[project @ 2001-09-26 16:19:28 by simonpj]
[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               ( isDataConId, isOneShotLambda, setOneShotLambda, 
24                           idOccInfo, setIdOccInfo,
25                           isExportedId, modifyIdInfo, idInfo, idArity,
26                           idSpecialisation, isLocalId,
27                           idType, idUnique, Id
28                         )
29 import IdInfo           ( OccInfo(..), shortableIdInfo, copyIdInfo )
30
31 import VarSet
32 import VarEnv
33
34 import Type             ( splitFunTy_maybe, splitForAllTys )
35 import Maybes           ( maybeToBool, orElse )
36 import Digraph          ( stronglyConnCompR, SCC(..) )
37 import PrelNames        ( buildIdKey, foldrIdKey, runSTRepIdKey, augmentIdKey )
38 import Unique           ( Unique )
39 import UniqFM           ( keysUFM )  
40 import Util             ( zipWithEqual, mapAndUnzip )
41 import FastTypes
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         if shortableIdInfo (idInfo exported_id)         -- Only if its IdInfo is 'shortable'
199                                                         -- (see the defn of IdInfo.shortableIdInfo)
200         then True
201         else 
202 #ifdef DEBUG 
203           pprTrace "shortMeOut:" (ppr exported_id)
204 #endif
205                                                 False
206     else
207         False
208 \end{code}
209
210
211 %************************************************************************
212 %*                                                                      *
213 \subsection[OccurAnal-main]{Counting occurrences: main function}
214 %*                                                                      *
215 %************************************************************************
216
217 Bindings
218 ~~~~~~~~
219
220 \begin{code}
221 type IdWithOccInfo = Id                 -- An Id with fresh PragmaInfo attached
222
223 type Node details = (details, Unique, [Unique]) -- The Ints are gotten from the Unique,
224                                                 -- which is gotten from the Id.
225 type Details1     = (Id, UsageDetails, CoreExpr)
226 type Details2     = (IdWithOccInfo, CoreExpr)
227
228
229 occAnalBind :: OccEnv
230             -> CoreBind
231             -> UsageDetails             -- Usage details of scope
232             -> (UsageDetails,           -- Of the whole let(rec)
233                 [CoreBind])
234
235 occAnalBind env (NonRec binder rhs) body_usage
236   | not (binder `usedIn` body_usage)            -- It's not mentioned
237   = (body_usage, [])
238
239   | otherwise                   -- It's mentioned in the body
240   = (final_body_usage `combineUsageDetails` rhs_usage,
241      [NonRec tagged_binder rhs'])
242
243   where
244     (final_body_usage, tagged_binder) = tagBinder body_usage binder
245     (rhs_usage, rhs')                 = occAnalRhs env binder rhs
246 \end{code}
247
248 Dropping dead code for recursive bindings is done in a very simple way:
249
250         the entire set of bindings is dropped if none of its binders are
251         mentioned in its body; otherwise none are.
252
253 This seems to miss an obvious improvement.
254 @
255         letrec  f = ...g...
256                 g = ...f...
257         in
258         ...g...
259
260 ===>
261
262         letrec f = ...g...
263                g = ...(...g...)...
264         in
265         ...g...
266 @
267
268 Now @f@ is unused. But dependency analysis will sort this out into a
269 @letrec@ for @g@ and a @let@ for @f@, and then @f@ will get dropped.
270 It isn't easy to do a perfect job in one blow.  Consider
271
272 @
273         letrec f = ...g...
274                g = ...h...
275                h = ...k...
276                k = ...m...
277                m = ...m...
278         in
279         ...m...
280 @
281
282
283 \begin{code}
284 occAnalBind env (Rec pairs) body_usage
285   = foldr (_scc_ "occAnalBind.dofinal" do_final_bind) (body_usage, []) sccs
286   where
287     binders = map fst pairs
288     rhs_env = env `addNewCands` binders
289
290     analysed_pairs :: [Details1]
291     analysed_pairs  = [ (bndr, rhs_usage, rhs')
292                       | (bndr, rhs) <- pairs,
293                         let (rhs_usage, rhs') = occAnalRhs rhs_env bndr rhs
294                       ]
295
296     sccs :: [SCC (Node Details1)]
297     sccs = _scc_ "occAnalBind.scc" stronglyConnCompR edges
298
299
300     ---- stuff for dependency analysis of binds -------------------------------
301     edges :: [Node Details1]
302     edges = _scc_ "occAnalBind.assoc"
303             [ (details, idUnique id, edges_from rhs_usage)
304             | details@(id, rhs_usage, rhs) <- analysed_pairs
305             ]
306
307         -- (a -> b) means a mentions b
308         -- Given the usage details (a UFM that gives occ info for each free var of
309         -- the RHS) we can get the list of free vars -- or rather their Int keys --
310         -- by just extracting the keys from the finite map.  Grimy, but fast.
311         -- Previously we had this:
312         --      [ bndr | bndr <- bndrs,
313         --               maybeToBool (lookupVarEnv rhs_usage bndr)]
314         -- which has n**2 cost, and this meant that edges_from alone 
315         -- consumed 10% of total runtime!
316     edges_from :: UsageDetails -> [Unique]
317     edges_from rhs_usage = _scc_ "occAnalBind.edges_from"
318                            keysUFM rhs_usage
319
320     ---- stuff to "re-constitute" bindings from dependency-analysis info ------
321
322         -- Non-recursive SCC
323     do_final_bind (AcyclicSCC ((bndr, rhs_usage, rhs'), _, _)) (body_usage, binds_so_far)
324       | not (bndr `usedIn` body_usage)
325       = (body_usage, binds_so_far)                      -- Dead code
326       | otherwise
327       = (combined_usage, new_bind : binds_so_far)       
328       where
329         total_usage                   = combineUsageDetails body_usage rhs_usage
330         (combined_usage, tagged_bndr) = tagBinder total_usage bndr
331         new_bind                      = NonRec tagged_bndr rhs'
332
333         -- Recursive SCC
334     do_final_bind (CyclicSCC cycle) (body_usage, binds_so_far)
335       | not (any (`usedIn` body_usage) bndrs)           -- NB: look at body_usage, not total_usage
336       = (body_usage, binds_so_far)                      -- Dead code
337       | otherwise
338       = (combined_usage, final_bind:binds_so_far)
339       where
340         details                        = [details   | (details, _, _) <- cycle]
341         bndrs                          = [bndr      | (bndr, _, _)      <- details]
342         rhs_usages                     = [rhs_usage | (_, rhs_usage, _) <- details]
343         total_usage                    = foldr combineUsageDetails body_usage rhs_usages
344         (combined_usage, tagged_bndrs) = tagBinders total_usage bndrs
345         final_bind                     = Rec (reOrderRec env new_cycle)
346
347         new_cycle = CyclicSCC (zipWithEqual "occAnalBind" mk_new_bind tagged_bndrs cycle)
348         mk_new_bind tagged_bndr ((_, _, rhs'), key, keys) = ((tagged_bndr, rhs'), key, keys)
349 \end{code}
350
351 @reOrderRec@ is applied to the list of (binder,rhs) pairs for a cyclic
352 strongly connected component (there's guaranteed to be a cycle).  It returns the
353 same pairs, but 
354         a) in a better order,
355         b) with some of the Ids having a IMustNotBeINLINEd pragma
356
357 The "no-inline" Ids are sufficient to break all cycles in the SCC.  This means
358 that the simplifier can guarantee not to loop provided it never records an inlining
359 for these no-inline guys.
360
361 Furthermore, the order of the binds is such that if we neglect dependencies
362 on the no-inline Ids then the binds are topologically sorted.  This means
363 that the simplifier will generally do a good job if it works from top bottom,
364 recording inlinings for any Ids which aren't marked as "no-inline" as it goes.
365
366 ==============
367 [June 98: I don't understand the following paragraphs, and I've 
368           changed the a=b case again so that it isn't a special case any more.]
369
370 Here's a case that bit me:
371
372         letrec
373                 a = b
374                 b = \x. BIG
375         in
376         ...a...a...a....
377
378 Re-ordering doesn't change the order of bindings, but there was no loop-breaker.
379
380 My solution was to make a=b bindings record b as Many, rather like INLINE bindings.
381 Perhaps something cleverer would suffice.
382 ===============
383
384 You might think that you can prevent non-termination simply by making
385 sure that we simplify a recursive binding's RHS in an environment that
386 simply clones the recursive Id.  But no.  Consider
387
388                 letrec f = \x -> let z = f x' in ...
389
390                 in
391                 let n = f y
392                 in
393                 case n of { ... }
394
395 We bind n to its *simplified* RHS, we then *re-simplify* it when
396 we inline n.  Then we may well inline f; and then the same thing
397 happens with z!
398
399 I don't think it's possible to prevent non-termination by environment
400 manipulation in this way.  Apart from anything else, successive
401 iterations of the simplifier may unroll recursive loops in cases like
402 that above.  The idea of beaking every recursive loop with an
403 IMustNotBeINLINEd pragma is much much better.
404
405
406 \begin{code}
407 reOrderRec
408         :: OccEnv
409         -> SCC (Node Details2)
410         -> [Details2]
411                         -- Sorted into a plausible order.  Enough of the Ids have
412                         --      dontINLINE pragmas that there are no loops left.
413
414         -- Non-recursive case
415 reOrderRec env (AcyclicSCC (bind, _, _)) = [bind]
416
417         -- Common case of simple self-recursion
418 reOrderRec env (CyclicSCC [bind])
419   = [(setIdOccInfo tagged_bndr IAmALoopBreaker, rhs)]
420   where
421     ((tagged_bndr, rhs), _, _) = bind
422
423 reOrderRec env (CyclicSCC (bind : binds))
424   =     -- Choose a loop breaker, mark it no-inline,
425         -- do SCC analysis on the rest, and recursively sort them out
426     concat (map (reOrderRec env) (stronglyConnCompR unchosen))
427     ++ 
428     [(setIdOccInfo tagged_bndr IAmALoopBreaker, rhs)]
429
430   where
431     (chosen_pair, unchosen) = choose_loop_breaker bind (score bind) [] binds
432     (tagged_bndr, rhs)      = chosen_pair
433
434         -- This loop looks for the bind with the lowest score
435         -- to pick as the loop  breaker.  The rest accumulate in 
436     choose_loop_breaker (details,_,_) loop_sc acc []
437         = (details, acc)        -- Done
438
439     choose_loop_breaker loop_bind loop_sc acc (bind : binds)
440         | sc < loop_sc  -- Lower score so pick this new one
441         = choose_loop_breaker bind sc (loop_bind : acc) binds
442
443         | otherwise     -- No lower so don't pick it
444         = choose_loop_breaker loop_bind loop_sc (bind : acc) binds
445         where
446           sc = score bind
447           
448     score :: Node Details2 -> Int       -- Higher score => less likely to be picked as loop breaker
449     score ((bndr, rhs), _, _)
450         | exprIsTrivial rhs        = 4  -- Practically certain to be inlined
451                 -- Used to have also: && not (isExportedId bndr)
452                 -- But I found this sometimes cost an extra iteration when we have
453                 --      rec { d = (a,b); a = ...df...; b = ...df...; df = d }
454                 -- where df is the exported dictionary. Then df makes a really
455                 -- bad choice for loop breaker
456           
457         | not_fun_ty (idType bndr) = 3  -- Data types help with cases
458                 -- This used to have a lower score than inlineCandidate, but
459                 -- it's *really* helpful if dictionaries get inlined fast,
460                 -- so I'm experimenting with giving higher priority to data-typed things
461
462         | inlineCandidate bndr rhs = 2  -- Likely to be inlined
463
464         | not (isEmptyCoreRules (idSpecialisation bndr)) = 1
465                 -- Avoid things with specialisations; we'd like
466                 -- to take advantage of them in the subsequent bindings
467
468         | otherwise = 0
469
470     inlineCandidate :: Id -> CoreExpr -> Bool
471     inlineCandidate id (Note InlineMe _) = True
472     inlineCandidate id rhs               = case idOccInfo id of
473                                                 OneOcc _ _ -> True
474                                                 other      -> False
475
476         -- Real example (the Enum Ordering instance from PrelBase):
477         --      rec     f = \ x -> case d of (p,q,r) -> p x
478         --              g = \ x -> case d of (p,q,r) -> q x
479         --              d = (v, f, g)
480         --
481         -- Here, f and g occur just once; but we can't inline them into d.
482         -- On the other hand we *could* simplify those case expressions if
483         -- we didn't stupidly choose d as the loop breaker.
484         -- But we won't because constructor args are marked "Many".
485
486     not_fun_ty ty = not (maybeToBool (splitFunTy_maybe rho_ty))
487                   where
488                     (_, rho_ty) = splitForAllTys 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            -> (UsageDetails, CoreExpr)
506
507 occAnalRhs env id rhs
508   = (final_usage, rhs')
509   where
510     (rhs_usage, rhs') = occAnal (rhsCtxt env) rhs
511
512         -- [March 98] A new wrinkle is that if the binder has specialisations inside
513         -- it then we count the specialised Ids as "extra rhs's".  That way
514         -- the "parent" keeps the specialised "children" alive.  If the parent
515         -- dies (because it isn't referenced any more), then the children will
516         -- die too unless they are already referenced directly.
517
518     final_usage = foldVarSet add rhs_usage (idRuleVars id)
519     add v u = addOneOcc u v NoOccInfo           -- Give a non-committal binder info
520                                                 -- (i.e manyOcc) because many copies
521                                                 -- of the specialised thing can appear
522 \end{code}
523
524 Expressions
525 ~~~~~~~~~~~
526 \begin{code}
527 occAnal :: OccEnv
528         -> CoreExpr
529         -> (UsageDetails,       -- Gives info only about the "interesting" Ids
530             CoreExpr)
531
532 occAnal env (Type t)  = (emptyDetails, Type t)
533
534 occAnal env (Var v) 
535   = (var_uds, Var v)
536   where
537     var_uds | isCandidate env v = unitVarEnv v oneOcc
538             | otherwise         = emptyDetails
539
540     -- At one stage, I gathered the idRuleVars for v here too,
541     -- which in a way is the right thing to do.
542     -- But that went wrong right after specialisation, when
543     -- the *occurrences* of the overloaded function didn't have any
544     -- rules in them, so the *specialised* versions looked as if they
545     -- weren't used at all.
546
547 \end{code}
548
549 We regard variables that occur as constructor arguments as "dangerousToDup":
550
551 \begin{verbatim}
552 module A where
553 f x = let y = expensive x in 
554       let z = (True,y) in 
555       (case z of {(p,q)->q}, case z of {(p,q)->q})
556 \end{verbatim}
557
558 We feel free to duplicate the WHNF (True,y), but that means
559 that y may be duplicated thereby.
560
561 If we aren't careful we duplicate the (expensive x) call!
562 Constructors are rather like lambdas in this way.
563
564 \begin{code}
565 occAnal env expr@(Lit lit) = (emptyDetails, expr)
566 \end{code}
567
568 \begin{code}
569 occAnal env (Note InlineMe body)
570   = case occAnal env body of { (usage, body') -> 
571     (mapVarEnv markMany usage, Note InlineMe body')
572     }
573
574 occAnal env (Note note@(SCC cc) body)
575   = case occAnal env body of { (usage, body') ->
576     (mapVarEnv markInsideSCC usage, Note note body')
577     }
578
579 occAnal env (Note note body)
580   = case occAnal env body of { (usage, body') ->
581     (usage, Note note body')
582     }
583 \end{code}
584
585 \begin{code}
586 occAnal env app@(App fun arg)
587   = occAnalApp env (collectArgs app) False
588
589 -- Ignore type variables altogether
590 --   (a) occurrences inside type lambdas only not marked as InsideLam
591 --   (b) type variables not in environment
592
593 occAnal env expr@(Lam x body) | isTyVar x
594   = case occAnal env body of { (body_usage, body') ->
595     (body_usage, Lam x body')
596     }
597
598 -- For value lambdas we do a special hack.  Consider
599 --      (\x. \y. ...x...)
600 -- If we did nothing, x is used inside the \y, so would be marked
601 -- as dangerous to dup.  But in the common case where the abstraction
602 -- is applied to two arguments this is over-pessimistic.
603 -- So instead, we just mark each binder with its occurrence
604 -- info in the *body* of the multiple lambda.
605 -- Then, the simplifier is careful when partially applying lambdas.
606
607 occAnal env expr@(Lam _ _)
608   = case occAnal env_body body of { (body_usage, body') ->
609     let
610         (final_usage, tagged_binders) = tagBinders body_usage binders
611         --      URGH!  Sept 99: we don't seem to be able to use binders' here, because
612         --      we get linear-typed things in the resulting program that we can't handle yet.
613         --      (e.g. PrelShow)  TODO 
614
615         really_final_usage = if linear then
616                                 final_usage
617                              else
618                                 mapVarEnv markInsideLam final_usage
619     in
620     (really_final_usage,
621      mkLams tagged_binders body') }
622   where
623     (binders, body)   = collectBinders expr
624     (linear, env1, _) = oneShotGroup env binders
625     env2              = env1 `addNewCands` binders      -- Add in-scope binders
626     env_body          = vanillaCtxt env2                        -- Body is (no longer) an RhsContext
627
628 occAnal env (Case scrut bndr alts)
629   = case mapAndUnzip (occAnalAlt alt_env bndr) alts of { (alts_usage_s, alts')   -> 
630     case occAnal (vanillaCtxt env) scrut                    of { (scrut_usage, scrut') ->
631         -- No need for rhsCtxt
632     let
633         alts_usage  = foldr1 combineAltsUsageDetails alts_usage_s
634         alts_usage' = addCaseBndrUsage alts_usage
635         (alts_usage1, tagged_bndr) = tagBinder alts_usage' bndr
636         total_usage = scrut_usage `combineUsageDetails` alts_usage1
637     in
638     total_usage `seq` (total_usage, Case scrut' tagged_bndr alts') }}
639   where
640     alt_env = env `addNewCand` bndr
641
642         -- The case binder gets a usage of either "many" or "dead", never "one".
643         -- Reason: we like to inline single occurrences, to eliminate a binding,
644         -- but inlining a case binder *doesn't* eliminate a binding.
645         -- We *don't* want to transform
646         --      case x of w { (p,q) -> f w }
647         -- into
648         --      case x of w { (p,q) -> f (p,q) }
649     addCaseBndrUsage usage = case lookupVarEnv usage bndr of
650                                 Nothing  -> usage
651                                 Just occ -> extendVarEnv usage bndr (markMany occ)
652
653 occAnal env (Let bind body)
654   = case occAnal new_env body            of { (body_usage, body') ->
655     case occAnalBind env bind body_usage of { (final_usage, new_binds) ->
656        (final_usage, mkLets new_binds body') }}
657   where
658     new_env = env `addNewCands` (bindersOf bind)
659
660 occAnalArgs env args
661   = case mapAndUnzip (occAnal arg_env) args of  { (arg_uds_s, args') ->
662     (foldr combineUsageDetails emptyDetails arg_uds_s, args')}
663   where
664     arg_env = vanillaCtxt env
665 \end{code}
666
667 Applications are dealt with specially because we want
668 the "build hack" to work.
669
670 \begin{code}
671 -- Hack for build, fold, runST
672 occAnalApp env (Var fun, args) is_rhs
673   = case args_stuff of { (args_uds, args') ->
674     let
675         final_uds = fun_uds `combineUsageDetails` args_uds
676     in
677     (final_uds, mkApps (Var fun) args') }
678   where
679     fun_uniq = idUnique fun
680
681     fun_uds | isCandidate env fun = unitVarEnv fun oneOcc
682             | otherwise           = emptyDetails
683
684     args_stuff  | fun_uniq == buildIdKey    = appSpecial env 2 [True,True]  args
685                 | fun_uniq == augmentIdKey  = appSpecial env 2 [True,True]  args
686                 | fun_uniq == foldrIdKey    = appSpecial env 3 [False,True] args
687                 | fun_uniq == runSTRepIdKey = appSpecial env 2 [True]       args
688                         -- (foldr k z xs) may call k many times, but it never
689                         -- shares a partial application of k; hence [False,True]
690                         -- This means we can optimise
691                         --      foldr (\x -> let v = ...x... in \y -> ...v...) z xs
692                         -- by floating in the v
693
694                 | isRhsEnv env,
695                   isDataConId fun || valArgCount args < idArity fun
696                 = case occAnalArgs env args of
697                     (arg_uds, args') -> (mapVarEnv markMany arg_uds, args')
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                 | otherwise = occAnalArgs env args
705
706
707 occAnalApp env (fun, args) is_rhs
708   = case occAnal (addAppCtxt env args) fun of   { (fun_uds, fun') ->
709         -- The addAppCtxt is a bit cunning.  One iteration of the simplifier
710         -- often leaves behind beta redexs like
711         --      (\x y -> e) a1 a2
712         -- Here we would like to mark x,y as one-shot, and treat the whole
713         -- thing much like a let.  We do this by pushing some True items
714         -- onto the context stack.
715
716     case occAnalArgs env args of        { (args_uds, args') ->
717     let
718         final_uds = fun_uds `combineUsageDetails` args_uds
719     in
720     (final_uds, mkApps fun' args') }}
721     
722 appSpecial :: OccEnv 
723            -> Int -> CtxtTy     -- Argument number, and context to use for it
724            -> [CoreExpr]
725            -> (UsageDetails, [CoreExpr])
726 appSpecial env n ctxt args
727   = go n args
728   where
729     arg_env = vanillaCtxt env
730
731     go n [] = (emptyDetails, [])        -- Too few args
732
733     go 1 (arg:args)                     -- The magic arg
734       = case occAnal (setCtxt arg_env ctxt) arg of      { (arg_uds, arg') ->
735         case occAnalArgs env args of                    { (args_uds, args') ->
736         (combineUsageDetails arg_uds args_uds, arg':args') }}
737     
738     go n (arg:args)
739       = case occAnal arg_env arg of     { (arg_uds, arg') ->
740         case go (n-1) args of           { (args_uds, args') ->
741         (combineUsageDetails arg_uds args_uds, arg':args') }}
742 \end{code}
743
744     
745 Case alternatives
746 ~~~~~~~~~~~~~~~~~
747 If the case binder occurs at all, the other binders effectively do too.  
748 For example
749         case e of x { (a,b) -> rhs }
750 is rather like
751         let x = (a,b) in rhs
752 If e turns out to be (e1,e2) we indeed get something like
753         let a = e1; b = e2; x = (a,b) in rhs
754
755 \begin{code}
756 occAnalAlt env case_bndr (con, bndrs, rhs)
757   = case occAnal (env `addNewCands` bndrs) rhs of { (rhs_usage, rhs') ->
758     let
759         (final_usage, tagged_bndrs) = tagBinders rhs_usage bndrs
760         final_bndrs | case_bndr `elemVarEnv` final_usage = bndrs
761                     | otherwise                         = tagged_bndrs
762                 -- Leave the binders untagged if the case 
763                 -- binder occurs at all; see note above
764     in
765     (final_usage, (con, final_bndrs, rhs')) }
766 \end{code}
767
768
769 %************************************************************************
770 %*                                                                      *
771 \subsection[OccurAnal-types]{OccEnv}
772 %*                                                                      *
773 %************************************************************************
774
775 \begin{code}
776 data OccEnv
777   = OccEnv IdSet        -- In-scope Ids; we gather info about these only
778            OccEncl      -- Enclosing context information
779            CtxtTy       -- Tells about linearity
780
781 -- OccEncl is used to control whether to inline into constructor arguments
782 -- For example:
783 --      x = (p,q)               -- Don't inline p or q
784 --      y = /\a -> (p a, q a)   -- Still don't inline p or q
785 --      z = f (p,q)             -- Do inline p,q; it may make a rule fire
786 -- So OccEncl tells enought about the context to know what to do when
787 -- we encounter a contructor application or PAP.
788
789 data OccEncl
790   = OccRhs              -- RHS of let(rec), albeit perhaps inside a type lambda
791                         -- Don't inline into constructor args here
792   | OccVanilla          -- Argument of function, body of lambda, scruintee of case etc.
793                         -- Do inline into constructor args here
794
795 type CtxtTy = [Bool]
796         -- []           No info
797         --
798         -- True:ctxt    Analysing a function-valued expression that will be
799         --                      applied just once
800         --
801         -- False:ctxt   Analysing a function-valued expression that may
802         --                      be applied many times; but when it is, 
803         --                      the CtxtTy inside applies
804
805 initOccEnv :: VarSet -> OccEnv
806 initOccEnv vars = OccEnv vars OccRhs []
807
808 isRhsEnv (OccEnv _ OccRhs     _) = True
809 isRhsEnv (OccEnv _ OccVanilla _) = False
810
811 isCandidate :: OccEnv -> Id -> Bool
812 isCandidate (OccEnv cands encl _) id = id `elemVarSet` cands 
813
814 addNewCands :: OccEnv -> [Id] -> OccEnv
815 addNewCands (OccEnv cands encl ctxt) ids
816   = OccEnv (cands `unionVarSet` mkVarSet ids) encl ctxt
817
818 addNewCand :: OccEnv -> Id -> OccEnv
819 addNewCand (OccEnv cands encl ctxt) id
820   = OccEnv (extendVarSet cands id) encl ctxt
821
822 setCtxt :: OccEnv -> CtxtTy -> OccEnv
823 setCtxt (OccEnv cands encl _) ctxt = OccEnv cands encl ctxt
824
825 oneShotGroup :: OccEnv -> [CoreBndr] -> (Bool, OccEnv, [CoreBndr])
826         -- True <=> this is a one-shot linear lambda group
827         -- The [CoreBndr] are the binders.
828
829         -- The result binders have one-shot-ness set that they might not have had originally.
830         -- This happens in (build (\cn -> e)).  Here the occurrence analyser
831         -- linearity context knows that c,n are one-shot, and it records that fact in
832         -- the binder. This is useful to guide subsequent float-in/float-out tranformations
833
834 oneShotGroup (OccEnv cands encl ctxt) bndrs 
835   = case go ctxt bndrs [] of
836         (new_ctxt, new_bndrs) -> (all is_one_shot new_bndrs, OccEnv cands encl new_ctxt, new_bndrs)
837   where
838     is_one_shot b = isId b && isOneShotLambda b
839
840     go ctxt [] rev_bndrs = (ctxt, reverse rev_bndrs)
841
842     go (lin_ctxt:ctxt) (bndr:bndrs) rev_bndrs
843         | isId bndr = go ctxt bndrs (bndr':rev_bndrs)
844         where
845           bndr' | lin_ctxt  = setOneShotLambda bndr
846                 | otherwise = bndr
847
848     go ctxt (bndr:bndrs) rev_bndrs = go ctxt bndrs (bndr:rev_bndrs)
849
850
851 vanillaCtxt (OccEnv cands _ _) = OccEnv cands OccVanilla []
852 rhsCtxt     (OccEnv cands _ _) = OccEnv cands OccRhs     []
853
854 addAppCtxt (OccEnv cands encl ctxt) args 
855   = OccEnv cands encl (replicate (valArgCount args) True ++ ctxt)
856 \end{code}
857
858 %************************************************************************
859 %*                                                                      *
860 \subsection[OccurAnal-types]{OccEnv}
861 %*                                                                      *
862 %************************************************************************
863
864 \begin{code}
865 type UsageDetails = IdEnv OccInfo       -- A finite map from ids to their usage
866
867 combineUsageDetails, combineAltsUsageDetails
868         :: UsageDetails -> UsageDetails -> UsageDetails
869
870 combineUsageDetails usage1 usage2
871   = plusVarEnv_C addOccInfo usage1 usage2
872
873 combineAltsUsageDetails usage1 usage2
874   = plusVarEnv_C orOccInfo usage1 usage2
875
876 addOneOcc :: UsageDetails -> Id -> OccInfo -> UsageDetails
877 addOneOcc usage id info
878   = plusVarEnv_C addOccInfo usage (unitVarEnv id info)
879         -- ToDo: make this more efficient
880
881 emptyDetails = (emptyVarEnv :: UsageDetails)
882
883 usedIn :: Id -> UsageDetails -> Bool
884 v `usedIn` details =  isExportedId v || v `elemVarEnv` details
885
886 tagBinders :: UsageDetails          -- Of scope
887            -> [Id]                  -- Binders
888            -> (UsageDetails,        -- Details with binders removed
889               [IdWithOccInfo])    -- Tagged binders
890
891 tagBinders usage binders
892  = let
893      usage' = usage `delVarEnvList` binders
894      uss    = map (setBinderOcc usage) binders
895    in
896    usage' `seq` (usage', uss)
897
898 tagBinder :: UsageDetails           -- Of scope
899           -> Id                     -- Binders
900           -> (UsageDetails,         -- Details with binders removed
901               IdWithOccInfo)        -- Tagged binders
902
903 tagBinder usage binder
904  = let
905      usage'  = usage `delVarEnv` binder
906      binder' = setBinderOcc usage binder
907    in
908    usage' `seq` (usage', binder')
909
910 setBinderOcc :: UsageDetails -> CoreBndr -> CoreBndr
911 setBinderOcc usage bndr
912   | isTyVar bndr      = bndr
913   | isExportedId bndr = case idOccInfo bndr of
914                           NoOccInfo -> bndr
915                           other     -> setIdOccInfo bndr NoOccInfo
916             -- Don't use local usage info for visible-elsewhere things
917             -- BUT *do* erase any IAmALoopBreaker annotation, because we're
918             -- about to re-generate it and it shouldn't be "sticky"
919                           
920   | otherwise = setIdOccInfo bndr occ_info
921   where
922     occ_info = lookupVarEnv usage bndr `orElse` IAmDead
923 \end{code}
924
925
926 %************************************************************************
927 %*                                                                      *
928 \subsection{Operations over OccInfo}
929 %*                                                                      *
930 %************************************************************************
931
932 \begin{code}
933 oneOcc :: OccInfo
934 oneOcc = OneOcc False True
935
936 markMany, markInsideLam, markInsideSCC :: OccInfo -> OccInfo
937
938 markMany IAmDead = IAmDead
939 markMany other   = NoOccInfo
940
941 markInsideSCC occ = markMany occ
942
943 markInsideLam (OneOcc _ one_br) = OneOcc True one_br
944 markInsideLam occ               = occ
945
946 addOccInfo, orOccInfo :: OccInfo -> OccInfo -> OccInfo
947
948 addOccInfo IAmDead info2 = info2
949 addOccInfo info1 IAmDead = info1
950 addOccInfo info1 info2   = NoOccInfo
951
952 -- (orOccInfo orig new) is used
953 -- when combining occurrence info from branches of a case
954
955 orOccInfo IAmDead info2 = info2
956 orOccInfo info1 IAmDead = info1
957 orOccInfo (OneOcc in_lam1 one_branch1)
958           (OneOcc in_lam2 one_branch2)
959   = OneOcc (in_lam1 || in_lam2)
960            False        -- False, because it occurs in both branches
961
962 orOccInfo info1 info2 = NoOccInfo
963 \end{code}