[project @ 2001-03-01 17:10:06 by simonpj]
[ghc-hetmet.git] / ghc / compiler / simplCore / SetLevels.lhs
index 40366cf..57e548c 100644 (file)
-%
-% (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
-%
-\section{SetLevels}
-
-               ***************************
-                       Overview
-               ***************************
-
-1. We attach binding levels to Core bindings, in preparation for floating
-   outwards (@FloatOut@).
-
-2. We also let-ify many expressions (notably case scrutinees), so they
-   will have a fighting chance of being floated sensible.
-
-3. We clone the binders of any floatable let-binding, so that when it is
-   floated out it will be unique.  (This used to be done by the simplifier
-   but the latter now only ensures that there's no shadowing; indeed, even 
-   that may not be true.)
-
-   NOTE: this can't be done using the uniqAway idea, because the variable
-        must be unique in the whole program, not just its current scope,
-        because two variables in different scopes may float out to the
-        same top level place
-
-   NOTE: Very tiresomely, we must apply this substitution to
-        the rules stored inside a variable too.
-
-   We do *not* clone top-level bindings, because some of them must not change,
-   but we *do* clone bindings that are heading for the top level
-
-4. In the expression
-       case x of wild { p -> ...wild... }
-   we substitute x for wild in the RHS of the case alternatives:
-       case x of wild { p -> ...x... }
-   This means that a sub-expression involving x is not "trapped" inside the RHS.
-   And it's not inconvenient because we already have a substitution.
-
-  Note that this is EXACTLY BACKWARDS from the what the simplifier does.
-  The simplifier tries to get rid of occurrences of x, in favour of wild,
-  in the hope that there will only be one remaining occurrence of x, namely
-  the scrutinee of the case, and we can inline it.  
-
-\begin{code}
-module SetLevels (
-       setLevels,
-
-       Level(..), tOP_LEVEL,
-
-       incMinorLvl, ltMajLvl, ltLvl, isTopLvl
-    ) where
-
-#include "HsVersions.h"
-
-import CoreSyn
-
-import CoreUtils       ( exprType, exprIsTrivial, exprIsBottom, mkPiType )
-import CoreFVs         -- all of it
-import Subst
-import Id              ( Id, idType, mkSysLocal, isOneShotLambda, modifyIdInfo, 
-                         idSpecialisation, idWorkerInfo, setIdInfo
-                       )
-import IdInfo          ( workerExists, vanillaIdInfo, demandInfo, setDemandInfo )
-import Var             ( Var, setVarUnique )
-import VarSet
-import VarEnv
-import Name            ( getOccName )
-import OccName         ( occNameUserString )
-import Type            ( isUnLiftedType, Type )
-import BasicTypes      ( TopLevelFlag(..) )
-import Demand          ( isStrict, wwLazy )
-import UniqSupply
-import Util            ( sortLt, isSingleton, count )
-import Outputable
-\end{code}
-
-%************************************************************************
-%*                                                                     *
-\subsection{Level numbers}
-%*                                                                     *
-%************************************************************************
-
-\begin{code}
-data Level = Level Int -- Level number of enclosing lambdas
-                  Int  -- Number of big-lambda and/or case expressions between
-                       -- here and the nearest enclosing lambda
-\end{code}
-
-The {\em level number} on a (type-)lambda-bound variable is the
-nesting depth of the (type-)lambda which binds it.  The outermost lambda
-has level 1, so (Level 0 0) means that the variable is bound outside any lambda.
-
-On an expression, it's the maximum level number of its free
-(type-)variables.  On a let(rec)-bound variable, it's the level of its
-RHS.  On a case-bound variable, it's the number of enclosing lambdas.
-
-Top-level variables: level~0.  Those bound on the RHS of a top-level
-definition but ``before'' a lambda; e.g., the \tr{x} in (levels shown
-as ``subscripts'')...
-\begin{verbatim}
-a_0 = let  b_? = ...  in
-          x_1 = ... b ... in ...
-\end{verbatim}
-
-The main function @lvlExpr@ carries a ``context level'' (@ctxt_lvl@).
-That's meant to be the level number of the enclosing binder in the
-final (floated) program.  If the level number of a sub-expression is
-less than that of the context, then it might be worth let-binding the
-sub-expression so that it will indeed float. This context level starts
-at @Level 0 0@.
-
-\begin{code}
-type LevelledExpr  = TaggedExpr Level
-type LevelledBind  = TaggedBind Level
-
-tOP_LEVEL = Level 0 0
-
-incMajorLvl :: Level -> Level
-incMajorLvl (Level major minor) = Level (major+1) 0
-
-incMinorLvl :: Level -> Level
-incMinorLvl (Level major minor) = Level major (minor+1)
-
-maxLvl :: Level -> Level -> Level
-maxLvl l1@(Level maj1 min1) l2@(Level maj2 min2)
-  | (maj1 > maj2) || (maj1 == maj2 && min1 > min2) = l1
-  | otherwise                                     = l2
-
-ltLvl :: Level -> Level -> Bool
-ltLvl (Level maj1 min1) (Level maj2 min2)
-  = (maj1 < maj2) || (maj1 == maj2 && min1 < min2)
-
-ltMajLvl :: Level -> Level -> Bool
-    -- Tells if one level belongs to a difft *lambda* level to another
-ltMajLvl (Level maj1 _) (Level maj2 _) = maj1 < maj2
-
-isTopLvl :: Level -> Bool
-isTopLvl (Level 0 0) = True
-isTopLvl other       = False
-
-instance Outputable Level where
-  ppr (Level maj min) = hcat [ char '<', int maj, char ',', int min, char '>' ]
-
-instance Eq Level where
-  (Level maj1 min1) == (Level maj2 min2) = maj1==maj2 && min1==min2
-\end{code}
-
-%************************************************************************
-%*                                                                     *
-\subsection{Main level-setting code}
-%*                                                                     *
-%************************************************************************
-
-\begin{code}
-setLevels :: Bool              -- True <=> float lambdas to top level
-         -> [CoreBind]
-         -> UniqSupply
-         -> [LevelledBind]
-
-setLevels float_lams binds us
-  = initLvl us (do_them binds)
-  where
-    -- "do_them"'s main business is to thread the monad along
-    -- It gives each top binding the same empty envt, because
-    -- things unbound in the envt have level number zero implicitly
-    do_them :: [CoreBind] -> LvlM [LevelledBind]
-
-    do_them [] = returnLvl []
-    do_them (b:bs)
-      = lvlTopBind init_env b  `thenLvl` \ (lvld_bind, _) ->
-       do_them bs              `thenLvl` \ lvld_binds ->
-       returnLvl (lvld_bind : lvld_binds)
-
-    init_env = initialEnv float_lams
-
-lvlTopBind env (NonRec binder rhs)
-  = lvlBind TopLevel tOP_LEVEL env (AnnNonRec binder (freeVars rhs))
-                                       -- Rhs can have no free vars!
-
-lvlTopBind env (Rec pairs)
-  = lvlBind TopLevel tOP_LEVEL env (AnnRec [(b,freeVars rhs) | (b,rhs) <- pairs])
-\end{code}
-
-%************************************************************************
-%*                                                                     *
-\subsection{Setting expression levels}
-%*                                                                     *
-%************************************************************************
-
-\begin{code}
-lvlExpr :: Level               -- ctxt_lvl: Level of enclosing expression
-       -> LevelEnv             -- Level of in-scope names/tyvars
-       -> CoreExprWithFVs      -- input expression
-       -> LvlM LevelledExpr    -- Result expression
-\end{code}
-
-The @ctxt_lvl@ is, roughly, the level of the innermost enclosing
-binder.  Here's an example
-
-       v = \x -> ...\y -> let r = case (..x..) of
-                                       ..x..
-                          in ..
-
-When looking at the rhs of @r@, @ctxt_lvl@ will be 1 because that's
-the level of @r@, even though it's inside a level-2 @\y@.  It's
-important that @ctxt_lvl@ is 1 and not 2 in @r@'s rhs, because we
-don't want @lvlExpr@ to turn the scrutinee of the @case@ into an MFE
---- because it isn't a *maximal* free expression.
-
-If there were another lambda in @r@'s rhs, it would get level-2 as well.
-
-\begin{code}
-lvlExpr _ _ (_, AnnType ty)   = returnLvl (Type ty)
-lvlExpr _ env (_, AnnVar v)   = returnLvl (lookupVar env v)
-lvlExpr _ env (_, AnnLit lit) = returnLvl (Lit lit)
-
-lvlExpr ctxt_lvl env (_, AnnApp fun arg)
-  = lvl_fun fun                                `thenLvl` \ fun' ->
-    lvlMFE  False ctxt_lvl env arg     `thenLvl` \ arg' ->
-    returnLvl (App fun' arg')
-  where
-    lvl_fun (_, AnnCase _ _ _) = lvlMFE True ctxt_lvl env fun
-    lvl_fun other             = lvlExpr ctxt_lvl env fun
-       -- We don't do MFE on partial applications generally,
-       -- but we do if the function is big and hairy, like a case
-
-lvlExpr ctxt_lvl env (_, AnnNote InlineMe expr)
--- Don't float anything out of an InlineMe; hence the tOP_LEVEL
-  = lvlExpr tOP_LEVEL env expr         `thenLvl` \ expr' ->
-    returnLvl (Note InlineMe expr')
-
-lvlExpr ctxt_lvl env (_, AnnNote note expr)
-  = lvlExpr ctxt_lvl env expr          `thenLvl` \ expr' ->
-    returnLvl (Note note expr')
-
--- We don't split adjacent lambdas.  That is, given
---     \x y -> (x+1,y)
--- we don't float to give 
---     \x -> let v = x+y in \y -> (v,y)
--- Why not?  Because partial applications are fairly rare, and splitting
--- lambdas makes them more expensive.
-
-lvlExpr ctxt_lvl env expr@(_, AnnLam bndr rhs)
-  = lvlMFE True new_lvl new_env body   `thenLvl` \ new_body ->
-    returnLvl (glue_binders new_bndrs expr new_body)
-  where 
-    (bndrs, body)       = collect_binders expr
-    (new_lvl, new_bndrs) = lvlLamBndrs ctxt_lvl bndrs
-    new_env             = extendLvlEnv env new_bndrs
-
-lvlExpr ctxt_lvl env (_, AnnLet bind body)
-  = lvlBind NotTopLevel ctxt_lvl env bind      `thenLvl` \ (bind', new_env) ->
-    lvlExpr ctxt_lvl new_env body              `thenLvl` \ body' ->
-    returnLvl (Let bind' body')
-
-lvlExpr ctxt_lvl env (_, AnnCase expr case_bndr alts)
-  = lvlMFE True ctxt_lvl env expr      `thenLvl` \ expr' ->
-    let
-       alts_env = extendCaseBndrLvlEnv env expr' case_bndr incd_lvl
-    in
-    mapLvl (lvl_alt alts_env) alts     `thenLvl` \ alts' ->
-    returnLvl (Case expr' (case_bndr, incd_lvl) alts')
-  where
-      incd_lvl  = incMinorLvl ctxt_lvl
-
-      lvl_alt alts_env (con, bs, rhs)
-       = lvlMFE True incd_lvl new_env rhs      `thenLvl` \ rhs' ->
-         returnLvl (con, bs', rhs')
-       where
-         bs'     = [ (b, incd_lvl) | b <- bs ]
-         new_env = extendLvlEnv alts_env bs'
-
-collect_binders lam
-  = go [] lam
-  where
-    go rev_bndrs (_, AnnLam b e)  = go (b:rev_bndrs) e
-    go rev_bndrs (_, AnnNote n e) = go rev_bndrs e
-    go rev_bndrs rhs             = (reverse rev_bndrs, rhs)
-       -- Ignore notes, because we don't want to split
-       -- a lambda like this (\x -> coerce t (\s -> ...))
-       -- This happens quite a bit in state-transformer programs
-
-       -- glue_binders puts the lambda back together
-glue_binders (b:bs) (_, AnnLam _ e)  body = Lam b (glue_binders bs e body)
-glue_binders bs            (_, AnnNote n e) body = Note n (glue_binders bs e body)
-glue_binders []            e                body = body
-\end{code}
-
-@lvlMFE@ is just like @lvlExpr@, except that it might let-bind
-the expression, so that it can itself be floated.
-
-\begin{code}
-lvlMFE ::  Bool                        -- True <=> strict context [body of case or let]
-       -> Level                -- Level of innermost enclosing lambda/tylam
-       -> LevelEnv             -- Level of in-scope names/tyvars
-       -> CoreExprWithFVs      -- input expression
-       -> LvlM LevelledExpr    -- Result expression
-
-lvlMFE strict_ctxt ctxt_lvl env (_, AnnType ty)
-  = returnLvl (Type ty)
-
-lvlMFE strict_ctxt ctxt_lvl env ann_expr@(fvs, _)
-  |  isUnLiftedType ty                         -- Can't let-bind it
-  || not good_destination
-  || exprIsTrivial expr                                -- Is trivial
-  || (strict_ctxt && exprIsBottom expr)                -- Strict context and is bottom
-                                               --  e.g. \x -> error "foo"
-                                               -- No gain from floating this
-  =    -- Don't float it out
-    lvlExpr ctxt_lvl env ann_expr
-
-  | otherwise  -- Float it out!
-  = lvlFloatRhs abs_vars dest_lvl env ann_expr `thenLvl` \ expr' ->
-    newLvlVar "lvl" abs_vars ty                        `thenLvl` \ var ->
-    returnLvl (Let (NonRec (var,dest_lvl) expr') 
-                  (mkVarApps (Var var) abs_vars))
-  where
-    expr     = deAnnotate ann_expr
-    ty       = exprType expr
-    dest_lvl = destLevel env fvs (isFunction ann_expr)
-    abs_vars = abstractVars dest_lvl env fvs
-
-    good_destination =  dest_lvl `ltMajLvl` ctxt_lvl           -- Escapes a value lambda
-                    || (isTopLvl dest_lvl && not strict_ctxt)  -- Goes to the top
-       -- A decision to float entails let-binding this thing, and we only do 
-       -- that if we'll escape a value lambda, or will go to the top level.
-       -- But beware
-       --      concat = /\ a -> foldr ..a.. (++) []
-       -- was getting turned into
-       --      concat = /\ a -> lvl a
-       --      lvl    = /\ a -> foldr ..a.. (++) []
-       -- which is pretty stupid.  Hence the strict_ctxt test
-\end{code}
-
-
-%************************************************************************
-%*                                                                     *
-\subsection{Bindings}
-%*                                                                     *
-%************************************************************************
-
-The binding stuff works for top level too.
-
-\begin{code}
-lvlBind :: TopLevelFlag                -- Used solely to decide whether to clone
-       -> Level                -- Context level; might be Top even for bindings nested in the RHS
-                               -- of a top level binding
-       -> LevelEnv
-       -> CoreBindWithFVs
-       -> LvlM (LevelledBind, LevelEnv)
-
-lvlBind top_lvl ctxt_lvl env (AnnNonRec bndr rhs@(rhs_fvs,_))
-  | null abs_vars
-  =    -- No type abstraction; clone existing binder
-    lvlExpr dest_lvl env rhs                   `thenLvl` \ rhs' ->
-    cloneVar top_lvl env bndr ctxt_lvl dest_lvl        `thenLvl` \ (env', bndr') ->
-    returnLvl (NonRec (bndr', dest_lvl) rhs', env') 
-
-  | otherwise
-  = -- Yes, type abstraction; create a new binder, extend substitution, etc
-    lvlFloatRhs abs_vars dest_lvl env rhs      `thenLvl` \ rhs' ->
-    newPolyBndrs dest_lvl env abs_vars [bndr]  `thenLvl` \ (env', [bndr']) ->
-    returnLvl (NonRec (bndr', dest_lvl) rhs', env')
-
-  where
-    bind_fvs = rhs_fvs `unionVarSet` idFreeVars bndr
-    abs_vars = abstractVars dest_lvl env bind_fvs
-
-    dest_lvl | isUnLiftedType (idType bndr) = destLevel env bind_fvs False `maxLvl` Level 1 0
-            | otherwise                    = destLevel env bind_fvs (isFunction rhs)
-       -- Hack alert!  We do have some unlifted bindings, for cheap primops, and 
-       -- it is ok to float them out; but not to the top level.  If they would otherwise
-       -- go to the top level, we pin them inside the topmost lambda
-\end{code}
-
-
-\begin{code}
-lvlBind top_lvl ctxt_lvl env (AnnRec pairs)
-  | null abs_vars
-  = cloneVars top_lvl env bndrs ctxt_lvl dest_lvl      `thenLvl` \ (new_env, new_bndrs) ->
-    mapLvl (lvlExpr ctxt_lvl new_env) rhss             `thenLvl` \ new_rhss ->
-    returnLvl (Rec ((new_bndrs `zip` repeat dest_lvl) `zip` new_rhss), new_env)
-
-  | isSingleton pairs && count isId abs_vars > 1
-  =    -- Special case for self recursion where there are
-       -- several variables carried around: build a local loop:        
-       --      poly_f = \abs_vars. \lam_vars . letrec f = \lam_vars. rhs in f lam_vars
-       -- This just makes the closures a bit smaller.  If we don't do
-       -- this, allocation rises significantly on some programs
-       --
-       -- We could elaborate it for the case where there are several
-       -- mutually functions, but it's quite a bit more complicated
-       -- 
-       -- This all seems a bit ad hoc -- sigh
-    let
-       (bndr,rhs) = head pairs
-       (rhs_lvl, abs_vars_w_lvls) = lvlLamBndrs dest_lvl abs_vars
-       rhs_env = extendLvlEnv env abs_vars_w_lvls
-    in
-    cloneVar NotTopLevel rhs_env bndr rhs_lvl rhs_lvl  `thenLvl` \ (rhs_env', new_bndr) ->
-    let
-       (lam_bndrs, rhs_body)     = collect_binders rhs
-        (body_lvl, new_lam_bndrs) = lvlLamBndrs rhs_lvl lam_bndrs
-       body_env                  = extendLvlEnv rhs_env' new_lam_bndrs
-    in
-    lvlExpr body_lvl body_env rhs_body         `thenLvl` \ new_rhs_body ->
-    newPolyBndrs dest_lvl env abs_vars [bndr]  `thenLvl` \ (poly_env, [poly_bndr]) ->
-    returnLvl (Rec [((poly_bndr,dest_lvl), mkLams abs_vars_w_lvls $
-                                          glue_binders new_lam_bndrs rhs $
-                                          Let (Rec [((new_bndr,rhs_lvl), mkLams new_lam_bndrs new_rhs_body)]) 
-                                               (mkVarApps (Var new_bndr) lam_bndrs))],
-              poly_env)
-
-  | otherwise
-  = newPolyBndrs dest_lvl env abs_vars bndrs           `thenLvl` \ (new_env, new_bndrs) ->
-    mapLvl (lvlFloatRhs abs_vars dest_lvl new_env) rhss `thenLvl` \ new_rhss ->
-    returnLvl (Rec ((new_bndrs `zip` repeat dest_lvl) `zip` new_rhss), new_env)
-
-  where
-    (bndrs,rhss) = unzip pairs
-
-       -- Finding the free vars of the binding group is annoying
-    bind_fvs       = (unionVarSets [ idFreeVars bndr `unionVarSet` rhs_fvs
-                                   | (bndr, (rhs_fvs,_)) <- pairs])
-                     `minusVarSet`
-                     mkVarSet bndrs
-
-    dest_lvl = destLevel env bind_fvs (all isFunction rhss)
-    abs_vars = abstractVars dest_lvl env bind_fvs
-
-----------------------------------------------------
--- Three help functons for the type-abstraction case
-
-lvlFloatRhs abs_vars dest_lvl env rhs
-  = lvlExpr rhs_lvl rhs_env rhs        `thenLvl` \ rhs' ->
-    returnLvl (mkLams abs_vars_w_lvls rhs')
-  where
-    (rhs_lvl, abs_vars_w_lvls) = lvlLamBndrs dest_lvl abs_vars
-    rhs_env = extendLvlEnv env abs_vars_w_lvls
-\end{code}
-
-
-%************************************************************************
-%*                                                                     *
-\subsection{Deciding floatability}
-%*                                                                     *
-%************************************************************************
-
-\begin{code}
-lvlLamBndrs :: Level -> [CoreBndr] -> (Level, [(CoreBndr, Level)])
--- Compute the levels for the binders of a lambda group
--- The binders returned are exactly the same as the ones passed,
--- but they are now paired with a level
-lvlLamBndrs lvl [] 
-  = (lvl, [])
-
-lvlLamBndrs lvl bndrs
-  = go  (incMinorLvl lvl)
-       False   -- Havn't bumped major level in this group
-       [] bndrs
-  where
-    go old_lvl bumped_major rev_lvld_bndrs (bndr:bndrs)
-       | isId bndr &&                  -- Go to the next major level if this is a value binder,
-         not bumped_major &&           -- and we havn't already gone to the next level (one jump per group)
-         not (isOneShotLambda bndr)    -- and it isn't a one-shot lambda
-       = go new_lvl True ((bndr,new_lvl) : rev_lvld_bndrs) bndrs
-
-       | otherwise
-       = go old_lvl bumped_major ((bndr,old_lvl) : rev_lvld_bndrs) bndrs
-
-       where
-         new_lvl = incMajorLvl old_lvl
-
-    go old_lvl _ rev_lvld_bndrs []
-       = (old_lvl, reverse rev_lvld_bndrs)
-       -- a lambda like this (\x -> coerce t (\s -> ...))
-       -- This happens quite a bit in state-transformer programs
-\end{code}
-
-\begin{code}
-abstractVars :: Level -> LevelEnv -> VarSet -> [Var]
-       -- Find the variables in fvs, free vars of the target expresion,
-       -- whose level is less than than the supplied level
-       -- These are the ones we are going to abstract out
-abstractVars dest_lvl env fvs
-  = uniq (sortLt lt [var | fv <- varSetElems fvs, var <- absVarsOf dest_lvl env fv])
-  where
-       -- Sort the variables so we don't get 
-       -- mixed-up tyvars and Ids; it's just messy
-    v1 `lt` v2 = case (isId v1, isId v2) of
-                  (True, False) -> False
-                  (False, True) -> True
-                  other         -> v1 < v2     -- Same family
-    uniq :: [Var] -> [Var]
-       -- Remove adjacent duplicates; the sort will have brought them together
-    uniq (v1:v2:vs) | v1 == v2  = uniq (v2:vs)
-                   | otherwise = v1 : uniq (v2:vs)
-    uniq vs = vs
-
-  -- Destintion level is the max Id level of the expression
-  -- (We'll abstract the type variables, if any.)
-destLevel :: LevelEnv -> VarSet -> Bool -> Level
-destLevel env fvs is_function
-  |  floatLams env
-  && is_function = tOP_LEVEL           -- Send functions to top level; see
-                                       -- the comments with isFunction
-  | otherwise    = maxIdLevel env fvs
-
-isFunction :: CoreExprWithFVs -> Bool
--- The idea here is that we want to float *functions* to
--- the top level.  This saves no work, but 
---     (a) it can make the host function body a lot smaller, 
---             and hence inlinable.  
---     (b) it can also save allocation when the function is recursive:
---         h = \x -> letrec f = \y -> ...f...y...x...
---                   in f x
---     becomes
---         f = \x y -> ...(f x)...y...x...
---         h = \x -> f x x
---     No allocation for f now.
--- We may only want to do this if there are sufficiently few free 
--- variables.  We certainly only want to do it for values, and not for
--- constructors.  So the simple thing is just to look for lambdas
-isFunction (_, AnnLam b e) | isId b    = True
-                          | otherwise = isFunction e
-isFunction (_, AnnNote n e)            = isFunction e
-isFunction other                      = False
-\end{code}
-
-
-%************************************************************************
-%*                                                                     *
-\subsection{Free-To-Level Monad}
-%*                                                                     *
-%************************************************************************
-
-\begin{code}
-type LevelEnv = (Bool,                                 -- True <=> Float lambdas too
-                VarEnv Level,                  -- Domain is *post-cloned* TyVars and Ids
-                Subst,                         -- Domain is pre-cloned Ids; tracks the in-scope set
-                                               --      so that subtitution is capture-avoiding
-                IdEnv ([Var], LevelledExpr))   -- Domain is pre-cloned Ids
-       -- We clone let-bound variables so that they are still
-       -- distinct when floated out; hence the SubstEnv/IdEnv.
-        -- (see point 3 of the module overview comment).
-       -- We also use these envs when making a variable polymorphic
-       -- because we want to float it out past a big lambda.
-       --
-       -- The SubstEnv and IdEnv always implement the same mapping, but the
-       -- SubstEnv maps to CoreExpr and the IdEnv to LevelledExpr
-       -- Since the range is always a variable or type application,
-       -- there is never any difference between the two, but sadly
-       -- the types differ.  The SubstEnv is used when substituting in
-       -- a variable's IdInfo; the IdEnv when we find a Var.
-       --
-       -- In addition the IdEnv records a list of tyvars free in the
-       -- type application, just so we don't have to call freeVars on
-       -- the type application repeatedly.
-       --
-       -- The domain of the both envs is *pre-cloned* Ids, though
-       --
-       -- The domain of the VarEnv Level is the *post-cloned* Ids
-
-initialEnv :: Bool -> LevelEnv
-initialEnv float_lams = (float_lams, emptyVarEnv, emptySubst, emptyVarEnv)
-
-floatLams :: LevelEnv -> Bool
-floatLams (float_lams, _, _, _) = float_lams
-
-extendLvlEnv :: LevelEnv -> [(Var,Level)] -> LevelEnv
--- Used when *not* cloning
-extendLvlEnv (float_lams, lvl_env, subst, id_env) prs
-  = (float_lams,
-     foldl add_lvl lvl_env prs,
-     foldl del_subst subst prs,
-     foldl del_id id_env prs)
-  where
-    add_lvl   env (v,l) = extendVarEnv env v l
-    del_subst env (v,_) = extendInScope env v
-    del_id    env (v,_) = delVarEnv env v
-  -- We must remove any clone for this variable name in case of
-  -- shadowing.  This bit me in the following case
-  -- (in nofib/real/gg/Spark.hs):
-  -- 
-  --   case ds of wild {
-  --     ... -> case e of wild {
-  --              ... -> ... wild ...
-  --            }
-  --   }
-  -- 
-  -- The inside occurrence of @wild@ was being replaced with @ds@,
-  -- incorrectly, because the SubstEnv was still lying around.  Ouch!
-  -- KSW 2000-07.
-
--- extendCaseBndrLvlEnv adds the mapping case-bndr->scrut-var if it can
--- (see point 4 of the module overview comment)
-extendCaseBndrLvlEnv env scrut case_bndr lvl
-  = case scrut of
-       Var v -> extendCloneLvlEnv lvl env [(case_bndr, v)]
-       other -> extendLvlEnv          env [(case_bndr,lvl)]
-
-extendPolyLvlEnv dest_lvl (float_lams, lvl_env, subst, id_env) abs_vars bndr_pairs
-  = (float_lams,
-     foldl add_lvl   lvl_env bndr_pairs,
-     foldl add_subst subst   bndr_pairs,
-     foldl add_id    id_env  bndr_pairs)
-  where
-     add_lvl   env (v,v') = extendVarEnv env v' dest_lvl
-     add_subst env (v,v') = extendSubst  env v (DoneEx (mkVarApps (Var v') abs_vars))
-     add_id    env (v,v') = extendVarEnv env v ((v':abs_vars), mkVarApps (Var v') abs_vars)
-
-extendCloneLvlEnv lvl (float_lams, lvl_env, subst, id_env) bndr_pairs
-  = (float_lams,
-     foldl add_lvl   lvl_env bndr_pairs,
-     foldl add_subst subst   bndr_pairs,
-     foldl add_id    id_env  bndr_pairs)
-  where
-     add_lvl   env (v,v') = extendVarEnv env v' lvl
-     add_subst env (v,v') = extendSubst  env v (DoneEx (Var v'))
-     add_id    env (v,v') = extendVarEnv env v ([v'], Var v')
-
-
-maxIdLevel :: LevelEnv -> VarSet -> Level
-maxIdLevel (_, lvl_env,_,id_env) var_set
-  = foldVarSet max_in tOP_LEVEL var_set
-  where
-    max_in in_var lvl = foldr max_out lvl (case lookupVarEnv id_env in_var of
-                                               Just (abs_vars, _) -> abs_vars
-                                               Nothing            -> [in_var])
-
-    max_out out_var lvl 
-       | isId out_var = case lookupVarEnv lvl_env out_var of
-                               Just lvl' -> maxLvl lvl' lvl
-                               Nothing   -> lvl 
-       | otherwise    = lvl    -- Ignore tyvars in *maxIdLevel*
-
-lookupVar :: LevelEnv -> Id -> LevelledExpr
-lookupVar (_, _, _, id_env) v = case lookupVarEnv id_env v of
-                                      Just (_, expr) -> expr
-                                      other          -> Var v
-
-absVarsOf :: Level -> LevelEnv -> Var -> [Var]
-       -- If f is free in the exression, and f maps to poly_f a b c in the
-       -- current substitution, then we must report a b c as candidate type
-       -- variables
-absVarsOf dest_lvl (_, lvl_env, _, id_env) v 
-  | isId v
-  = [final_av | av <- lookup_avs v, abstract_me av, final_av <- add_tyvars av]
-
-  | otherwise
-  = if abstract_me v then [v] else []
-
-  where
-    abstract_me v = case lookupVarEnv lvl_env v of
-                       Just lvl -> dest_lvl `ltLvl` lvl
-                       Nothing  -> False
-
-    lookup_avs v = case lookupVarEnv id_env v of
-                       Just (abs_vars, _) -> abs_vars
-                       Nothing            -> [v]
-
-       -- We are going to lambda-abstract, so nuke any IdInfo,
-       -- and add the tyvars of the Id
-    add_tyvars v | isId v    =  zap v  : varSetElems (idFreeTyVars v)
-                | otherwise = [v]
-
-    zap v = WARN( workerExists (idWorkerInfo v)
-                 || not (isEmptyCoreRules (idSpecialisation v)),
-                 text "absVarsOf: discarding info on" <+> ppr v )
-           setIdInfo v vanillaIdInfo
-\end{code}
-
-\begin{code}
-type LvlM result = UniqSM result
-
-initLvl                = initUs_
-thenLvl                = thenUs
-returnLvl      = returnUs
-mapLvl         = mapUs
-\end{code}
-
-\begin{code}
-newPolyBndrs dest_lvl env abs_vars bndrs
-  = getUniquesUs (length bndrs)                `thenLvl` \ uniqs ->
-    let
-       new_bndrs = zipWith mk_poly_bndr bndrs uniqs
-    in
-    returnLvl (extendPolyLvlEnv dest_lvl env abs_vars (bndrs `zip` new_bndrs), new_bndrs)
-  where
-    mk_poly_bndr bndr uniq = mkSysLocal (_PK_ str) uniq poly_ty
-                          where
-                            str     = "poly_" ++ occNameUserString (getOccName bndr)
-                            poly_ty = foldr mkPiType (idType bndr) abs_vars
-       
-
-newLvlVar :: String 
-         -> [CoreBndr] -> Type         -- Abstract wrt these bndrs
-         -> LvlM Id
-newLvlVar str vars body_ty     
-  = getUniqueUs        `thenLvl` \ uniq ->
-    returnUs (mkSysLocal (_PK_ str) uniq (foldr mkPiType body_ty vars))
-    
--- The deeply tiresome thing is that we have to apply the substitution
--- to the rules inside each Id.  Grr.  But it matters.
-
-cloneVar :: TopLevelFlag -> LevelEnv -> Id -> Level -> Level -> LvlM (LevelEnv, Id)
-cloneVar TopLevel env v ctxt_lvl dest_lvl
-  = returnUs (env, v)  -- Don't clone top level things
-cloneVar NotTopLevel env v ctxt_lvl dest_lvl
-  = ASSERT( isId v )
-    getUniqueUs        `thenLvl` \ uniq ->
-    let
-      v'        = setVarUnique v uniq
-      v''       = subst_id_info env ctxt_lvl dest_lvl v'
-      env'      = extendCloneLvlEnv dest_lvl env [(v,v'')]
-    in
-    returnUs (env', v'')
-
-cloneVars :: TopLevelFlag -> LevelEnv -> [Id] -> Level -> Level -> LvlM (LevelEnv, [Id])
-cloneVars TopLevel env vs ctxt_lvl dest_lvl 
-  = returnUs (env, vs) -- Don't clone top level things
-cloneVars NotTopLevel env vs ctxt_lvl dest_lvl
-  = ASSERT( all isId vs )
-    getUniquesUs (length vs)   `thenLvl` \ uniqs ->
-    let
-      vs'       = zipWith setVarUnique vs uniqs
-      vs''      = map (subst_id_info env' ctxt_lvl dest_lvl) vs'
-      env'      = extendCloneLvlEnv dest_lvl env (vs `zip` vs'')
-    in
-    returnUs (env', vs'')
-
-subst_id_info (_, _, subst, _) ctxt_lvl dest_lvl v
-    = modifyIdInfo (\info -> substIdInfo subst info (zap_dmd info)) v
-  where
-       -- VERY IMPORTANT: we must zap the demand info 
-       -- if the thing is going to float out past a lambda
-    zap_dmd info
-       | stays_put || not (isStrict (demandInfo info)) = info
-       | otherwise                                     = setDemandInfo info wwLazy
-
-    stays_put = ctxt_lvl == dest_lvl
-\end{code}
-       
+%\r
+% (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998\r
+%\r
+\section{SetLevels}\r
+\r
+               ***************************\r
+                       Overview\r
+               ***************************\r
+\r
+1. We attach binding levels to Core bindings, in preparation for floating\r
+   outwards (@FloatOut@).\r
+\r
+2. We also let-ify many expressions (notably case scrutinees), so they\r
+   will have a fighting chance of being floated sensible.\r
+\r
+3. We clone the binders of any floatable let-binding, so that when it is\r
+   floated out it will be unique.  (This used to be done by the simplifier\r
+   but the latter now only ensures that there's no shadowing; indeed, even \r
+   that may not be true.)\r
+\r
+   NOTE: this can't be done using the uniqAway idea, because the variable\r
+        must be unique in the whole program, not just its current scope,\r
+        because two variables in different scopes may float out to the\r
+        same top level place\r
+\r
+   NOTE: Very tiresomely, we must apply this substitution to\r
+        the rules stored inside a variable too.\r
+\r
+   We do *not* clone top-level bindings, because some of them must not change,\r
+   but we *do* clone bindings that are heading for the top level\r
+\r
+4. In the expression\r
+       case x of wild { p -> ...wild... }\r
+   we substitute x for wild in the RHS of the case alternatives:\r
+       case x of wild { p -> ...x... }\r
+   This means that a sub-expression involving x is not "trapped" inside the RHS.\r
+   And it's not inconvenient because we already have a substitution.\r
+\r
+  Note that this is EXACTLY BACKWARDS from the what the simplifier does.\r
+  The simplifier tries to get rid of occurrences of x, in favour of wild,\r
+  in the hope that there will only be one remaining occurrence of x, namely\r
+  the scrutinee of the case, and we can inline it.  \r
+\r
+\begin{code}\r
+module SetLevels (\r
+       setLevels,\r
+\r
+       Level(..), tOP_LEVEL,\r
+\r
+       incMinorLvl, ltMajLvl, ltLvl, isTopLvl\r
+    ) where\r
+\r
+#include "HsVersions.h"\r
+\r
+import CoreSyn\r
+\r
+import CoreUtils       ( exprType, exprIsTrivial, exprIsBottom, mkPiType )\r
+import CoreFVs         -- all of it\r
+import Subst\r
+import Id              ( Id, idType, mkSysLocal, isOneShotLambda, zapDemandIdInfo,\r
+                         idSpecialisation, idWorkerInfo, setIdInfo\r
+                       )\r
+import IdInfo          ( workerExists, vanillaIdInfo, )\r
+import Var             ( Var )\r
+import VarSet\r
+import VarEnv\r
+import Name            ( getOccName )\r
+import OccName         ( occNameUserString )\r
+import Type            ( isUnLiftedType, Type )\r
+import BasicTypes      ( TopLevelFlag(..) )\r
+import UniqSupply\r
+import Util            ( sortLt, isSingleton, count )\r
+import Outputable\r
+\end{code}\r
+\r
+%************************************************************************\r
+%*                                                                     *\r
+\subsection{Level numbers}\r
+%*                                                                     *\r
+%************************************************************************\r
+\r
+\begin{code}\r
+data Level = Level Int -- Level number of enclosing lambdas\r
+                  Int  -- Number of big-lambda and/or case expressions between\r
+                       -- here and the nearest enclosing lambda\r
+\end{code}\r
+\r
+The {\em level number} on a (type-)lambda-bound variable is the\r
+nesting depth of the (type-)lambda which binds it.  The outermost lambda\r
+has level 1, so (Level 0 0) means that the variable is bound outside any lambda.\r
+\r
+On an expression, it's the maximum level number of its free\r
+(type-)variables.  On a let(rec)-bound variable, it's the level of its\r
+RHS.  On a case-bound variable, it's the number of enclosing lambdas.\r
+\r
+Top-level variables: level~0.  Those bound on the RHS of a top-level\r
+definition but ``before'' a lambda; e.g., the \tr{x} in (levels shown\r
+as ``subscripts'')...\r
+\begin{verbatim}\r
+a_0 = let  b_? = ...  in\r
+          x_1 = ... b ... in ...\r
+\end{verbatim}\r
+\r
+The main function @lvlExpr@ carries a ``context level'' (@ctxt_lvl@).\r
+That's meant to be the level number of the enclosing binder in the\r
+final (floated) program.  If the level number of a sub-expression is\r
+less than that of the context, then it might be worth let-binding the\r
+sub-expression so that it will indeed float. This context level starts\r
+at @Level 0 0@.\r
+\r
+\begin{code}\r
+type LevelledExpr  = TaggedExpr Level\r
+type LevelledBind  = TaggedBind Level\r
+\r
+tOP_LEVEL = Level 0 0\r
+\r
+incMajorLvl :: Level -> Level\r
+incMajorLvl (Level major minor) = Level (major+1) 0\r
+\r
+incMinorLvl :: Level -> Level\r
+incMinorLvl (Level major minor) = Level major (minor+1)\r
+\r
+maxLvl :: Level -> Level -> Level\r
+maxLvl l1@(Level maj1 min1) l2@(Level maj2 min2)\r
+  | (maj1 > maj2) || (maj1 == maj2 && min1 > min2) = l1\r
+  | otherwise                                     = l2\r
+\r
+ltLvl :: Level -> Level -> Bool\r
+ltLvl (Level maj1 min1) (Level maj2 min2)\r
+  = (maj1 < maj2) || (maj1 == maj2 && min1 < min2)\r
+\r
+ltMajLvl :: Level -> Level -> Bool\r
+    -- Tells if one level belongs to a difft *lambda* level to another\r
+ltMajLvl (Level maj1 _) (Level maj2 _) = maj1 < maj2\r
+\r
+isTopLvl :: Level -> Bool\r
+isTopLvl (Level 0 0) = True\r
+isTopLvl other       = False\r
+\r
+instance Outputable Level where\r
+  ppr (Level maj min) = hcat [ char '<', int maj, char ',', int min, char '>' ]\r
+\r
+instance Eq Level where\r
+  (Level maj1 min1) == (Level maj2 min2) = maj1==maj2 && min1==min2\r
+\end{code}\r
+\r
+%************************************************************************\r
+%*                                                                     *\r
+\subsection{Main level-setting code}\r
+%*                                                                     *\r
+%************************************************************************\r
+\r
+\begin{code}\r
+setLevels :: Bool              -- True <=> float lambdas to top level\r
+         -> [CoreBind]\r
+         -> UniqSupply\r
+         -> [LevelledBind]\r
+\r
+setLevels float_lams binds us\r
+  = initLvl us (do_them binds)\r
+  where\r
+    -- "do_them"'s main business is to thread the monad along\r
+    -- It gives each top binding the same empty envt, because\r
+    -- things unbound in the envt have level number zero implicitly\r
+    do_them :: [CoreBind] -> LvlM [LevelledBind]\r
+\r
+    do_them [] = returnLvl []\r
+    do_them (b:bs)\r
+      = lvlTopBind init_env b  `thenLvl` \ (lvld_bind, _) ->\r
+       do_them bs              `thenLvl` \ lvld_binds ->\r
+       returnLvl (lvld_bind : lvld_binds)\r
+\r
+    init_env = initialEnv float_lams\r
+\r
+lvlTopBind env (NonRec binder rhs)\r
+  = lvlBind TopLevel tOP_LEVEL env (AnnNonRec binder (freeVars rhs))\r
+                                       -- Rhs can have no free vars!\r
+\r
+lvlTopBind env (Rec pairs)\r
+  = lvlBind TopLevel tOP_LEVEL env (AnnRec [(b,freeVars rhs) | (b,rhs) <- pairs])\r
+\end{code}\r
+\r
+%************************************************************************\r
+%*                                                                     *\r
+\subsection{Setting expression levels}\r
+%*                                                                     *\r
+%************************************************************************\r
+\r
+\begin{code}\r
+lvlExpr :: Level               -- ctxt_lvl: Level of enclosing expression\r
+       -> LevelEnv             -- Level of in-scope names/tyvars\r
+       -> CoreExprWithFVs      -- input expression\r
+       -> LvlM LevelledExpr    -- Result expression\r
+\end{code}\r
+\r
+The @ctxt_lvl@ is, roughly, the level of the innermost enclosing\r
+binder.  Here's an example\r
+\r
+       v = \x -> ...\y -> let r = case (..x..) of\r
+                                       ..x..\r
+                          in ..\r
+\r
+When looking at the rhs of @r@, @ctxt_lvl@ will be 1 because that's\r
+the level of @r@, even though it's inside a level-2 @\y@.  It's\r
+important that @ctxt_lvl@ is 1 and not 2 in @r@'s rhs, because we\r
+don't want @lvlExpr@ to turn the scrutinee of the @case@ into an MFE\r
+--- because it isn't a *maximal* free expression.\r
+\r
+If there were another lambda in @r@'s rhs, it would get level-2 as well.\r
+\r
+\begin{code}\r
+lvlExpr _ _ (_, AnnType ty)   = returnLvl (Type ty)\r
+lvlExpr _ env (_, AnnVar v)   = returnLvl (lookupVar env v)\r
+lvlExpr _ env (_, AnnLit lit) = returnLvl (Lit lit)\r
+\r
+lvlExpr ctxt_lvl env (_, AnnApp fun arg)\r
+  = lvl_fun fun                                `thenLvl` \ fun' ->\r
+    lvlMFE  False ctxt_lvl env arg     `thenLvl` \ arg' ->\r
+    returnLvl (App fun' arg')\r
+  where\r
+    lvl_fun (_, AnnCase _ _ _) = lvlMFE True ctxt_lvl env fun\r
+    lvl_fun other             = lvlExpr ctxt_lvl env fun\r
+       -- We don't do MFE on partial applications generally,\r
+       -- but we do if the function is big and hairy, like a case\r
+\r
+lvlExpr ctxt_lvl env (_, AnnNote InlineMe expr)\r
+-- Don't float anything out of an InlineMe; hence the tOP_LEVEL\r
+  = lvlExpr tOP_LEVEL env expr         `thenLvl` \ expr' ->\r
+    returnLvl (Note InlineMe expr')\r
+\r
+lvlExpr ctxt_lvl env (_, AnnNote note expr)\r
+  = lvlExpr ctxt_lvl env expr          `thenLvl` \ expr' ->\r
+    returnLvl (Note note expr')\r
+\r
+-- We don't split adjacent lambdas.  That is, given\r
+--     \x y -> (x+1,y)\r
+-- we don't float to give \r
+--     \x -> let v = x+y in \y -> (v,y)\r
+-- Why not?  Because partial applications are fairly rare, and splitting\r
+-- lambdas makes them more expensive.\r
+\r
+lvlExpr ctxt_lvl env expr@(_, AnnLam bndr rhs)\r
+  = lvlMFE True new_lvl new_env body   `thenLvl` \ new_body ->\r
+    returnLvl (glue_binders new_bndrs expr new_body)\r
+  where \r
+    (bndrs, body)       = collect_binders expr\r
+    (new_lvl, new_bndrs) = lvlLamBndrs ctxt_lvl bndrs\r
+    new_env             = extendLvlEnv env new_bndrs\r
+\r
+lvlExpr ctxt_lvl env (_, AnnLet bind body)\r
+  = lvlBind NotTopLevel ctxt_lvl env bind      `thenLvl` \ (bind', new_env) ->\r
+    lvlExpr ctxt_lvl new_env body              `thenLvl` \ body' ->\r
+    returnLvl (Let bind' body')\r
+\r
+lvlExpr ctxt_lvl env (_, AnnCase expr case_bndr alts)\r
+  = lvlMFE True ctxt_lvl env expr      `thenLvl` \ expr' ->\r
+    let\r
+       alts_env = extendCaseBndrLvlEnv env expr' case_bndr incd_lvl\r
+    in\r
+    mapLvl (lvl_alt alts_env) alts     `thenLvl` \ alts' ->\r
+    returnLvl (Case expr' (case_bndr, incd_lvl) alts')\r
+  where\r
+      incd_lvl  = incMinorLvl ctxt_lvl\r
+\r
+      lvl_alt alts_env (con, bs, rhs)\r
+       = lvlMFE True incd_lvl new_env rhs      `thenLvl` \ rhs' ->\r
+         returnLvl (con, bs', rhs')\r
+       where\r
+         bs'     = [ (b, incd_lvl) | b <- bs ]\r
+         new_env = extendLvlEnv alts_env bs'\r
+\r
+collect_binders lam\r
+  = go [] lam\r
+  where\r
+    go rev_bndrs (_, AnnLam b e)  = go (b:rev_bndrs) e\r
+    go rev_bndrs (_, AnnNote n e) = go rev_bndrs e\r
+    go rev_bndrs rhs             = (reverse rev_bndrs, rhs)\r
+       -- Ignore notes, because we don't want to split\r
+       -- a lambda like this (\x -> coerce t (\s -> ...))\r
+       -- This happens quite a bit in state-transformer programs\r
+\r
+       -- glue_binders puts the lambda back together\r
+glue_binders (b:bs) (_, AnnLam _ e)  body = Lam b (glue_binders bs e body)\r
+glue_binders bs            (_, AnnNote n e) body = Note n (glue_binders bs e body)\r
+glue_binders []            e                body = body\r
+\end{code}\r
+\r
+@lvlMFE@ is just like @lvlExpr@, except that it might let-bind\r
+the expression, so that it can itself be floated.\r
+\r
+\begin{code}\r
+lvlMFE ::  Bool                        -- True <=> strict context [body of case or let]\r
+       -> Level                -- Level of innermost enclosing lambda/tylam\r
+       -> LevelEnv             -- Level of in-scope names/tyvars\r
+       -> CoreExprWithFVs      -- input expression\r
+       -> LvlM LevelledExpr    -- Result expression\r
+\r
+lvlMFE strict_ctxt ctxt_lvl env (_, AnnType ty)\r
+  = returnLvl (Type ty)\r
+\r
+lvlMFE strict_ctxt ctxt_lvl env ann_expr@(fvs, _)\r
+  |  isUnLiftedType ty                         -- Can't let-bind it\r
+  || not good_destination\r
+  || exprIsTrivial expr                                -- Is trivial\r
+  || (strict_ctxt && exprIsBottom expr)                -- Strict context and is bottom\r
+                                               --  e.g. \x -> error "foo"\r
+                                               -- No gain from floating this\r
+  =    -- Don't float it out\r
+    lvlExpr ctxt_lvl env ann_expr\r
+\r
+  | otherwise  -- Float it out!\r
+  = lvlFloatRhs abs_vars dest_lvl env ann_expr `thenLvl` \ expr' ->\r
+    newLvlVar "lvl" abs_vars ty                        `thenLvl` \ var ->\r
+    returnLvl (Let (NonRec (var,dest_lvl) expr') \r
+                  (mkVarApps (Var var) abs_vars))\r
+  where\r
+    expr     = deAnnotate ann_expr\r
+    ty       = exprType expr\r
+    dest_lvl = destLevel env fvs (isFunction ann_expr)\r
+    abs_vars = abstractVars dest_lvl env fvs\r
+\r
+    good_destination =  dest_lvl `ltMajLvl` ctxt_lvl           -- Escapes a value lambda\r
+                    || (isTopLvl dest_lvl && not strict_ctxt)  -- Goes to the top\r
+       -- A decision to float entails let-binding this thing, and we only do \r
+       -- that if we'll escape a value lambda, or will go to the top level.\r
+       -- But beware\r
+       --      concat = /\ a -> foldr ..a.. (++) []\r
+       -- was getting turned into\r
+       --      concat = /\ a -> lvl a\r
+       --      lvl    = /\ a -> foldr ..a.. (++) []\r
+       -- which is pretty stupid.  Hence the strict_ctxt test\r
+\end{code}\r
+\r
+\r
+%************************************************************************\r
+%*                                                                     *\r
+\subsection{Bindings}\r
+%*                                                                     *\r
+%************************************************************************\r
+\r
+The binding stuff works for top level too.\r
+\r
+\begin{code}\r
+lvlBind :: TopLevelFlag                -- Used solely to decide whether to clone\r
+       -> Level                -- Context level; might be Top even for bindings nested in the RHS\r
+                               -- of a top level binding\r
+       -> LevelEnv\r
+       -> CoreBindWithFVs\r
+       -> LvlM (LevelledBind, LevelEnv)\r
+\r
+lvlBind top_lvl ctxt_lvl env (AnnNonRec bndr rhs@(rhs_fvs,_))\r
+  | null abs_vars\r
+  =    -- No type abstraction; clone existing binder\r
+    lvlExpr dest_lvl env rhs                   `thenLvl` \ rhs' ->\r
+    cloneVar top_lvl env bndr ctxt_lvl dest_lvl        `thenLvl` \ (env', bndr') ->\r
+    returnLvl (NonRec (bndr', dest_lvl) rhs', env') \r
+\r
+  | otherwise\r
+  = -- Yes, type abstraction; create a new binder, extend substitution, etc\r
+    lvlFloatRhs abs_vars dest_lvl env rhs      `thenLvl` \ rhs' ->\r
+    newPolyBndrs dest_lvl env abs_vars [bndr]  `thenLvl` \ (env', [bndr']) ->\r
+    returnLvl (NonRec (bndr', dest_lvl) rhs', env')\r
+\r
+  where\r
+    bind_fvs = rhs_fvs `unionVarSet` idFreeVars bndr\r
+    abs_vars = abstractVars dest_lvl env bind_fvs\r
+\r
+    dest_lvl | isUnLiftedType (idType bndr) = destLevel env bind_fvs False `maxLvl` Level 1 0\r
+            | otherwise                    = destLevel env bind_fvs (isFunction rhs)\r
+       -- Hack alert!  We do have some unlifted bindings, for cheap primops, and \r
+       -- it is ok to float them out; but not to the top level.  If they would otherwise\r
+       -- go to the top level, we pin them inside the topmost lambda\r
+\end{code}\r
+\r
+\r
+\begin{code}\r
+lvlBind top_lvl ctxt_lvl env (AnnRec pairs)\r
+  | null abs_vars\r
+  = cloneRecVars top_lvl env bndrs ctxt_lvl dest_lvl   `thenLvl` \ (new_env, new_bndrs) ->\r
+    mapLvl (lvlExpr ctxt_lvl new_env) rhss             `thenLvl` \ new_rhss ->\r
+    returnLvl (Rec ((new_bndrs `zip` repeat dest_lvl) `zip` new_rhss), new_env)\r
+\r
+  | isSingleton pairs && count isId abs_vars > 1\r
+  =    -- Special case for self recursion where there are\r
+       -- several variables carried around: build a local loop:        \r
+       --      poly_f = \abs_vars. \lam_vars . letrec f = \lam_vars. rhs in f lam_vars\r
+       -- This just makes the closures a bit smaller.  If we don't do\r
+       -- this, allocation rises significantly on some programs\r
+       --\r
+       -- We could elaborate it for the case where there are several\r
+       -- mutually functions, but it's quite a bit more complicated\r
+       -- \r
+       -- This all seems a bit ad hoc -- sigh\r
+    let\r
+       (bndr,rhs) = head pairs\r
+       (rhs_lvl, abs_vars_w_lvls) = lvlLamBndrs dest_lvl abs_vars\r
+       rhs_env = extendLvlEnv env abs_vars_w_lvls\r
+    in\r
+    cloneVar NotTopLevel rhs_env bndr rhs_lvl rhs_lvl  `thenLvl` \ (rhs_env', new_bndr) ->\r
+    let\r
+       (lam_bndrs, rhs_body)     = collect_binders rhs\r
+        (body_lvl, new_lam_bndrs) = lvlLamBndrs rhs_lvl lam_bndrs\r
+       body_env                  = extendLvlEnv rhs_env' new_lam_bndrs\r
+    in\r
+    lvlExpr body_lvl body_env rhs_body         `thenLvl` \ new_rhs_body ->\r
+    newPolyBndrs dest_lvl env abs_vars [bndr]  `thenLvl` \ (poly_env, [poly_bndr]) ->\r
+    returnLvl (Rec [((poly_bndr,dest_lvl), mkLams abs_vars_w_lvls $\r
+                                          glue_binders new_lam_bndrs rhs $\r
+                                          Let (Rec [((new_bndr,rhs_lvl), mkLams new_lam_bndrs new_rhs_body)]) \r
+                                               (mkVarApps (Var new_bndr) lam_bndrs))],\r
+              poly_env)\r
+\r
+  | otherwise\r
+  = newPolyBndrs dest_lvl env abs_vars bndrs           `thenLvl` \ (new_env, new_bndrs) ->\r
+    mapLvl (lvlFloatRhs abs_vars dest_lvl new_env) rhss `thenLvl` \ new_rhss ->\r
+    returnLvl (Rec ((new_bndrs `zip` repeat dest_lvl) `zip` new_rhss), new_env)\r
+\r
+  where\r
+    (bndrs,rhss) = unzip pairs\r
+\r
+       -- Finding the free vars of the binding group is annoying\r
+    bind_fvs       = (unionVarSets [ idFreeVars bndr `unionVarSet` rhs_fvs\r
+                                   | (bndr, (rhs_fvs,_)) <- pairs])\r
+                     `minusVarSet`\r
+                     mkVarSet bndrs\r
+\r
+    dest_lvl = destLevel env bind_fvs (all isFunction rhss)\r
+    abs_vars = abstractVars dest_lvl env bind_fvs\r
+\r
+----------------------------------------------------\r
+-- Three help functons for the type-abstraction case\r
+\r
+lvlFloatRhs abs_vars dest_lvl env rhs\r
+  = lvlExpr rhs_lvl rhs_env rhs        `thenLvl` \ rhs' ->\r
+    returnLvl (mkLams abs_vars_w_lvls rhs')\r
+  where\r
+    (rhs_lvl, abs_vars_w_lvls) = lvlLamBndrs dest_lvl abs_vars\r
+    rhs_env = extendLvlEnv env abs_vars_w_lvls\r
+\end{code}\r
+\r
+\r
+%************************************************************************\r
+%*                                                                     *\r
+\subsection{Deciding floatability}\r
+%*                                                                     *\r
+%************************************************************************\r
+\r
+\begin{code}\r
+lvlLamBndrs :: Level -> [CoreBndr] -> (Level, [(CoreBndr, Level)])\r
+-- Compute the levels for the binders of a lambda group\r
+-- The binders returned are exactly the same as the ones passed,\r
+-- but they are now paired with a level\r
+lvlLamBndrs lvl [] \r
+  = (lvl, [])\r
+\r
+lvlLamBndrs lvl bndrs\r
+  = go  (incMinorLvl lvl)\r
+       False   -- Havn't bumped major level in this group\r
+       [] bndrs\r
+  where\r
+    go old_lvl bumped_major rev_lvld_bndrs (bndr:bndrs)\r
+       | isId bndr &&                  -- Go to the next major level if this is a value binder,\r
+         not bumped_major &&           -- and we havn't already gone to the next level (one jump per group)\r
+         not (isOneShotLambda bndr)    -- and it isn't a one-shot lambda\r
+       = go new_lvl True ((bndr,new_lvl) : rev_lvld_bndrs) bndrs\r
+\r
+       | otherwise\r
+       = go old_lvl bumped_major ((bndr,old_lvl) : rev_lvld_bndrs) bndrs\r
+\r
+       where\r
+         new_lvl = incMajorLvl old_lvl\r
+\r
+    go old_lvl _ rev_lvld_bndrs []\r
+       = (old_lvl, reverse rev_lvld_bndrs)\r
+       -- a lambda like this (\x -> coerce t (\s -> ...))\r
+       -- This happens quite a bit in state-transformer programs\r
+\end{code}\r
+\r
+\begin{code}\r
+abstractVars :: Level -> LevelEnv -> VarSet -> [Var]\r
+       -- Find the variables in fvs, free vars of the target expresion,\r
+       -- whose level is less than than the supplied level\r
+       -- These are the ones we are going to abstract out\r
+abstractVars dest_lvl env fvs\r
+  = uniq (sortLt lt [var | fv <- varSetElems fvs, var <- absVarsOf dest_lvl env fv])\r
+  where\r
+       -- Sort the variables so we don't get \r
+       -- mixed-up tyvars and Ids; it's just messy\r
+    v1 `lt` v2 = case (isId v1, isId v2) of\r
+                  (True, False) -> False\r
+                  (False, True) -> True\r
+                  other         -> v1 < v2     -- Same family\r
+    uniq :: [Var] -> [Var]\r
+       -- Remove adjacent duplicates; the sort will have brought them together\r
+    uniq (v1:v2:vs) | v1 == v2  = uniq (v2:vs)\r
+                   | otherwise = v1 : uniq (v2:vs)\r
+    uniq vs = vs\r
+\r
+  -- Destintion level is the max Id level of the expression\r
+  -- (We'll abstract the type variables, if any.)\r
+destLevel :: LevelEnv -> VarSet -> Bool -> Level\r
+destLevel env fvs is_function\r
+  |  floatLams env\r
+  && is_function = tOP_LEVEL           -- Send functions to top level; see\r
+                                       -- the comments with isFunction\r
+  | otherwise    = maxIdLevel env fvs\r
+\r
+isFunction :: CoreExprWithFVs -> Bool\r
+-- The idea here is that we want to float *functions* to\r
+-- the top level.  This saves no work, but \r
+--     (a) it can make the host function body a lot smaller, \r
+--             and hence inlinable.  \r
+--     (b) it can also save allocation when the function is recursive:\r
+--         h = \x -> letrec f = \y -> ...f...y...x...\r
+--                   in f x\r
+--     becomes\r
+--         f = \x y -> ...(f x)...y...x...\r
+--         h = \x -> f x x\r
+--     No allocation for f now.\r
+-- We may only want to do this if there are sufficiently few free \r
+-- variables.  We certainly only want to do it for values, and not for\r
+-- constructors.  So the simple thing is just to look for lambdas\r
+isFunction (_, AnnLam b e) | isId b    = True\r
+                          | otherwise = isFunction e\r
+isFunction (_, AnnNote n e)            = isFunction e\r
+isFunction other                      = False\r
+\end{code}\r
+\r
+\r
+%************************************************************************\r
+%*                                                                     *\r
+\subsection{Free-To-Level Monad}\r
+%*                                                                     *\r
+%************************************************************************\r
+\r
+\begin{code}\r
+type LevelEnv = (Bool,                                 -- True <=> Float lambdas too\r
+                VarEnv Level,                  -- Domain is *post-cloned* TyVars and Ids\r
+                Subst,                         -- Domain is pre-cloned Ids; tracks the in-scope set\r
+                                               --      so that subtitution is capture-avoiding\r
+                IdEnv ([Var], LevelledExpr))   -- Domain is pre-cloned Ids\r
+       -- We clone let-bound variables so that they are still\r
+       -- distinct when floated out; hence the SubstEnv/IdEnv.\r
+        -- (see point 3 of the module overview comment).\r
+       -- We also use these envs when making a variable polymorphic\r
+       -- because we want to float it out past a big lambda.\r
+       --\r
+       -- The SubstEnv and IdEnv always implement the same mapping, but the\r
+       -- SubstEnv maps to CoreExpr and the IdEnv to LevelledExpr\r
+       -- Since the range is always a variable or type application,\r
+       -- there is never any difference between the two, but sadly\r
+       -- the types differ.  The SubstEnv is used when substituting in\r
+       -- a variable's IdInfo; the IdEnv when we find a Var.\r
+       --\r
+       -- In addition the IdEnv records a list of tyvars free in the\r
+       -- type application, just so we don't have to call freeVars on\r
+       -- the type application repeatedly.\r
+       --\r
+       -- The domain of the both envs is *pre-cloned* Ids, though\r
+       --\r
+       -- The domain of the VarEnv Level is the *post-cloned* Ids\r
+\r
+initialEnv :: Bool -> LevelEnv\r
+initialEnv float_lams = (float_lams, emptyVarEnv, emptySubst, emptyVarEnv)\r
+\r
+floatLams :: LevelEnv -> Bool\r
+floatLams (float_lams, _, _, _) = float_lams\r
+\r
+extendLvlEnv :: LevelEnv -> [(Var,Level)] -> LevelEnv\r
+-- Used when *not* cloning\r
+extendLvlEnv (float_lams, lvl_env, subst, id_env) prs\r
+  = (float_lams,\r
+     foldl add_lvl lvl_env prs,\r
+     foldl del_subst subst prs,\r
+     foldl del_id id_env prs)\r
+  where\r
+    add_lvl   env (v,l) = extendVarEnv env v l\r
+    del_subst env (v,_) = extendInScope env v\r
+    del_id    env (v,_) = delVarEnv env v\r
+  -- We must remove any clone for this variable name in case of\r
+  -- shadowing.  This bit me in the following case\r
+  -- (in nofib/real/gg/Spark.hs):\r
+  -- \r
+  --   case ds of wild {\r
+  --     ... -> case e of wild {\r
+  --              ... -> ... wild ...\r
+  --            }\r
+  --   }\r
+  -- \r
+  -- The inside occurrence of @wild@ was being replaced with @ds@,\r
+  -- incorrectly, because the SubstEnv was still lying around.  Ouch!\r
+  -- KSW 2000-07.\r
+\r
+-- extendCaseBndrLvlEnv adds the mapping case-bndr->scrut-var if it can\r
+-- (see point 4 of the module overview comment)\r
+extendCaseBndrLvlEnv (float_lams, lvl_env, subst, id_env) (Var scrut_var) case_bndr lvl\r
+  = (float_lams,\r
+     extendVarEnv lvl_env case_bndr lvl,\r
+     extendSubst subst case_bndr (DoneEx (Var scrut_var)),\r
+     extendVarEnv id_env case_bndr ([scrut_var], Var scrut_var))\r
+     \r
+extendCaseBndrLvlEnv env scrut case_bndr lvl\r
+  = extendLvlEnv          env [(case_bndr,lvl)]\r
+\r
+extendPolyLvlEnv dest_lvl (float_lams, lvl_env, subst, id_env) abs_vars bndr_pairs\r
+  = (float_lams,\r
+     foldl add_lvl   lvl_env bndr_pairs,\r
+     foldl add_subst subst   bndr_pairs,\r
+     foldl add_id    id_env  bndr_pairs)\r
+  where\r
+     add_lvl   env (v,v') = extendVarEnv env v' dest_lvl\r
+     add_subst env (v,v') = extendSubst  env v (DoneEx (mkVarApps (Var v') abs_vars))\r
+     add_id    env (v,v') = extendVarEnv env v ((v':abs_vars), mkVarApps (Var v') abs_vars)\r
+\r
+extendCloneLvlEnv lvl (float_lams, lvl_env, _, id_env) new_subst bndr_pairs\r
+  = (float_lams,\r
+     foldl add_lvl   lvl_env bndr_pairs,\r
+     new_subst,\r
+     foldl add_id    id_env  bndr_pairs)\r
+  where\r
+     add_lvl   env (v,v') = extendVarEnv env v' lvl\r
+     add_id    env (v,v') = extendVarEnv env v ([v'], Var v')\r
+\r
+\r
+maxIdLevel :: LevelEnv -> VarSet -> Level\r
+maxIdLevel (_, lvl_env,_,id_env) var_set\r
+  = foldVarSet max_in tOP_LEVEL var_set\r
+  where\r
+    max_in in_var lvl = foldr max_out lvl (case lookupVarEnv id_env in_var of\r
+                                               Just (abs_vars, _) -> abs_vars\r
+                                               Nothing            -> [in_var])\r
+\r
+    max_out out_var lvl \r
+       | isId out_var = case lookupVarEnv lvl_env out_var of\r
+                               Just lvl' -> maxLvl lvl' lvl\r
+                               Nothing   -> lvl \r
+       | otherwise    = lvl    -- Ignore tyvars in *maxIdLevel*\r
+\r
+lookupVar :: LevelEnv -> Id -> LevelledExpr\r
+lookupVar (_, _, _, id_env) v = case lookupVarEnv id_env v of\r
+                                      Just (_, expr) -> expr\r
+                                      other          -> Var v\r
+\r
+absVarsOf :: Level -> LevelEnv -> Var -> [Var]\r
+       -- If f is free in the exression, and f maps to poly_f a b c in the\r
+       -- current substitution, then we must report a b c as candidate type\r
+       -- variables\r
+absVarsOf dest_lvl (_, lvl_env, _, id_env) v \r
+  | isId v\r
+  = [final_av | av <- lookup_avs v, abstract_me av, final_av <- add_tyvars av]\r
+\r
+  | otherwise\r
+  = if abstract_me v then [v] else []\r
+\r
+  where\r
+    abstract_me v = case lookupVarEnv lvl_env v of\r
+                       Just lvl -> dest_lvl `ltLvl` lvl\r
+                       Nothing  -> False\r
+\r
+    lookup_avs v = case lookupVarEnv id_env v of\r
+                       Just (abs_vars, _) -> abs_vars\r
+                       Nothing            -> [v]\r
+\r
+       -- We are going to lambda-abstract, so nuke any IdInfo,\r
+       -- and add the tyvars of the Id\r
+    add_tyvars v | isId v    =  zap v  : varSetElems (idFreeTyVars v)\r
+                | otherwise = [v]\r
+\r
+    zap v = WARN( workerExists (idWorkerInfo v)\r
+                 || not (isEmptyCoreRules (idSpecialisation v)),\r
+                 text "absVarsOf: discarding info on" <+> ppr v )\r
+           setIdInfo v vanillaIdInfo\r
+\end{code}\r
+\r
+\begin{code}\r
+type LvlM result = UniqSM result\r
+\r
+initLvl                = initUs_\r
+thenLvl                = thenUs\r
+returnLvl      = returnUs\r
+mapLvl         = mapUs\r
+\end{code}\r
+\r
+\begin{code}\r
+newPolyBndrs dest_lvl env abs_vars bndrs\r
+  = getUniquesUs (length bndrs)                `thenLvl` \ uniqs ->\r
+    let\r
+       new_bndrs = zipWith mk_poly_bndr bndrs uniqs\r
+    in\r
+    returnLvl (extendPolyLvlEnv dest_lvl env abs_vars (bndrs `zip` new_bndrs), new_bndrs)\r
+  where\r
+    mk_poly_bndr bndr uniq = mkSysLocal (_PK_ str) uniq poly_ty\r
+                          where\r
+                            str     = "poly_" ++ occNameUserString (getOccName bndr)\r
+                            poly_ty = foldr mkPiType (idType bndr) abs_vars\r
+       \r
+\r
+newLvlVar :: String \r
+         -> [CoreBndr] -> Type         -- Abstract wrt these bndrs\r
+         -> LvlM Id\r
+newLvlVar str vars body_ty     \r
+  = getUniqueUs        `thenLvl` \ uniq ->\r
+    returnUs (mkSysLocal (_PK_ str) uniq (foldr mkPiType body_ty vars))\r
+    \r
+-- The deeply tiresome thing is that we have to apply the substitution\r
+-- to the rules inside each Id.  Grr.  But it matters.\r
+\r
+cloneVar :: TopLevelFlag -> LevelEnv -> Id -> Level -> Level -> LvlM (LevelEnv, Id)\r
+cloneVar TopLevel env v ctxt_lvl dest_lvl\r
+  = returnUs (env, v)  -- Don't clone top level things\r
+cloneVar NotTopLevel env@(_,_,subst,_) v ctxt_lvl dest_lvl\r
+  = ASSERT( isId v )\r
+    getUs      `thenLvl` \ us ->\r
+    let\r
+      (subst', v1) = substAndCloneId subst us v\r
+      v2          = zap_demand ctxt_lvl dest_lvl v1\r
+      env'        = extendCloneLvlEnv dest_lvl env subst' [(v,v2)]\r
+    in\r
+    returnUs (env', v2)\r
+\r
+cloneRecVars :: TopLevelFlag -> LevelEnv -> [Id] -> Level -> Level -> LvlM (LevelEnv, [Id])\r
+cloneRecVars TopLevel env vs ctxt_lvl dest_lvl \r
+  = returnUs (env, vs) -- Don't clone top level things\r
+cloneRecVars NotTopLevel env@(_,_,subst,_) vs ctxt_lvl dest_lvl\r
+  = ASSERT( all isId vs )\r
+    getUs                      `thenLvl` \ us ->\r
+    let\r
+      (subst', vs1) = substAndCloneRecIds subst us vs\r
+      vs2          = map (zap_demand ctxt_lvl dest_lvl) vs1\r
+      env'         = extendCloneLvlEnv dest_lvl env subst' (vs `zip` vs2)\r
+    in\r
+    returnUs (env', vs2)\r
+\r
+       -- VERY IMPORTANT: we must zap the demand info \r
+       -- if the thing is going to float out past a lambda\r
+zap_demand dest_lvl ctxt_lvl id\r
+  | ctxt_lvl == dest_lvl = id                  -- Stays put\r
+  | otherwise           = zapDemandIdInfo id   -- Floats out\r
+\end{code}\r
+       \r