )
  20 import MkId             ( realWorldPrimId, voidArgId, mkRuntimeErrorApp, rUNTIME_ERROR_ID,
  21                           mkUnpackCase, mkProductBox )
  22 import TysWiredIn       ( tupleCon )
  23 import Type
  24 import Coercion         ( mkSymCoercion, splitNewTypeRepCo_maybe )
  25 import BasicTypes       ( Boxity(..) )
  26 import Var              ( Var, isId )
  27 import UniqSupply
  28 import Unique
  29 import Util             ( zipWithEqual, notNull )
  30 import Outputable
  31 import List             ( zipWith4 )
  32 \end{code}
  33
  34
  35 %************************************************************************
  36 %*                                                                      *
  37 \subsection[mkWrapperAndWorker]{@mkWrapperAndWorker@}
  38 %*                                                                      *
  39 %************************************************************************
  40
  41 Here's an example.  The original function is:
  42
  43 \begin{verbatim}
  44 g :: forall a . Int -> [a] -> a
  45
  46 g = /\ a -> \ x ys ->
  47         case x of
  48           0 -> head ys
  49           _ -> head (tail ys)
  50 \end{verbatim}
  51
  52 From this, we want to produce:
  53 \begin{verbatim}
  54 -- wrapper (an unfolding)
  55 g :: forall a . Int -> [a] -> a
  56
  57 g = /\ a -> \ x ys ->
  58         case x of
  59           I# x# -> $wg a x# ys
  60             -- call the worker; don't forget the type args!
  61
  62 -- worker
  63 $wg :: forall a . Int# -> [a] -> a
  64
  65 $wg = /\ a -> \ x# ys ->
  66         let
  67             x = I# x#
  68         in
  69             case x of               -- note: body of g moved intact
  70               0 -> head ys
  71               _ -> head (tail ys)
  72 \end{verbatim}
  73
  74 Something we have to be careful about:  Here's an example:
  75
  76 \begin{verbatim}
  77 -- "f" strictness: U(P)U(P)
  78 f (I# a) (I# b) = a +# b
  79
  80 g = f   -- "g" strictness same as "f"
  81 \end{verbatim}
  82
  83 \tr{f} will get a worker all nice and friendly-like; that's good.
  84 {\em But we don't want a worker for \tr{g}}, even though it has the
  85 same strictness as \tr{f}.  Doing so could break laziness, at best.
  86
  87 Consequently, we insist that the number of strictness-info items is
  88 exactly the same as the number of lambda-bound arguments.  (This is
  89 probably slightly paranoid, but OK in practice.)  If it isn't the
  90 same, we ``revise'' the strictness info, so that we won't propagate
  91 the unusable strictness-info into the interfaces.
  92
  93
  94 %************************************************************************
  95 %*                                                                      *
  96 \subsection{The worker wrapper core}
  97 %*                                                                      *
  98 %************************************************************************
  99
 100 @mkWwBodies@ is called when doing the worker/wrapper split inside a module.
 101
 102 \begin{code}
 103 mkWwBodies :: Type                              -- Type of original function
 104            -> [Demand]                          -- Strictness of original function
 105            -> DmdResult                         -- Info about function result
 106            -> [Bool]                            -- One-shot-ness of the function
 107            -> UniqSM ([Demand],                 -- Demands for worker (value) args
 108                       Id -> CoreExpr,           -- Wrapper body, lacking only the worker Id
 109                       CoreExpr -> CoreExpr)     -- Worker body, lacking the original function rhs
 110
 111 -- wrap_fn_args E       = \x y -> E
 112 -- work_fn_args E       = E x y
 113
 114 -- wrap_fn_str E        = case x of { (a,b) ->
 115 --                        case a of { (a1,a2) ->
 116 --                        E a1 a2 b y }}
 117 -- work_fn_str E        = \a2 a2 b y ->
 118 --                        let a = (a1,a2) in
 119 --                        let x = (a,b) in
 120 --                        E
 121
 122 mkWwBodies fun_ty demands res_info one_shots = do
 123     (wrap_args,   wrap_fn_args, work_fn_args, res_ty) <- mkWWargs fun_ty demands one_shots'
 124     (work_args,   wrap_fn_str,  work_fn_str) <- mkWWstr wrap_args
 125     let (work_lam_args, work_call_args) = do mkWorkerArgs work_args res_ty
 126         -- Don't do CPR if the worker doesn't have any value arguments
 127         -- Then the worker is just a constant, so we don't want to unbox it.
 128     (wrap_fn_cpr, work_fn_cpr,  _cpr_res_ty)
 129        <- if any isId work_args then
 130              mkWWcpr res_ty res_info
 131           else
 132              return (id, id, res_ty)
 133
 134     return ([idNewDemandInfo v | v <- work_call_args, isId v],
 135               Note InlineMe . wrap_fn_args . wrap_fn_cpr . wrap_fn_str . applyToVars work_call_args . Var,
 136               mkLams work_lam_args. work_fn_str . work_fn_cpr . work_fn_args)
 137         -- We use an INLINE unconditionally, even if the wrapper turns out to be
 138         -- something trivial like
 139         --      fw = ...
 140         --      f = __inline__ (coerce T fw)
 141         -- The point is to propagate the coerce to f's call sites, so even though
 142         -- f's RHS is now trivial (size 1) we still want the __inline__ to prevent
 143         -- fw from being inlined into f's RHS
 144   where
 145     one_shots' = one_shots ++ repeat False
 146 \end{code}
 147
 148
 149 %************************************************************************
 150 %*                                                                      *
 151 \subsection{Making wrapper args}
 152 %*                                                                      *
 153 %************************************************************************
 154
 155 During worker-wrapper stuff we may end up with an unlifted thing
 156 which we want to let-bind without losing laziness.  So we
 157 add a void argument.  E.g.
 158
 159         f = /\a -> \x y z -> E::Int#    -- E does not mention x,y,z
 160 ==>
 161         fw = /\ a -> \void -> E
 162         f  = /\ a -> \x y z -> fw realworld
 163
 164 We use the state-token type which generates no code.
 165
 166 \begin{code}
 167 mkWorkerArgs :: [Var]
 168              -> Type    -- Type of body
 169              -> ([Var], -- Lambda bound args
 170                  [Var]) -- Args at call site
 171 mkWorkerArgs args res_ty
 172     | any isId args || not (isUnLiftedType res_ty)
 173     = (args, args)
 174     | otherwise
 175     = (args ++ [voidArgId], args ++ [realWorldPrimId])
 176 \end{code}
 177
 178
 179 %************************************************************************
 180 %*                                                                      *
 181 \subsection{Coercion stuff}
 182 %*                                                                      *
 183 %************************************************************************
 184
 185
 186 We really want to "look through" coerces.
 187 Reason: I've seen this situation:
 188
 189         let f = coerce T (\s -> E)
 190         in \x -> case x of
 191                     p -> coerce T' f
 192                     q -> \s -> E2
 193                     r -> coerce T' f
 194
 195 If only we w/w'd f, we'd get
 196         let f = coerce T (\s -> fw s)
 197             fw = \s -> E
 198         in ...
 199
 200 Now we'll inline f to get
 201
 202         let fw = \s -> E
 203         in \x -> case x of
 204                     p -> fw
 205                     q -> \s -> E2
 206                     r -> fw
 207
 208 Now we'll see that fw has arity 1, and will arity expand
 209 the \x to get what we want.
 210
 211 \begin{code}
 212 -- mkWWargs is driven off the function type and arity.
 213 -- It chomps bites off foralls, arrows, newtypes
 214 -- and keeps repeating that until it's satisfied the supplied arity
 215
 216 mkWWargs :: Type
 217          -> [Demand]
 218          -> [Bool]                      -- True for a one-shot arg; ** may be infinite **
 219          -> UniqSM  ([Var],             -- Wrapper args
 220                      CoreExpr -> CoreExpr,      -- Wrapper fn
 221                      CoreExpr -> CoreExpr,      -- Worker fn
 222                      Type)                      -- Type of wrapper body
 223
 224 mkWWargs fun_ty demands one_shots
 225   | Just (rep_ty, co) <- splitNewTypeRepCo_maybe fun_ty = do
 226         -- The newtype case is for when the function has
 227         -- a recursive newtype after the arrow (rare)
 228         -- We check for arity >= 0 to avoid looping in the case
 229         -- of a function whose type is, in effect, infinite
 230         -- [Arity is driven by looking at the term, not just the type.]
 231         --
 232         -- It's also important when we have a function returning (say) a pair
 233         -- wrapped in a recursive newtype, at least if CPR analysis can look
 234         -- through such newtypes, which it probably can since they are
 235         -- simply coerces.
 236     (wrap_args, wrap_fn_args, work_fn_args, res_ty) <- mkWWargs rep_ty demands one_shots
 237     return (wrap_args,
 238               \ e -> Cast (wrap_fn_args e) (mkSymCoercion co),
 239               \ e -> work_fn_args (Cast e co),
 240               res_ty)
 241   | notNull demands = do
 242     wrap_uniqs <- getUniquesM
 243     let
 244       (tyvars, tau)      = splitForAllTys fun_ty
 245       (arg_tys, body_ty) = splitFunTys tau
 246
 247       n_demands = length demands
 248       n_arg_tys = length arg_tys
 249       n_args    = n_demands `min` n_arg_tys
 250
 251       new_fun_ty    = mkFunTys (drop n_demands arg_tys) body_ty
 252       new_demands   = drop n_arg_tys demands
 253       new_one_shots = drop n_args one_shots
 254
 255       val_args  = zipWith4 mk_wrap_arg wrap_uniqs arg_tys demands one_shots
 256       wrap_args = tyvars ++ val_args
 257 {-     ASSERT( notNull tyvars || notNull arg_tys ) -}
 258     if (null tyvars) && (null arg_tys) then
 259         pprTrace "mkWWargs" (ppr fun_ty $$ ppr demands)
 260                 return ([], id, id, fun_ty)
 261      else do
 262
 263        (more_wrap_args, wrap_fn_args, work_fn_args, res_ty) <-
 264              mkWWargs new_fun_ty new_demands new_one_shots
 265
 266        return (wrap_args ++ more_wrap_args,
 267                  mkLams wrap_args . wrap_fn_args,
 268                  work_fn_args . applyToVars wrap_args,
 269                  res_ty)
 270
 271   | otherwise
 272   = return ([], id, id, fun_ty)
 273
 274
 275 applyToVars :: [Var] -> CoreExpr -> CoreExpr
 276 applyToVars vars fn = mkVarApps fn vars
 277
 278 mk_wrap_arg :: Unique -> Type -> NewDemand.Demand -> Bool -> Id
 279 mk_wrap_arg uniq ty dmd one_shot
 280   = set_one_shot one_shot (setIdNewDemandInfo (mkSysLocal FSLIT("w") uniq ty) dmd)
 281   where
 282     set_one_shot True  id = setOneShotLambda id
 283     set_one_shot False id = id
 284 \end{code}
 285
 286
 287 %************************************************************************
 288 %*                                                                      *
 289 \subsection{Strictness stuff}
 290 %*                                                                      *
 291 %************************************************************************
 292
 293 \begin{code}
 294 mkWWstr :: [Var]                                -- Wrapper args; have their demand info on them
 295                                                 --  *Includes type variables*
 296         -> UniqSM ([Var],                       -- Worker args
 297                    CoreExpr -> CoreExpr,        -- Wrapper body, lacking the worker call
 298                                                 -- and without its lambdas
 299                                                 -- This fn adds the unboxing
 300
 301                    CoreExpr -> CoreExpr)        -- Worker body, lacking the original body of the function,
 302                                                 -- and lacking its lambdas.
 303                                                 -- This fn does the reboxing
 304 mkWWstr []
 305   = return ([], nop_fn, nop_fn)
 306
 307 mkWWstr (arg : args) = do
 308     (args1, wrap_fn1, work_fn1) <- mkWWstr_one arg
 309     (args2, wrap_fn2, work_fn2) <- mkWWstr args
 310     return (args1 ++ args2, wrap_fn1 . wrap_fn2, work_fn1 . work_fn2)
 311
 312 ----------------------
 313 -- mkWWstr_one wrap_arg = (work_args, wrap_fn, work_fn)
 314 --   *  wrap_fn assumes wrap_arg is in scope,
 315 --        brings into scope work_args (via cases)
 316 --   * work_fn assumes work_args are in scope, a
 317 --        brings into scope wrap_arg (via lets)
 318 mkWWstr_one :: Var -> UniqSM ([Var], CoreExpr -> CoreExpr, CoreExpr -> CoreExpr)
 319 mkWWstr_one arg
 320   | isTyVar arg
 321   = return ([arg],  nop_fn, nop_fn)
 322
 323   | otherwise
 324   = case idNewDemandInfo arg of
 325
 326         -- Absent case.  We don't deal with absence for unlifted types,
 327         -- though, because it's not so easy to manufacture a placeholder
 328         -- We'll see if this turns out to be a problem
 329       Abs | not (isUnLiftedType (idType arg)) ->
 330         return ([], nop_fn, mk_absent_let arg)
 331
 332         -- Unpack case
 333       Eval (Prod cs)
 334         | Just (_arg_tycon, _tycon_arg_tys, data_con, inst_con_arg_tys)
 335                 <- deepSplitProductType_maybe (idType arg)
 336         -> do uniqs <- getUniquesM
 337               let
 338                 unpk_args      = zipWith mk_ww_local uniqs inst_con_arg_tys
 339                 unpk_args_w_ds = zipWithEqual "mkWWstr" set_worker_arg_info unpk_args cs
 340                 unbox_fn       = mkUnpackCase (sanitiseCaseBndr arg) (Var arg) unpk_args data_con
 341                 rebox_fn       = Let (NonRec arg con_app)
 342                 con_app        = mkProductBox unpk_args (idType arg)
 343               (worker_args, wrap_fn, work_fn) <- mkWWstr unpk_args_w_ds
 344               return (worker_args, unbox_fn . wrap_fn, work_fn . rebox_fn)
 345                            -- Don't pass the arg, rebox instead
 346
 347         -- `seq` demand; evaluate in wrapper in the hope
 348         -- of dropping seqs in the worker
 349       Eval (Poly Abs)
 350         -> let
 351                 arg_w_unf = arg `setIdUnfolding` evaldUnfolding
 352                 -- Tell the worker arg that it's sure to be evaluated
 353                 -- so that internal seqs can be dropped
 354            in
 355            return ([arg_w_unf], mk_seq_case arg, nop_fn)
 356                 -- Pass the arg, anyway, even if it is in theory discarded
 357                 -- Consider
 358                 --      f x y = x `seq` y
 359                 -- x gets a (Eval (Poly Abs)) demand, but if we fail to pass it to the worker
 360                 -- we ABSOLUTELY MUST record that x is evaluated in the wrapper.
 361                 -- Something like:
 362                 --      f x y = x `seq` fw y
 363                 --      fw y = let x{Evald} = error "oops" in (x `seq` y)
 364                 -- If we don't pin on the "Evald" flag, the seq doesn't disappear, and
 365                 -- we end up evaluating the absent thunk.
 366                 -- But the Evald flag is pretty weird, and I worry that it might disappear
 367                 -- during simplification, so for now I've just nuked this whole case
 368
 369         -- Other cases
 370       _other_demand -> return ([arg], nop_fn, nop_fn)
 371
 372   where
 373         -- If the wrapper argument is a one-shot lambda, then
 374         -- so should (all) the corresponding worker arguments be
 375         -- This bites when we do w/w on a case join point
 376     set_worker_arg_info worker_arg demand = set_one_shot (setIdNewDemandInfo worker_arg demand)
 377
 378     set_one_shot | isOneShotLambda arg = setOneShotLambda
 379                  | otherwise           = \x -> x
 380
 381 ----------------------
 382 nop_fn :: CoreExpr -> CoreExpr
 383 nop_fn body = body
 384 \end{code}
 385
 386
 387 %************************************************************************
 388 %*                                                                      *
 389 \subsection{CPR stuff}
 390 %*                                                                      *
 391 %************************************************************************
 392
 393
 394 @mkWWcpr@ takes the worker/wrapper pair produced from the strictness
 395 info and adds in the CPR transformation.  The worker returns an
 396 unboxed tuple containing non-CPR components.  The wrapper takes this
 397 tuple and re-produces the correct structured output.
 398
 399 The non-CPR results appear ordered in the unboxed tuple as if by a
 400 left-to-right traversal of the result structure.
 401
 402
 403 \begin{code}
 404 mkWWcpr :: Type                              -- function body type
 405         -> DmdResult                         -- CPR analysis results
 406         -> UniqSM (CoreExpr -> CoreExpr,             -- New wrapper
 407                    CoreExpr -> CoreExpr,             -- New worker
 408                    Type)                        -- Type of worker's body
 409
 410 mkWWcpr body_ty RetCPR
 411     | not (isClosedAlgType body_ty)
 412     = WARN( True,
 413             text "mkWWcpr: non-algebraic or open body type" <+> ppr body_ty )
 414       return (id, id, body_ty)
 415
 416     | n_con_args == 1 && isUnLiftedType con_arg_ty1 = do
 417         -- Special case when there is a single result of unlifted type
 418         --
 419         -- Wrapper:     case (..call worker..) of x -> C x
 420         -- Worker:      case (   ..body..    ) of C x -> x
 421       (work_uniq : arg_uniq : _) <- getUniquesM
 422       let
 423         work_wild = mk_ww_local work_uniq body_ty
 424         arg       = mk_ww_local arg_uniq  con_arg_ty1
 425         con_app   = mkProductBox [arg] body_ty
 426
 427       return (\ wkr_call -> Case wkr_call (arg) (exprType con_app) [(DEFAULT, [], con_app)],
 428                 \ body     -> workerCase (work_wild) body [arg] data_con (Var arg),
 429                 con_arg_ty1)
 430
 431     | otherwise = do    -- The general case
 432         -- Wrapper: case (..call worker..) of (# a, b #) -> C a b
 433         -- Worker:  case (   ...body...  ) of C a b -> (# a, b #)
 434       uniqs <- getUniquesM
 435       let
 436         (wrap_wild : work_wild : args) = zipWith mk_ww_local uniqs (ubx_tup_ty : body_ty : con_arg_tys)
 437         arg_vars                       = map Var args
 438         ubx_tup_con                    = tupleCon Unboxed n_con_args
 439         ubx_tup_ty                     = exprType ubx_tup_app
 440         ubx_tup_app                    = mkConApp ubx_tup_con (map Type con_arg_tys   ++ arg_vars)
 441         con_app                        = mkProductBox args body_ty
 442
 443       return (\ wkr_call -> Case wkr_call (wrap_wild) (exprType con_app)  [(DataAlt ubx_tup_con, args, con_app)],
 444                 \ body     -> workerCase (work_wild) body args data_con ubx_tup_app,
 445                 ubx_tup_ty)
 446     where
 447       (_arg_tycon, _tycon_arg_tys, data_con, con_arg_tys) = deepSplitProductType "mkWWcpr" body_ty
 448       n_con_args  = length con_arg_tys
 449       con_arg_ty1 = head con_arg_tys
 450
 451 mkWWcpr body_ty _other          -- No CPR info
 452     = return (id, id, body_ty)
 453
 454 -- If the original function looked like
 455 --      f = \ x -> _scc_ "foo" E
 456 --
 457 -- then we want the CPR'd worker to look like
 458 --      \ x -> _scc_ "foo" (case E of I# x -> x)
 459 -- and definitely not
 460 --      \ x -> case (_scc_ "foo" E) of I# x -> x)
 461 --
 462 -- This transform doesn't move work or allocation
 463 -- from one cost centre to another
 464 workerCase :: Id -> CoreExpr -> [Id] -> DataCon -> CoreExpr -> CoreExpr
 465 workerCase bndr (Note (SCC cc) e) args con body = Note (SCC cc) (mkUnpackCase bndr e args con body)
 466 workerCase bndr e args con body = mkUnpackCase bndr e args con body
 467 \end{code}
 468
 469
 470 %************************************************************************
 471 %*                                                                      *
 472 \subsection{Utilities}
 473 %*                                                                      *
 474 %************************************************************************
 475
 476
 477 \begin{code}
 478 mk_absent_let :: Id -> CoreExpr -> CoreExpr
 479 mk_absent_let arg body
 480   | not (isUnLiftedType arg_ty)
 481   = Let (NonRec arg abs_rhs) body
 482   | otherwise
 483   = panic "WwLib: haven't done mk_absent_let for primitives yet"
 484   where
 485     arg_ty = idType arg
 486     abs_rhs = mkRuntimeErrorApp rUNTIME_ERROR_ID arg_ty msg
 487     msg     = "Oops!  Entered absent arg " ++ showSDocDebug (ppr arg <+> ppr (idType arg))
 488
 489 mk_seq_case :: Id -> CoreExpr -> CoreExpr
 490 mk_seq_case arg body = Case (Var arg) (sanitiseCaseBndr arg) (exprType body) [(DEFAULT, [], body)]
 491
 492 sanitiseCaseBndr :: Id -> Id
 493 -- The argument we are scrutinising has the right type to be
 494 -- a case binder, so it's convenient to re-use it for that purpose.
 495 -- But we *must* throw away all its IdInfo.  In particular, the argument
 496 -- will have demand info on it, and that demand info may be incorrect for
 497 -- the case binder.  e.g.       case ww_arg of ww_arg { I# x -> ... }
 498 -- Quite likely ww_arg isn't used in '...'.  The case may get discarded
 499 -- if the case binder says "I'm demanded".  This happened in a situation
 500 -- like         (x+y) `seq` ....
 501 sanitiseCaseBndr id = id `setIdInfo` vanillaIdInfo
 502
 503 mk_ww_local :: Unique -> Type -> Id
 504 mk_ww_local uniq ty = mkSysLocal FSLIT("ww") uniq ty
 505 \end{code}