[project @ 2005-02-16 10:50:23 by simonmar]
[ghc-hetmet.git] / ghc / compiler / simplCore / OccurAnal.lhs
1 %
2 % (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
3 %
4 %************************************************************************
5 %*                                                                      *
6 \section[OccurAnal]{Occurrence analysis pass}
7 %*                                                                      *
8 %************************************************************************
9
10 The occurrence analyser re-typechecks a core expression, returning a new
11 core expression with (hopefully) improved usage information.
12
13 \begin{code}
14 module OccurAnal (
15         occurAnalyseBinds, occurAnalyseGlobalExpr, occurAnalyseRule
16     ) where
17
18 #include "HsVersions.h"
19
20 import CoreSyn
21 import CoreFVs          ( idRuleVars )
22 import CoreUtils        ( exprIsTrivial )
23 import Id               ( isDataConWorkId, isOneShotBndr, setOneShotLambda, 
24                           idOccInfo, setIdOccInfo,
25                           isExportedId, modifyIdInfo, idInfo, idArity,
26                           idSpecialisation, isLocalId,
27                           idType, idUnique, Id
28                         )
29 import IdInfo           ( copyIdInfo )
30 import BasicTypes       ( OccInfo(..), isOneOcc )
31
32 import VarSet
33 import VarEnv
34
35 import Type             ( isFunTy, dropForAlls )
36 import Maybes           ( orElse )
37 import Digraph          ( stronglyConnCompR, SCC(..) )
38 import PrelNames        ( buildIdKey, foldrIdKey, runSTRepIdKey, augmentIdKey )
39 import Unique           ( Unique )
40 import UniqFM           ( keysUFM )  
41 import Util             ( zipWithEqual, mapAndUnzip )
42 import Outputable
43 \end{code}
44
45
46 %************************************************************************
47 %*                                                                      *
48 \subsection[OccurAnal-main]{Counting occurrences: main function}
49 %*                                                                      *
50 %************************************************************************
51
52 Here's the externally-callable interface:
53
54 \begin{code}
55 occurAnalyseGlobalExpr :: CoreExpr -> CoreExpr
56 occurAnalyseGlobalExpr expr
57   =     -- Top level expr, so no interesting free vars, and
58         -- discard occurence info returned
59     snd (occAnal (initOccEnv emptyVarSet) expr)
60
61 occurAnalyseRule :: CoreRule -> CoreRule
62 occurAnalyseRule rule@(BuiltinRule _ _) = rule
63 occurAnalyseRule (Rule str act tpl_vars tpl_args rhs)
64                 -- Add occ info to tpl_vars, rhs
65   = Rule str act tpl_vars' tpl_args rhs'
66   where
67     (rhs_uds, rhs') = occAnal (initOccEnv (mkVarSet tpl_vars)) rhs
68     (_, tpl_vars')  = tagBinders rhs_uds tpl_vars
69 \end{code}
70
71
72 %************************************************************************
73 %*                                                                      *
74 \subsection{Top level stuff}
75 %*                                                                      *
76 %************************************************************************
77
78 In @occAnalTop@ we do indirection-shorting.  That is, if we have this:
79
80         x_local = <expression>
81         ...
82         x_exported = loc
83
84 where exp is exported, and loc is not, then we replace it with this:
85
86         x_local = x_exported
87         x_exported = <expression>
88         ...
89
90 Without this we never get rid of the x_exported = x_local thing.  This
91 save a gratuitous jump (from \tr{x_exported} to \tr{x_local}), and
92 makes strictness information propagate better.  This used to happen in
93 the final phase, but it's tidier to do it here.
94
95 If more than one exported thing is equal to a local thing (i.e., the
96 local thing really is shared), then we do one only:
97 \begin{verbatim}
98         x_local = ....
99         x_exported1 = x_local
100         x_exported2 = x_local
101 ==>
102         x_exported1 = ....
103
104         x_exported2 = x_exported1
105 \end{verbatim}
106
107 We rely on prior eta reduction to simplify things like
108 \begin{verbatim}
109         x_exported = /\ tyvars -> x_local tyvars
110 ==>
111         x_exported = x_local
112 \end{verbatim}
113 Hence,there's a possibility of leaving unchanged something like this:
114 \begin{verbatim}
115         x_local = ....
116         x_exported1 = x_local Int
117 \end{verbatim}
118 By the time we've thrown away the types in STG land this 
119 could be eliminated.  But I don't think it's very common
120 and it's dangerous to do this fiddling in STG land 
121 because we might elminate a binding that's mentioned in the
122 unfolding for something.
123
124 \begin{code}
125 occurAnalyseBinds :: [CoreBind] -> [CoreBind]
126
127 occurAnalyseBinds binds
128   = binds'
129   where
130     (_, _, binds') = go (initOccEnv emptyVarSet) binds
131
132     go :: OccEnv -> [CoreBind]
133        -> (UsageDetails,        -- Occurrence info
134            IdEnv Id,            -- Indirection elimination info
135                                 --   Maps local-id -> exported-id, but it embodies
136                                 --   bindings of the form exported-id = local-id in
137                                 --   the argument to go
138            [CoreBind])          -- Occ-analysed bindings, less the exported-id=local-id ones
139
140     go env [] = (emptyDetails, emptyVarEnv, [])
141
142     go env (bind : binds)
143       = let
144             new_env                        = env `addNewCands` (bindersOf bind)
145             (scope_usage, ind_env, binds') = go new_env binds
146             (final_usage, new_binds)       = occAnalBind env (zapBind ind_env bind) scope_usage
147                                                 -- NB: I zap before occur-analysing, so
148                                                 -- I don't need to worry about getting the
149                                                 -- occ info on the new bindings right.
150         in
151         case bind of
152             NonRec exported_id (Var local_id) 
153                 | shortMeOut ind_env exported_id local_id
154                 -- Special case for eliminating indirections
155                 --   Note: it's a shortcoming that this only works for
156                 --         non-recursive bindings.  Elminating indirections
157                 --         makes perfect sense for recursive bindings too, but
158                 --         it's more complicated to implement, so I haven't done so
159                 -> (scope_usage, ind_env', binds')
160                 where
161                    ind_env' = extendVarEnv ind_env local_id exported_id
162
163             other ->    -- Ho ho! The normal case
164                      (final_usage, ind_env, new_binds ++ binds')
165                    
166
167 -- Deal with any indirections
168 zapBind ind_env (NonRec bndr rhs) 
169   | bndr `elemVarEnv` ind_env                      = Rec (zap ind_env (bndr,rhs))
170                 -- The Rec isn't strictly necessary, but it's convenient
171 zapBind ind_env (Rec pairs)
172   | or [id `elemVarEnv` ind_env | (id,_) <- pairs] = Rec (concat (map (zap ind_env) pairs))
173
174 zapBind ind_env bind = bind
175
176 zap ind_env pair@(local_id,rhs)
177   = case lookupVarEnv ind_env local_id of
178         Nothing          -> [pair]
179         Just exported_id -> [(local_id, Var exported_id),
180                              (exported_id', rhs)]
181                          where
182                             exported_id' = modifyIdInfo (copyIdInfo (idInfo local_id)) exported_id
183                         
184 shortMeOut ind_env exported_id local_id
185 -- The if-then-else stuff is just so I can get a pprTrace to see
186 -- how often I don't get shorting out becuase of IdInfo stuff
187   = if isExportedId exported_id &&              -- Only if this is exported
188
189        isLocalId local_id &&                    -- Only if this one is defined in this
190                                                 --      module, so that we *can* change its
191                                                 --      binding to be the exported thing!
192
193        not (isExportedId local_id) &&           -- Only if this one is not itself exported,
194                                                 --      since the transformation will nuke it
195    
196        not (local_id `elemVarEnv` ind_env)      -- Only if not already substituted for
197     then
198         True
199
200 {- No longer needed
201         if shortableIdInfo (idInfo exported_id)         -- Only if its IdInfo is 'shortable'
202                                                         -- (see the defn of IdInfo.shortableIdInfo)
203         then True
204         else 
205 #ifdef DEBUG 
206           pprTrace "shortMeOut:" (ppr exported_id)
207 #endif
208                                                 False
209 -}
210     else
211         False
212 \end{code}
213
214
215 %************************************************************************
216 %*                                                                      *
217 \subsection[OccurAnal-main]{Counting occurrences: main function}
218 %*                                                                      *
219 %************************************************************************
220
221 Bindings
222 ~~~~~~~~
223
224 \begin{code}
225 type IdWithOccInfo = Id                 -- An Id with fresh PragmaInfo attached
226
227 type Node details = (details, Unique, [Unique]) -- The Ints are gotten from the Unique,
228                                                 -- which is gotten from the Id.
229 type Details1     = (Id, UsageDetails, CoreExpr)
230 type Details2     = (IdWithOccInfo, CoreExpr)
231
232
233 occAnalBind :: OccEnv
234             -> CoreBind
235             -> UsageDetails             -- Usage details of scope
236             -> (UsageDetails,           -- Of the whole let(rec)
237                 [CoreBind])
238
239 occAnalBind env (NonRec binder rhs) body_usage
240   | not (binder `usedIn` body_usage)            -- It's not mentioned
241   = (body_usage, [])
242
243   | otherwise                   -- It's mentioned in the body
244   = (final_body_usage `combineUsageDetails` rhs_usage,
245      [NonRec tagged_binder rhs'])
246
247   where
248     (final_body_usage, tagged_binder) = tagBinder body_usage binder
249     (rhs_usage, rhs')                 = occAnalRhs env tagged_binder rhs
250 \end{code}
251
252 Dropping dead code for recursive bindings is done in a very simple way:
253
254         the entire set of bindings is dropped if none of its binders are
255         mentioned in its body; otherwise none are.
256
257 This seems to miss an obvious improvement.
258 @
259         letrec  f = ...g...
260                 g = ...f...
261         in
262         ...g...
263
264 ===>
265
266         letrec f = ...g...
267                g = ...(...g...)...
268         in
269         ...g...
270 @
271
272 Now @f@ is unused. But dependency analysis will sort this out into a
273 @letrec@ for @g@ and a @let@ for @f@, and then @f@ will get dropped.
274 It isn't easy to do a perfect job in one blow.  Consider
275
276 @
277         letrec f = ...g...
278                g = ...h...
279                h = ...k...
280                k = ...m...
281                m = ...m...
282         in
283         ...m...
284 @
285
286
287 \begin{code}
288 occAnalBind env (Rec pairs) body_usage
289   = foldr (_scc_ "occAnalBind.dofinal" do_final_bind) (body_usage, []) sccs
290   where
291     binders = map fst pairs
292     rhs_env = env `addNewCands` binders
293
294     analysed_pairs :: [Details1]
295     analysed_pairs  = [ (bndr, rhs_usage, rhs')
296                       | (bndr, rhs) <- pairs,
297                         let (rhs_usage, rhs') = occAnalRhs rhs_env bndr rhs
298                       ]
299
300     sccs :: [SCC (Node Details1)]
301     sccs = _scc_ "occAnalBind.scc" stronglyConnCompR edges
302
303
304     ---- stuff for dependency analysis of binds -------------------------------
305     edges :: [Node Details1]
306     edges = _scc_ "occAnalBind.assoc"
307             [ (details, idUnique id, edges_from rhs_usage)
308             | details@(id, rhs_usage, rhs) <- analysed_pairs
309             ]
310
311         -- (a -> b) means a mentions b
312         -- Given the usage details (a UFM that gives occ info for each free var of
313         -- the RHS) we can get the list of free vars -- or rather their Int keys --
314         -- by just extracting the keys from the finite map.  Grimy, but fast.
315         -- Previously we had this:
316         --      [ bndr | bndr <- bndrs,
317         --               maybeToBool (lookupVarEnv rhs_usage bndr)]
318         -- which has n**2 cost, and this meant that edges_from alone 
319         -- consumed 10% of total runtime!
320     edges_from :: UsageDetails -> [Unique]
321     edges_from rhs_usage = _scc_ "occAnalBind.edges_from"
322                            keysUFM rhs_usage
323
324     ---- stuff to "re-constitute" bindings from dependency-analysis info ------
325
326         -- Non-recursive SCC
327     do_final_bind (AcyclicSCC ((bndr, rhs_usage, rhs'), _, _)) (body_usage, binds_so_far)
328       | not (bndr `usedIn` body_usage)
329       = (body_usage, binds_so_far)                      -- Dead code
330       | otherwise
331       = (combined_usage, new_bind : binds_so_far)       
332       where
333         total_usage                   = combineUsageDetails body_usage rhs_usage
334         (combined_usage, tagged_bndr) = tagBinder total_usage bndr
335         new_bind                      = NonRec tagged_bndr rhs'
336
337         -- Recursive SCC
338     do_final_bind (CyclicSCC cycle) (body_usage, binds_so_far)
339       | not (any (`usedIn` body_usage) bndrs)           -- NB: look at body_usage, not total_usage
340       = (body_usage, binds_so_far)                      -- Dead code
341       | otherwise
342       = (combined_usage, final_bind:binds_so_far)
343       where
344         details                        = [details   | (details, _, _) <- cycle]
345         bndrs                          = [bndr      | (bndr, _, _)      <- details]
346         rhs_usages                     = [rhs_usage | (_, rhs_usage, _) <- details]
347         total_usage                    = foldr combineUsageDetails body_usage rhs_usages
348         (combined_usage, tagged_bndrs) = tagBinders total_usage bndrs
349         final_bind                     = Rec (reOrderRec env new_cycle)
350
351         new_cycle = CyclicSCC (zipWithEqual "occAnalBind" mk_new_bind tagged_bndrs cycle)
352         mk_new_bind tagged_bndr ((_, _, rhs'), key, keys) = ((tagged_bndr, rhs'), key, keys)
353 \end{code}
354
355 @reOrderRec@ is applied to the list of (binder,rhs) pairs for a cyclic
356 strongly connected component (there's guaranteed to be a cycle).  It returns the
357 same pairs, but 
358         a) in a better order,
359         b) with some of the Ids having a IMustNotBeINLINEd pragma
360
361 The "no-inline" Ids are sufficient to break all cycles in the SCC.  This means
362 that the simplifier can guarantee not to loop provided it never records an inlining
363 for these no-inline guys.
364
365 Furthermore, the order of the binds is such that if we neglect dependencies
366 on the no-inline Ids then the binds are topologically sorted.  This means
367 that the simplifier will generally do a good job if it works from top bottom,
368 recording inlinings for any Ids which aren't marked as "no-inline" as it goes.
369
370 ==============
371 [June 98: I don't understand the following paragraphs, and I've 
372           changed the a=b case again so that it isn't a special case any more.]
373
374 Here's a case that bit me:
375
376         letrec
377                 a = b
378                 b = \x. BIG
379         in
380         ...a...a...a....
381
382 Re-ordering doesn't change the order of bindings, but there was no loop-breaker.
383
384 My solution was to make a=b bindings record b as Many, rather like INLINE bindings.
385 Perhaps something cleverer would suffice.
386 ===============
387
388 You might think that you can prevent non-termination simply by making
389 sure that we simplify a recursive binding's RHS in an environment that
390 simply clones the recursive Id.  But no.  Consider
391
392                 letrec f = \x -> let z = f x' in ...
393
394                 in
395                 let n = f y
396                 in
397                 case n of { ... }
398
399 We bind n to its *simplified* RHS, we then *re-simplify* it when
400 we inline n.  Then we may well inline f; and then the same thing
401 happens with z!
402
403 I don't think it's possible to prevent non-termination by environment
404 manipulation in this way.  Apart from anything else, successive
405 iterations of the simplifier may unroll recursive loops in cases like
406 that above.  The idea of beaking every recursive loop with an
407 IMustNotBeINLINEd pragma is much much better.
408
409
410 \begin{code}
411 reOrderRec
412         :: OccEnv
413         -> SCC (Node Details2)
414         -> [Details2]
415                         -- Sorted into a plausible order.  Enough of the Ids have
416                         --      dontINLINE pragmas that there are no loops left.
417
418         -- Non-recursive case
419 reOrderRec env (AcyclicSCC (bind, _, _)) = [bind]
420
421         -- Common case of simple self-recursion
422 reOrderRec env (CyclicSCC [bind])
423   = [(setIdOccInfo tagged_bndr IAmALoopBreaker, rhs)]
424   where
425     ((tagged_bndr, rhs), _, _) = bind
426
427 reOrderRec env (CyclicSCC (bind : binds))
428   =     -- Choose a loop breaker, mark it no-inline,
429         -- do SCC analysis on the rest, and recursively sort them out
430     concat (map (reOrderRec env) (stronglyConnCompR unchosen))
431     ++ 
432     [(setIdOccInfo tagged_bndr IAmALoopBreaker, rhs)]
433
434   where
435     (chosen_pair, unchosen) = choose_loop_breaker bind (score bind) [] binds
436     (tagged_bndr, rhs)      = chosen_pair
437
438         -- This loop looks for the bind with the lowest score
439         -- to pick as the loop  breaker.  The rest accumulate in 
440     choose_loop_breaker (details,_,_) loop_sc acc []
441         = (details, acc)        -- Done
442
443     choose_loop_breaker loop_bind loop_sc acc (bind : binds)
444         | sc < loop_sc  -- Lower score so pick this new one
445         = choose_loop_breaker bind sc (loop_bind : acc) binds
446
447         | otherwise     -- No lower so don't pick it
448         = choose_loop_breaker loop_bind loop_sc (bind : acc) binds
449         where
450           sc = score bind
451           
452     score :: Node Details2 -> Int       -- Higher score => less likely to be picked as loop breaker
453     score ((bndr, rhs), _, _)
454         | exprIsTrivial rhs        = 4  -- Practically certain to be inlined
455                 -- Used to have also: && not (isExportedId bndr)
456                 -- But I found this sometimes cost an extra iteration when we have
457                 --      rec { d = (a,b); a = ...df...; b = ...df...; df = d }
458                 -- where df is the exported dictionary. Then df makes a really
459                 -- bad choice for loop breaker
460           
461         | not_fun_ty (idType bndr) = 3  -- Data types help with cases
462                 -- This used to have a lower score than inlineCandidate, but
463                 -- it's *really* helpful if dictionaries get inlined fast,
464                 -- so I'm experimenting with giving higher priority to data-typed things
465
466         | inlineCandidate bndr rhs = 2  -- Likely to be inlined
467
468         | not (isEmptyCoreRules (idSpecialisation bndr)) = 1
469                 -- Avoid things with specialisations; we'd like
470                 -- to take advantage of them in the subsequent bindings
471
472         | otherwise = 0
473
474     inlineCandidate :: Id -> CoreExpr -> Bool
475     inlineCandidate id (Note InlineMe _) = True
476     inlineCandidate id rhs               = isOneOcc (idOccInfo id)
477
478         -- Real example (the Enum Ordering instance from PrelBase):
479         --      rec     f = \ x -> case d of (p,q,r) -> p x
480         --              g = \ x -> case d of (p,q,r) -> q x
481         --              d = (v, f, g)
482         --
483         -- Here, f and g occur just once; but we can't inline them into d.
484         -- On the other hand we *could* simplify those case expressions if
485         -- we didn't stupidly choose d as the loop breaker.
486         -- But we won't because constructor args are marked "Many".
487
488     not_fun_ty ty = not (isFunTy (dropForAlls ty))
489 \end{code}
490
491 @occAnalRhs@ deals with the question of bindings where the Id is marked
492 by an INLINE pragma.  For these we record that anything which occurs
493 in its RHS occurs many times.  This pessimistically assumes that ths
494 inlined binder also occurs many times in its scope, but if it doesn't
495 we'll catch it next time round.  At worst this costs an extra simplifier pass.
496 ToDo: try using the occurrence info for the inline'd binder.
497
498 [March 97] We do the same for atomic RHSs.  Reason: see notes with reOrderRec.
499 [June 98, SLPJ]  I've undone this change; I don't understand it.  See notes with reOrderRec.
500
501
502 \begin{code}
503 occAnalRhs :: OccEnv
504            -> Id -> CoreExpr    -- Binder and rhs
505                                 -- For non-recs the binder is alrady tagged
506                                 -- with occurrence info
507            -> (UsageDetails, CoreExpr)
508
509 occAnalRhs env id rhs
510   = (final_usage, rhs')
511   where
512     (rhs_usage, rhs') = occAnal ctxt rhs
513     ctxt | certainly_inline id = env
514          | otherwise           = rhsCtxt env
515         -- Note that we generally use an rhsCtxt.  This tells the occ anal n
516         -- that it's looking at an RHS, which has an effect in occAnalApp
517         --
518         -- But there's a problem.  Consider
519         --      x1 = a0 : []
520         --      x2 = a1 : x1
521         --      x3 = a2 : x2
522         --      g  = f x3
523         -- First time round, it looks as if x1 and x2 occur as an arg of a 
524         -- let-bound constructor ==> give them a many-occurrence.
525         -- But then x3 is inlined (unconditionally as it happens) and
526         -- next time round, x2 will be, and the next time round x1 will be
527         -- Result: multiple simplifier iterations.  Sigh.  
528         -- Crude solution: use rhsCtxt for things that occur just once...
529
530     certainly_inline id = case idOccInfo id of
531                             OneOcc in_lam one_br -> not in_lam && one_br
532                             other                -> False
533
534         -- [March 98] A new wrinkle is that if the binder has specialisations inside
535         -- it then we count the specialised Ids as "extra rhs's".  That way
536         -- the "parent" keeps the specialised "children" alive.  If the parent
537         -- dies (because it isn't referenced any more), then the children will
538         -- die too unless they are already referenced directly.
539
540     final_usage = foldVarSet add rhs_usage (idRuleVars id)
541     add v u = addOneOcc u v NoOccInfo           -- Give a non-committal binder info
542                                                 -- (i.e manyOcc) because many copies
543                                                 -- of the specialised thing can appear
544
545 \end{code}
546
547 Expressions
548 ~~~~~~~~~~~
549 \begin{code}
550 occAnal :: OccEnv
551         -> CoreExpr
552         -> (UsageDetails,       -- Gives info only about the "interesting" Ids
553             CoreExpr)
554
555 occAnal env (Type t)  = (emptyDetails, Type t)
556
557 occAnal env (Var v) 
558   = (var_uds, Var v)
559   where
560     var_uds | isCandidate env v = unitVarEnv v oneOcc
561             | otherwise         = emptyDetails
562
563     -- At one stage, I gathered the idRuleVars for v here too,
564     -- which in a way is the right thing to do.
565     -- But that went wrong right after specialisation, when
566     -- the *occurrences* of the overloaded function didn't have any
567     -- rules in them, so the *specialised* versions looked as if they
568     -- weren't used at all.
569
570 \end{code}
571
572 We regard variables that occur as constructor arguments as "dangerousToDup":
573
574 \begin{verbatim}
575 module A where
576 f x = let y = expensive x in 
577       let z = (True,y) in 
578       (case z of {(p,q)->q}, case z of {(p,q)->q})
579 \end{verbatim}
580
581 We feel free to duplicate the WHNF (True,y), but that means
582 that y may be duplicated thereby.
583
584 If we aren't careful we duplicate the (expensive x) call!
585 Constructors are rather like lambdas in this way.
586
587 \begin{code}
588 occAnal env expr@(Lit lit) = (emptyDetails, expr)
589 \end{code}
590
591 \begin{code}
592 occAnal env (Note InlineMe body)
593   = case occAnal env body of { (usage, body') -> 
594     (mapVarEnv markMany usage, Note InlineMe body')
595     }
596
597 occAnal env (Note note@(SCC cc) body)
598   = case occAnal env body of { (usage, body') ->
599     (mapVarEnv markInsideSCC usage, Note note body')
600     }
601
602 occAnal env (Note note body)
603   = case occAnal env body of { (usage, body') ->
604     (usage, Note note body')
605     }
606 \end{code}
607
608 \begin{code}
609 occAnal env app@(App fun arg)
610   = occAnalApp env (collectArgs app) False
611
612 -- Ignore type variables altogether
613 --   (a) occurrences inside type lambdas only not marked as InsideLam
614 --   (b) type variables not in environment
615
616 occAnal env expr@(Lam x body) | isTyVar x
617   = case occAnal env body of { (body_usage, body') ->
618     (body_usage, Lam x body')
619     }
620
621 -- For value lambdas we do a special hack.  Consider
622 --      (\x. \y. ...x...)
623 -- If we did nothing, x is used inside the \y, so would be marked
624 -- as dangerous to dup.  But in the common case where the abstraction
625 -- is applied to two arguments this is over-pessimistic.
626 -- So instead, we just mark each binder with its occurrence
627 -- info in the *body* of the multiple lambda.
628 -- Then, the simplifier is careful when partially applying lambdas.
629
630 occAnal env expr@(Lam _ _)
631   = case occAnal env_body body of { (body_usage, body') ->
632     let
633         (final_usage, tagged_binders) = tagBinders body_usage binders
634         --      URGH!  Sept 99: we don't seem to be able to use binders' here, because
635         --      we get linear-typed things in the resulting program that we can't handle yet.
636         --      (e.g. PrelShow)  TODO 
637
638         really_final_usage = if linear then
639                                 final_usage
640                              else
641                                 mapVarEnv markInsideLam final_usage
642     in
643     (really_final_usage,
644      mkLams tagged_binders body') }
645   where
646     (binders, body)   = collectBinders expr
647     (linear, env1, _) = oneShotGroup env binders
648     env2              = env1 `addNewCands` binders      -- Add in-scope binders
649     env_body          = vanillaCtxt env2                -- Body is (no longer) an RhsContext
650
651 occAnal env (Case scrut bndr ty alts)
652   = case mapAndUnzip (occAnalAlt alt_env bndr) alts of { (alts_usage_s, alts')   -> 
653     case occAnal (vanillaCtxt env) scrut            of { (scrut_usage, scrut') ->
654         -- No need for rhsCtxt
655     let
656         alts_usage  = foldr1 combineAltsUsageDetails alts_usage_s
657         alts_usage' = addCaseBndrUsage alts_usage
658         (alts_usage1, tagged_bndr) = tagBinder alts_usage' bndr
659         total_usage = scrut_usage `combineUsageDetails` alts_usage1
660     in
661     total_usage `seq` (total_usage, Case scrut' tagged_bndr ty alts') }}
662   where
663     alt_env = env `addNewCand` bndr
664
665         -- The case binder gets a usage of either "many" or "dead", never "one".
666         -- Reason: we like to inline single occurrences, to eliminate a binding,
667         -- but inlining a case binder *doesn't* eliminate a binding.
668         -- We *don't* want to transform
669         --      case x of w { (p,q) -> f w }
670         -- into
671         --      case x of w { (p,q) -> f (p,q) }
672     addCaseBndrUsage usage = case lookupVarEnv usage bndr of
673                                 Nothing  -> usage
674                                 Just occ -> extendVarEnv usage bndr (markMany occ)
675
676 occAnal env (Let bind body)
677   = case occAnal new_env body            of { (body_usage, body') ->
678     case occAnalBind env bind body_usage of { (final_usage, new_binds) ->
679        (final_usage, mkLets new_binds body') }}
680   where
681     new_env = env `addNewCands` (bindersOf bind)
682
683 occAnalArgs env args
684   = case mapAndUnzip (occAnal arg_env) args of  { (arg_uds_s, args') ->
685     (foldr combineUsageDetails emptyDetails arg_uds_s, args')}
686   where
687     arg_env = vanillaCtxt env
688 \end{code}
689
690 Applications are dealt with specially because we want
691 the "build hack" to work.
692
693 \begin{code}
694 -- Hack for build, fold, runST
695 occAnalApp env (Var fun, args) is_rhs
696   = case args_stuff of { (args_uds, args') ->
697     let
698         -- We mark the free vars of the argument of a constructor or PAP 
699         -- as "many", if it is the RHS of a let(rec).
700         -- This means that nothing gets inlined into a constructor argument
701         -- position, which is what we want.  Typically those constructor
702         -- arguments are just variables, or trivial expressions.
703         --
704         -- This is the *whole point* of the isRhsEnv predicate
705         final_args_uds
706                 | isRhsEnv env,
707                   isDataConWorkId fun || valArgCount args < idArity fun
708                 = mapVarEnv markMany args_uds
709                 | otherwise = args_uds
710     in
711     (fun_uds `combineUsageDetails` final_args_uds, mkApps (Var fun) args') }
712   where
713     fun_uniq = idUnique fun
714
715     fun_uds | isCandidate env fun = unitVarEnv fun oneOcc
716             | otherwise           = emptyDetails
717
718     args_stuff  | fun_uniq == buildIdKey    = appSpecial env 2 [True,True]  args
719                 | fun_uniq == augmentIdKey  = appSpecial env 2 [True,True]  args
720                 | fun_uniq == foldrIdKey    = appSpecial env 3 [False,True] args
721                 | fun_uniq == runSTRepIdKey = appSpecial env 2 [True]       args
722                         -- (foldr k z xs) may call k many times, but it never
723                         -- shares a partial application of k; hence [False,True]
724                         -- This means we can optimise
725                         --      foldr (\x -> let v = ...x... in \y -> ...v...) z xs
726                         -- by floating in the v
727
728                 | otherwise = occAnalArgs env args
729
730
731 occAnalApp env (fun, args) is_rhs
732   = case occAnal (addAppCtxt env args) fun of   { (fun_uds, fun') ->
733         -- The addAppCtxt is a bit cunning.  One iteration of the simplifier
734         -- often leaves behind beta redexs like
735         --      (\x y -> e) a1 a2
736         -- Here we would like to mark x,y as one-shot, and treat the whole
737         -- thing much like a let.  We do this by pushing some True items
738         -- onto the context stack.
739
740     case occAnalArgs env args of        { (args_uds, args') ->
741     let
742         final_uds = fun_uds `combineUsageDetails` args_uds
743     in
744     (final_uds, mkApps fun' args') }}
745     
746 appSpecial :: OccEnv 
747            -> Int -> CtxtTy     -- Argument number, and context to use for it
748            -> [CoreExpr]
749            -> (UsageDetails, [CoreExpr])
750 appSpecial env n ctxt args
751   = go n args
752   where
753     arg_env = vanillaCtxt env
754
755     go n [] = (emptyDetails, [])        -- Too few args
756
757     go 1 (arg:args)                     -- The magic arg
758       = case occAnal (setCtxt arg_env ctxt) arg of      { (arg_uds, arg') ->
759         case occAnalArgs env args of                    { (args_uds, args') ->
760         (combineUsageDetails arg_uds args_uds, arg':args') }}
761     
762     go n (arg:args)
763       = case occAnal arg_env arg of     { (arg_uds, arg') ->
764         case go (n-1) args of           { (args_uds, args') ->
765         (combineUsageDetails arg_uds args_uds, arg':args') }}
766 \end{code}
767
768     
769 Case alternatives
770 ~~~~~~~~~~~~~~~~~
771 If the case binder occurs at all, the other binders effectively do too.  
772 For example
773         case e of x { (a,b) -> rhs }
774 is rather like
775         let x = (a,b) in rhs
776 If e turns out to be (e1,e2) we indeed get something like
777         let a = e1; b = e2; x = (a,b) in rhs
778
779 \begin{code}
780 occAnalAlt env case_bndr (con, bndrs, rhs)
781   = case occAnal (env `addNewCands` bndrs) rhs of { (rhs_usage, rhs') ->
782     let
783         (final_usage, tagged_bndrs) = tagBinders rhs_usage bndrs
784         final_bndrs | case_bndr `elemVarEnv` final_usage = bndrs
785                     | otherwise                         = tagged_bndrs
786                 -- Leave the binders untagged if the case 
787                 -- binder occurs at all; see note above
788     in
789     (final_usage, (con, final_bndrs, rhs')) }
790 \end{code}
791
792
793 %************************************************************************
794 %*                                                                      *
795 \subsection[OccurAnal-types]{OccEnv}
796 %*                                                                      *
797 %************************************************************************
798
799 \begin{code}
800 data OccEnv
801   = OccEnv IdSet        -- In-scope Ids; we gather info about these only
802            OccEncl      -- Enclosing context information
803            CtxtTy       -- Tells about linearity
804
805 -- OccEncl is used to control whether to inline into constructor arguments
806 -- For example:
807 --      x = (p,q)               -- Don't inline p or q
808 --      y = /\a -> (p a, q a)   -- Still don't inline p or q
809 --      z = f (p,q)             -- Do inline p,q; it may make a rule fire
810 -- So OccEncl tells enought about the context to know what to do when
811 -- we encounter a contructor application or PAP.
812
813 data OccEncl
814   = OccRhs              -- RHS of let(rec), albeit perhaps inside a type lambda
815                         -- Don't inline into constructor args here
816   | OccVanilla          -- Argument of function, body of lambda, scruintee of case etc.
817                         -- Do inline into constructor args here
818
819 type CtxtTy = [Bool]
820         -- []           No info
821         --
822         -- True:ctxt    Analysing a function-valued expression that will be
823         --                      applied just once
824         --
825         -- False:ctxt   Analysing a function-valued expression that may
826         --                      be applied many times; but when it is, 
827         --                      the CtxtTy inside applies
828
829 initOccEnv :: VarSet -> OccEnv
830 initOccEnv vars = OccEnv vars OccRhs []
831
832 isRhsEnv (OccEnv _ OccRhs     _) = True
833 isRhsEnv (OccEnv _ OccVanilla _) = False
834
835 isCandidate :: OccEnv -> Id -> Bool
836 isCandidate (OccEnv cands encl _) id = id `elemVarSet` cands 
837
838 addNewCands :: OccEnv -> [Id] -> OccEnv
839 addNewCands (OccEnv cands encl ctxt) ids
840   = OccEnv (extendVarSetList cands ids) encl ctxt
841
842 addNewCand :: OccEnv -> Id -> OccEnv
843 addNewCand (OccEnv cands encl ctxt) id
844   = OccEnv (extendVarSet cands id) encl ctxt
845
846 setCtxt :: OccEnv -> CtxtTy -> OccEnv
847 setCtxt (OccEnv cands encl _) ctxt = OccEnv cands encl ctxt
848
849 oneShotGroup :: OccEnv -> [CoreBndr] -> (Bool, OccEnv, [CoreBndr])
850         -- True <=> this is a one-shot linear lambda group
851         -- The [CoreBndr] are the binders.
852
853         -- The result binders have one-shot-ness set that they might not have had originally.
854         -- This happens in (build (\cn -> e)).  Here the occurrence analyser
855         -- linearity context knows that c,n are one-shot, and it records that fact in
856         -- the binder. This is useful to guide subsequent float-in/float-out tranformations
857
858 oneShotGroup (OccEnv cands encl ctxt) bndrs 
859   = case go ctxt bndrs [] of
860         (new_ctxt, new_bndrs) -> (all is_one_shot new_bndrs, OccEnv cands encl new_ctxt, new_bndrs)
861   where
862     is_one_shot b = isId b && isOneShotBndr b
863
864     go ctxt [] rev_bndrs = (ctxt, reverse rev_bndrs)
865
866     go (lin_ctxt:ctxt) (bndr:bndrs) rev_bndrs
867         | isId bndr = go ctxt bndrs (bndr':rev_bndrs)
868         where
869           bndr' | lin_ctxt  = setOneShotLambda bndr
870                 | otherwise = bndr
871
872     go ctxt (bndr:bndrs) rev_bndrs = go ctxt bndrs (bndr:rev_bndrs)
873
874
875 vanillaCtxt (OccEnv cands _ _) = OccEnv cands OccVanilla []
876 rhsCtxt     (OccEnv cands _ _) = OccEnv cands OccRhs     []
877
878 addAppCtxt (OccEnv cands encl ctxt) args 
879   = OccEnv cands encl (replicate (valArgCount args) True ++ ctxt)
880 \end{code}
881
882 %************************************************************************
883 %*                                                                      *
884 \subsection[OccurAnal-types]{OccEnv}
885 %*                                                                      *
886 %************************************************************************
887
888 \begin{code}
889 type UsageDetails = IdEnv OccInfo       -- A finite map from ids to their usage
890
891 combineUsageDetails, combineAltsUsageDetails
892         :: UsageDetails -> UsageDetails -> UsageDetails
893
894 combineUsageDetails usage1 usage2
895   = plusVarEnv_C addOccInfo usage1 usage2
896
897 combineAltsUsageDetails usage1 usage2
898   = plusVarEnv_C orOccInfo usage1 usage2
899
900 addOneOcc :: UsageDetails -> Id -> OccInfo -> UsageDetails
901 addOneOcc usage id info
902   = plusVarEnv_C addOccInfo usage (unitVarEnv id info)
903         -- ToDo: make this more efficient
904
905 emptyDetails = (emptyVarEnv :: UsageDetails)
906
907 usedIn :: Id -> UsageDetails -> Bool
908 v `usedIn` details =  isExportedId v || v `elemVarEnv` details
909
910 tagBinders :: UsageDetails          -- Of scope
911            -> [Id]                  -- Binders
912            -> (UsageDetails,        -- Details with binders removed
913               [IdWithOccInfo])    -- Tagged binders
914
915 tagBinders usage binders
916  = let
917      usage' = usage `delVarEnvList` binders
918      uss    = map (setBinderOcc usage) binders
919    in
920    usage' `seq` (usage', uss)
921
922 tagBinder :: UsageDetails           -- Of scope
923           -> Id                     -- Binders
924           -> (UsageDetails,         -- Details with binders removed
925               IdWithOccInfo)        -- Tagged binders
926
927 tagBinder usage binder
928  = let
929      usage'  = usage `delVarEnv` binder
930      binder' = setBinderOcc usage binder
931    in
932    usage' `seq` (usage', binder')
933
934 setBinderOcc :: UsageDetails -> CoreBndr -> CoreBndr
935 setBinderOcc usage bndr
936   | isTyVar bndr      = bndr
937   | isExportedId bndr = case idOccInfo bndr of
938                           NoOccInfo -> bndr
939                           other     -> setIdOccInfo bndr NoOccInfo
940             -- Don't use local usage info for visible-elsewhere things
941             -- BUT *do* erase any IAmALoopBreaker annotation, because we're
942             -- about to re-generate it and it shouldn't be "sticky"
943                           
944   | otherwise = setIdOccInfo bndr occ_info
945   where
946     occ_info = lookupVarEnv usage bndr `orElse` IAmDead
947 \end{code}
948
949
950 %************************************************************************
951 %*                                                                      *
952 \subsection{Operations over OccInfo}
953 %*                                                                      *
954 %************************************************************************
955
956 \begin{code}
957 oneOcc :: OccInfo
958 oneOcc = OneOcc False True
959
960 markMany, markInsideLam, markInsideSCC :: OccInfo -> OccInfo
961
962 markMany IAmDead = IAmDead
963 markMany other   = NoOccInfo
964
965 markInsideSCC occ = markMany occ
966
967 markInsideLam (OneOcc _ one_br) = OneOcc True one_br
968 markInsideLam occ               = occ
969
970 addOccInfo, orOccInfo :: OccInfo -> OccInfo -> OccInfo
971
972 addOccInfo IAmDead info2 = info2
973 addOccInfo info1 IAmDead = info1
974 addOccInfo info1 info2   = NoOccInfo
975
976 -- (orOccInfo orig new) is used
977 -- when combining occurrence info from branches of a case
978
979 orOccInfo IAmDead info2 = info2
980 orOccInfo info1 IAmDead = info1
981 orOccInfo (OneOcc in_lam1 one_branch1)
982           (OneOcc in_lam2 one_branch2)
983   = OneOcc (in_lam1 || in_lam2)
984            False        -- False, because it occurs in both branches
985
986 orOccInfo info1 info2 = NoOccInfo
987 \end{code}