ghc/compiler/simplCore/LiberateCase.lhs

   1 %
   2 % (c) The AQUA Project, Glasgow University, 1994-1998
   3 %
   4 \section[LiberateCase]{Unroll recursion to allow evals to be lifted from a loop}
   5
   6 \begin{code}
   7 module LiberateCase ( liberateCase ) where
   8
   9 #include "HsVersions.h"
  10
  11 import CmdLineOpts      ( DynFlags, DynFlag(..), opt_LiberateCaseThreshold )
  12 import CoreLint         ( showPass, endPass )
  13 import CoreSyn
  14 import CoreUnfold       ( couldBeSmallEnoughToInline )
  15 import Var              ( Id )
  16 import VarEnv
  17 import Outputable
  18 import Util             ( notNull )
  19 \end{code}
  20
  21 This module walks over @Core@, and looks for @case@ on free variables.
  22 The criterion is:
  23         if there is case on a free on the route to the recursive call,
  24         then the recursive call is replaced with an unfolding.
  25
  26 Example
  27
  28 \begin{verbatim}
  29 f = \ t -> case v of
  30                V a b -> a : f t
  31 \end{verbatim}
  32
  33 => the inner f is replaced.
  34
  35 \begin{verbatim}
  36 f = \ t -> case v of
  37                V a b -> a : (letrec
  38                                 f =  \ t -> case v of
  39                                                V a b -> a : f t
  40                              in f) t
  41 \end{verbatim}
  42 (note the NEED for shadowing)
  43
  44 => Simplify
  45
  46 \begin{verbatim}
  47 f = \ t -> case v of
  48                V a b -> a : (letrec
  49                                 f = \ t -> a : f t
  50                              in f t)
  51 \begin{verbatim}
  52
  53 Better code, because 'a' is  free inside the inner letrec, rather
  54 than needing projection from v.
  55
  56 Other examples we'd like to catch with this kind of transformation
  57
  58         last []     = error
  59         last (x:[]) = x
  60         last (x:xs) = last xs
  61
  62 We'd like to avoid the redundant pattern match, transforming to
  63
  64         last [] = error
  65         last (x:[]) = x
  66         last (x:(y:ys)) = last' y ys
  67                 where
  68                   last' y []     = y
  69                   last' _ (y:ys) = last' y ys
  70
  71         (is this necessarily an improvement)
  72
  73
  74 Similarly drop:
  75
  76         drop n [] = []
  77         drop 0 xs = xs
  78         drop n (x:xs) = drop (n-1) xs
  79
  80 Would like to pass n along unboxed.
  81
  82
  83 To think about (Apr 94)
  84 ~~~~~~~~~~~~~~
  85
  86 Main worry: duplicating code excessively.  At the moment we duplicate
  87 the entire binding group once at each recursive call.  But there may
  88 be a group of recursive calls which share a common set of evaluated
  89 free variables, in which case the duplication is a plain waste.
  90
  91 Another thing we could consider adding is some unfold-threshold thing,
  92 so that we'll only duplicate if the size of the group rhss isn't too
  93 big.
  94
  95 Data types
  96 ~~~~~~~~~~
  97
  98 The ``level'' of a binder tells how many
  99 recursive defns lexically enclose the binding
 100 A recursive defn "encloses" its RHS, not its
 101 scope.  For example:
 102 \begin{verbatim}
 103         letrec f = let g = ... in ...
 104         in
 105         let h = ...
 106         in ...
 107 \end{verbatim}
 108 Here, the level of @f@ is zero, the level of @g@ is one,
 109 and the level of @h@ is zero (NB not one).
 110
 111 \begin{code}
 112 type LibCaseLevel = Int
 113
 114 topLevel :: LibCaseLevel
 115 topLevel = 0
 116 \end{code}
 117
 118 \begin{code}
 119 data LibCaseEnv
 120   = LibCaseEnv
 121         Int                     -- Bomb-out size for deciding if
 122                                 -- potential liberatees are too big.
 123                                 -- (passed in from cmd-line args)
 124
 125         LibCaseLevel            -- Current level
 126
 127         (IdEnv LibCaseLevel)    -- Binds all non-top-level in-scope Ids
 128                                 -- (top-level and imported things have
 129                                 -- a level of zero)
 130
 131         (IdEnv CoreBind)        -- Binds *only* recursively defined
 132                                 -- Ids, to their own binding group,
 133                                 -- and *only* in their own RHSs
 134
 135         [(Id,LibCaseLevel)]     -- Each of these Ids was scrutinised by an
 136                                 -- enclosing case expression, with the
 137                                 -- specified number of enclosing
 138                                 -- recursive bindings; furthermore,
 139                                 -- the Id is bound at a lower level
 140                                 -- than the case expression.  The
 141                                 -- order is insignificant; it's a bag
 142                                 -- really
 143
 144 initEnv :: Int -> LibCaseEnv
 145 initEnv bomb_size = LibCaseEnv bomb_size 0 emptyVarEnv emptyVarEnv []
 146
 147 bombOutSize (LibCaseEnv bomb_size _ _ _ _) = bomb_size
 148 \end{code}
 149
 150
 151 Programs
 152 ~~~~~~~~
 153 \begin{code}
 154 liberateCase :: DynFlags -> [CoreBind] -> IO [CoreBind]
 155 liberateCase dflags binds
 156   = do {
 157         showPass dflags "Liberate case" ;
 158         let { binds' = do_prog (initEnv opt_LiberateCaseThreshold) binds } ;
 159         endPass dflags "Liberate case" Opt_D_verbose_core2core binds'
 160                                 {- no specific flag for dumping -}
 161     }
 162   where
 163     do_prog env [] = []
 164     do_prog env (bind:binds) = bind' : do_prog env' binds
 165                              where
 166                                (env', bind') = libCaseBind env bind
 167 \end{code}
 168
 169 Bindings
 170 ~~~~~~~~
 171
 172 \begin{code}
 173 libCaseBind :: LibCaseEnv -> CoreBind -> (LibCaseEnv, CoreBind)
 174
 175 libCaseBind env (NonRec binder rhs)
 176   = (addBinders env [binder], NonRec binder (libCase env rhs))
 177
 178 libCaseBind env (Rec pairs)
 179   = (env_body, Rec pairs')
 180   where
 181     (binders, rhss) = unzip pairs
 182
 183     env_body = addBinders env binders
 184
 185     pairs' = [(binder, libCase env_rhs rhs) | (binder,rhs) <- pairs]
 186
 187     env_rhs = if all rhs_small_enough rhss then extended_env else env
 188
 189         -- We extend the rec-env by binding each Id to its rhs, first
 190         -- processing the rhs with an *un-extended* environment, so
 191         -- that the same process doesn't occur for ever!
 192
 193     extended_env = addRecBinds env [ (binder, libCase env_body rhs)
 194                                    | (binder, rhs) <- pairs ]
 195
 196     rhs_small_enough rhs = couldBeSmallEnoughToInline lIBERATE_BOMB_SIZE rhs
 197     lIBERATE_BOMB_SIZE   = bombOutSize env
 198 \end{code}
 199
 200
 201 Expressions
 202 ~~~~~~~~~~~
 203
 204 \begin{code}
 205 libCase :: LibCaseEnv
 206         -> CoreExpr
 207         -> CoreExpr
 208
 209 libCase env (Var v)             = libCaseId env v
 210 libCase env (Lit lit)           = Lit lit
 211 libCase env (Type ty)           = Type ty
 212 libCase env (App fun arg)       = App (libCase env fun) (libCase env arg)
 213 libCase env (Note note body)    = Note note (libCase env body)
 214
 215 libCase env (Lam binder body)
 216   = Lam binder (libCase (addBinders env [binder]) body)
 217
 218 libCase env (Let bind body)
 219   = Let bind' (libCase env_body body)
 220   where
 221     (env_body, bind') = libCaseBind env bind
 222
 223 libCase env (Case scrut bndr alts)
 224   = Case (libCase env scrut) bndr (map (libCaseAlt env_alts) alts)
 225   where
 226     env_alts = addBinders env_with_scrut [bndr]
 227     env_with_scrut = case scrut of
 228                         Var scrut_var -> addScrutedVar env scrut_var
 229                         other         -> env
 230
 231 libCaseAlt env (con,args,rhs) = (con, args, libCase (addBinders env args) rhs)
 232 \end{code}
 233
 234 Ids
 235 ~~~
 236 \begin{code}
 237 libCaseId :: LibCaseEnv -> Id -> CoreExpr
 238 libCaseId env v
 239   | Just the_bind <- lookupRecId env v  -- It's a use of a recursive thing
 240   , notNull free_scruts                 -- with free vars scrutinised in RHS
 241   = Let the_bind (Var v)
 242
 243   | otherwise
 244   = Var v
 245
 246   where
 247     rec_id_level = lookupLevel env v
 248     free_scruts  = freeScruts env rec_id_level
 249 \end{code}
 250
 251
 252
 253 Utility functions
 254 ~~~~~~~~~~~~~~~~~
 255 \begin{code}
 256 addBinders :: LibCaseEnv -> [CoreBndr] -> LibCaseEnv
 257 addBinders (LibCaseEnv bomb lvl lvl_env rec_env scruts) binders
 258   = LibCaseEnv bomb lvl lvl_env' rec_env scruts
 259   where
 260     lvl_env' = extendVarEnvList lvl_env (binders `zip` repeat lvl)
 261
 262 addRecBinds :: LibCaseEnv -> [(Id,CoreExpr)] -> LibCaseEnv
 263 addRecBinds (LibCaseEnv bomb lvl lvl_env rec_env scruts) pairs
 264   = LibCaseEnv bomb lvl' lvl_env' rec_env' scruts
 265   where
 266     lvl'     = lvl + 1
 267     lvl_env' = extendVarEnvList lvl_env [(binder,lvl) | (binder,_) <- pairs]
 268     rec_env' = extendVarEnvList rec_env [(binder, Rec pairs) | (binder,_) <- pairs]
 269
 270 addScrutedVar :: LibCaseEnv
 271               -> Id             -- This Id is being scrutinised by a case expression
 272               -> LibCaseEnv
 273
 274 addScrutedVar env@(LibCaseEnv bomb lvl lvl_env rec_env scruts) scrut_var
 275   | bind_lvl < lvl
 276   = LibCaseEnv bomb lvl lvl_env rec_env scruts'
 277         -- Add to scruts iff the scrut_var is being scrutinised at
 278         -- a deeper level than its defn
 279
 280   | otherwise = env
 281   where
 282     scruts'  = (scrut_var, lvl) : scruts
 283     bind_lvl = case lookupVarEnv lvl_env scrut_var of
 284                  Just lvl -> lvl
 285                  Nothing  -> topLevel
 286
 287 lookupRecId :: LibCaseEnv -> Id -> Maybe CoreBind
 288 lookupRecId (LibCaseEnv bomb lvl lvl_env rec_env scruts) id
 289   = lookupVarEnv rec_env id
 290
 291 lookupLevel :: LibCaseEnv -> Id -> LibCaseLevel
 292 lookupLevel (LibCaseEnv bomb lvl lvl_env rec_env scruts) id
 293   = case lookupVarEnv lvl_env id of
 294       Just lvl -> lvl
 295       Nothing  -> topLevel
 296
 297 freeScruts :: LibCaseEnv
 298            -> LibCaseLevel      -- Level of the recursive Id
 299            -> [Id]              -- Ids that are scrutinised between the binding
 300                                 -- of the recursive Id and here
 301 freeScruts (LibCaseEnv bomb lvl lvl_env rec_env scruts) rec_bind_lvl
 302   = [v | (v,scrut_lvl) <- scruts, scrut_lvl > rec_bind_lvl]
 303 \end{code}