e27b0e2e48c8bb9a237d75f0a842c77414cf958d
[ghc-hetmet.git] / ghc / compiler / specialise / Rules.lhs
1 %
2 % (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
3 %
4 \section[CoreRules]{Transformation rules}
5
6 \begin{code}
7 module Rules (
8         RuleBase, prepareRuleBase, lookupRule, 
9         addIdSpecialisations,
10         ProtoCoreRule(..), pprProtoCoreRule,
11         orphanRule
12     ) where
13
14 #include "HsVersions.h"
15
16 import CoreSyn          -- All of it
17 import OccurAnal        ( occurAnalyseExpr, tagBinders, UsageDetails )
18 import BinderInfo       ( markMany )
19 import CoreFVs          ( exprFreeVars, idRuleVars, ruleSomeLhsFreeVars )
20 import CoreUnfold       ( isCheapUnfolding, unfoldingTemplate )
21 import CoreUtils        ( eqExpr )
22 import PprCore          ( pprCoreRule )
23 import Subst            ( Subst, InScopeSet, substBndr, lookupSubst, extendSubst,
24                           mkSubst, substEnv, setSubstEnv, emptySubst, isInScope,
25                           unBindSubst, bindSubstList, unBindSubstList, substInScope
26                         )
27 import Id               ( Id, getIdUnfolding, 
28                           getIdSpecialisation, setIdSpecialisation,
29                           setIdNoDiscard, maybeModifyIdInfo, modifyIdInfo
30                         ) 
31 import IdInfo           ( zapLamIdInfo, setSpecInfo, specInfo )
32 import Name             ( Name, isLocallyDefined )
33 import Var              ( isTyVar, isId )
34 import VarSet
35 import VarEnv
36 import Type             ( mkTyVarTy, getTyVar_maybe )
37 import qualified Unify  ( match )
38 import CmdLineOpts      ( opt_D_dump_simpl, opt_D_verbose_core2core )
39
40 import UniqFM
41 import ErrUtils         ( dumpIfSet )
42 import Outputable
43 import Maybes           ( maybeToBool )
44 import List             ( partition )
45 import Util             ( sortLt )
46 \end{code}
47
48
49 %************************************************************************
50 %*                                                                      *
51 \subsection[specialisation-IdInfo]{Specialisation info about an @Id@}
52 %*                                                                      *
53 %************************************************************************
54
55 A @CoreRule@ holds details of one rule for an @Id@, which
56 includes its specialisations.
57
58 For example, if a rule for @f@ contains the mapping:
59 \begin{verbatim}
60         forall a b d. [Type (List a), Type b, Var d]  ===>  f' a b
61 \end{verbatim}
62 then when we find an application of f to matching types, we simply replace
63 it by the matching RHS:
64 \begin{verbatim}
65         f (List Int) Bool dict ===>  f' Int Bool
66 \end{verbatim}
67 All the stuff about how many dictionaries to discard, and what types
68 to apply the specialised function to, are handled by the fact that the
69 Rule contains a template for the result of the specialisation.
70
71 There is one more exciting case, which is dealt with in exactly the same
72 way.  If the specialised value is unboxed then it is lifted at its
73 definition site and unlifted at its uses.  For example:
74
75         pi :: forall a. Num a => a
76
77 might have a specialisation
78
79         [Int#] ===>  (case pi' of Lift pi# -> pi#)
80
81 where pi' :: Lift Int# is the specialised version of pi.
82
83
84 %************************************************************************
85 %*                                                                      *
86 \subsection{Matching}
87 %*                                                                      *
88 %************************************************************************
89
90 \begin{code}
91 matchRules :: InScopeSet -> [CoreRule] -> [CoreExpr] -> Maybe (FAST_STRING, CoreExpr, [CoreExpr])
92 -- See comments on matchRule
93 matchRules in_scope [] args = Nothing
94 matchRules in_scope (rule:rules) args
95   = case matchRule in_scope rule args of
96         Just result -> Just result
97         Nothing     -> matchRules in_scope rules args
98
99
100 matchRule :: InScopeSet -> CoreRule -> [CoreExpr] -> Maybe (FAST_STRING, CoreExpr, [CoreExpr])
101
102 -- If (matchRule rule args) returns Just (name,rhs,args')
103 -- then (f args) matches the rule, and the corresponding
104 -- rewritten RHS is (rhs args').
105 --
106 -- The bndrs and rhs is occurrence-analysed
107 --
108 --      Example
109 --
110 -- The rule
111 --      forall f g x. map f (map g x) ==> map (f . g) x
112 -- is stored
113 --      CoreRule "map/map" 
114 --               [f,g,x]                -- tpl_vars
115 --               [f,map g x]            -- tpl_args
116 --               map (f.g) x)           -- rhs
117 --        
118 -- Then the call: matchRule the_rule [e1,map e2 e3]
119 --        = Just ("map/map", \f,g,x -> rhs, [e1,e2,e3])
120 --
121 -- Any 'surplus' arguments in the input are simply put on the end
122 -- of the output.
123 --
124 -- ASSUMPTION (A):
125 --      A1. No top-level variable is bound in the target
126 --      A2. No template variable  is bound in the target
127 --      A3. No lambda bound template variable is free in any subexpression of the target
128 --
129 -- To see why A1 is necessary, consider matching
130 --      \x->f      against    \f->f
131 -- When we meet the lambdas we substitute [f/x] in the template (a no-op),
132 -- and then erroneously succeed in matching f against f.
133 --
134 -- To see why A2 is needed consider matching 
135 --      forall a. \b->b    against   \a->3
136 -- When we meet the lambdas we substitute [a/b] in the template, and then
137 -- erroneously succeed in matching what looks like the template variable 'a' against 3.
138 --
139 -- A3 is needed to validate the rule that says
140 --      (\x->E) matches F
141 -- if
142 --      (\x->E) matches (\x->F x)
143
144
145 matchRule in_scope rule@(Rule rn tpl_vars tpl_args rhs) args
146   = go tpl_args args emptySubst
147         -- We used to use the in_scope set, but I don't think that's necessary
148         -- After all, the result is going to be simplified again with that in_scope set
149  where
150    tpl_var_set = mkVarSet tpl_vars
151
152    -----------------------
153         -- Do the business
154    go (tpl_arg:tpl_args) (arg:args) subst = match tpl_arg arg tpl_var_set (go tpl_args args) subst
155
156         -- Two easy ways to terminate
157    go []                 []         subst = Just (rn, mkLams tpl_vars rhs, mk_result_args subst tpl_vars)
158    go []                 args       subst = Just (rn, mkLams tpl_vars rhs, mk_result_args subst tpl_vars ++ args)
159
160         -- One tiresome way to terminate: check for excess unmatched
161         -- template arguments
162    go tpl_args           []         subst = Nothing     -- Failure
163
164
165 {-      The code below tries to match even if there are more 
166         template args than real args.
167
168         I now think this is probably a bad idea.
169         Should the template (map f xs) match (map g)?  I think not.
170         For a start, in general eta expansion wastes work.
171         SLPJ July 99
172
173       = case eta_complete tpl_args (mkVarSet leftovers) of
174             Just leftovers' -> Just (rn, mkLams done (mkLams leftovers' rhs), 
175                                      mk_result_args subst done)
176             Nothing         -> Nothing  -- Failure
177       where
178         (done, leftovers) = partition (\v -> maybeToBool (lookupSubstEnv subst_env v))
179                                       (map zapOccInfo tpl_vars)
180                 -- Zap the occ info 
181         subst_env = substEnv subst
182                                                 
183    -----------------------
184    eta_complete [] vars = ASSERT( isEmptyVarSet vars )
185                           Just []
186    eta_complete (Type ty:tpl_args) vars
187         = case getTyVar_maybe ty of
188                 Just tv |  tv `elemVarSet` vars
189                         -> case eta_complete tpl_args (vars `delVarSet` tv) of
190                                 Just vars' -> Just (tv:vars')
191                                 Nothing    -> Nothing
192                 other   -> Nothing
193
194    eta_complete (Var v:tpl_args) vars
195         | v `elemVarSet` vars
196         = case eta_complete tpl_args (vars `delVarSet` v) of
197                 Just vars' -> Just (v:vars')
198                 Nothing    -> Nothing
199
200    eta_complete other vars = Nothing
201 -}
202
203    -----------------------
204    mk_result_args subst vs = map go vs
205         where   
206           senv = substEnv subst
207           go v = case lookupSubstEnv senv v of
208                         Just (DoneEx ex) -> ex
209                         Just (DoneTy ty) -> Type ty
210                         -- Substitution should bind them all!
211
212
213 zapOccInfo bndr | isTyVar bndr = bndr
214                 | otherwise    = maybeModifyIdInfo zapLamIdInfo bndr
215 \end{code}
216
217 \begin{code}
218 type Matcher result =  IdOrTyVarSet             -- Template variables
219                     -> (Subst -> Maybe result)  -- Continuation if success
220                     -> Subst  -> Maybe result   -- Substitution so far -> result
221 -- The *SubstEnv* in these Substs apply to the TEMPLATE only 
222
223 -- The *InScopeSet* in these Substs gives variables bound so far in the
224 --      target term.  So when matching forall a. (\x. a x) against (\y. y y)
225 --      while processing the body of the lambdas, the in-scope set will be {y}.
226 --      That lets us do the occurs-check when matching 'a' against 'y'
227
228 match :: CoreExpr               -- Template
229       -> CoreExpr               -- Target
230       -> Matcher result
231
232 match_fail = Nothing
233
234 match (Var v1) e2 tpl_vars kont subst
235   = case lookupSubst subst v1 of
236         Nothing | v1 `elemVarSet` tpl_vars      -- v1 is a template variable
237                 -> if (any (`isInScope` subst) (varSetElems (exprFreeVars e2))) then
238                          match_fail             -- Occurs check failure
239                                                 -- e.g. match forall a. (\x-> a x) against (\y. y y)
240                    else
241                          kont (extendSubst subst v1 (DoneEx e2))
242
243
244                 | eqExpr (Var v1) e2             -> kont subst
245                         -- v1 is not a template variable, so it must be a global constant
246
247         Just (DoneEx e2')  | eqExpr e2'       e2 -> kont subst
248
249         other -> match_fail
250
251 match (Con c1 es1) (Con c2 es2) tpl_vars kont subst
252   | c1 == c2
253   = matches es1 es2 tpl_vars kont subst
254
255 match (App f1 a1) (App f2 a2) tpl_vars kont subst
256   = match f1 f2 tpl_vars (match a1 a2 tpl_vars kont) subst
257
258 match (Lam x1 e1) (Lam x2 e2) tpl_vars kont subst
259   = bind [x1] [x2] (match e1 e2) tpl_vars kont subst
260
261 -- This rule does eta expansion
262 --              (\x.M)  ~  N    iff     M  ~  N x
263 -- See assumption A3
264 match (Lam x1 e1) e2 tpl_vars kont subst
265   = bind [x1] [x1] (match e1 (App e2 (mkVarArg x1))) tpl_vars kont subst
266
267 -- Eta expansion the other way
268 --      M  ~  (\y.N)    iff   \y.M y  ~  \y.N
269 --                      iff   M y     ~  N
270 -- Remembering that by (A), y can't be free in M, we get this
271 match e1 (Lam x2 e2) tpl_vars kont subst
272   = bind [new_id] [x2] (match (App e1 (mkVarArg new_id)) e2) tpl_vars kont subst
273   where
274     new_id = uniqAway (substInScope subst) x2
275         -- This uniqAway is actually needed.  Here's the example:
276         --  rule:       foldr (mapFB (:) f) [] = mapList
277         --  target:     foldr (\x. mapFB k f x) []
278         --            where
279         --              k = \x. mapFB ... x
280         -- The first \x is ok, but when we inline k, hoping it might
281         -- match (:) we find a second \x.
282
283 match (Case e1 x1 alts1) (Case e2 x2 alts2) tpl_vars kont subst
284   = match e1 e2 tpl_vars case_kont subst
285   where
286     case_kont subst = bind [x1] [x2] (match_alts alts1 (sortLt lt_alt alts2))
287                                      tpl_vars kont subst
288
289 match (Type ty1) (Type ty2) tpl_vars kont subst
290   = match_ty ty1 ty2 tpl_vars kont subst
291
292 match (Note (Coerce to1 from1) e1) (Note (Coerce to2 from2) e2)
293       tpl_vars kont subst
294   = (match_ty to1   to2   tpl_vars $
295      match_ty from1 from2 tpl_vars $
296      match e1 e2 tpl_vars kont) subst
297
298
299 {-      I don't buy this let-rule any more
300         The let rule fails on matching
301                 forall f,x,xs. f (x:xs)
302         against
303                 f (let y = e in (y:[]))
304         because we just get x->y, which is bogus.
305
306 -- This is an interesting rule: we simply ignore lets in the 
307 -- term being matched against!  The unfolding inside it is (by assumption)
308 -- already inside any occurrences of the bound variables, so we'll expand
309 -- them when we encounter them.  Meanwhile, we can't get false matches because
310 -- (also by assumption) the term being matched has no shadowing.
311 match e1 (Let bind e2) tpl_vars kont subst
312   = match e1 e2 tpl_vars kont subst
313 -}
314
315 -- Here is another important rule: if the term being matched is a
316 -- variable, we expand it so long as its unfolding is a WHNF
317 -- (Its occurrence information is not necessarily up to date,
318 --  so we don't use it.)
319 match e1 (Var v2) tpl_vars kont subst
320   | isCheapUnfolding unfolding
321   = match e1 (unfoldingTemplate unfolding) tpl_vars kont subst
322   where
323     unfolding = getIdUnfolding v2
324
325
326 -- We can't cope with lets in the template
327
328 match e1 e2 tpl_vars kont subst = match_fail
329
330
331 ------------------------------------------
332 match_alts [] [] tpl_vars kont subst
333   = kont subst
334 match_alts ((c1,vs1,r1):alts1) ((c2,vs2,r2):alts2) tpl_vars kont subst
335   | c1 == c2
336   = bind vs1 vs2 (match r1 r2) tpl_vars
337                  (match_alts alts1 alts2 tpl_vars kont)
338                  subst
339 match_alts alts1 alts2 tpl_vars kont subst = match_fail
340
341 lt_alt (con1, _, _) (con2, _, _) = con1 < con2
342
343 ----------------------------------------
344 bind :: [CoreBndr]      -- Template binders
345      -> [CoreBndr]      -- Target binders
346      -> Matcher result
347      -> Matcher result
348 -- This makes uses of assumption (A) above.  For example,
349 -- this would fail:
350 --      Template: (\x.y)        (y is free)
351 --      Target  : (\y.y)        (y is bound)
352 -- We rename x to y in the template... but then erroneously
353 -- match y against y.  But this can't happen because of (A)
354 bind vs1 vs2 matcher tpl_vars kont subst
355   = WARN( not (all not_in_subst vs1), bug_msg )
356     matcher tpl_vars kont' subst'
357   where
358     kont' subst'' = kont (unBindSubstList subst'' vs1 vs2)
359     subst'        = bindSubstList subst vs1 vs2
360
361         -- The unBindSubst relies on no shadowing in the template
362     not_in_subst v = not (maybeToBool (lookupSubst subst v))
363     bug_msg = sep [ppr vs1, ppr vs2]
364
365 ----------------------------------------
366 match_ty ty1 ty2 tpl_vars kont subst
367   = case Unify.match ty1 ty2 tpl_vars Just (substEnv subst) of
368         Nothing    -> match_fail
369         Just senv' -> kont (setSubstEnv subst senv') 
370
371 ----------------------------------------
372 matches [] [] tpl_vars kont subst 
373   = kont subst
374 matches (e:es) (e':es') tpl_vars kont subst
375   = match e e' tpl_vars (matches es es' tpl_vars kont) subst
376 matches es es' tpl_vars kont subst 
377   = match_fail
378
379 ----------------------------------------
380 mkVarArg :: CoreBndr -> CoreArg
381 mkVarArg v | isId v    = Var v
382            | otherwise = Type (mkTyVarTy v)
383 \end{code}
384
385 %************************************************************************
386 %*                                                                      *
387 \subsection{Adding a new rule}
388 %*                                                                      *
389 %************************************************************************
390
391 \begin{code}
392 addRule :: Id -> CoreRules -> CoreRule -> CoreRules
393
394 -- Insert the new rule just before a rule that is *less specific*
395 -- than the new one; or at the end if there isn't such a one.
396 -- In this way we make sure that when looking up, the first match
397 -- is the most specific.
398 --
399 -- We make no check for rules that unify without one dominating
400 -- the other.   Arguably this would be a bug.
401
402 addRule id (Rules rules rhs_fvs) (Rule str tpl_vars tpl_args rhs)
403   = Rules (insert rules) (rhs_fvs `unionVarSet` new_rhs_fvs)
404   where
405     new_rule = Rule str tpl_vars' tpl_args rhs'
406                 -- Add occ info to tpl_vars, rhs
407
408     (rhs_uds, rhs')       = occurAnalyseExpr isLocallyDefined rhs
409     (rhs_uds1, tpl_vars') = tagBinders rhs_uds tpl_vars
410
411     insert []                                       = [new_rule]
412     insert (rule:rules) | new_is_more_specific rule = (new_rule:rule:rules)
413                         | otherwise                 = rule : insert rules
414
415     new_is_more_specific rule = maybeToBool (matchRule tpl_var_set rule tpl_args)
416
417     tpl_var_set = mkVarSet tpl_vars'
418         -- Actually we should probably include the free vars of tpl_args,
419         -- but I can't be bothered
420
421     new_rhs_fvs = (exprFreeVars rhs' `minusVarSet` tpl_var_set) `delVarSet` id
422         -- Hack alert!
423         -- Don't include the Id in its own rhs free-var set.
424         -- Otherwise the occurrence analyser makes bindings recursive
425         -- that shoudn't be.  E.g.
426         --      RULE:  f (f x y) z  ==>  f x (f y z)
427
428 addIdSpecialisations :: Id -> [([CoreBndr], [CoreExpr], CoreExpr)] -> Id
429 addIdSpecialisations id spec_stuff
430   = setIdSpecialisation id new_rules
431   where
432     rule_name = _PK_ ("SPEC " ++ showSDoc (ppr id))
433     new_rules = foldr add (getIdSpecialisation id) spec_stuff
434     add (vars, args, rhs) rules = addRule id rules (Rule rule_name vars args rhs)
435 \end{code}
436
437
438 %************************************************************************
439 %*                                                                      *
440 \subsection{Preparing the rule base
441 %*                                                                      *
442 %************************************************************************
443
444 \begin{code}
445 data ProtoCoreRule 
446   = ProtoCoreRule 
447         Bool            -- True <=> this rule was defined in this module,
448         Id              -- What Id is it for
449         CoreRule        -- The rule itself
450         
451
452 pprProtoCoreRule (ProtoCoreRule _ fn rule) = pprCoreRule (Just fn) rule
453
454 lookupRule :: InScopeSet -> Id -> [CoreExpr] -> Maybe (FAST_STRING, CoreExpr, [CoreExpr])
455 lookupRule in_scope fn args
456   = case getIdSpecialisation fn of
457         Rules rules _ -> matchRules in_scope rules args
458
459 orphanRule :: ProtoCoreRule -> Bool
460 -- An "orphan rule" is one that is defined in this 
461 -- module, but of ran *imported* function.  We need
462 -- to track these separately when generating the interface file
463 orphanRule (ProtoCoreRule local fn _)
464   = local && not (isLocallyDefined fn)
465 \end{code}
466
467
468 %************************************************************************
469 %*                                                                      *
470 \subsection{Getting the rules ready}
471 %*                                                                      *
472 %************************************************************************
473
474 \begin{code}
475 type RuleBase = (IdSet,         -- Imported Ids that have rules attached
476                  IdSet)         -- Ids (whether local or imported) mentioned on 
477                                 -- LHS of some rule; these should be black listed
478
479 -- The rule Ids and LHS Ids are black-listed; that is, they aren't inlined
480 -- so that the opportunity to apply the rule isn't lost too soon
481
482 prepareRuleBase :: [CoreBind] -> [ProtoCoreRule] -> ([CoreBind], RuleBase)
483 prepareRuleBase binds rules
484   = (map zap_bind binds, (imported_rule_ids, rule_lhs_fvs))
485   where
486     (rule_ids, rule_lhs_fvs) = foldr add_rule (emptyVarSet, emptyVarSet) rules
487     imported_rule_ids = filterVarSet (not . isLocallyDefined) rule_ids
488
489         -- rule_fvs is the set of all variables mentioned in rules
490     rule_fvs = foldVarSet (unionVarSet . idRuleVars) rule_lhs_fvs rule_ids
491
492         -- Attach the rules for each locally-defined Id to that Id.
493         --      - This makes the rules easier to look up
494         --      - It means that transformation rules and specialisations for
495         --        locally defined Ids are handled uniformly
496         --      - It keeps alive things that are referred to only from a rule
497         --        (the occurrence analyser knows about rules attached to Ids)
498         --      - It makes sure that, when we apply a rule, the free vars
499         --        of the RHS are more likely to be in scope
500         --
501         -- The LHS and RHS Ids are marked 'no-discard'. 
502         -- This means that the binding won't be discarded EVEN if the binding
503         -- ends up being trivial (v = w) -- the simplifier would usually just 
504         -- substitute w for v throughout, but we don't apply the substitution to
505         -- the rules (maybe we should?), so this substitution would make the rule
506         -- bogus.
507     zap_bind (NonRec b r) = NonRec (zap_bndr b) r
508     zap_bind (Rec prs)    = Rec [(zap_bndr b, r) | (b,r) <- prs]
509
510     zap_bndr bndr = case lookupVarSet rule_ids bndr of
511                           Just bndr'                           -> setIdNoDiscard bndr'
512                           Nothing | bndr `elemVarSet` rule_fvs -> setIdNoDiscard bndr
513                                   | otherwise                  -> bndr
514                   
515 add_rule (ProtoCoreRule _ id rule)
516          (rule_id_set, rule_fvs)
517   = (rule_id_set `extendVarSet` new_id,
518      rule_fvs `unionVarSet` extendVarSet lhs_fvs id)
519   where
520     new_id = case lookupVarSet rule_id_set id of
521                 Just id' -> addRuleToId id' rule
522                 Nothing  -> addRuleToId id  rule
523     lhs_fvs = ruleSomeLhsFreeVars isId rule
524         -- Find *all* the free Ids of the LHS, not just
525         -- locally defined ones!!
526
527 addRuleToId id rule = setIdSpecialisation id (addRule id (getIdSpecialisation id) rule)
528 \end{code}
529