8648cb66fd582b27d0dfc1fa0127963fe1b17579
[ghc-hetmet.git] / ghc / compiler / stranal / DmdAnal.lhs
1 %
2 % (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1993-1998
3 %
4
5                         -----------------
6                         A demand analysis
7                         -----------------
8
9 \begin{code}
10 module DmdAnal ( dmdAnalPgm, dmdAnalTopRhs, 
11                  both {- needed by WwLib -}
12    ) where
13
14 #include "HsVersions.h"
15
16 import CmdLineOpts      ( DynFlags, DynFlag(..), opt_MaxWorkerArgs )
17 import NewDemand        -- All of it
18 import CoreSyn
19 import PprCore  
20 import CoreUtils        ( exprIsValue, exprArity )
21 import DataCon          ( dataConTyCon )
22 import TyCon            ( isProductTyCon, isRecursiveTyCon )
23 import Id               ( Id, idType, idDemandInfo, idInlinePragma,
24                           isDataConId, isGlobalId, idArity,
25                           idNewStrictness, idNewStrictness_maybe, getNewStrictness, setIdNewStrictness,
26                           idNewDemandInfo, setIdNewDemandInfo, newStrictnessFromOld )
27 import IdInfo           ( newDemand )
28 import Var              ( Var )
29 import VarEnv
30 import UniqFM           ( plusUFM_C, addToUFM_Directly, lookupUFM_Directly,
31                           keysUFM, minusUFM, ufmToList, filterUFM )
32 import Type             ( isUnLiftedType )
33 import CoreLint         ( showPass, endPass )
34 import Util             ( mapAndUnzip, mapAccumL, mapAccumR, lengthIs, equalLength )
35 import BasicTypes       ( Arity, TopLevelFlag(..), isTopLevel, isNeverActive )
36 import Maybes           ( orElse, expectJust )
37 import Outputable
38 \end{code}
39
40 To think about
41
42 * set a noinline pragma on bottoming Ids
43
44 * Consider f x = x+1 `fatbar` error (show x)
45   We'd like to unbox x, even if that means reboxing it in the error case.
46
47 \begin{code}
48 instance Outputable TopLevelFlag where
49   ppr flag = empty
50 \end{code}
51
52 %************************************************************************
53 %*                                                                      *
54 \subsection{Top level stuff}
55 %*                                                                      *
56 %************************************************************************
57
58 \begin{code}
59 dmdAnalPgm :: DynFlags -> [CoreBind] -> IO [CoreBind]
60 dmdAnalPgm dflags binds
61   = do {
62         showPass dflags "Demand analysis" ;
63         let { binds_plus_dmds = do_prog binds ;
64               dmd_changes = get_changes binds_plus_dmds } ;
65         endPass dflags "Demand analysis" 
66                 Opt_D_dump_stranal binds_plus_dmds ;
67 #ifdef DEBUG
68         -- Only if DEBUG is on, because only then is the old strictness analyser run
69         printDump (text "Changes in demands" $$ dmd_changes) ;
70 #endif
71         return binds_plus_dmds
72     }
73   where
74     do_prog :: [CoreBind] -> [CoreBind]
75     do_prog binds = snd $ mapAccumL dmdAnalTopBind emptySigEnv binds
76
77 dmdAnalTopBind :: SigEnv
78                -> CoreBind 
79                -> (SigEnv, CoreBind)
80 dmdAnalTopBind sigs (NonRec id rhs)
81   = let
82         (    _, _, (_,   rhs1)) = dmdAnalRhs TopLevel sigs (id, rhs)
83         (sigs2, _, (id2, rhs2)) = dmdAnalRhs TopLevel sigs (id, rhs1)
84                 -- Do two passes to improve CPR information
85                 -- See the comments with mkSigTy.ignore_cpr_info below
86     in
87     (sigs2, NonRec id2 rhs2)    
88
89 dmdAnalTopBind sigs (Rec pairs)
90   = let
91         (sigs', _, pairs')  = dmdFix TopLevel sigs pairs
92                 -- We get two iterations automatically
93     in
94     (sigs', Rec pairs')
95 \end{code}
96
97 \begin{code}
98 dmdAnalTopRhs :: CoreExpr -> (StrictSig, CoreExpr)
99 -- Analyse the RHS and return
100 --      a) appropriate strictness info
101 --      b) the unfolding (decorated with stricntess info)
102 dmdAnalTopRhs rhs
103   = (sig, rhs')
104   where
105     arity          = exprArity rhs
106     (rhs_ty, rhs') = dmdAnal emptySigEnv (vanillaCall arity) rhs
107     sig            = mkTopSigTy rhs rhs_ty
108 \end{code}
109
110 %************************************************************************
111 %*                                                                      *
112 \subsection{The analyser itself}        
113 %*                                                                      *
114 %************************************************************************
115
116 \begin{code}
117 dmdAnal :: SigEnv -> Demand -> CoreExpr -> (DmdType, CoreExpr)
118
119 dmdAnal sigs Abs  e = (topDmdType, e)
120 dmdAnal sigs Bot  e = (botDmdType, e)
121
122 dmdAnal sigs Lazy e = let 
123                         (res_ty, e') = dmdAnal sigs Eval e
124                       in
125                       (deferType res_ty, e')
126         -- It's important not to analyse e with a lazy demand because
127         -- a) When we encounter   case s of (a,b) -> 
128         --      we demand s with U(d1d2)... but if the overall demand is lazy
129         --      that is wrong, and we'd need to reduce the demand on s,
130         --      which is inconvenient
131         -- b) More important, consider
132         --      f (let x = R in x+x), where f is lazy
133         --    We still want to mark x as demanded, because it will be when we
134         --    enter the let.  If we analyse f's arg with a Lazy demand, we'll
135         --    just mark x as Lazy
136         -- c) The application rule wouldn't be right either
137         --    Evaluating (f x) in a L demand does *not* cause
138         --    evaluation of f in a C(L) demand!
139
140
141 dmdAnal sigs dmd (Lit lit)
142   = (topDmdType, Lit lit)
143
144 dmdAnal sigs dmd (Var var)
145   = (dmdTransform sigs var dmd, Var var)
146
147 dmdAnal sigs dmd (Note n e)
148   = (dmd_ty, Note n e')
149   where
150     (dmd_ty, e') = dmdAnal sigs dmd' e  
151     dmd' = case n of
152              Coerce _ _ -> Eval   -- This coerce usually arises from a recursive
153              other      -> dmd    -- newtype, and we don't want to look inside them
154                                   -- for exactly the same reason that we don't look
155                                   -- inside recursive products -- we might not reach
156                                   -- a fixpoint.  So revert to a vanilla Eval demand
157
158 dmdAnal sigs dmd (App fun (Type ty))
159   = (fun_ty, App fun' (Type ty))
160   where
161     (fun_ty, fun') = dmdAnal sigs dmd fun
162
163 -- Lots of the other code is there to make this
164 -- beautiful, compositional, application rule :-)
165 dmdAnal sigs dmd e@(App fun arg)        -- Non-type arguments
166   = let                         -- [Type arg handled above]
167         (fun_ty, fun')    = dmdAnal sigs (Call dmd) fun
168         (arg_ty, arg')    = dmdAnal sigs arg_dmd arg
169         (arg_dmd, res_ty) = splitDmdTy fun_ty
170     in
171     (res_ty `bothType` arg_ty, App fun' arg')
172
173 dmdAnal sigs dmd (Lam var body)
174   | isTyVar var
175   = let   
176         (body_ty, body') = dmdAnal sigs dmd body
177     in
178     (body_ty, Lam var body')
179
180   | Call body_dmd <- dmd        -- A call demand: good!
181   = let 
182         (body_ty, body') = dmdAnal sigs body_dmd body
183         (lam_ty, var')   = annotateLamIdBndr body_ty var
184     in
185     (lam_ty, Lam var' body')
186
187   | otherwise   -- Not enough demand on the lambda; but do the body
188   = let         -- anyway to annotate it and gather free var info
189         (body_ty, body') = dmdAnal sigs Eval body
190         (lam_ty, var')   = annotateLamIdBndr body_ty var
191     in
192     (deferType lam_ty, Lam var' body')
193
194 dmdAnal sigs dmd (Case scrut case_bndr [alt@(DataAlt dc,bndrs,rhs)])
195   | let tycon = dataConTyCon dc,
196     isProductTyCon tycon,
197     not (isRecursiveTyCon tycon)
198   = let
199         sigs_alt              = extendSigEnv NotTopLevel sigs case_bndr case_bndr_sig
200         (alt_ty, alt')        = dmdAnalAlt sigs_alt dmd alt
201         (alt_ty1, case_bndr') = annotateBndr alt_ty case_bndr
202         (_, bndrs', _)        = alt'
203         case_bndr_sig         = StrictSig (mkDmdType emptyVarEnv [] RetCPR)
204                 -- Inside the alternative, the case binder has the CPR property.
205                 -- Meaning that a case on it will successfully cancel.
206                 -- Example:
207                 --      f True  x = case x of y { I# x' -> if x' ==# 3 then y else I# 8 }
208                 --      f False x = I# 3
209                 --      
210                 -- We want f to have the CPR property:
211                 --      f b x = case fw b x of { r -> I# r }
212                 --      fw True  x = case x of y { I# x' -> if x' ==# 3 then x' else 8 }
213                 --      fw False x = 3
214
215         -- Figure out whether the demand on the case binder is used, and use
216         -- that to set the scrut_dmd.  This is utterly essential.
217         -- Consider     f x = case x of y { (a,b) -> k y a }
218         -- If we just take scrut_demand = U(L,A), then we won't pass x to the
219         -- worker, so the worker will rebuild 
220         --      x = (a, absent-error)
221         -- and that'll crash.
222         -- So at one stage I had:
223         --      dead_case_bndr           = isAbsentDmd (idNewDemandInfo case_bndr')
224         --      keepity | dead_case_bndr = Drop
225         --              | otherwise      = Keep         
226         --
227         -- But then consider
228         --      case x of y { (a,b) -> h y + a }
229         -- where h : U(LL) -> T
230         -- The above code would compute a Keep for x, since y is not Abs, which is silly
231         -- The insight is, of course, that a demand on y is a demand on the
232         -- scrutinee, so we need to `both` it with the scrut demand
233
234         scrut_dmd          = mkSeq Drop [idNewDemandInfo b | b <- bndrs', isId b]
235                                    `both`
236                              idNewDemandInfo case_bndr'
237
238         (scrut_ty, scrut') = dmdAnal sigs scrut_dmd scrut
239     in
240     (alt_ty1 `bothType` scrut_ty, Case scrut' case_bndr' [alt'])
241
242 dmdAnal sigs dmd (Case scrut case_bndr alts)
243   = let
244         (alt_tys, alts')        = mapAndUnzip (dmdAnalAlt sigs dmd) alts
245         (scrut_ty, scrut')      = dmdAnal sigs Eval scrut
246         (alt_ty, case_bndr')    = annotateBndr (foldr1 lubType alt_tys) case_bndr
247     in
248 --    pprTrace "dmdAnal:Case" (ppr alts $$ ppr alt_tys)
249     (alt_ty `bothType` scrut_ty, Case scrut' case_bndr' alts')
250
251 dmdAnal sigs dmd (Let (NonRec id rhs) body) 
252   = let
253         (sigs', lazy_fv, (id1, rhs')) = dmdAnalRhs NotTopLevel sigs (id, rhs)
254         (body_ty, body')              = dmdAnal sigs' dmd body
255         (body_ty1, id2)               = annotateBndr body_ty id1
256         body_ty2                      = addLazyFVs body_ty1 lazy_fv
257     in
258     (let vanilla_dmd = vanillaCall (idArity id)
259          actual_dmd  = idNewDemandInfo id2
260      in
261      if not (vanilla_dmd `betterDemand` actual_dmd) then
262         pprTrace "dmdLet: better demand" (ppr id <+> vcat [text "vanilla" <+> ppr vanilla_dmd,
263                                                            text "actual" <+> ppr actual_dmd])
264      else \x -> x)
265     (body_ty2, Let (NonRec id2 rhs') body')    
266
267 dmdAnal sigs dmd (Let (Rec pairs) body) 
268   = let
269         bndrs                    = map fst pairs
270         (sigs', lazy_fv, pairs') = dmdFix NotTopLevel sigs pairs
271         (body_ty, body')         = dmdAnal sigs' dmd body
272         body_ty1                 = addLazyFVs body_ty lazy_fv
273     in
274     sigs' `seq` body_ty `seq`
275     let
276         (body_ty2, _) = annotateBndrs body_ty1 bndrs
277                 -- Don't bother to add demand info to recursive
278                 -- binders as annotateBndr does; 
279                 -- being recursive, we can't treat them strictly.
280                 -- But we do need to remove the binders from the result demand env
281     in
282     (body_ty2,  Let (Rec pairs') body')
283
284
285 dmdAnalAlt sigs dmd (con,bndrs,rhs) 
286   = let 
287         (rhs_ty, rhs')   = dmdAnal sigs dmd rhs
288         (alt_ty, bndrs') = annotateBndrs rhs_ty bndrs
289     in
290     (alt_ty, (con, bndrs', rhs'))
291 \end{code}
292
293 %************************************************************************
294 %*                                                                      *
295 \subsection{Bindings}
296 %*                                                                      *
297 %************************************************************************
298
299 \begin{code}
300 dmdFix :: TopLevelFlag
301        -> SigEnv                -- Does not include bindings for this binding
302        -> [(Id,CoreExpr)]
303        -> (SigEnv, DmdEnv,
304            [(Id,CoreExpr)])     -- Binders annotated with stricness info
305
306 dmdFix top_lvl sigs orig_pairs
307   = loop 1 initial_sigs orig_pairs
308   where
309     bndrs        = map fst orig_pairs
310     initial_sigs = extendSigEnvList sigs [(id, (initial_sig id, top_lvl)) | id <- bndrs]
311     
312     loop :: Int
313          -> SigEnv                      -- Already contains the current sigs
314          -> [(Id,CoreExpr)]             
315          -> (SigEnv, DmdEnv, [(Id,CoreExpr)])
316     loop n sigs pairs
317       | all (same_sig sigs sigs') bndrs 
318       = (sigs', lazy_fv, pairs')
319                 -- Note: use pairs', not pairs.   pairs' is the result of 
320                 -- processing the RHSs with sigs (= sigs'), whereas pairs 
321                 -- is the result of processing the RHSs with the *previous* 
322                 -- iteration of sigs.
323       | n >= 10       = pprTrace "dmdFix loop" (ppr n <+> (vcat 
324                                 [ text "Sigs:" <+> ppr [(id,lookup sigs id, lookup sigs' id) | (id,_) <- pairs],
325                                   text "env:" <+> ppr (ufmToList sigs),
326                                   text "binds:" <+> pprCoreBinding (Rec pairs)]))
327                               (emptySigEnv, emptyDmdEnv, orig_pairs)    -- Safe output
328       | otherwise    = loop (n+1) sigs' pairs'
329       where
330                 -- Use the new signature to do the next pair
331                 -- The occurrence analyser has arranged them in a good order
332                 -- so this can significantly reduce the number of iterations needed
333         ((sigs',lazy_fv), pairs') = mapAccumL (my_downRhs top_lvl) (sigs, emptyDmdEnv) pairs
334         
335     my_downRhs top_lvl (sigs,lazy_fv) (id,rhs)
336         = -- pprTrace "downRhs {" (ppr id <+> (ppr old_sig))
337           -- (new_sig `seq` 
338           --    pprTrace "downRhsEnd" (ppr id <+> ppr new_sig <+> char '}' ) 
339           ((sigs', lazy_fv'), pair')
340           --     )
341         where
342           (sigs', lazy_fv1, pair') = dmdAnalRhs top_lvl sigs (id,rhs)
343           lazy_fv'                 = plusUFM_C both lazy_fv lazy_fv1   
344           -- old_sig               = lookup sigs id
345           -- new_sig               = lookup sigs' id
346            
347         -- Get an initial strictness signature from the Id
348         -- itself.  That way we make use of earlier iterations
349         -- of the fixpoint algorithm.  (Cunning plan.)
350         -- Note that the cunning plan extends to the DmdEnv too,
351         -- since it is part of the strictness signature
352     initial_sig id = idNewStrictness_maybe id `orElse` botSig
353
354     same_sig sigs sigs' var = lookup sigs var == lookup sigs' var
355     lookup sigs var = case lookupVarEnv sigs var of
356                         Just (sig,_) -> sig
357
358 dmdAnalRhs :: TopLevelFlag 
359         -> SigEnv -> (Id, CoreExpr)
360         -> (SigEnv,  DmdEnv, (Id, CoreExpr))
361 -- Process the RHS of the binding, add the strictness signature
362 -- to the Id, and augment the environment with the signature as well.
363
364 dmdAnalRhs top_lvl sigs (id, rhs)
365  = (sigs', lazy_fv, (id', rhs'))
366  where
367   arity              = idArity id   -- The idArity should be up to date
368                                     -- The simplifier was run just beforehand
369   (rhs_dmd_ty, rhs') = dmdAnal sigs (vanillaCall arity) rhs
370   (lazy_fv, sig_ty)  = WARN( arity /= dmdTypeDepth rhs_dmd_ty, ppr id )
371                        mkSigTy id rhs rhs_dmd_ty
372   id'                = id `setIdNewStrictness` sig_ty
373   sigs'              = extendSigEnv top_lvl sigs id sig_ty
374 \end{code}
375
376 %************************************************************************
377 %*                                                                      *
378 \subsection{Strictness signatures and types}
379 %*                                                                      *
380 %************************************************************************
381
382 \begin{code}
383 mkTopSigTy :: CoreExpr -> DmdType -> StrictSig
384         -- Take a DmdType and turn it into a StrictSig
385         -- NB: not used for never-inline things; hence False
386 mkTopSigTy rhs dmd_ty = snd (mk_sig_ty False False rhs dmd_ty)
387
388 mkSigTy :: Id -> CoreExpr -> DmdType -> (DmdEnv, StrictSig)
389 mkSigTy id rhs dmd_ty = mk_sig_ty (isNeverActive (idInlinePragma id))
390                                   (isStrictDmd (idNewDemandInfo id))
391                                   rhs dmd_ty
392
393 mk_sig_ty never_inline strictly_demanded rhs (DmdType fv dmds res) 
394   | never_inline && not (isBotRes res)
395         --                      HACK ALERT
396         -- Don't strictness-analyse NOINLINE things.  Why not?  Because
397         -- the NOINLINE says "don't expose any of the inner workings at the call 
398         -- site" and the strictness is certainly an inner working.
399         --
400         -- More concretely, the demand analyser discovers the following strictness
401         -- for unsafePerformIO:  C(U(AV))
402         -- But then consider
403         --      unsafePerformIO (\s -> let r = f x in 
404         --                             case writeIORef v r s of (# s1, _ #) ->
405         --                             (# s1, r #)
406         -- The strictness analyser will find that the binding for r is strict,
407         -- (becuase of uPIO's strictness sig), and so it'll evaluate it before 
408         -- doing the writeIORef.  This actually makes tests/lib/should_run/memo002
409         -- get a deadlock!  
410         --
411         -- Solution: don't expose the strictness of unsafePerformIO.
412         --
413         -- But we do want to expose the strictness of error functions, 
414         -- which are also often marked NOINLINE
415         --      {-# NOINLINE foo #-}
416         --      foo x = error ("wubble buggle" ++ x)
417         -- So (hack, hack) we only drop the strictness for non-bottom things
418         -- This is all very unsatisfactory.
419   = (deferEnv fv, topSig)
420
421   | otherwise
422   = (lazy_fv, mkStrictSig dmd_ty)
423   where
424     dmd_ty = DmdType strict_fv final_dmds res'
425
426     lazy_fv   = filterUFM (not . isStrictDmd) fv
427     strict_fv = filterUFM isStrictDmd         fv
428         -- We put the strict FVs in the DmdType of the Id, so 
429         -- that at its call sites we unleash demands on its strict fvs.
430         -- An example is 'roll' in imaginary/wheel-sieve2
431         -- Something like this:
432         --      roll x = letrec 
433         --                   go y = if ... then roll (x-1) else x+1
434         --               in 
435         --               go ms
436         -- We want to see that roll is strict in x, which is because
437         -- go is called.   So we put the DmdEnv for x in go's DmdType.
438         --
439         -- Another example:
440         --      f :: Int -> Int -> Int
441         --      f x y = let t = x+1
442         --          h z = if z==0 then t else 
443         --                if z==1 then x+1 else
444         --                x + h (z-1)
445         --      in
446         --      h y
447         -- Calling h does indeed evaluate x, but we can only see
448         -- that if we unleash a demand on x at the call site for t.
449         --
450         -- Incidentally, here's a place where lambda-lifting h would
451         -- lose the cigar --- we couldn't see the joint strictness in t/x
452         --
453         --      ON THE OTHER HAND
454         -- We don't want to put *all* the fv's from the RHS into the
455         -- DmdType, because that makes fixpointing very slow --- the 
456         -- DmdType gets full of lazy demands that are slow to converge.
457
458     final_dmds = setUnpackStrategy dmds
459         -- Set the unpacking strategy
460         
461     res' = case res of
462                 RetCPR | ignore_cpr_info -> TopRes
463                 other                    -> res
464     ignore_cpr_info = is_thunk && not strictly_demanded
465     is_thunk        = not (exprIsValue rhs)
466         -- If the rhs is a thunk, we forget the CPR info, because
467         -- it is presumably shared (else it would have been inlined, and 
468         -- so we'd lose sharing if w/w'd it into a function.
469         --
470         -- Also, if the strictness analyser has figured out (in a previous iteration)
471         -- that it's strict, the let-to-case transformation will happen, so again 
472         -- it's good.
473         -- This made a big difference to PrelBase.modInt, which had something like
474         --      modInt = \ x -> let r = ... -> I# v in
475         --                      ...body strict in r...
476         -- r's RHS isn't a value yet; but modInt returns r in various branches, so
477         -- if r doesn't have the CPR property then neither does modInt
478         -- Another case I found in practice (in Complex.magnitude), looks like this:
479         --              let k = if ... then I# a else I# b
480         --              in ... body strict in k ....
481         -- (For this example, it doesn't matter whether k is returned as part of
482         -- the overall result.)  Left to itself, the simplifier will make a join
483         -- point thus:
484         --              let $j k = ...body strict in k...
485         --              if ... then $j (I# a) else $j (I# b)
486         -- 
487         --
488         -- The difficulty with this is that we need the strictness type to
489         -- look at the body... but we now need the body to calculate the demand
490         -- on the variable, so we can decide whether its strictness type should
491         -- have a CPR in it or not.  Simple solution: 
492         --      a) use strictness info from the previous iteration
493         --      b) make sure we do at least 2 iterations, by doing a second
494         --         round for top-level non-recs.  Top level recs will get at
495         --         least 2 iterations except for totally-bottom functions
496         --         which aren't very interesting anyway.
497         --
498         -- NB: strictly_demanded is never true of a top-level Id, or of a recursive Id.
499 \end{code}
500
501 The unpack strategy determines whether we'll *really* unpack the argument,
502 or whether we'll just remember its strictness.  If unpacking would give
503 rise to a *lot* of worker args, we may decide not to unpack after all.
504
505 \begin{code}
506 setUnpackStrategy :: [Demand] -> [Demand]
507 setUnpackStrategy ds
508   = snd (go (opt_MaxWorkerArgs - nonAbsentArgs ds) ds)
509   where
510     go :: Int                   -- Max number of args available for sub-components of [Demand]
511        -> [Demand]
512        -> (Int, [Demand])       -- Args remaining after subcomponents of [Demand] are unpacked
513
514     go n (Seq keep cs : ds) 
515         | n' >= 0    = Seq keep cs' `cons` go n'' ds
516         | otherwise  = Eval `cons` go n ds
517         where
518           (n'',cs') = go n' cs
519           n' = n + box - non_abs_args
520           box = case keep of
521                    Keep -> 0
522                    Drop -> 1    -- Add one to the budget if we drop the top-level arg
523           non_abs_args = nonAbsentArgs cs
524                 -- Delete # of non-absent args to which we'll now be committed
525                                 
526     go n (d:ds) = d `cons` go n ds
527     go n []     = (n,[])
528
529     cons d (n,ds) = (n, d:ds)
530
531 nonAbsentArgs :: [Demand] -> Int
532 nonAbsentArgs []         = 0
533 nonAbsentArgs (Abs : ds) = nonAbsentArgs ds
534 nonAbsentArgs (d   : ds) = 1 + nonAbsentArgs ds
535 \end{code}
536
537
538 %************************************************************************
539 %*                                                                      *
540 \subsection{Strictness signatures and types}
541 %*                                                                      *
542 %************************************************************************
543
544 \begin{code}
545 splitDmdTy :: DmdType -> (Demand, DmdType)
546 -- Split off one function argument
547 -- We already have a suitable demand on all
548 -- free vars, so no need to add more!
549 splitDmdTy (DmdType fv (dmd:dmds) res_ty) = (dmd, DmdType fv dmds res_ty)
550 splitDmdTy ty@(DmdType fv [] TopRes)      = (Lazy, ty)
551 splitDmdTy ty@(DmdType fv [] BotRes)      = (Bot,  ty)
552         -- NB: Bot not Abs
553 splitDmdTy ty@(DmdType fv [] RetCPR)      = panic "splitDmdTy"
554         -- We should not be applying a product as a function!
555 \end{code}
556
557 \begin{code}
558 unitVarDmd var dmd = DmdType (unitVarEnv var dmd) [] TopRes
559
560 addVarDmd top_lvl dmd_ty@(DmdType fv ds res) var dmd
561   | isTopLevel top_lvl = dmd_ty         -- Don't record top level things
562   | otherwise          = DmdType (extendVarEnv fv var dmd) ds res
563
564 addLazyFVs (DmdType fv ds res) lazy_fvs
565   = DmdType both_fv1 ds res
566   where
567     both_fv = (plusUFM_C both fv lazy_fvs)
568     both_fv1 = modifyEnv (isBotRes res) (`both` Bot) lazy_fvs fv both_fv
569         -- This modifyEnv is vital.  Consider
570         --      let f = \x -> (x,y)
571         --      in  error (f 3)
572         -- Here, y is treated as a lazy-fv of f, but we must `both` that L
573         -- demand with the bottom coming up from 'error'
574         -- 
575         -- I got a loop in the fixpointer without this, due to an interaction
576         -- with the lazy_fv filtering in mkSigTy.  Roughly, it was
577         --      letrec f n x 
578         --          = letrec g y = x `fatbar` 
579         --                         letrec h z = z + ...g...
580         --                         in h (f (n-1) x)
581         --      in ...
582         -- In the initial iteration for f, f=Bot
583         -- Suppose h is found to be strict in z, but the occurrence of g in its RHS
584         -- is lazy.  Now consider the fixpoint iteration for g, esp the demands it
585         -- places on its free variables.  Suppose it places none.  Then the
586         --      x `fatbar` ...call to h...
587         -- will give a x->V demand for x.  That turns into a L demand for x,
588         -- which floats out of the defn for h.  Without the modifyEnv, that
589         -- L demand doesn't get both'd with the Bot coming up from the inner
590         -- call to f.  So we just get an L demand for x for g.
591         --
592         -- A better way to say this is that the lazy-fv filtering should give the
593         -- same answer as putting the lazy fv demands in the function's type.
594
595 annotateBndr :: DmdType -> Var -> (DmdType, Var)
596 -- The returned env has the var deleted
597 -- The returned var is annotated with demand info
598 -- No effect on the argument demands
599 annotateBndr dmd_ty@(DmdType fv ds res) var
600   | isTyVar var = (dmd_ty, var)
601   | otherwise   = (DmdType fv' ds res, 
602                    setIdNewDemandInfo var (argDemand var dmd))
603   where
604     (fv', dmd) = removeFV fv var res
605
606 annotateBndrs = mapAccumR annotateBndr
607
608 annotateLamIdBndr dmd_ty@(DmdType fv ds res) id
609 -- For lambdas we add the demand to the argument demands
610 -- Only called for Ids
611   = ASSERT( isId id )
612     (DmdType fv' (hacked_dmd:ds) res, setIdNewDemandInfo id hacked_dmd)
613   where
614     (fv', dmd) = removeFV fv id res
615     hacked_dmd = argDemand id dmd
616         -- This call to argDemand is vital, because otherwise we label
617         -- a lambda binder with demand 'B'.  But in terms of calling
618         -- conventions that's Abs, because we don't pass it.  But
619         -- when we do a w/w split we get
620         --      fw x = (\x y:B -> ...) x (error "oops")
621         -- And then the simplifier things the 'B' is a strict demand
622         -- and evaluates the (error "oops").  Sigh
623
624 removeFV fv var res = (fv', dmd)
625                 where
626                   fv' = fv `delVarEnv` var
627                   dmd = lookupVarEnv fv var `orElse` deflt
628                   deflt | isBotRes res = Bot
629                         | otherwise    = Abs
630 \end{code}
631
632 %************************************************************************
633 %*                                                                      *
634 \subsection{Strictness signatures}
635 %*                                                                      *
636 %************************************************************************
637
638 \begin{code}
639 type SigEnv  = VarEnv (StrictSig, TopLevelFlag)
640         -- We use the SigEnv to tell us whether to
641         -- record info about a variable in the DmdEnv
642         -- We do so if it's a LocalId, but not top-level
643         --
644         -- The DmdEnv gives the demand on the free vars of the function
645         -- when it is given enough args to satisfy the strictness signature
646
647 emptySigEnv  = emptyVarEnv
648
649 extendSigEnv :: TopLevelFlag -> SigEnv -> Id -> StrictSig -> SigEnv
650 extendSigEnv top_lvl env var sig = extendVarEnv env var (sig, top_lvl)
651
652 extendSigEnvList = extendVarEnvList
653
654 dmdTransform :: SigEnv          -- The strictness environment
655              -> Id              -- The function
656              -> Demand          -- The demand on the function
657              -> DmdType         -- The demand type of the function in this context
658         -- Returned DmdEnv includes the demand on 
659         -- this function plus demand on its free variables
660
661 dmdTransform sigs var dmd
662
663 ------  DATA CONSTRUCTOR
664   | isDataConId var,            -- Data constructor
665     Seq k ds <- res_dmd         -- and the demand looks inside its fields
666   = let 
667         StrictSig dmd_ty    = idNewStrictness var       -- It must have a strictness sig
668         DmdType _ _ con_res = dmd_ty
669         arity               = idArity var
670     in
671     if arity == call_depth then         -- Saturated, so unleash the demand
672         let 
673                 -- ds can be empty, when we are just seq'ing the thing
674                 -- If so we must make up a suitable bunch of demands
675            dmd_ds | null ds   = replicate arity Abs
676                   | otherwise = ASSERT( ds `lengthIs` arity ) ds
677
678            arg_ds = case k of
679                         Keep  -> bothLazy_s dmd_ds
680                         Drop  -> dmd_ds
681                         Defer -> pprTrace "dmdTransform: surprising!" (ppr var) 
682                                         -- I don't think this can happen
683                                  dmd_ds
684                 -- Important!  If we Keep the constructor application, then
685                 -- we need the demands the constructor places (always lazy)
686                 -- If not, we don't need to.  For example:
687                 --      f p@(x,y) = (p,y)       -- S(AL)
688                 --      g a b     = f (a,b)
689                 -- It's vital that we don't calculate Absent for a!
690         in
691         mkDmdType emptyDmdEnv arg_ds con_res
692                 -- Must remember whether it's a product, hence con_res, not TopRes
693     else
694         topDmdType
695
696 ------  IMPORTED FUNCTION
697   | isGlobalId var,             -- Imported function
698     let StrictSig dmd_ty = getNewStrictness var
699   = if dmdTypeDepth dmd_ty <= call_depth then   -- Saturated, so unleash the demand
700         dmd_ty
701     else
702         topDmdType
703
704 ------  LOCAL LET/REC BOUND THING
705   | Just (StrictSig dmd_ty, top_lvl) <- lookupVarEnv sigs var
706   = let
707         fn_ty | dmdTypeDepth dmd_ty <= call_depth = dmd_ty 
708               | otherwise                         = deferType dmd_ty
709         -- NB: it's important to use deferType, and not just return topDmdType
710         -- Consider     let { f x y = p + x } in f 1
711         -- The application isn't saturated, but we must nevertheless propagate 
712         --      a lazy demand for p!  
713     in
714     addVarDmd top_lvl fn_ty var dmd
715
716 ------  LOCAL NON-LET/REC BOUND THING
717   | otherwise                   -- Default case
718   = unitVarDmd var dmd
719
720   where
721     (call_depth, res_dmd) = splitCallDmd dmd
722 \end{code}
723
724
725 %************************************************************************
726 %*                                                                      *
727 \subsection{Demands}
728 %*                                                                      *
729 %************************************************************************
730
731 \begin{code}
732 splitCallDmd :: Demand -> (Int, Demand)
733 splitCallDmd (Call d) = case splitCallDmd d of
734                           (n, r) -> (n+1, r)
735 splitCallDmd d        = (0, d)
736
737 vanillaCall :: Arity -> Demand
738 vanillaCall 0 = Eval
739 vanillaCall n = Call (vanillaCall (n-1))
740
741 deferType :: DmdType -> DmdType
742 deferType (DmdType fv _ _) = DmdType (deferEnv fv) [] TopRes
743         -- Notice that we throw away info about both arguments and results
744         -- For example,   f = let ... in \x -> x
745         -- We don't want to get a stricness type V->T for f.
746         -- Peter??
747
748 deferEnv :: DmdEnv -> DmdEnv
749 deferEnv fv = mapVarEnv defer fv
750
751 ---------------
752 bothLazy :: Demand -> Demand
753 bothLazy   = both Lazy
754 bothLazy_s :: [Demand] -> [Demand]
755 bothLazy_s = map bothLazy
756
757
758 ----------------
759 argDemand :: Id -> Demand -> Demand
760 argDemand id dmd | isUnLiftedType (idType id) = unliftedArgDemand dmd
761                  | otherwise                  = liftedArgDemand   dmd
762
763 liftedArgDemand :: Demand -> Demand
764 -- The 'Defer' demands are just Lazy at function boundaries
765 -- Ugly!  Ask John how to improve it.
766 liftedArgDemand (Seq Defer ds) = Lazy
767 liftedArgDemand (Seq k     ds) = Seq k (map liftedArgDemand ds)
768                                         -- Urk! Don't have type info here
769 liftedArgDemand Err            = Eval   -- Args passed to a bottoming function
770 liftedArgDemand Bot            = Abs    -- Don't pass args that are consumed by bottom/err
771 liftedArgDemand d              = d
772
773 unliftedArgDemand :: Demand -> Demand
774 -- Same idea, but for unlifted types the domain is much simpler:
775 -- Either we use it (Lazy) or we don't (Abs)
776 unliftedArgDemand Bot   = Abs
777 unliftedArgDemand Abs   = Abs
778 unliftedArgDemand other = Lazy
779 \end{code}
780
781 \begin{code}
782 betterStrictness :: StrictSig -> StrictSig -> Bool
783 betterStrictness (StrictSig t1) (StrictSig t2) = betterDmdType t1 t2
784
785 betterDmdType t1 t2 = (t1 `lubType` t2) == t2
786
787 betterDemand :: Demand -> Demand -> Bool
788 -- If d1 `better` d2, and d2 `better` d2, then d1==d2
789 betterDemand d1 d2 = (d1 `lub` d2) == d2
790
791 squashDmdEnv (StrictSig (DmdType fv ds res)) = StrictSig (DmdType emptyDmdEnv ds res)
792 \end{code}
793
794 \begin{code}
795 -------------------------
796 -- Consider (if x then y else []) with demand V
797 -- Then the first branch gives {y->V} and the second
798 -- *implicitly* has {y->A}.  So we must put {y->(V `lub` A)}
799 -- in the result env.
800 lubType (DmdType fv1 ds1 r1) (DmdType fv2 ds2 r2)
801   = DmdType lub_fv2 (zipWith lub ds1 ds2) (r1 `lubRes` r2)
802   where
803     lub_fv  = plusUFM_C lub fv1 fv2
804     lub_fv1 = modifyEnv (not (isBotRes r1)) defer fv2 fv1 lub_fv
805     lub_fv2 = modifyEnv (not (isBotRes r2)) defer fv1 fv2 lub_fv1
806         -- lub is the identity for Bot
807
808 -----------------------------------
809 -- (t1 `bothType` t2) takes the argument/result info from t1,
810 -- using t2 just for its free-var info
811 -- NB: Don't forget about r2!  It might be BotRes, which is
812 --     a bottom demand on all the in-scope variables.
813 -- Peter: can this be done more neatly?
814 bothType (DmdType fv1 ds1 r1) (DmdType fv2 ds2 r2)
815   = DmdType both_fv2 ds1 (r1 `bothRes` r2)
816   where
817     both_fv  = plusUFM_C both fv1 fv2
818     both_fv1 = modifyEnv (isBotRes r1) (`both` Bot) fv2 fv1 both_fv
819     both_fv2 = modifyEnv (isBotRes r2) (`both` Bot) fv1 fv2 both_fv1
820         -- both is the identity for Abs
821 \end{code}
822
823
824 \begin{code}
825 lubRes BotRes r      = r
826 lubRes r      BotRes = r
827 lubRes RetCPR RetCPR = RetCPR
828 lubRes r1     r2     = TopRes
829
830 -- If either diverges, the whole thing does
831 -- Otherwise take CPR info from the first
832 bothRes r1 BotRes = BotRes
833 bothRes r1 r2     = r1
834 \end{code}
835
836 \begin{code}
837 -- A Seq can have an empty list of demands, in the polymorphic case.
838 lubs [] ds2 = ds2
839 lubs ds1 [] = ds1
840 lubs ds1 ds2 = ASSERT( equalLength ds1 ds2 ) zipWith lub ds1 ds2
841
842 -----------------------------------
843 -- A Seq can have an empty list of demands, in the polymorphic case.
844 boths [] ds2  = ds2
845 boths ds1 []  = ds1
846 boths ds1 ds2 = ASSERT( equalLength ds1 ds2 ) zipWith both ds1 ds2
847 \end{code}
848
849 \begin{code}
850 modifyEnv :: Bool                       -- No-op if False
851           -> (Demand -> Demand)         -- The zapper
852           -> DmdEnv -> DmdEnv           -- Env1 and Env2
853           -> DmdEnv -> DmdEnv           -- Transform this env
854         -- Zap anything in Env1 but not in Env2
855         -- Assume: dom(env) includes dom(Env1) and dom(Env2)
856
857 modifyEnv need_to_modify zapper env1 env2 env
858   | need_to_modify = foldr zap env (keysUFM (env1 `minusUFM` env2))
859   | otherwise      = env
860   where
861     zap uniq env = addToUFM_Directly env uniq (zapper current_val)
862                  where
863                    current_val = expectJust "modifyEnv" (lookupUFM_Directly env uniq)
864 \end{code}
865
866
867 %************************************************************************
868 %*                                                                      *
869 \subsection{LUB and BOTH}
870 %*                                                                      *
871 %************************************************************************
872
873
874 \begin{code}
875 lub :: Demand -> Demand -> Demand
876
877 lub Bot d = d
878
879 lub Err Bot        = Err 
880 lub Err Abs        = Lazy       -- E.g. f x = if ... then True else error x
881 lub Err (Seq k ds) 
882   | null ds        = Seq (case k of { Drop -> Keep; other -> k }) []
883                         -- Yuk
884   | not (null ds)  = Seq k [Err `lub` d | d <- ds]
885                         -- E.g. f x = if ... then fst x else error x
886                         -- We *cannot* use the (lub Err d = d) case,
887                         -- else we'd get U(VA) for x's demand!!
888 lub Err d          = d 
889
890 lub Lazy d = Lazy
891
892 lub Abs  d = defer d
893
894 lub Eval Abs                           = Lazy
895 lub Eval Lazy                          = Lazy
896 lub Eval (Seq Defer ds)                = Lazy   -- Essential!
897 lub Eval (Seq Drop ds) | not (null ds) = Seq Drop [Lazy | d <- ds]
898 lub Eval d                             = Eval
899         -- For the Seq Drop case, consider
900         --      f n []     = n
901         --      f n (x:xs) = f (n+x) xs
902         -- Here we want to do better than just V for n.  It's
903         -- unboxed in the (x:xs) case, and we might be prepared to
904         -- rebox it in the [] case.
905         -- But if we don't use *any* of the components, give up
906         -- and revert to V
907
908 lub (Call d1) (Call d2) = Call (lub d1 d2)
909 lub d1@(Call _) d2      = d2 `lub` d1
910
911 lub (Seq k1 ds1) (Seq k2 ds2)
912   = Seq (k1 `lub_keep` k2) (lub_ds k1 ds1 k2 ds2)
913   where
914         ------------------
915     lub_ds Keep ds1 Keep ds2                 = ds1 `lubs` ds2
916     lub_ds Keep ds1 non_keep ds2 | null ds1  = [Lazy | d <- ds2]
917                                  | otherwise = bothLazy_s ds1 `lubs` ds2
918
919     lub_ds non_keep ds1 Keep ds2 | null ds2  = [Lazy | d <- ds1]
920                                  | otherwise = ds1 `lubs` bothLazy_s ds2
921
922     lub_ds k1 ds1 k2 ds2                     = ds1 `lubs` ds2
923
924         ------------------
925         -- Note that (Keep `lub` Drop) is Drop, not Keep
926         -- Why not?  See the example above with (lub Eval d).
927     lub_keep Keep k     = k
928
929     lub_keep Drop Defer = Defer
930     lub_keep Drop k     = Drop
931
932     lub_keep Defer k    = Defer
933
934 lub d1@(Seq _ _) d2 = d2 `lub` d1
935
936
937 defer :: Demand -> Demand
938 -- Computes (Abs `lub` d)
939 -- For the Bot case consider
940 --      f x y = if ... then x else error x
941 --   Then for y we get Abs `lub` Bot, and we really
942 --   want Abs overall
943 defer Bot           = Abs
944 defer Abs           = Abs
945 defer (Seq Keep ds) = Lazy
946 defer (Seq _    ds) = Seq Defer ds
947 defer d             = Lazy
948
949 ---------------
950 both :: Demand -> Demand -> Demand
951
952 both Bot Bot        = Bot
953 both Bot Abs        = Bot
954 both Bot (Seq k ds) 
955   | not (null ds)   = Seq (case k of { Defer -> Drop; other -> k })
956                           [both Bot d | d <- ds]
957         -- E.g. f x = if ... then error (fst x) else fst x
958         -- This equation helps results slightly, 
959         -- but is not necessary for soundness
960 both Bot d          = Err
961
962 both Err d = Err
963
964 both Abs d   = d
965
966 both Lazy Bot            = Err
967 both Lazy Err            = Err
968 both Lazy Eval           = Eval
969 both Lazy (Call d)       = Call d
970 both Lazy (Seq Defer ds) = Lazy
971 both Lazy (Seq k ds)     = Seq Keep ds
972 both Lazy d              = Lazy
973
974 -- For the (Eval `both` Bot) case, consider
975 --      f x = error x
976 -- From 'error' itself we get demand Bot on x
977 -- From the arg demand on x we get Eval
978 -- So we want Eval `both` Bot to be Err.
979 -- That's what Err is *for*
980 both Eval Bot        = Err
981 both Eval Err        = Err
982 both Eval (Seq k ds) = Seq Keep ds
983 both Eval d          = Eval
984
985 both (Call d1)   (Call d2) = Call (d1 `both` d2)
986 both d1@(Call _) d2        = d2 `both` d1
987
988 both (Seq k1 ds1) (Seq k2 ds2)
989   = Seq (k1 `both_keep` k2) (both_ds k1 ds1 k2 ds2)
990   where
991         ----------------
992     both_keep Keep k2 = Keep
993
994     both_keep Drop Keep = Keep
995     both_keep Drop k2   = Drop
996
997     both_keep Defer k2  = k2
998
999         ----------------
1000     both_ds Defer ds1 Defer     ds2 = ds1 `boths` ds2
1001     both_ds Defer ds1 non_defer ds2 = map defer ds1 `boths` ds2
1002
1003     both_ds non_defer ds1 Defer ds2 = ds1 `boths` map defer ds2
1004
1005     both_ds k1 ds1 k2 ds2           = ds1 `boths` ds2
1006
1007 both d1@(Seq _ _) d2 = d2 `both` d1
1008 \end{code}
1009
1010
1011 %************************************************************************
1012 %*                                                                      *
1013 \subsection{Miscellaneous
1014 %*                                                                      *
1015 %************************************************************************
1016
1017
1018 \begin{code}
1019 get_changes binds = vcat (map get_changes_bind binds)
1020
1021 get_changes_bind (Rec pairs) = vcat (map get_changes_pr pairs)
1022 get_changes_bind (NonRec id rhs) = get_changes_pr (id,rhs)
1023
1024 get_changes_pr (id,rhs) 
1025   = get_changes_var id $$ get_changes_expr rhs
1026
1027 get_changes_var var
1028   | isId var  = get_changes_str var $$ get_changes_dmd var
1029   | otherwise = empty
1030
1031 get_changes_expr (Type t)     = empty
1032 get_changes_expr (Var v)      = empty
1033 get_changes_expr (Lit l)      = empty
1034 get_changes_expr (Note n e)   = get_changes_expr e
1035 get_changes_expr (App e1 e2)  = get_changes_expr e1 $$ get_changes_expr e2
1036 get_changes_expr (Lam b e)    = {- get_changes_var b $$ -} get_changes_expr e
1037 get_changes_expr (Let b e)    = get_changes_bind b $$ get_changes_expr e
1038 get_changes_expr (Case e b a) = get_changes_expr e $$ {- get_changes_var b $$ -} vcat (map get_changes_alt a)
1039
1040 get_changes_alt (con,bs,rhs) = {- vcat (map get_changes_var bs) $$ -} get_changes_expr rhs
1041
1042 get_changes_str id
1043   | new_better && old_better = empty
1044   | new_better               = message "BETTER"
1045   | old_better               = message "WORSE"
1046   | otherwise                = message "INCOMPARABLE" 
1047   where
1048     message word = text word <+> text "strictness for" <+> ppr id <+> info
1049     info = (text "Old" <+> ppr old) $$ (text "New" <+> ppr new)
1050     new = squashDmdEnv (idNewStrictness id)     -- Don't report diffs in the env
1051     old = newStrictnessFromOld id
1052     old_better = old `betterStrictness` new
1053     new_better = new `betterStrictness` old
1054
1055 get_changes_dmd id
1056   | isUnLiftedType (idType id) = empty  -- Not useful
1057   | new_better && old_better = empty
1058   | new_better               = message "BETTER"
1059   | old_better               = message "WORSE"
1060   | otherwise                = message "INCOMPARABLE" 
1061   where
1062     message word = text word <+> text "demand for" <+> ppr id <+> info
1063     info = (text "Old" <+> ppr old) $$ (text "New" <+> ppr new)
1064     new = liftedArgDemand (idNewDemandInfo id)  -- To avoid spurious improvements
1065     old = newDemand (idDemandInfo id)
1066     new_better = new `betterDemand` old 
1067     old_better = old `betterDemand` new
1068 \end{code}