[project @ 2002-09-09 12:50:26 by simonpj]
[ghc-hetmet.git] / ghc / compiler / simplCore / SimplUtils.lhs
index 3615dbf..1d9b987 100644 (file)
 
 \begin{code}
 module SimplUtils (
 
 \begin{code}
 module SimplUtils (
-       simplBinder, simplBinders, simplIds,
-       transformRhs,
-       etaCoreExpr, 
-       mkCase, findAlt, findDefault,
-       mkCoerce
+       simplBinder, simplBinders, simplRecBndrs, 
+       simplLetBndr, simplLamBndrs, 
+       newId, mkLam, prepareAlts, mkCase,
+
+       -- The continuation type
+       SimplCont(..), DupFlag(..), LetRhsFlag(..), 
+       contIsDupable, contResultType,
+       countValArgs, countArgs, pushContArgs,
+       mkBoringStop, mkStop, contIsRhs, contIsRhsOrArg,
+       getContArgs, interestingCallContext, interestingArg, isStrictType
+
     ) where
 
 #include "HsVersions.h"
 
     ) where
 
 #include "HsVersions.h"
 
-import BinderInfo
-import CmdLineOpts     ( opt_SimplDoLambdaEtaExpansion, opt_SimplCaseMerge )
+import CmdLineOpts     ( SimplifierSwitch(..),
+                         opt_SimplDoLambdaEtaExpansion, opt_SimplDoEtaReduction,
+                         opt_SimplCaseMerge, opt_UF_UpdateInPlace
+                       )
 import CoreSyn
 import CoreSyn
-import CoreFVs         ( exprFreeVars )
-import CoreUtils       ( exprIsCheap, exprIsTrivial, cheapEqExpr, coreExprType,
-                         exprIsWHNF, FormSummary(..)
+import CoreUtils       ( cheapEqExpr, exprType, 
+                         etaExpand, exprEtaExpandArity, bindNonRec, mkCoerce2,
+                         findDefault, exprOkForSpeculation, exprIsValue
                        )
                        )
-import Subst           ( substBndrs, substBndr, substIds )
-import Id              ( Id, idType, getIdArity, isId, idName,
-                         getInlinePragma, setInlinePragma,
-                         getIdDemandInfo, mkId
+import qualified Subst ( simplBndrs, simplBndr, simplLetId, simplLamBndr )
+import Id              ( Id, idType, idInfo, 
+                         mkSysLocal, isDeadBinder, idNewDemandInfo,
+                         idUnfolding, idNewStrictness
                        )
                        )
-import IdInfo          ( arityLowerBound, InlinePragInfo(..), setInlinePragInfo, vanillaIdInfo )
-import Maybes          ( maybeToBool, catMaybes )
-import Const           ( Con(..) )
-import Name            ( isLocalName, setNameUnique )
+import NewDemand       ( isStrictDmd, isBotRes, splitStrictSig )
 import SimplMonad
 import SimplMonad
-import Type            ( Type, tyVarsOfType, tyVarsOfTypes, mkForAllTys,
-                         splitTyConApp_maybe, mkTyVarTys, applyTys, splitFunTys, mkFunTys
+import Type            ( Type, seqType, splitFunTys, dropForAlls, isStrictType,
+                         splitTyConApp_maybe, tyConAppArgs, mkTyVarTys
                        )
                        )
-import TysPrim         ( statePrimTyCon )
-import Var             ( setVarUnique )
-import VarSet
-import UniqSupply      ( splitUniqSupply, uniqFromSupply )
-import Util            ( zipWithEqual, mapAccumL )
+import TcType          ( isDictTy )
+import OccName         ( EncodedFS )
+import TyCon           ( tyConDataCons_maybe, isAlgTyCon, isNewTyCon )
+import DataCon         ( dataConRepArity, dataConExistentialTyVars, dataConArgTys )
+import Var             ( mkSysTyVar, tyVarKind )
+import Util            ( lengthExceeds, mapAccumL )
 import Outputable
 \end{code}
 
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
 import Outputable
 \end{code}
 
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
+\subsection{The continuation data type}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+\begin{code}
+data SimplCont         -- Strict contexts
+  = Stop     OutType           -- Type of the result
+            LetRhsFlag
+            Bool               -- True <=> This is the RHS of a thunk whose type suggests
+                               --          that update-in-place would be possible
+                               --          (This makes the inliner a little keener.)
+
+  | CoerceIt OutType                   -- The To-type, simplified
+            SimplCont
+
+  | InlinePlease                       -- This continuation makes a function very
+            SimplCont                  -- keen to inline itelf
+
+  | ApplyTo  DupFlag 
+            InExpr SimplEnv            -- The argument, as yet unsimplified, 
+            SimplCont                  -- and its environment
+
+  | Select   DupFlag 
+            InId [InAlt] SimplEnv      -- The case binder, alts, and subst-env
+            SimplCont
+
+  | ArgOf    LetRhsFlag                -- An arbitrary strict context: the argument 
+                               --      of a strict function, or a primitive-arg fn
+                               --      or a PrimOp
+                               -- No DupFlag because we never duplicate it
+            OutType            -- arg_ty: type of the argument itself
+            OutType            -- cont_ty: the type of the expression being sought by the context
+                               --      f (error "foo") ==> coerce t (error "foo")
+                               -- when f is strict
+                               -- We need to know the type t, to which to coerce.
+
+            (SimplEnv -> OutExpr -> SimplM FloatsWithExpr)     -- What to do with the result
+                               -- The result expression in the OutExprStuff has type cont_ty
+
+data LetRhsFlag = AnArg                -- It's just an argument not a let RHS
+               | AnRhs         -- It's the RHS of a let (so please float lets out of big lambdas)
+
+instance Outputable LetRhsFlag where
+  ppr AnArg = ptext SLIT("arg")
+  ppr AnRhs = ptext SLIT("rhs")
+
+instance Outputable SimplCont where
+  ppr (Stop _ is_rhs _)             = ptext SLIT("Stop") <> brackets (ppr is_rhs)
+  ppr (ApplyTo dup arg se cont)      = (ptext SLIT("ApplyTo") <+> ppr dup <+> ppr arg) $$ ppr cont
+  ppr (ArgOf _ _ _ _)               = ptext SLIT("ArgOf...")
+  ppr (Select dup bndr alts se cont) = (ptext SLIT("Select") <+> ppr dup <+> ppr bndr) $$ 
+                                      (nest 4 (ppr alts)) $$ ppr cont
+  ppr (CoerceIt ty cont)            = (ptext SLIT("CoerceIt") <+> ppr ty) $$ ppr cont
+  ppr (InlinePlease cont)           = ptext SLIT("InlinePlease") $$ ppr cont
+
+data DupFlag = OkToDup | NoDup
+
+instance Outputable DupFlag where
+  ppr OkToDup = ptext SLIT("ok")
+  ppr NoDup   = ptext SLIT("nodup")
+
+
+-------------------
+mkBoringStop :: OutType -> SimplCont
+mkBoringStop ty = Stop ty AnArg (canUpdateInPlace ty)
+
+mkStop :: OutType -> LetRhsFlag -> SimplCont
+mkStop ty is_rhs = Stop ty is_rhs (canUpdateInPlace ty)
+
+contIsRhs :: SimplCont -> Bool
+contIsRhs (Stop _ AnRhs _)    = True
+contIsRhs (ArgOf AnRhs _ _ _) = True
+contIsRhs other                      = False
+
+contIsRhsOrArg (Stop _ _ _)    = True
+contIsRhsOrArg (ArgOf _ _ _ _) = True
+contIsRhsOrArg other          = False
+
+-------------------
+contIsDupable :: SimplCont -> Bool
+contIsDupable (Stop _ _ _)                      = True
+contIsDupable (ApplyTo  OkToDup _ _ _)   = True
+contIsDupable (Select   OkToDup _ _ _ _) = True
+contIsDupable (CoerceIt _ cont)          = contIsDupable cont
+contIsDupable (InlinePlease cont)       = contIsDupable cont
+contIsDupable other                     = False
+
+-------------------
+discardableCont :: SimplCont -> Bool
+discardableCont (Stop _ _ _)       = False
+discardableCont (CoerceIt _ cont)   = discardableCont cont
+discardableCont (InlinePlease cont) = discardableCont cont
+discardableCont other              = True
+
+discardCont :: SimplCont       -- A continuation, expecting
+           -> SimplCont        -- Replace the continuation with a suitable coerce
+discardCont cont = case cont of
+                    Stop to_ty is_rhs _ -> cont
+                    other               -> CoerceIt to_ty (mkBoringStop to_ty)
+                where
+                  to_ty = contResultType cont
+
+-------------------
+contResultType :: SimplCont -> OutType
+contResultType (Stop to_ty _ _)             = to_ty
+contResultType (ArgOf _ _ to_ty _)   = to_ty
+contResultType (ApplyTo _ _ _ cont)  = contResultType cont
+contResultType (CoerceIt _ cont)     = contResultType cont
+contResultType (InlinePlease cont)   = contResultType cont
+contResultType (Select _ _ _ _ cont) = contResultType cont
+
+-------------------
+countValArgs :: SimplCont -> Int
+countValArgs (ApplyTo _ (Type ty) se cont) = countValArgs cont
+countValArgs (ApplyTo _ val_arg   se cont) = 1 + countValArgs cont
+countValArgs other                        = 0
+
+countArgs :: SimplCont -> Int
+countArgs (ApplyTo _ arg se cont) = 1 + countArgs cont
+countArgs other                          = 0
+
+-------------------
+pushContArgs :: SimplEnv -> [OutArg] -> SimplCont -> SimplCont
+-- Pushes args with the specified environment
+pushContArgs env []           cont = cont
+pushContArgs env (arg : args) cont = ApplyTo NoDup arg env (pushContArgs env args cont)
+\end{code}
+
+
+\begin{code}
+getContArgs :: SwitchChecker
+           -> OutId -> SimplCont 
+           -> ([(InExpr, SimplEnv, Bool)],     -- Arguments; the Bool is true for strict args
+               SimplCont,                      -- Remaining continuation
+               Bool)                           -- Whether we came across an InlineCall
+-- getContArgs id k = (args, k', inl)
+--     args are the leading ApplyTo items in k
+--     (i.e. outermost comes first)
+--     augmented with demand info from the functionn
+getContArgs chkr fun orig_cont
+  = let
+               -- Ignore strictness info if the no-case-of-case
+               -- flag is on.  Strictness changes evaluation order
+               -- and that can change full laziness
+       stricts | switchIsOn chkr NoCaseOfCase = vanilla_stricts
+               | otherwise                    = computed_stricts
+    in
+    go [] stricts False orig_cont
+  where
+    ----------------------------
+
+       -- Type argument
+    go acc ss inl (ApplyTo _ arg@(Type _) se cont)
+       = go ((arg,se,False) : acc) ss inl cont
+               -- NB: don't bother to instantiate the function type
+
+       -- Value argument
+    go acc (s:ss) inl (ApplyTo _ arg se cont)
+       = go ((arg,se,s) : acc) ss inl cont
+
+       -- An Inline continuation
+    go acc ss inl (InlinePlease cont)
+       = go acc ss True cont
+
+       -- We're run out of arguments, or else we've run out of demands
+       -- The latter only happens if the result is guaranteed bottom
+       -- This is the case for
+       --      * case (error "hello") of { ... }
+       --      * (error "Hello") arg
+       --      * f (error "Hello") where f is strict
+       --      etc
+    go acc ss inl cont 
+       | null ss && discardableCont cont = (reverse acc, discardCont cont, inl)
+       | otherwise                       = (reverse acc, cont,             inl)
+
+    ----------------------------
+    vanilla_stricts, computed_stricts :: [Bool]
+    vanilla_stricts  = repeat False
+    computed_stricts = zipWith (||) fun_stricts arg_stricts
+
+    ----------------------------
+    (val_arg_tys, _) = splitFunTys (dropForAlls (idType fun))
+    arg_stricts      = map isStrictType val_arg_tys ++ repeat False
+       -- These argument types are used as a cheap and cheerful way to find
+       -- unboxed arguments, which must be strict.  But it's an InType
+       -- and so there might be a type variable where we expect a function
+       -- type (the substitution hasn't happened yet).  And we don't bother
+       -- doing the type applications for a polymorphic function.
+       -- Hence the splitFunTys*IgnoringForAlls*
+
+    ----------------------------
+       -- If fun_stricts is finite, it means the function returns bottom
+       -- after that number of value args have been consumed
+       -- Otherwise it's infinite, extended with False
+    fun_stricts
+      = case splitStrictSig (idNewStrictness fun) of
+         (demands, result_info)
+               | not (demands `lengthExceeds` countValArgs orig_cont)
+               ->      -- Enough args, use the strictness given.
+                       -- For bottoming functions we used to pretend that the arg
+                       -- is lazy, so that we don't treat the arg as an
+                       -- interesting context.  This avoids substituting
+                       -- top-level bindings for (say) strings into 
+                       -- calls to error.  But now we are more careful about
+                       -- inlining lone variables, so its ok (see SimplUtils.analyseCont)
+                  if isBotRes result_info then
+                       map isStrictDmd demands         -- Finite => result is bottom
+                  else
+                       map isStrictDmd demands ++ vanilla_stricts
+
+         other -> vanilla_stricts      -- Not enough args, or no strictness
+
+-------------------
+interestingArg :: OutExpr -> Bool
+       -- An argument is interesting if it has *some* structure
+       -- We are here trying to avoid unfolding a function that
+       -- is applied only to variables that have no unfolding
+       -- (i.e. they are probably lambda bound): f x y z
+       -- There is little point in inlining f here.
+interestingArg (Var v)          = hasSomeUnfolding (idUnfolding v)
+                                       -- Was: isValueUnfolding (idUnfolding v')
+                                       -- But that seems over-pessimistic
+interestingArg (Type _)                 = False
+interestingArg (App fn (Type _)) = interestingArg fn
+interestingArg (Note _ a)       = interestingArg a
+interestingArg other            = True
+       -- Consider     let x = 3 in f x
+       -- The substitution will contain (x -> ContEx 3), and we want to
+       -- to say that x is an interesting argument.
+       -- But consider also (\x. f x y) y
+       -- The substitution will contain (x -> ContEx y), and we want to say
+       -- that x is not interesting (assuming y has no unfolding)
+\end{code}
+
+Comment about interestingCallContext
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+We want to avoid inlining an expression where there can't possibly be
+any gain, such as in an argument position.  Hence, if the continuation
+is interesting (eg. a case scrutinee, application etc.) then we
+inline, otherwise we don't.  
+
+Previously some_benefit used to return True only if the variable was
+applied to some value arguments.  This didn't work:
+
+       let x = _coerce_ (T Int) Int (I# 3) in
+       case _coerce_ Int (T Int) x of
+               I# y -> ....
+
+we want to inline x, but can't see that it's a constructor in a case
+scrutinee position, and some_benefit is False.
+
+Another example:
+
+dMonadST = _/\_ t -> :Monad (g1 _@_ t, g2 _@_ t, g3 _@_ t)
+
+....  case dMonadST _@_ x0 of (a,b,c) -> ....
+
+we'd really like to inline dMonadST here, but we *don't* want to
+inline if the case expression is just
+
+       case x of y { DEFAULT -> ... }
+
+since we can just eliminate this case instead (x is in WHNF).  Similar
+applies when x is bound to a lambda expression.  Hence
+contIsInteresting looks for case expressions with just a single
+default case.
+
+\begin{code}
+interestingCallContext :: Bool                 -- False <=> no args at all
+                      -> Bool          -- False <=> no value args
+                      -> SimplCont -> Bool
+       -- The "lone-variable" case is important.  I spent ages
+       -- messing about with unsatisfactory varaints, but this is nice.
+       -- The idea is that if a variable appear all alone
+       --      as an arg of lazy fn, or rhs    Stop
+       --      as scrutinee of a case          Select
+       --      as arg of a strict fn           ArgOf
+       -- then we should not inline it (unless there is some other reason,
+       -- e.g. is is the sole occurrence).  We achieve this by making
+       -- interestingCallContext return False for a lone variable.
+       --
+       -- Why?  At least in the case-scrutinee situation, turning
+       --      let x = (a,b) in case x of y -> ...
+       -- into
+       --      let x = (a,b) in case (a,b) of y -> ...
+       -- and thence to 
+       --      let x = (a,b) in let y = (a,b) in ...
+       -- is bad if the binding for x will remain.
+       --
+       -- Another example: I discovered that strings
+       -- were getting inlined straight back into applications of 'error'
+       -- because the latter is strict.
+       --      s = "foo"
+       --      f = \x -> ...(error s)...
+
+       -- Fundamentally such contexts should not ecourage inlining because
+       -- the context can ``see'' the unfolding of the variable (e.g. case or a RULE)
+       -- so there's no gain.
+       --
+       -- However, even a type application or coercion isn't a lone variable.
+       -- Consider
+       --      case $fMonadST @ RealWorld of { :DMonad a b c -> c }
+       -- We had better inline that sucker!  The case won't see through it.
+       --
+       -- For now, I'm treating treating a variable applied to types 
+       -- in a *lazy* context "lone". The motivating example was
+       --      f = /\a. \x. BIG
+       --      g = /\a. \y.  h (f a)
+       -- There's no advantage in inlining f here, and perhaps
+       -- a significant disadvantage.  Hence some_val_args in the Stop case
+
+interestingCallContext some_args some_val_args cont
+  = interesting cont
+  where
+    interesting (InlinePlease _)       = True
+    interesting (Select _ _ _ _ _)     = some_args
+    interesting (ApplyTo _ _ _ _)      = True  -- Can happen if we have (coerce t (f x)) y
+                                               -- Perhaps True is a bit over-keen, but I've
+                                               -- seen (coerce f) x, where f has an INLINE prag,
+                                               -- So we have to give some motivaiton for inlining it
+    interesting (ArgOf _ _ _ _)                 = some_val_args
+    interesting (Stop ty _ upd_in_place) = some_val_args && upd_in_place
+    interesting (CoerceIt _ cont)        = interesting cont
+       -- If this call is the arg of a strict function, the context
+       -- is a bit interesting.  If we inline here, we may get useful
+       -- evaluation information to avoid repeated evals: e.g.
+       --      x + (y * z)
+       -- Here the contIsInteresting makes the '*' keener to inline,
+       -- which in turn exposes a constructor which makes the '+' inline.
+       -- Assuming that +,* aren't small enough to inline regardless.
+       --
+       -- It's also very important to inline in a strict context for things
+       -- like
+       --              foldr k z (f x)
+       -- Here, the context of (f x) is strict, and if f's unfolding is
+       -- a build it's *great* to inline it here.  So we must ensure that
+       -- the context for (f x) is not totally uninteresting.
+
+
+-------------------
+canUpdateInPlace :: Type -> Bool
+-- Consider   let x = <wurble> in ...
+-- If <wurble> returns an explicit constructor, we might be able
+-- to do update in place.  So we treat even a thunk RHS context
+-- as interesting if update in place is possible.  We approximate
+-- this by seeing if the type has a single constructor with a
+-- small arity.  But arity zero isn't good -- we share the single copy
+-- for that case, so no point in sharing.
+
+canUpdateInPlace ty 
+  | not opt_UF_UpdateInPlace = False
+  | otherwise
+  = case splitTyConApp_maybe ty of 
+       Nothing         -> False 
+       Just (tycon, _) -> case tyConDataCons_maybe tycon of
+                               Just [dc]  -> arity == 1 || arity == 2
+                                          where
+                                             arity = dataConRepArity dc
+                               other -> False
+\end{code}
+
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
 \section{Dealing with a single binder}
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
 \section{Dealing with a single binder}
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
+These functions are in the monad only so that they can be made strict via seq.
+
 \begin{code}
 \begin{code}
-simplBinders :: [InBinder] -> ([OutBinder] -> SimplM a) -> SimplM a
-simplBinders bndrs thing_inside
-  = getSubst           `thenSmpl` \ subst ->
-    let
-       (subst', bndrs') = substBndrs subst bndrs
+simplBinders :: SimplEnv -> [InBinder] -> SimplM (SimplEnv, [OutBinder])
+simplBinders env bndrs
+  = let
+       (subst', bndrs') = Subst.simplBndrs (getSubst env) bndrs
     in
     in
-    setSubst subst'    $
-    thing_inside bndrs'
+    seqBndrs bndrs'    `seq`
+    returnSmpl (setSubst env subst', bndrs')
 
 
-simplBinder :: InBinder -> (OutBinder -> SimplM a) -> SimplM a
-simplBinder bndr thing_inside
-  = getSubst           `thenSmpl` \ subst ->
-    let
-       (subst', bndr') = substBndr subst bndr
+simplBinder :: SimplEnv -> InBinder -> SimplM (SimplEnv, OutBinder)
+simplBinder env bndr
+  = let
+       (subst', bndr') = Subst.simplBndr (getSubst env) bndr
     in
     in
-    setSubst subst'    $
-    thing_inside bndr'
+    seqBndr bndr'      `seq`
+    returnSmpl (setSubst env subst', bndr')
 
 
 
 
--- Same semantics as simplBinders, but a little less 
--- plumbing and hence a little more efficient.
--- Maybe not worth the candle?
-simplIds :: [InBinder] -> ([OutBinder] -> SimplM a) -> SimplM a
-simplIds ids thing_inside
-  = getSubst           `thenSmpl` \ subst ->
-    let
-       (subst', bndrs') = substIds subst ids
+simplLetBndr :: SimplEnv -> InBinder -> SimplM (SimplEnv, OutBinder)
+simplLetBndr env id
+  = let
+       (subst', id') = Subst.simplLetId (getSubst env) id
+    in
+    seqBndr id'                `seq`
+    returnSmpl (setSubst env subst', id')
+
+simplLamBndrs, simplRecBndrs 
+       :: SimplEnv -> [InBinder] -> SimplM (SimplEnv, [OutBinder])
+simplRecBndrs = simplBndrs Subst.simplLetId
+simplLamBndrs = simplBndrs Subst.simplLamBndr
+
+simplBndrs simpl_bndr env bndrs
+  = let
+       (subst', bndrs') = mapAccumL simpl_bndr (getSubst env) bndrs
     in
     in
-    setSubst subst'    $
-    thing_inside bndrs'
+    seqBndrs bndrs'    `seq`
+    returnSmpl (setSubst env subst', bndrs')
+
+seqBndrs [] = ()
+seqBndrs (b:bs) = seqBndr b `seq` seqBndrs bs
+
+seqBndr b | isTyVar b = b `seq` ()
+         | otherwise = seqType (idType b)      `seq`
+                       idInfo b                `seq`
+                       ()
+\end{code}
+
+
+\begin{code}
+newId :: EncodedFS -> Type -> SimplM Id
+newId fs ty = getUniqueSmpl    `thenSmpl` \ uniq ->
+             returnSmpl (mkSysLocal fs uniq ty)
+\end{code}
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{Rebuilding a lambda}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+\begin{code}
+mkLam :: SimplEnv -> [OutBinder] -> OutExpr -> SimplCont -> SimplM FloatsWithExpr
+\end{code}
+
+Try three things
+       a) eta reduction, if that gives a trivial expression
+       b) eta expansion [only if there are some value lambdas]
+       c) floating lets out through big lambdas 
+               [only if all tyvar lambdas, and only if this lambda
+                is the RHS of a let]
+
+\begin{code}
+mkLam env bndrs body cont
+ | opt_SimplDoEtaReduction,
+   Just etad_lam <- tryEtaReduce bndrs body
+ = tick (EtaReduction (head bndrs))    `thenSmpl_`
+   returnSmpl (emptyFloats env, etad_lam)
+
+ | opt_SimplDoLambdaEtaExpansion,
+   any isRuntimeVar bndrs
+ = tryEtaExpansion body                `thenSmpl` \ body' ->
+   returnSmpl (emptyFloats env, mkLams bndrs body')
+
+{-     Sept 01: I'm experimenting with getting the
+       full laziness pass to float out past big lambdsa
+ | all isTyVar bndrs,  -- Only for big lambdas
+   contIsRhs cont      -- Only try the rhs type-lambda floating
+                       -- if this is indeed a right-hand side; otherwise
+                       -- we end up floating the thing out, only for float-in
+                       -- to float it right back in again!
+ = tryRhsTyLam env bndrs body          `thenSmpl` \ (floats, body') ->
+   returnSmpl (floats, mkLams bndrs body')
+-}
+
+ | otherwise 
+ = returnSmpl (emptyFloats env, mkLams bndrs body)
 \end{code}
 
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
 \end{code}
 
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
-\subsection{Transform a RHS}
+\subsection{Eta expansion and reduction}
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
-Try (a) eta expansion
-    (b) type-lambda swizzling
+We try for eta reduction here, but *only* if we get all the 
+way to an exprIsTrivial expression.    
+We don't want to remove extra lambdas unless we are going 
+to avoid allocating this thing altogether
 
 \begin{code}
 
 \begin{code}
-transformRhs :: InExpr -> SimplM InExpr
-transformRhs rhs 
-  = tryEtaExpansion body               `thenSmpl` \ body' ->
-    mkRhsTyLam tyvars body'
+tryEtaReduce :: [OutBinder] -> OutExpr -> Maybe OutExpr
+tryEtaReduce bndrs body 
+       -- We don't use CoreUtils.etaReduce, because we can be more
+       -- efficient here:
+       --  (a) we already have the binders
+       --  (b) we can do the triviality test before computing the free vars
+       --      [in fact I take the simple path and look for just a variable]
+  = go (reverse bndrs) body
   where
   where
-    (tyvars, body) = collectTyBinders rhs
+    go (b : bs) (App fun arg) | ok_arg b arg = go bs fun       -- Loop round
+    go []       (Var fun)     | ok_fun fun   = Just (Var fun)  -- Success!
+    go _        _                           = Nothing          -- Failure!
+
+    ok_fun fun = not (fun `elem` bndrs) && 
+                (isEvaldUnfolding (idUnfolding fun) || all ok_lam bndrs)
+    ok_lam v = isTyVar v || isDictTy (idType v)
+       -- The isEvaldUnfolding is because eta reduction is not 
+       -- valid in general:  \x. bot  /=  bot
+       -- So we need to be sure that the "fun" is a value.
+       --
+       -- However, we always want to reduce (/\a -> f a) to f
+       -- This came up in a RULE: foldr (build (/\a -> g a))
+       --      did not match      foldr (build (/\b -> ...something complex...))
+       -- The type checker can insert these eta-expanded versions,
+       -- with both type and dictionary lambdas; hence the slightly 
+       -- ad-hoc isDictTy
+
+    ok_arg b arg = varToCoreExpr b `cheapEqExpr` arg
+\end{code}
+
+
+       Try eta expansion for RHSs
+
+We go for:
+   f = \x1..xn -> N  ==>   f = \x1..xn y1..ym -> N y1..ym
+                                (n >= 0)
+
+where (in both cases) 
+
+       * The xi can include type variables
+
+       * The yi are all value variables
+
+       * N is a NORMAL FORM (i.e. no redexes anywhere)
+         wanting a suitable number of extra args.
+
+We may have to sandwich some coerces between the lambdas
+to make the types work.   exprEtaExpandArity looks through coerces
+when computing arity; and etaExpand adds the coerces as necessary when
+actually computing the expansion.
+
+\begin{code}
+tryEtaExpansion :: OutExpr -> SimplM OutExpr
+-- There is at least one runtime binder in the binders
+tryEtaExpansion body
+  = getUniquesSmpl                     `thenSmpl` \ us ->
+    returnSmpl (etaExpand fun_arity us body (exprType body))
+  where
+    fun_arity = exprEtaExpandArity body
 \end{code}
 
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
 \end{code}
 
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
-\subsection{Local tyvar-lifting}
+\subsection{Floating lets out of big lambdas}
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
-mkRhsTyLam tries this transformation, when the big lambda appears as
+tryRhsTyLam tries this transformation, when the big lambda appears as
 the RHS of a let(rec) binding:
 
        /\abc -> let(rec) x = e in b
 the RHS of a let(rec) binding:
 
        /\abc -> let(rec) x = e in b
@@ -131,7 +625,7 @@ let-floating.
 This optimisation is CRUCIAL in eliminating the junk introduced by
 desugaring mutually recursive definitions.  Don't eliminate it lightly!
 
 This optimisation is CRUCIAL in eliminating the junk introduced by
 desugaring mutually recursive definitions.  Don't eliminate it lightly!
 
-So far as the implemtation is concerned:
+So far as the implementation is concerned:
 
        Invariant: go F e = /\tvs -> F e
        
 
        Invariant: go F e = /\tvs -> F e
        
@@ -173,30 +667,42 @@ as we would normally do.
 
 
 \begin{code}
 
 
 \begin{code}
-mkRhsTyLam tyvars body                 -- Only does something if there's a let
-  | null tyvars || not (worth_it body) -- inside a type lambda, and a WHNF inside that
-  = returnSmpl (mkLams tyvars body)
+{-     Trying to do this in full laziness
+
+tryRhsTyLam :: SimplEnv -> [OutTyVar] -> OutExpr -> SimplM FloatsWithExpr
+-- Call ensures that all the binders are type variables
+
+tryRhsTyLam env tyvars body            -- Only does something if there's a let
+  |  not (all isTyVar tyvars)
+  || not (worth_it body)               -- inside a type lambda, 
+  = returnSmpl (emptyFloats env, body) -- and a WHNF inside that
+
   | otherwise
   | otherwise
-  = go (\x -> x) body
+  = go env (\x -> x) body
+
   where
   where
-    worth_it (Let _ e)      = whnf_in_middle e
-    worth_it other                  = False
+    worth_it e@(Let _ _) = whnf_in_middle e
+    worth_it e          = False
+
+    whnf_in_middle (Let (NonRec x rhs) e) | isUnLiftedType (idType x) = False
     whnf_in_middle (Let _ e) = whnf_in_middle e
     whnf_in_middle (Let _ e) = whnf_in_middle e
-    whnf_in_middle e        = exprIsWHNF e
+    whnf_in_middle e        = exprIsCheap e
 
     main_tyvar_set = mkVarSet tyvars
 
 
     main_tyvar_set = mkVarSet tyvars
 
-    go fn (Let bind@(NonRec var rhs) body) | exprIsTrivial rhs
-      = go (fn . Let bind) body
+    go env fn (Let bind@(NonRec var rhs) body)
+      | exprIsTrivial rhs
+      = go env (fn . Let bind) body
+
+    go env fn (Let (NonRec var rhs) body)
+      = mk_poly tyvars_here var                                                        `thenSmpl` \ (var', rhs') ->
+       addAuxiliaryBind env (NonRec var' (mkLams tyvars_here (fn rhs)))        $ \ env -> 
+       go env (fn . Let (mk_silly_bind var rhs')) body
 
 
-    go fn (Let bind@(NonRec var rhs) body)
-      = mk_poly tyvars_here var                                `thenSmpl` \ (var', rhs') ->
-       go (fn . Let (mk_silly_bind var rhs')) body     `thenSmpl` \ body' ->
-       returnSmpl (Let (NonRec var' (mkLams tyvars_here (fn rhs))) body')
       where
       where
-       tyvars_here = tyvars
-               -- varSetElems (main_tyvar_set `intersectVarSet` tyVarsOfType var_ty)
-               -- tyvars_here was an attempt to reduce the number of tyvars
+
+       tyvars_here = varSetElems (main_tyvar_set `intersectVarSet` exprSomeFreeVars isTyVar rhs)
+               -- Abstract only over the type variables free in the rhs
                -- wrt which the new binding is abstracted.  But the naive
                -- approach of abstract wrt the tyvars free in the Id's type
                -- fails. Consider:
                -- wrt which the new binding is abstracted.  But the naive
                -- approach of abstract wrt the tyvars free in the Id's type
                -- fails. Consider:
@@ -212,212 +718,192 @@ mkRhsTyLam tyvars body                  -- Only does something if there's a let
                -- abstracting wrt *all* the tyvars.  We'll see if that
                -- gives rise to problems.   SLPJ June 98
 
                -- abstracting wrt *all* the tyvars.  We'll see if that
                -- gives rise to problems.   SLPJ June 98
 
-       var_ty = idType var
-
-    go fn (Let (Rec prs) body)
+    go env fn (Let (Rec prs) body)
        = mapAndUnzipSmpl (mk_poly tyvars_here) vars    `thenSmpl` \ (vars', rhss') ->
         let
        = mapAndUnzipSmpl (mk_poly tyvars_here) vars    `thenSmpl` \ (vars', rhss') ->
         let
-           gn body = fn $ foldr Let body (zipWith mk_silly_bind vars rhss')
+           gn body = fn (foldr Let body (zipWith mk_silly_bind vars rhss'))
+           pairs   = vars' `zip` [mkLams tyvars_here (gn rhs) | rhs <- rhss]
         in
         in
-        go gn body                             `thenSmpl` \ body' ->
-        returnSmpl (Let (Rec (vars' `zip` [mkLams tyvars_here (gn rhs) | rhs <- rhss])) body')
+        addAuxiliaryBind env (Rec pairs)               $ \ env ->
+        go env gn body 
        where
         (vars,rhss) = unzip prs
        where
         (vars,rhss) = unzip prs
-        tyvars_here = tyvars
-               -- varSetElems (main_tyvar_set `intersectVarSet` tyVarsOfTypes var_tys)
+        tyvars_here = varSetElems (main_tyvar_set `intersectVarSet` exprsSomeFreeVars isTyVar (map snd prs))
                -- See notes with tyvars_here above
 
                -- See notes with tyvars_here above
 
-        var_tys     = map idType vars
-
-    go fn body = returnSmpl (mkLams tyvars (fn body))
+    go env fn body = returnSmpl (emptyFloats env, fn body)
 
     mk_poly tyvars_here var
       = getUniqueSmpl          `thenSmpl` \ uniq ->
        let
            poly_name = setNameUnique (idName var) uniq         -- Keep same name
            poly_ty   = mkForAllTys tyvars_here (idType var)    -- But new type of course
 
     mk_poly tyvars_here var
       = getUniqueSmpl          `thenSmpl` \ uniq ->
        let
            poly_name = setNameUnique (idName var) uniq         -- Keep same name
            poly_ty   = mkForAllTys tyvars_here (idType var)    -- But new type of course
+           poly_id   = mkLocalId poly_name poly_ty 
 
 
-               -- It's crucial to copy the inline-prag of the original var, because
-               -- we're looking at occurrence-analysed but as yet unsimplified code!
-               -- In particular, we mustn't lose the loop breakers.
+               -- In the olden days, it was crucial to copy the occInfo of the original var, 
+               -- because we were looking at occurrence-analysed but as yet unsimplified code!
+               -- In particular, we mustn't lose the loop breakers.  BUT NOW we are looking
+               -- at already simplified code, so it doesn't matter
                -- 
                -- It's even right to retain single-occurrence or dead-var info:
                -- Suppose we started with  /\a -> let x = E in B
                -- 
                -- It's even right to retain single-occurrence or dead-var info:
                -- Suppose we started with  /\a -> let x = E in B
-               -- where x occurs once in E. Then we transform to:
+               -- where x occurs once in B. Then we transform to:
                --      let x' = /\a -> E in /\a -> let x* = x' a in B
                -- where x* has an INLINE prag on it.  Now, once x* is inlined,
                --      let x' = /\a -> E in /\a -> let x* = x' a in B
                -- where x* has an INLINE prag on it.  Now, once x* is inlined,
-               -- the occurrences of x' will be just the occurrences originaly
+               -- the occurrences of x' will be just the occurrences originally
                -- pinned on x.
                -- pinned on x.
-           poly_info = vanillaIdInfo `setInlinePragInfo` getInlinePragma var
-
-           poly_id   = mkId poly_name poly_ty poly_info
        in
        returnSmpl (poly_id, mkTyApps (Var poly_id) (mkTyVarTys tyvars_here))
 
        in
        returnSmpl (poly_id, mkTyApps (Var poly_id) (mkTyVarTys tyvars_here))
 
-    mk_silly_bind var rhs = NonRec (setInlinePragma var IMustBeINLINEd) rhs
-               -- The addInlinePragma is really important!  If we don't say 
-               -- INLINE on these silly little bindings then look what happens!
+    mk_silly_bind var rhs = NonRec var (Note InlineMe rhs)
                -- Suppose we start with:
                --
                -- Suppose we start with:
                --
-               --      x = let g = /\a -> \x -> f x x
-               --          in 
-               --          /\ b -> let g* = g b in E
+               --      x = /\ a -> let g = G in E
                --
                --
-               -- Then:        * the binding for g gets floated out
-               --              * but then it gets inlined into the rhs of g*
-               --              * then the binding for g* is floated out of the /\b
-               --              * so we're back to square one
-               -- The silly binding for g* must be IMustBeINLINEs, so that
-               -- we simply substitute for g* throughout.
+               -- Then we'll float to get
+               --
+               --      x = let poly_g = /\ a -> G
+               --          in /\ a -> let g = poly_g a in E
+               --
+               -- But now the occurrence analyser will see just one occurrence
+               -- of poly_g, not inside a lambda, so the simplifier will
+               -- PreInlineUnconditionally poly_g back into g!  Badk to square 1!
+               -- (I used to think that the "don't inline lone occurrences" stuff
+               --  would stop this happening, but since it's the *only* occurrence,
+               --  PreInlineUnconditionally kicks in first!)
+               --
+               -- Solution: put an INLINE note on g's RHS, so that poly_g seems
+               --           to appear many times.  (NB: mkInlineMe eliminates
+               --           such notes on trivial RHSs, so do it manually.)
+-}
 \end{code}
 
 \end{code}
 
-
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
-\subsection{Eta expansion}
+\subsection{Case alternative filtering
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
-       Try eta expansion for RHSs
+prepareAlts does two things:
 
 
-We go for:
-               \x1..xn -> N    ==>   \x1..xn y1..ym -> N y1..ym
-       AND             
-               N E1..En        ==>   let z1=E1 .. zn=En in \y1..ym -> N z1..zn y1..ym
-
-where (in both cases) N is a NORMAL FORM (i.e. no redexes anywhere)
-wanting a suitable number of extra args.
-
-NB: the Ei may have unlifted type, but the simplifier (which is applied
-to the result) deals OK with this).
+1.  Eliminate alternatives that cannot match, including the
+    DEFAULT alternative.
 
 
-There is no point in looking for a combination of the two, 
-because that would leave use with some lets sandwiched between lambdas;
-but it's awkward to detect that case, so we don't bother.
-
-\begin{code}
-tryEtaExpansion :: InExpr -> SimplM InExpr
-tryEtaExpansion rhs
-  |  not opt_SimplDoLambdaEtaExpansion
-  || exprIsTrivial rhs                 -- Don't eta-expand a trival RHS
-  || null y_tys                                -- No useful expansion
-  = returnSmpl rhs
-
-  | otherwise  -- Consider eta expansion
-  = newIds y_tys                       ( \ y_bndrs ->
-    tick (EtaExpansion (head y_bndrs)) `thenSmpl_`
-    mapAndUnzipSmpl bind_z_arg args    `thenSmpl` (\ (z_binds, z_args) ->
-    returnSmpl (mkLams x_bndrs                 $ 
-               mkLets (catMaybes z_binds)      $
-               mkLams y_bndrs                  $
-               mkApps (mkApps fun z_args) (map Var y_bndrs))))
-  where
-    (x_bndrs, body) = collectValBinders rhs
-    (fun, args)            = collectArgs body
-    no_of_xs       = length x_bndrs
-    fun_arity      = case fun of
-                       Var v -> arityLowerBound (getIdArity v)
-                       other -> 0
-
-    bind_z_arg arg | exprIsTrivial arg = returnSmpl (Nothing, arg)
-                  | otherwise         = newId (coreExprType arg)       $ \ z ->
-                                        returnSmpl (Just (NonRec z arg), Var z)
-
-       -- Note: I used to try to avoid the coreExprType call by using
-       -- the type of the binder.  But this type doesn't necessarily
-       -- belong to the same substitution environment as this rhs;
-       -- and we are going to make extra term binders (y_bndrs) from the type
-       -- which will be processed with the rhs substitution environment.
-       -- This only went wrong in a mind bendingly complicated case.
-    (potential_extra_arg_tys, inner_ty) = splitFunTys (coreExprType body)
-       
-    y_tys :: [InType]
-    y_tys  = take no_extras_wanted potential_extra_arg_tys
-       
-    no_extras_wanted :: Int
-    no_extras_wanted = 
-
-       -- We used to expand the arity to the previous arity fo the
-       -- function; but this is pretty dangerous.  Consdier
-       --      f = \xy -> e
-       -- so that f has arity 2.  Now float something into f's RHS:
-       --      f = let z = BIG in \xy -> e
-       -- The last thing we want to do now is to put some lambdas
-       -- outside, to get
-       --      f = \xy -> let z = BIG in e
-       --
-       -- (bndr_arity - no_of_xs)              `max`
-
-       -- See if the body could obviously do with more args
-       (fun_arity - valArgCount args)  `max`
-
-       -- Finally, see if it's a state transformer, and xs is non-null
-       -- (so it's also a function not a thunk) in which
-       -- case we eta-expand on principle! This can waste work,
-       -- but usually doesn't.
-       -- I originally checked for a singleton type [ty] in this case
-       -- but then I found a situation in which I had
-       --      \ x -> let {..} in \ s -> f (...) s
-       -- AND f RETURNED A FUNCTION.  That is, 's' wasn't the only
-       -- potential extra arg.
-       case (x_bndrs, potential_extra_arg_tys) of
-           (_:_, ty:_)  -> case splitTyConApp_maybe ty of
-                                 Just (tycon,_) | tycon == statePrimTyCon -> 1
-                                 other                                    -> 0
-           other -> 0
-\end{code}
+2.  If the DEFAULT alternative can match only one possible constructor,
+    then make that constructor explicit.
+    e.g.
+       case e of x { DEFAULT -> rhs }
+     ===>
+       case e of x { (a,b) -> rhs }
+    where the type is a single constructor type.  This gives better code
+    when rhs also scrutinises x or e.
 
 
+It's a good idea do do this stuff before simplifying the alternatives, to
+avoid simplifying alternatives we know can't happen, and to come up with
+the list of constructors that are handled, to put into the IdInfo of the
+case binder, for use when simplifying the alternatives.
 
 
-%************************************************************************
-%*                                                                     *
-\subsection{Eta reduction}
-%*                                                                     *
-%************************************************************************
+Eliminating the default alternative in (1) isn't so obvious, but it can
+happen:
 
 
-@etaCoreExpr@ trys an eta reduction at the top level of a Core Expr.
+data Colour = Red | Green | Blue
 
 
-e.g.   \ x y -> f x y  ===>  f
+f x = case x of
+       Red -> ..
+       Green -> ..
+       DEFAULT -> h x
 
 
-It is used
--- OLD
---     a) Before constructing an Unfolding, to 
---        try to make the unfolding smaller;
-       b) In tidyCoreExpr, which is done just before converting to STG.
+h y = case y of
+       Blue -> ..
+       DEFAULT -> [ case y of ... ]
 
 
-But we only do this if 
-       i) It gets rid of a whole lambda, not part.
-          The idea is that lambdas are often quite helpful: they indicate
-          head normal forms, so we don't want to chuck them away lightly.
+If we inline h into f, the default case of the inlined h can't happen.
+If we don't notice this, we may end up filtering out *all* the cases
+of the inner case y, which give us nowhere to go!
 
 
--- OLD: in core2stg we want to do this even if the result isn't trivial
---     ii) It exposes a simple variable or a type application; in short
---         it exposes a "trivial" expression. (exprIsTrivial)
 
 \begin{code}
 
 \begin{code}
-etaCoreExpr :: CoreExpr -> CoreExpr
-               -- ToDo: we should really check that we don't turn a non-bottom
-               -- lambda into a bottom variable.  Sigh
-
-etaCoreExpr expr@(Lam bndr body)
-  = check (reverse binders) body
-  where
-    (binders, body) = collectBinders expr
-
-    check [] body
-       | not (any (`elemVarSet` body_fvs) binders)
-       = body                  -- Success!
-       where
-         body_fvs = exprFreeVars body
+prepareAlts :: OutExpr                 -- Scrutinee
+           -> InId             -- Case binder
+           -> [InAlt]
+           -> SimplM ([InAlt],         -- Better alternatives
+                       [AltCon])       -- These cases are handled
+
+prepareAlts scrut case_bndr alts
+  = let
+       (alts_wo_default, maybe_deflt) = findDefault alts
+
+        impossible_cons = case scrut of
+                           Var v -> otherCons (idUnfolding v)
+                           other -> []
+
+       -- Filter out alternatives that can't possibly match
+       better_alts | null impossible_cons = alts_wo_default
+                   | otherwise            = [alt | alt@(con,_,_) <- alts_wo_default, 
+                                                   not (con `elem` impossible_cons)]
+
+       -- "handled_cons" are handled either by the context, 
+       -- or by a branch in this case expression
+       -- (Don't add DEFAULT to the handled_cons!!)
+       handled_cons = impossible_cons ++ [con | (con,_,_) <- better_alts]
+    in
+       -- Filter out the default, if it can't happen,
+       -- or replace it with "proper" alternative if there
+       -- is only one constructor left
+    prepareDefault case_bndr handled_cons maybe_deflt  `thenSmpl` \ deflt_alt ->
+
+    returnSmpl (deflt_alt ++ better_alts, handled_cons)
+
+prepareDefault case_bndr handled_cons (Just rhs)
+  | Just (tycon, inst_tys) <- splitTyConApp_maybe (idType case_bndr),
+    isAlgTyCon tycon,          -- It's a data type, tuple, or unboxed tuples.  
+    not (isNewTyCon tycon),    -- We can have a newtype, if we are just doing an eval:
+                               --      case x of { DEFAULT -> e }
+                               -- and we don't want to fill in a default for them!
+    Just all_cons <- tyConDataCons_maybe tycon,
+    not (null all_cons),       -- This is a tricky corner case.  If the data type has no constructors,
+                               -- which GHC allows, then the case expression will have at most a default
+                               -- alternative.  We don't want to eliminate that alternative, because the
+                               -- invariant is that there's always one alternative.  It's more convenient
+                               -- to leave     
+                               --      case x of { DEFAULT -> e }     
+                               -- as it is, rather than transform it to
+                               --      error "case cant match"
+                               -- which would be quite legitmate.  But it's a really obscure corner, and
+                               -- not worth wasting code on.
+    let handled_data_cons = [data_con | DataAlt data_con <- handled_cons],
+    let missing_cons      = [con | con <- all_cons, 
+                                  not (con `elem` handled_data_cons)]
+  = case missing_cons of
+       []          -> returnSmpl []    -- Eliminate the default alternative
+                                       -- if it can't match
+
+       [con]       ->  -- It matches exactly one constructor, so fill it in
+                      tick (FillInCaseDefault case_bndr)       `thenSmpl_`
+                      mk_args con inst_tys                     `thenSmpl` \ args ->
+                      returnSmpl [(DataAlt con, args, rhs)]
+
+       two_or_more -> returnSmpl [(DEFAULT, [], rhs)]
 
 
-    check (b : bs) (App fun arg)
-       |  (varToCoreExpr b `cheapEqExpr` arg)
-       = check bs fun
+  | otherwise
+  = returnSmpl [(DEFAULT, [], rhs)]
 
 
-    check _ _ = expr   -- Bale out
+prepareDefault case_bndr handled_cons Nothing
+  = returnSmpl []
 
 
-etaCoreExpr expr = expr                -- The common case
+mk_args missing_con inst_tys
+  = getUniquesSmpl             `thenSmpl` \ tv_uniqs ->
+    getUniquesSmpl             `thenSmpl` \ id_uniqs ->
+    let
+       ex_tyvars   = dataConExistentialTyVars missing_con
+       ex_tyvars'  = zipWith mk tv_uniqs ex_tyvars
+       mk uniq tv  = mkSysTyVar uniq (tyVarKind tv)
+       arg_tys     = dataConArgTys missing_con (inst_tys ++ mkTyVarTys ex_tyvars')
+       arg_ids     = zipWith (mkSysLocal FSLIT("a")) id_uniqs arg_tys
+    in 
+    returnSmpl (ex_tyvars' ++ arg_ids)
 \end{code}
 \end{code}
-       
+
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
@@ -425,120 +911,370 @@ etaCoreExpr expr = expr         -- The common case
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
+mkCase puts a case expression back together, trying various transformations first.
+
 \begin{code}
 mkCase :: OutExpr -> OutId -> [OutAlt] -> SimplM OutExpr
 \begin{code}
 mkCase :: OutExpr -> OutId -> [OutAlt] -> SimplM OutExpr
+
+mkCase scrut case_bndr alts
+  = mkAlts scrut case_bndr alts        `thenSmpl` \ better_alts ->
+    mkCase1 scrut case_bndr better_alts
 \end{code}
 
 \end{code}
 
-@mkCase@ tries the following transformation (if possible):
-
-case e of b {             ==>   case e of b {
-  p1 -> rhs1                     p1 -> rhs1
-  ...                            ...
-  pm -> rhsm                      pm -> rhsm
-  _  -> case b of b' {            pn -> rhsn[b/b'] {or (alg)  let b=b' in rhsn}
-                                                  {or (prim) case b of b' { _ -> rhsn}}
-             pn -> rhsn          ...
-             ...                 po -> rhso[b/b']
-             po -> rhso          _  -> rhsd[b/b'] {or let b'=b in rhsd}
-             _  -> rhsd
-}
-
-which merges two cases in one case when -- the default alternative of
-the outer case scrutises the same variable as the outer case This
-transformation is called Case Merging.  It avoids that the same
-variable is scrutinised multiple times.
+
+mkAlts tries these things:
+
+1.  If several alternatives are identical, merge them into
+    a single DEFAULT alternative.  I've occasionally seen this 
+    making a big difference:
+
+       case e of               =====>     case e of
+         C _ -> f x                         D v -> ....v....
+         D v -> ....v....                   DEFAULT -> f x
+         DEFAULT -> f x
+
+   The point is that we merge common RHSs, at least for the DEFAULT case.
+   [One could do something more elaborate but I've never seen it needed.]
+   To avoid an expensive test, we just merge branches equal to the *first*
+   alternative; this picks up the common cases
+       a) all branches equal
+       b) some branches equal to the DEFAULT (which occurs first)
+
+2.  Case merging:
+       case e of b {             ==>   case e of b {
+        p1 -> rhs1                      p1 -> rhs1
+        ...                             ...
+        pm -> rhsm                      pm -> rhsm
+        _  -> case b of b' {            pn -> let b'=b in rhsn
+                    pn -> rhsn          ...
+                    ...                 po -> let b'=b in rhso
+                    po -> rhso          _  -> let b'=b in rhsd
+                    _  -> rhsd
+       }  
+    
+    which merges two cases in one case when -- the default alternative of
+    the outer case scrutises the same variable as the outer case This
+    transformation is called Case Merging.  It avoids that the same
+    variable is scrutinised multiple times.
+
+
+The case where transformation (1) showed up was like this (lib/std/PrelCError.lhs):
+
+       x | p `is` 1 -> e1
+         | p `is` 2 -> e2
+       ...etc...
+
+where @is@ was something like
+       
+       p `is` n = p /= (-1) && p == n
+
+This gave rise to a horrible sequence of cases
+
+       case p of
+         (-1) -> $j p
+         1    -> e1
+         DEFAULT -> $j p
+
+and similarly in cascade for all the join points!
+
+
 
 \begin{code}
 
 \begin{code}
-mkCase scrut outer_bndr outer_alts
-  |  opt_SimplCaseMerge
-  && maybeToBool maybe_case_in_default
-     
-  = tick (CaseMerge outer_bndr)                `thenSmpl_`
-    returnSmpl (Case scrut outer_bndr new_alts)
-       -- Warning: don't call mkCase recursively!
+--------------------------------------------------
+--     1. Merge identical branches
+--------------------------------------------------
+mkAlts scrut case_bndr alts@((con1,bndrs1,rhs1) : con_alts)
+  | all isDeadBinder bndrs1,                   -- Remember the default 
+    length filtered_alts < length con_alts     -- alternative comes first
+  = tick (AltMerge case_bndr)                  `thenSmpl_`
+    returnSmpl better_alts
+  where
+    filtered_alts       = filter keep con_alts
+    keep (con,bndrs,rhs) = not (all isDeadBinder bndrs && rhs `cheapEqExpr` rhs1)
+    better_alts                 = (DEFAULT, [], rhs1) : filtered_alts
+
+
+--------------------------------------------------
+--     2.  Merge nested cases
+--------------------------------------------------
+
+mkAlts scrut outer_bndr outer_alts
+  | opt_SimplCaseMerge,
+    (outer_alts_without_deflt, maybe_outer_deflt)   <- findDefault outer_alts,
+    Just (Case (Var scrut_var) inner_bndr inner_alts) <- maybe_outer_deflt,
+    scruting_same_var scrut_var
+
+  = let            --  Eliminate any inner alts which are shadowed by the outer ones
+       outer_cons = [con | (con,_,_) <- outer_alts_without_deflt]
+    
+       munged_inner_alts = [ (con, args, munge_rhs rhs) 
+                           | (con, args, rhs) <- inner_alts, 
+                              not (con `elem` outer_cons)      -- Eliminate shadowed inner alts
+                           ]
+       munge_rhs rhs = bindCaseBndr inner_bndr (Var outer_bndr) rhs
+    
+       (inner_con_alts, maybe_inner_default) = findDefault munged_inner_alts
+
+       new_alts = add_default maybe_inner_default
+                              (outer_alts_without_deflt ++ inner_con_alts)
+    in
+    tick (CaseMerge outer_bndr)                                `thenSmpl_`
+    returnSmpl new_alts
+       -- Warning: don't call mkAlts recursively!
        -- Firstly, there's no point, because inner alts have already had
        -- mkCase applied to them, so they won't have a case in their default
        -- Firstly, there's no point, because inner alts have already had
        -- mkCase applied to them, so they won't have a case in their default
-       -- Secondly, if you do, you get an infinite loop, because the bindNonRec
-       -- in munge_rhs puts a case into the DEFAULT branch!
+       -- Secondly, if you do, you get an infinite loop, because the bindCaseBndr
+       -- in munge_rhs may put a case into the DEFAULT branch!
   where
   where
-    new_alts = outer_alts_without_deflt ++ munged_inner_alts
-    maybe_case_in_default = case findDefault outer_alts of
-                               (outer_alts_without_default,
-                                Just (Case (Var scrut_var) inner_bndr inner_alts))
-                                
-                                  | outer_bndr == scrut_var
-                                  -> Just (outer_alts_without_default, inner_bndr, inner_alts)
-                               other -> Nothing
-
-    Just (outer_alts_without_deflt, inner_bndr, inner_alts) = maybe_case_in_default
-
-               --  Eliminate any inner alts which are shadowed by the outer ones
-    outer_cons = [con | (con,_,_) <- outer_alts_without_deflt]
-
-    munged_inner_alts = [ (con, args, munge_rhs rhs) 
-                       | (con, args, rhs) <- inner_alts, 
-                          not (con `elem` outer_cons)  -- Eliminate shadowed inner alts
-                       ]
-    munge_rhs rhs = bindNonRec inner_bndr (Var outer_bndr) rhs
+       -- We are scrutinising the same variable if it's
+       -- the outer case-binder, or if the outer case scrutinises a variable
+       -- (and it's the same).  Testing both allows us not to replace the
+       -- outer scrut-var with the outer case-binder (Simplify.simplCaseBinder).
+    scruting_same_var = case scrut of
+                         Var outer_scrut -> \ v -> v == outer_bndr || v == outer_scrut
+                         other           -> \ v -> v == outer_bndr
+
+    add_default (Just rhs) alts = (DEFAULT,[],rhs) : alts
+    add_default Nothing    alts = alts
+
+
+--------------------------------------------------
+--     Catch-all
+--------------------------------------------------
+
+mkAlts scrut case_bndr other_alts = returnSmpl other_alts
 \end{code}
 
 \end{code}
 
-Now the identity-case transformation:
+
+
+=================================================================================
+
+mkCase1 tries these things
+
+1.  Eliminate the case altogether if possible
+
+2.  Case-identity:
 
        case e of               ===> e
 
        case e of               ===> e
-               True -> True;
+               True  -> True;
                False -> False
 
                False -> False
 
-and similar friends.
+    and similar friends.
+
+
+Start with a simple situation:
+
+       case x# of      ===>   e[x#/y#]
+         y# -> e
+
+(when x#, y# are of primitive type, of course).  We can't (in general)
+do this for algebraic cases, because we might turn bottom into
+non-bottom!
+
+Actually, we generalise this idea to look for a case where we're
+scrutinising a variable, and we know that only the default case can
+match.  For example:
+\begin{verbatim}
+       case x of
+         0#    -> ...
+         other -> ...(case x of
+                        0#    -> ...
+                        other -> ...) ...
+\end{code}
+Here the inner case can be eliminated.  This really only shows up in
+eliminating error-checking code.
+
+We also make sure that we deal with this very common case:
+
+       case e of 
+         x -> ...x...
+
+Here we are using the case as a strict let; if x is used only once
+then we want to inline it.  We have to be careful that this doesn't 
+make the program terminate when it would have diverged before, so we
+check that 
+       - x is used strictly, or
+       - e is already evaluated (it may so if e is a variable)
+
+Lastly, we generalise the transformation to handle this:
+
+       case e of       ===> r
+          True  -> r
+          False -> r
+
+We only do this for very cheaply compared r's (constructors, literals
+and variables).  If pedantic bottoms is on, we only do it when the
+scrutinee is a PrimOp which can't fail.
+
+We do it *here*, looking at un-simplified alternatives, because we
+have to check that r doesn't mention the variables bound by the
+pattern in each alternative, so the binder-info is rather useful.
+
+So the case-elimination algorithm is:
+
+       1. Eliminate alternatives which can't match
+
+       2. Check whether all the remaining alternatives
+               (a) do not mention in their rhs any of the variables bound in their pattern
+          and  (b) have equal rhss
+
+       3. Check we can safely ditch the case:
+                  * PedanticBottoms is off,
+               or * the scrutinee is an already-evaluated variable
+               or * the scrutinee is a primop which is ok for speculation
+                       -- ie we want to preserve divide-by-zero errors, and
+                       -- calls to error itself!
+
+               or * [Prim cases] the scrutinee is a primitive variable
+
+               or * [Alg cases] the scrutinee is a variable and
+                    either * the rhs is the same variable
+                       (eg case x of C a b -> x  ===>   x)
+                    or     * there is only one alternative, the default alternative,
+                               and the binder is used strictly in its scope.
+                               [NB this is helped by the "use default binder where
+                                possible" transformation; see below.]
+
+
+If so, then we can replace the case with one of the rhss.
+
+Further notes about case elimination
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+Consider:      test :: Integer -> IO ()
+               test = print
+
+Turns out that this compiles to:
+    Print.test
+      = \ eta :: Integer
+         eta1 :: State# RealWorld ->
+         case PrelNum.< eta PrelNum.zeroInteger of wild { __DEFAULT ->
+         case hPutStr stdout
+                (PrelNum.jtos eta ($w[] @ Char))
+                eta1
+         of wild1 { (# new_s, a4 #) -> PrelIO.lvl23 new_s  }}
+
+Notice the strange '<' which has no effect at all. This is a funny one.  
+It started like this:
+
+f x y = if x < 0 then jtos x
+          else if y==0 then "" else jtos x
+
+At a particular call site we have (f v 1).  So we inline to get
+
+       if v < 0 then jtos x 
+       else if 1==0 then "" else jtos x
+
+Now simplify the 1==0 conditional:
+
+       if v<0 then jtos v else jtos v
+
+Now common-up the two branches of the case:
+
+       case (v<0) of DEFAULT -> jtos v
+
+Why don't we drop the case?  Because it's strict in v.  It's technically
+wrong to drop even unnecessary evaluations, and in practice they
+may be a result of 'seq' so we *definitely* don't want to drop those.
+I don't really know how to improve this situation.
+
 
 \begin{code}
 
 \begin{code}
-mkCase scrut case_bndr alts
+--------------------------------------------------
+--     0. Check for empty alternatives
+--------------------------------------------------
+
+#ifdef DEBUG
+mkCase1 scrut case_bndr []
+  = pprTrace "mkCase1: null alts" (ppr case_bndr <+> ppr scrut) $
+    returnSmpl scrut
+#endif
+
+--------------------------------------------------
+--     1. Eliminate the case altogether if poss
+--------------------------------------------------
+
+mkCase1 scrut case_bndr [(con,bndrs,rhs)]
+  -- See if we can get rid of the case altogether
+  -- See the extensive notes on case-elimination above
+  -- mkCase made sure that if all the alternatives are equal, 
+  -- then there is now only one (DEFAULT) rhs
+ |  all isDeadBinder bndrs,
+
+       -- Check that the scrutinee can be let-bound instead of case-bound
+    exprOkForSpeculation scrut
+               -- OK not to evaluate it
+               -- This includes things like (==# a# b#)::Bool
+               -- so that we simplify 
+               --      case ==# a# b# of { True -> x; False -> x }
+               -- to just
+               --      x
+               -- This particular example shows up in default methods for
+               -- comparision operations (e.g. in (>=) for Int.Int32)
+       || exprIsValue scrut                    -- It's already evaluated
+       || var_demanded_later scrut             -- It'll be demanded later
+
+--      || not opt_SimplPedanticBottoms)       -- Or we don't care!
+--     We used to allow improving termination by discarding cases, unless -fpedantic-bottoms was on,
+--     but that breaks badly for the dataToTag# primop, which relies on a case to evaluate
+--     its argument:  case x of { y -> dataToTag# y }
+--     Here we must *not* discard the case, because dataToTag# just fetches the tag from
+--     the info pointer.  So we'll be pedantic all the time, and see if that gives any
+--     other problems
+--     Also we don't want to discard 'seq's
+  = tick (CaseElim case_bndr)                  `thenSmpl_` 
+    returnSmpl (bindCaseBndr case_bndr scrut rhs)
+
+  where
+       -- The case binder is going to be evaluated later, 
+       -- and the scrutinee is a simple variable
+    var_demanded_later (Var v) = isStrictDmd (idNewDemandInfo case_bndr)
+    var_demanded_later other   = False
+
+
+--------------------------------------------------
+--     2. Identity case
+--------------------------------------------------
+
+mkCase1 scrut case_bndr alts   -- Identity case
   | all identity_alt alts
   = tick (CaseIdentity case_bndr)              `thenSmpl_`
   | all identity_alt alts
   = tick (CaseIdentity case_bndr)              `thenSmpl_`
-    returnSmpl scrut
+    returnSmpl (re_note scrut)
   where
   where
-    identity_alt (DEFAULT, [], Var v)       = v == case_bndr
-    identity_alt (con, args, Con con' args') = con == con' && 
-                                              and (zipWithEqual "mkCase" 
-                                                       cheapEqExpr 
-                                                       (map Type arg_tys ++ map varToCoreExpr args)
-                                                       args')
-    identity_alt other                      = False
-
-    arg_tys = case splitTyConApp_maybe (idType case_bndr) of
-               Just (tycon, arg_tys) -> arg_tys
-\end{code}
+    identity_alt (con, args, rhs) = de_note rhs `cheapEqExpr` identity_rhs con args
 
 
-The catch-all case
+    identity_rhs (DataAlt con) args = mkConApp con (arg_tys ++ map varToCoreExpr args)
+    identity_rhs (LitAlt lit)  _    = Lit lit
+    identity_rhs DEFAULT       _    = Var case_bndr
 
 
-\begin{code}
-mkCase other_scrut case_bndr other_alts
-  = returnSmpl (Case other_scrut case_bndr other_alts)
-\end{code}
+    arg_tys = map Type (tyConAppArgs (idType case_bndr))
 
 
+       -- We've seen this:
+       --      case coerce T e of x { _ -> coerce T' x }
+       -- And we definitely want to eliminate this case!
+       -- So we throw away notes from the RHS, and reconstruct
+       -- (at least an approximation) at the other end
+    de_note (Note _ e) = de_note e
+    de_note e         = e
+
+       -- re_note wraps a coerce if it might be necessary
+    re_note scrut = case head alts of
+                       (_,_,rhs1@(Note _ _)) -> mkCoerce2 (exprType rhs1) (idType case_bndr) scrut
+                       other                 -> scrut
 
 
-\begin{code}
-findDefault :: [CoreAlt] -> ([CoreAlt], Maybe CoreExpr)
-findDefault []                         = ([], Nothing)
-findDefault ((DEFAULT,args,rhs) : alts) = ASSERT( null alts && null args ) 
-                                         ([], Just rhs)
-findDefault (alt : alts)               = case findDefault alts of 
-                                           (alts', deflt) -> (alt : alts', deflt)
-
-findAlt :: Con -> [CoreAlt] -> CoreAlt
-findAlt con alts
-  = go alts
-  where
-    go []          = pprPanic "Missing alternative" (ppr con $$ vcat (map ppr alts))
-    go (alt : alts) | matches alt = alt
-                   | otherwise   = go alts
 
 
-    matches (DEFAULT, _, _) = True
-    matches (con1, _, _)    = con == con1
+--------------------------------------------------
+--     Catch-all
+--------------------------------------------------
+mkCase1 scrut bndr alts = returnSmpl (Case scrut bndr alts)
+\end{code}
 
 
 
 
-mkCoerce to_ty (Note (Coerce _ from_ty) expr) 
-  | to_ty == from_ty = expr
-  | otherwise       = Note (Coerce to_ty from_ty) expr
-mkCoerce to_ty expr
-  = Note (Coerce to_ty (coreExprType expr)) expr
+When adding auxiliary bindings for the case binder, it's worth checking if
+its dead, because it often is, and occasionally these mkCase transformations
+cascade rather nicely.
+
+\begin{code}
+bindCaseBndr bndr rhs body
+  | isDeadBinder bndr = body
+  | otherwise        = bindNonRec bndr rhs body
 \end{code}
 \end{code}