[project @ 2000-11-14 10:46:39 by simonpj]
[ghc-hetmet.git] / ghc / compiler / simplCore / SimplUtils.lhs
index d1bd744..cf022c2 100644 (file)
 %
-% (c) The AQUA Project, Glasgow University, 1993-1996
+% (c) The AQUA Project, Glasgow University, 1993-1998
 %
 \section[SimplUtils]{The simplifier utilities}
 
 \begin{code}
-#include "HsVersions.h"
-
 module SimplUtils (
+       simplBinder, simplBinders, simplIds,
+       transformRhs,
+       mkCase, findAlt, findDefault,
 
-       floatExposesHNF,
-
-       mkCoTyLamTryingEta, mkCoLamTryingEta,
-
-       etaExpandCount,
+       -- The continuation type
+       SimplCont(..), DupFlag(..), contIsDupable, contResultType,
+       countValArgs, countArgs, mkRhsStop, mkStop,
+       getContArgs, interestingCallContext, interestingArg, isStrictType, discardInline
 
-       mkIdentityAlts,
-
-       simplIdWantsToBeINLINEd,
-
-       type_ok_for_let_to_case
     ) where
 
-IMPORT_Trace           -- ToDo: rm (debugging)
-import Pretty
-
-import SimplEnv
-import SimplMonad
-
-import BinderInfo
+#include "HsVersions.h"
 
-import PrelInfo                ( primOpIsCheap, realWorldStateTy,
-                         buildId, augmentId
-                         IF_ATTACK_PRAGMAS(COMMA realWorldTy)
-                         IF_ATTACK_PRAGMAS(COMMA tagOf_PrimOp)
-                         IF_ATTACK_PRAGMAS(COMMA pprPrimOp)
+import CmdLineOpts     ( switchIsOn, SimplifierSwitch(..),
+                         opt_SimplDoLambdaEtaExpansion, opt_SimplCaseMerge, opt_DictsStrict,
+                         opt_UF_UpdateInPlace
                        )
-import Type            ( extractTyVarsFromTy, getTyVarMaybe, isPrimType,
-                         splitTypeWithDictsAsArgs, maybeDataTyCon,
-                         applyTy, isFunType, TyVar, TyVarTemplate
+import CoreSyn
+import CoreUtils       ( exprIsTrivial, cheapEqExpr, exprType, exprIsCheap, exprEtaExpandArity, bindNonRec )
+import Subst           ( InScopeSet, mkSubst, substBndrs, substBndr, substIds, substExpr )
+import Id              ( idType, idName, 
+                         idUnfolding, idStrictness,
+                         mkVanillaId, idInfo
                        )
-import Id              ( getInstantiatedDataConSig, isDataCon, idType,
-                         getIdArity, isBottomingId, idWantsToBeINLINEd,
-                         DataCon(..), Id
+import IdInfo          ( StrictnessInfo(..), ArityInfo, atLeastArity, vanillaIdInfo )
+import Maybes          ( maybeToBool, catMaybes )
+import Name            ( setNameUnique )
+import Demand          ( isStrict )
+import SimplMonad
+import Type            ( Type, mkForAllTys, seqType, repType,
+                         splitTyConApp_maybe, mkTyVarTys, splitFunTys, 
+                         isDictTy, isDataType, isUnLiftedType,
+                         splitRepFunTys
                        )
-import IdInfo
-import CmdLineOpts     ( SimplifierSwitch(..) )
-import Maybes          ( maybeToBool, Maybe(..) )
-import Outputable      -- isExported ...
-import Util
+import TyCon           ( tyConDataConsIfAvailable )
+import DataCon         ( dataConRepArity )
+import VarEnv          ( SubstEnv )
+import Util            ( lengthExceeds )
+import Outputable
 \end{code}
 
 
-Floating
-~~~~~~~~
-The function @floatExposesHNF@ tells whether let/case floating will
-expose a head normal form.  It is passed booleans indicating the
-desired strategy.
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{The continuation data type}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
 
 \begin{code}
-floatExposesHNF
-       :: Bool                 -- Float let(rec)s out of rhs
-       -> Bool                 -- Float cheap primops out of rhs
-       -> Bool                 -- OK to duplicate code
-       -> GenCoreExpr bdr Id
-       -> Bool
-
-floatExposesHNF float_lets float_primops ok_to_dup rhs
-  = try rhs
-  where
-    try (Case (Prim _ _ _) (PrimAlts alts deflt) )
-      | float_primops && (null alts || ok_to_dup)
-      = or (try_deflt deflt : map try_alt alts)
-
-    try (Let bind body) | float_lets = try body
-
-    --    `build g'
-    -- is like a HNF,
-    -- because it *will* become one.
-    -- likewise for `augment g h'
-    --
-    try (App (CoTyApp (Var bld) _) _) | bld == buildId = True
-    try (App (App (CoTyApp (Var bld) _) _) _) | bld == augmentId = True
-
-    try other = manifestlyWHNF other
-       {- but *not* necessarily "manifestlyBottom other"...
-
-          We may want to float a let out of a let to expose WHNFs,
-           but to do that to expose a "bottom" is a Bad Idea:
-           let x = let y = ...
-                   in ...error ...y... --  manifestly bottom using y
-           in ...
-           =/=>
-           let y = ...
-           in let x = ...error ...y...
-              in ...
-
-           as y is only used in case of an error, we do not want
-           to allocate it eagerly as that's a waste.
-       -}
-
-    try_alt (lit,rhs)               = try rhs
-
-    try_deflt NoDefault           = False
-    try_deflt (BindDefault _ rhs) = try rhs
+data SimplCont         -- Strict contexts
+  = Stop     OutType           -- Type of the result
+            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 SubstEnv            -- The argument, as yet unsimplified, 
+            SimplCont                  -- and its subst-env
+
+  | Select   DupFlag 
+            InId [InAlt] SubstEnv      -- The case binder, alts, and subst-env
+            SimplCont
+
+  | ArgOf    DupFlag           -- An arbitrary strict context: the argument 
+                               --      of a strict function, or a primitive-arg fn
+                               --      or a PrimOp
+            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.
+            (OutExpr -> SimplM OutExprStuff)   -- What to do with the result
+                               -- The result expression in the OutExprStuff has type cont_ty
+
+instance Outputable SimplCont where
+  ppr (Stop _ _)                            = ptext SLIT("Stop")
+  ppr (ApplyTo dup arg se cont)      = (ptext SLIT("ApplyTo") <+> ppr dup <+> ppr arg) $$ ppr cont
+  ppr (ArgOf   dup _ _)             = ptext SLIT("ArgOf...") <+> ppr dup
+  ppr (Select dup bndr alts se cont) = (ptext SLIT("Select") <+> ppr dup <+> ppr bndr) $$ 
+                                      (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")
+
+
+-------------------
+mkRhsStop, mkStop :: OutType -> SimplCont
+mkStop    ty = Stop ty False
+mkRhsStop ty = Stop ty (canUpdateInPlace ty)
+
+
+-------------------
+contIsDupable :: SimplCont -> Bool
+contIsDupable (Stop _ _)                        = True
+contIsDupable (ApplyTo  OkToDup _ _ _)   = True
+contIsDupable (ArgOf    OkToDup _ _)     = True
+contIsDupable (Select   OkToDup _ _ _ _) = True
+contIsDupable (CoerceIt _ cont)          = contIsDupable cont
+contIsDupable (InlinePlease cont)       = contIsDupable cont
+contIsDupable other                     = False
+
+-------------------
+discardInline :: SimplCont -> SimplCont
+discardInline (InlinePlease cont)  = cont
+discardInline (ApplyTo d e s cont) = ApplyTo d e s (discardInline cont)
+discardInline cont                = cont
+
+-------------------
+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 _ -> cont
+                    other        -> CoerceIt to_ty (mkStop 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
 \end{code}
 
 
-Eta reduction on ordinary lambdas
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
-We have a go at doing
-
-       \ x y -> f x y  ===>  f
-
-But we only do this if 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.
-But if they expose a simple variable then we definitely win.  Even
-if they expose a type application we win.  So we check for this special
-case.
-
-It does arise:
-
-       f xs = [y | (y,_) <- xs]
-
-gives rise to a recursive function for the list comprehension, and
-f turns out to be just a single call to this recursive function.
-
 \begin{code}
-mkCoLamTryingEta :: [Id]               -- Args to the lambda
-              -> CoreExpr              -- Lambda body
-              -> CoreExpr
-
-mkCoLamTryingEta [] body = body
-
-mkCoLamTryingEta orig_ids body
-  = reduce_it (reverse orig_ids) body
+getContArgs :: OutId -> SimplCont 
+           -> SimplM ([(InExpr, SubstEnv, 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 fun orig_cont
+  = getSwitchChecker   `thenSmpl` \ chkr ->
+    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 = tick BottomFound    `thenSmpl_`
+                                           returnSmpl (reverse acc, discardCont cont, inl)
+       | otherwise                       = returnSmpl (reverse acc, cont,             inl)
+
+    ----------------------------
+    vanilla_stricts, computed_stricts :: [Bool]
+    vanilla_stricts  = repeat False
+    computed_stricts = zipWith (||) fun_stricts arg_stricts
+
+    ----------------------------
+    (val_arg_tys, _) = splitRepFunTys (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 split*Rep*FunTys
+
+    ----------------------------
+       -- 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 idStrictness fun of
+         StrictnessInfo demands result_bot 
+               | 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 result_bot then
+                       map isStrict demands            -- Finite => result is bottom
+                  else
+                       map isStrict demands ++ vanilla_stricts
+
+         other -> vanilla_stricts      -- Not enough args, or no strictness
+
+
+-------------------
+isStrictType :: Type -> Bool
+       -- isStrictType computes whether an argument (or let RHS) should
+       -- be computed strictly or lazily, based only on its type
+isStrictType ty
+  | isUnLiftedType ty                              = True
+  | opt_DictsStrict && isDictTy ty && isDataType ty = True
+  | otherwise                                      = False 
+       -- Return true only for dictionary types where the dictionary
+       -- has more than one component (else we risk poking on the component
+       -- of a newtype dictionary)
+
+-------------------
+interestingArg :: InScopeSet -> InExpr -> SubstEnv -> 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 in_scope arg subst
+  = analyse (substExpr (mkSubst in_scope subst) arg)
+       -- 'analyse' only looks at the top part of the result
+       -- and substExpr is lazy, so this isn't nearly as brutal
+       -- as it looks.
   where
-    bale_out = mkValLam orig_ids body
-
-    reduce_it [] residual
-      | residual_ok residual = residual
-      | otherwise           = bale_out
-
-    reduce_it (id:ids) (App fun (VarArg arg))
-      | id == arg
-      && idType id /= realWorldStateTy
-        -- *never* eta-reduce away a PrimIO state token! (WDP 94/11)
-      = reduce_it ids fun
-
-    reduce_it ids other = bale_out
-
-    is_elem = isIn "mkCoLamTryingEta"
-
-    -----------
-    residual_ok :: CoreExpr -> Bool    -- Checks for type application
-                                               -- and function not one of the
-                                               -- bound vars
-    residual_ok (CoTyApp fun ty) = residual_ok fun
-    residual_ok (Var v)        = not (v `is_elem` orig_ids)    -- Fun mustn't be one of
-                                                               -- the bound ids
-    residual_ok other           = False
+    analyse (Var v)          = hasSomeUnfolding (idUnfolding v)
+                               -- Was: isValueUnfolding (idUnfolding v')
+                               -- But that seems over-pessimistic
+    analyse (Type _)         = False
+    analyse (App fn (Type _)) = analyse fn
+    analyse (Note _ a)       = analyse a
+    analyse 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}
 
-Eta expansion
-~~~~~~~~~~~~~
-@etaExpandCount@ takes an expression, E, and returns an integer n,
-such that
+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.  
 
-       E  ===>   (\x1::t1 x1::t2 ... xn::tn -> E x1 x2 ... xn)
+Previously some_benefit used to return True only if the variable was
+applied to some value arguments.  This didn't work:
 
-is a safe transformation.  In particular, the transformation should not
-cause work to be duplicated, unless it is ``cheap'' (see @manifestlyCheap@ below).
+       let x = _coerce_ (T Int) Int (I# 3) in
+       case _coerce_ Int (T Int) x of
+               I# y -> ....
 
-@etaExpandCount@ errs on the conservative side.  It is always safe to return 0.
+we want to inline x, but can't see that it's a constructor in a case
+scrutinee position, and some_benefit is False.
 
-An application of @error@ is special, because it can absorb as many
-arguments as you care to give it.  For this special case we return 100,
-to represent "infinity", which is a bit of a hack.
+Another example:
 
-\begin{code}
-etaExpandCount :: GenCoreExpr bdr Id
-              -> Int                   -- Number of extra args you can safely abstract
-
-etaExpandCount (Lam _ body)
-  = 1 + etaExpandCount body
-
-etaExpandCount (Let bind body)
-  | all manifestlyCheap (rhssOfBind bind)
-  = etaExpandCount body
+dMonadST = _/\_ t -> :Monad (g1 _@_ t, g2 _@_ t, g3 _@_ t)
 
-etaExpandCount (Case scrut alts)
-  | manifestlyCheap scrut
-  = minimum [etaExpandCount rhs | rhs <- rhssOfAlts alts]
+....  case dMonadST _@_ x0 of (a,b,c) -> ....
 
-etaExpandCount (App fun _) = case etaExpandCount fun of
-                               0 -> 0
-                               n -> n-1        -- Knock off one
+we'd really like to inline dMonadST here, but we *don't* want to
+inline if the case expression is just
 
-etaExpandCount fun@(CoTyApp _ _) = eta_fun fun
-etaExpandCount fun@(Var _)     = eta_fun fun
+       case x of y { DEFAULT -> ... }
 
-etaExpandCount other = 0                       -- Give up
-       -- Lit, Con, Prim,
-       -- CoTyLam,
-       -- Scc (pessimistic; ToDo),
-       -- Let with non-whnf rhs(s),
-       -- Case with non-whnf scrutinee
+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.
 
-eta_fun :: GenCoreExpr bdr Id  -- The function
-       -> Int                  -- How many args it can safely be applied to
+\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 becuase
+       -- 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 _ _ _ _)      = some_args     -- Can happen if we have (coerce t (f x)) y
+    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.
+
+-- Note the repType: we want to look through newtypes for this purpose
+
+canUpdateInPlace ty 
+  | not opt_UF_UpdateInPlace = False
+  | otherwise
+  = case splitTyConApp_maybe (repType ty) of {
+                       Nothing         -> False ;
+                       Just (tycon, _) -> 
+
+                     case tyConDataConsIfAvailable tycon of
+                       [dc]  -> arity == 1 || arity == 2
+                             where
+                                arity = dataConRepArity dc
+                       other -> False
+                     }
+\end{code}
 
-eta_fun (CoTyApp fun ty) = eta_fun fun
 
-eta_fun expr@(Var v)
-  | isBottomingId v                    -- Bottoming ids have "infinite arity"
-  = 10000                              -- Blargh.  Infinite enough!
 
-eta_fun expr@(Var v)
-  | maybeToBool arity_maybe            -- We know the arity
-  = arity
-  where
-    arity_maybe = arityMaybe (getIdArity v)
-    arity      = case arity_maybe of { Just arity -> arity }
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\section{Dealing with a single binder}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
 
-eta_fun other = 0                      -- Give up
+\begin{code}
+simplBinders :: [InBinder] -> ([OutBinder] -> SimplM a) -> SimplM a
+simplBinders bndrs thing_inside
+  = getSubst           `thenSmpl` \ subst ->
+    let
+       (subst', bndrs') = substBndrs subst bndrs
+    in
+    seqBndrs bndrs'    `seq`
+    setSubst subst' (thing_inside bndrs')
+
+simplBinder :: InBinder -> (OutBinder -> SimplM a) -> SimplM a
+simplBinder bndr thing_inside
+  = getSubst           `thenSmpl` \ subst ->
+    let
+       (subst', bndr') = substBndr subst bndr
+    in
+    seqBndr bndr'      `seq`
+    setSubst subst' (thing_inside 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
+    in
+    seqBndrs bndrs'    `seq`
+    setSubst subst' (thing_inside 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}
 
-@manifestlyCheap@ looks at a Core expression and returns \tr{True} if
-it is obviously in weak head normal form, or is cheap to get to WHNF.
-By ``cheap'' we mean a computation we're willing to duplicate in order
-to bring a couple of lambdas together.  The main examples of things
-which aren't WHNF but are ``cheap'' are:
 
-  *    case e of
-         pi -> ei
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{Transform a RHS}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
 
-       where e, and all the ei are cheap; and
+Try (a) eta expansion
+    (b) type-lambda swizzling
 
-  *    let x = e
-       in b
+\begin{code}
+transformRhs :: OutExpr 
+            -> (ArityInfo -> OutExpr -> SimplM (OutStuff a))
+            -> SimplM (OutStuff a)
 
-       where e and b are cheap; and
+transformRhs rhs thing_inside 
+  = tryRhsTyLam rhs                    $ \ rhs1 ->
+    tryEtaExpansion rhs1 thing_inside
+\end{code}
 
-  *    op x1 ... xn
 
-       where op is a cheap primitive operator
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{Local tyvar-lifting}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+mkRhsTyLam tries this transformation, when the big lambda appears as
+the RHS of a let(rec) binding:
+
+       /\abc -> let(rec) x = e in b
+   ==>
+       let(rec) x' = /\abc -> let x = x' a b c in e
+       in 
+       /\abc -> let x = x' a b c in b
+
+This is good because it can turn things like:
+
+       let f = /\a -> letrec g = ... g ... in g
+into
+       letrec g' = /\a -> ... g' a ...
+       in
+       let f = /\ a -> g' a
+
+which is better.  In effect, it means that big lambdas don't impede
+let-floating.
+
+This optimisation is CRUCIAL in eliminating the junk introduced by
+desugaring mutually recursive definitions.  Don't eliminate it lightly!
+
+So far as the implementation is concerned:
+
+       Invariant: go F e = /\tvs -> F e
+       
+       Equalities:
+               go F (Let x=e in b)
+               = Let x' = /\tvs -> F e 
+                 in 
+                 go G b
+               where
+                   G = F . Let x = x' tvs
+       
+               go F (Letrec xi=ei in b)
+               = Letrec {xi' = /\tvs -> G ei} 
+                 in
+                 go G b
+               where
+                 G = F . Let {xi = xi' tvs}
+
+[May 1999]  If we do this transformation *regardless* then we can
+end up with some pretty silly stuff.  For example, 
+
+       let 
+           st = /\ s -> let { x1=r1 ; x2=r2 } in ...
+       in ..
+becomes
+       let y1 = /\s -> r1
+           y2 = /\s -> r2
+           st = /\s -> ...[y1 s/x1, y2 s/x2]
+       in ..
+
+Unless the "..." is a WHNF there is really no point in doing this.
+Indeed it can make things worse.  Suppose x1 is used strictly,
+and is of the form
+
+       x1* = case f y of { (a,b) -> e }
+
+If we abstract this wrt the tyvar we then can't do the case inline
+as we would normally do.
 
-\begin{code}
-manifestlyCheap :: GenCoreExpr bndr Id -> Bool
-
-manifestlyCheap (Var _)       = True
-manifestlyCheap (Lit _)       = True
-manifestlyCheap (Con _ _ _)   = True
-manifestlyCheap (Lam _ _)     = True
-manifestlyCheap (CoTyLam _ e)   = manifestlyCheap e
-manifestlyCheap (SCC _ e)     = manifestlyCheap e
-
-manifestlyCheap (Prim op _ _) = primOpIsCheap op
-
-manifestlyCheap (Let bind body)
-  = manifestlyCheap body && all manifestlyCheap (rhssOfBind bind)
-
-manifestlyCheap (Case scrut alts)
-  = manifestlyCheap scrut && all manifestlyCheap (rhssOfAlts alts)
-
-manifestlyCheap other_expr   -- look for manifest partial application
-  = case (collectArgs other_expr) of { (fun, args) ->
-    case fun of
-
-      Var f | isBottomingId f -> True          -- Application of a function which
-                                               -- always gives bottom; we treat this as
-                                               -- a WHNF, because it certainly doesn't
-                                               -- need to be shared!
-
-      Var f -> let
-                   num_val_args = length [ a | (ValArg a) <- args ]
-                in
-                num_val_args == 0 ||           -- Just a type application of
-                                               -- a variable (f t1 t2 t3)
-                                               -- counts as WHNF
-                case (arityMaybe (getIdArity f)) of
-                  Nothing     -> False
-                  Just arity  -> num_val_args < arity
-
-      _ -> False
-    }
-\end{code}
 
-Eta reduction on type lambdas
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
-We have a go at doing
+\begin{code}
+tryRhsTyLam rhs thing_inside           -- Only does something if there's a let
+  | null tyvars || not (worth_it body) -- inside a type lambda, and a WHNF inside that
+  = thing_inside rhs
+  | otherwise
+  = go (\x -> x) body          $ \ body' ->
+    thing_inside (mkLams tyvars body')
 
-       /\a -> <expr> a    ===>     <expr>
+  where
+    (tyvars, body) = collectTyBinders rhs
+
+    worth_it (Let _ e)      = whnf_in_middle e
+    worth_it other                  = False
+    whnf_in_middle (Let _ e) = whnf_in_middle e
+    whnf_in_middle e        = exprIsCheap e
+
+
+    go fn (Let bind@(NonRec var rhs) body) thing_inside
+      | exprIsTrivial rhs
+      = go (fn . Let bind) body thing_inside
+
+    go fn (Let bind@(NonRec var rhs) body) thing_inside
+      = mk_poly tyvars_here var                                                `thenSmpl` \ (var', rhs') ->
+       addAuxiliaryBind (NonRec var' (mkLams tyvars_here (fn rhs)))    $
+       go (fn . Let (mk_silly_bind var rhs')) body thing_inside
+
+      where
+       tyvars_here = tyvars
+               --      main_tyvar_set = mkVarSet tyvars
+               --      var_ty = idType var
+               -- varSetElems (main_tyvar_set `intersectVarSet` tyVarsOfType var_ty)
+               -- tyvars_here was an attempt to reduce the number of tyvars
+               -- wrt which the new binding is abstracted.  But the naive
+               -- approach of abstract wrt the tyvars free in the Id's type
+               -- fails. Consider:
+               --      /\ a b -> let t :: (a,b) = (e1, e2)
+               --                    x :: a     = fst t
+               --                in ...
+               -- Here, b isn't free in x's type, but we must nevertheless
+               -- abstract wrt b as well, because t's type mentions b.
+               -- Since t is floated too, we'd end up with the bogus:
+               --      poly_t = /\ a b -> (e1, e2)
+               --      poly_x = /\ a   -> fst (poly_t a *b*)
+               -- So for now we adopt the even more naive approach of
+               -- abstracting wrt *all* the tyvars.  We'll see if that
+               -- gives rise to problems.   SLPJ June 98
+
+    go fn (Let (Rec prs) body) thing_inside
+       = mapAndUnzipSmpl (mk_poly tyvars_here) vars    `thenSmpl` \ (vars', rhss') ->
+        let
+           gn body = fn (foldr Let body (zipWith mk_silly_bind vars rhss'))
+        in
+        addAuxiliaryBind (Rec (vars' `zip` [mkLams tyvars_here (gn rhs) | rhs <- rhss]))       $
+        go gn body thing_inside
+       where
+        (vars,rhss) = unzip prs
+        tyvars_here = tyvars
+               -- varSetElems (main_tyvar_set `intersectVarSet` tyVarsOfTypes var_tys)
+               --       var_tys     = map idType vars
+               -- See notes with tyvars_here above
+
+
+    go fn body thing_inside = thing_inside (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
+           poly_id   = mkVanillaId poly_name poly_ty 
+
+               -- 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
+               -- 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,
+               -- the occurrences of x' will be just the occurrences originally
+               -- pinned on x.
+       in
+       returnSmpl (poly_id, mkTyApps (Var poly_id) (mkTyVarTys tyvars_here))
+
+    mk_silly_bind var rhs = NonRec var (Note InlineMe rhs)
+               -- Suppose we start with:
+               --
+               --      x = /\ a -> let g = G in E
+               --
+               -- 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}
 
-where <expr> doesn't mention a.
-This is sometimes quite useful, because we can get the sequence:
 
-       f ab d = let d1 = ...d... in
-                letrec f' b x = ...d...(f' b)... in
-                f' b
-specialise ==>
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{Eta expansion}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
 
-       f.Int b = letrec f' b x = ...dInt...(f' b)... in
-                 f' b
+       Try eta expansion for RHSs
 
-float ==>
+We go for:
+   Case 1    f = \x1..xn -> N  ==>   f = \x1..xn y1..ym -> N y1..ym
+                (n >= 0)
+     OR                
+   Case 2    f = N E1..En      ==>   z1=E1
+                (n > 0)                 .. 
+                                    zn=En
+                                    f = \y1..ym -> N z1..zn y1..ym
 
-       f' b x = ...dInt...(f' b)...
-       f.Int b = f' b
+where (in both cases) 
 
-Now we really want to simplify to
+       * The xi can include type variables
 
-       f.Int = f'
+       * The yi are all value variables
 
-and then replace all the f's with f.Ints.
+       * N is a NORMAL FORM (i.e. no redexes anywhere)
+         wanting a suitable number of extra args.
 
-N.B. We are careful not to partially eta-reduce a sequence of type
-applications since this breaks the specialiser:
+       * the Ei must not have unlifted type
 
-       /\ a -> f Char# a       =NO=> f Char#
+There is no point in looking for a combination of the two, because
+that would leave use with some lets sandwiched between lambdas; that's
+what the final test in the first equation is for.
 
 \begin{code}
-mkCoTyLamTryingEta :: [TyVar] -> CoreExpr -> CoreExpr
-
-mkCoTyLamTryingEta tyvars tylam_body
-  = if
-       tyvars == tyvar_args && -- Same args in same order
-       check_fun fun           -- Function left is ok
-    then
-       -- Eta reduction worked
-       fun
-    else
-       -- The vastly common case
-       mkCoTyLam tyvars tylam_body
+tryEtaExpansion :: OutExpr 
+               -> (ArityInfo -> OutExpr -> SimplM (OutStuff a))
+               -> SimplM (OutStuff a)
+tryEtaExpansion rhs thing_inside
+  |  not opt_SimplDoLambdaEtaExpansion
+  || null y_tys                                -- No useful expansion
+  || not (is_case1 || is_case2)                -- Neither case matches
+  = thing_inside final_arity rhs       -- So, no eta expansion, but
+                                       -- return a good arity
+
+  | is_case1
+  = make_y_bndrs                       $ \ y_bndrs ->
+    thing_inside final_arity
+                (mkLams x_bndrs $ mkLams y_bndrs $
+                 mkApps body (map Var y_bndrs))
+
+  | otherwise  -- Must be case 2
+  = mapAndUnzipSmpl bind_z_arg arg_infos               `thenSmpl` \ (maybe_z_binds, z_args) ->
+    addAuxiliaryBinds (catMaybes maybe_z_binds)                $
+    make_y_bndrs                                       $  \ y_bndrs ->
+    thing_inside final_arity
+                (mkLams y_bndrs $
+                 mkApps (mkApps fun z_args) (map Var y_bndrs))
   where
-    (tyvar_args, fun) = strip_tyvar_args [] tylam_body
+    all_trivial_args = all is_trivial arg_infos
+    is_case1        = all_trivial_args
+    is_case2        = null x_bndrs && not (any unlifted_non_trivial arg_infos)
+
+    (x_bndrs, body)  = collectBinders rhs      -- NB: x_bndrs can include type variables
+    x_arity         = valBndrCount x_bndrs
+
+    (fun, args)             = collectArgs body
+    arg_infos        = [(arg, exprType arg, exprIsTrivial arg) | arg <- args]
+
+    is_trivial          (_, _,  triv) = triv
+    unlifted_non_trivial (_, ty, triv) = not triv && isUnLiftedType ty
+
+    fun_arity       = exprEtaExpandArity fun
+
+    final_arity | all_trivial_args = atLeastArity (x_arity + extra_args_wanted)
+               | otherwise        = atLeastArity x_arity
+       -- Arity can be more than the number of lambdas
+       -- because of coerces. E.g.  \x -> coerce t (\y -> e) 
+       -- will have arity at least 2
+       -- The worker/wrapper pass will bring the coerce out to the top
+
+    bind_z_arg (arg, arg_ty, trivial_arg) 
+       | trivial_arg = returnSmpl (Nothing, arg)
+        | otherwise   = newId SLIT("z") arg_ty $ \ z ->
+                       returnSmpl (Just (NonRec z arg), Var z)
+
+    make_y_bndrs thing_inside 
+       = ASSERT( not (exprIsTrivial rhs) )
+         newIds SLIT("y") y_tys                        $ \ y_bndrs ->
+         tick (EtaExpansion (head y_bndrs))            `thenSmpl_`
+         thing_inside y_bndrs
+
+    (potential_extra_arg_tys, _) = splitFunTys (exprType body)
+       
+    y_tys :: [InType]
+    y_tys  = take extra_args_wanted potential_extra_arg_tys
+       
+    extra_args_wanted :: Int   -- Number of extra args we want
+    extra_args_wanted = 0 `max` (fun_arity - valArgCount args)
+
+       -- 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`
+\end{code}
 
-    strip_tyvar_args args_so_far tyapp@(CoTyApp fun ty)
-      = case getTyVarMaybe ty of
-         Just tyvar_arg -> strip_tyvar_args (tyvar_arg:args_so_far) fun
-         Nothing        -> (args_so_far, tyapp)
 
-    strip_tyvar_args args_so_far fun
-      = (args_so_far, fun)
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{Case absorption and identity-case elimination}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
 
-    check_fun (Var f) = True    -- Claim: tyvars not mentioned by type of f
-    check_fun other     = False
+\begin{code}
+mkCase :: OutExpr -> OutId -> [OutAlt] -> SimplM OutExpr
 \end{code}
 
-Let to case
-~~~~~~~~~~~
+@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.
 
-Given a type generate the case alternatives
-
-       C a b -> C a b
-
-if there's one constructor, or
+\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!
+       -- 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!
+  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
+\end{code}
 
-       x -> x
+Now the identity-case transformation:
 
-if there's many, or if it's a primitive type.
+       case e of               ===> e
+               True -> True;
+               False -> False
 
+and similar friends.
 
 \begin{code}
-mkIdentityAlts
-       :: Type         -- type of RHS
-       -> SmplM InAlts         -- result
-
-mkIdentityAlts rhs_ty
-  | isPrimType rhs_ty
-  = newId rhs_ty       `thenSmpl` \ binder ->
-    returnSmpl (PrimAlts [] (BindDefault (binder, bad_occ_info) (Var binder)))
-
-  | otherwise
-  = case maybeDataTyCon rhs_ty of
-       Just (tycon, ty_args, [data_con]) ->  -- algebraic type suitable for unpacking
-           let
-               (_,inst_con_arg_tys,_) = getInstantiatedDataConSig data_con ty_args
-           in
-           newIds inst_con_arg_tys     `thenSmpl` \ new_bindees ->
-           let
-               new_binders = [ (b, bad_occ_info) | b <- new_bindees ]
-           in
-           returnSmpl (
-             AlgAlts
-               [(data_con, new_binders, Con data_con ty_args (map VarArg new_bindees))]
-               NoDefault
-           )
-
-       _ -> -- Multi-constructor or abstract algebraic type
-            newId rhs_ty       `thenSmpl` \ binder ->
-            returnSmpl (AlgAlts [] (BindDefault (binder,bad_occ_info) (Var binder)))
+mkCase scrut case_bndr alts
+  | all identity_alt alts
+  = tick (CaseIdentity case_bndr)              `thenSmpl_`
+    returnSmpl scrut
   where
-    bad_occ_info = ManyOcc 0   -- Non-committal!
+    identity_alt (DEFAULT, [], Var v)     = v == case_bndr
+    identity_alt (DataAlt con, args, rhs) = cheapEqExpr rhs
+                                                       (mkConApp con (map Type arg_tys ++ map varToCoreExpr args))
+    identity_alt other                   = False
+
+    arg_tys = case splitTyConApp_maybe (idType case_bndr) of
+               Just (tycon, arg_tys) -> arg_tys
 \end{code}
 
+The catch-all case
+
 \begin{code}
-simplIdWantsToBeINLINEd :: Id -> SimplEnv -> Bool
+mkCase other_scrut case_bndr other_alts
+  = returnSmpl (Case other_scrut case_bndr other_alts)
+\end{code}
 
-simplIdWantsToBeINLINEd id env
-  = if switchIsSet env IgnoreINLINEPragma
-    then False
-    else idWantsToBeINLINEd id
 
-type_ok_for_let_to_case :: Type -> Bool
+\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 :: AltCon -> [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
 
-type_ok_for_let_to_case ty
-  = case maybeDataTyCon ty of
-      Nothing                                   -> False
-      Just (tycon, ty_args, [])                 -> False
-      Just (tycon, ty_args, non_null_data_cons) -> True
-      -- Null data cons => type is abstract
+    matches (DEFAULT, _, _) = True
+    matches (con1, _, _)    = con == con1
 \end{code}