44ca27a9ab2079b0c0691d7ac71084759e400358
[ghc-hetmet.git] / compiler / coreSyn / CoreUtils.lhs
1 %
2 % (c) The University of Glasgow 2006
3 % (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
4 %
5
6 Utility functions on @Core@ syntax
7
8 \begin{code}
9 {-# OPTIONS -fno-warn-incomplete-patterns #-}
10 -- The above warning supression flag is a temporary kludge.
11 -- While working on this module you are encouraged to remove it and fix
12 -- any warnings in the module. See
13 --     http://hackage.haskell.org/trac/ghc/wiki/Commentary/CodingStyle#Warnings
14 -- for details
15
16 -- | Commonly useful utilites for manipulating the Core language
17 module CoreUtils (
18         -- * Constructing expressions
19         mkInlineMe, mkSCC, mkCoerce, mkCoerceI,
20         bindNonRec, needsCaseBinding,
21         mkAltExpr, mkPiType, mkPiTypes,
22
23         -- * Taking expressions apart
24         findDefault, findAlt, isDefaultAlt, mergeAlts, trimConArgs,
25
26         -- * Properties of expressions
27         exprType, coreAltType, coreAltsType,
28         exprIsDupable, exprIsTrivial, exprIsCheap, 
29         exprIsHNF,exprOkForSpeculation, exprIsBig, 
30         exprIsConApp_maybe, exprIsBottom,
31         rhsIsStatic,
32
33         -- * Arity and eta expansion
34         manifestArity, exprArity, 
35         exprEtaExpandArity, etaExpand, 
36
37         -- * Expression and bindings size
38         coreBindsSize, exprSize,
39
40         -- * Hashing
41         hashExpr,
42
43         -- * Equality
44         cheapEqExpr, tcEqExpr, tcEqExprX,
45
46         -- * Manipulating data constructors and types
47         applyTypeToArgs, applyTypeToArg,
48         dataConOrigInstPat, dataConRepInstPat, dataConRepFSInstPat
49     ) where
50
51 #include "HsVersions.h"
52
53 import CoreSyn
54 import CoreFVs
55 import PprCore
56 import Var
57 import SrcLoc
58 import VarSet
59 import VarEnv
60 import Name
61 import Module
62 #if mingw32_TARGET_OS
63 import Packages
64 #endif
65 import Literal
66 import DataCon
67 import PrimOp
68 import Id
69 import IdInfo
70 import NewDemand
71 import Type
72 import Coercion
73 import TyCon
74 import CostCentre
75 import BasicTypes
76 import Unique
77 import Outputable
78 import DynFlags
79 import TysPrim
80 import FastString
81 import Maybes
82 import Util
83 import Data.Word
84 import Data.Bits
85
86 import GHC.Exts         -- For `xori` 
87 \end{code}
88
89
90 %************************************************************************
91 %*                                                                      *
92 \subsection{Find the type of a Core atom/expression}
93 %*                                                                      *
94 %************************************************************************
95
96 \begin{code}
97 exprType :: CoreExpr -> Type
98 -- ^ Recover the type of a well-typed Core expression. Fails when
99 -- applied to the actual 'CoreSyn.Type' expression as it cannot
100 -- really be said to have a type
101 exprType (Var var)           = idType var
102 exprType (Lit lit)           = literalType lit
103 exprType (Let _ body)        = exprType body
104 exprType (Case _ _ ty _)     = ty
105 exprType (Cast _ co)         = snd (coercionKind co)
106 exprType (Note _ e)          = exprType e
107 exprType (Lam binder expr)   = mkPiType binder (exprType expr)
108 exprType e@(App _ _)
109   = case collectArgs e of
110         (fun, args) -> applyTypeToArgs e (exprType fun) args
111
112 exprType other = pprTrace "exprType" (pprCoreExpr other) alphaTy
113
114 coreAltType :: CoreAlt -> Type
115 -- ^ Returns the type of the alternatives right hand side
116 coreAltType (_,_,rhs) = exprType rhs
117
118 coreAltsType :: [CoreAlt] -> Type
119 -- ^ Returns the type of the first alternative, which should be the same as for all alternatives
120 coreAltsType (alt:_) = coreAltType alt
121 coreAltsType []      = panic "corAltsType"
122 \end{code}
123
124 \begin{code}
125 mkPiType  :: Var   -> Type -> Type
126 -- ^ Makes a @(->)@ type or a forall type, depending
127 -- on whether it is given a type variable or a term variable.
128 mkPiTypes :: [Var] -> Type -> Type
129 -- ^ 'mkPiType' for multiple type or value arguments
130
131 mkPiType v ty
132    | isId v    = mkFunTy (idType v) ty
133    | otherwise = mkForAllTy v ty
134
135 mkPiTypes vs ty = foldr mkPiType ty vs
136 \end{code}
137
138 \begin{code}
139 applyTypeToArg :: Type -> CoreExpr -> Type
140 -- ^ Determines the type resulting from applying an expression to a function with the given type
141 applyTypeToArg fun_ty (Type arg_ty) = applyTy fun_ty arg_ty
142 applyTypeToArg fun_ty _             = funResultTy fun_ty
143
144 applyTypeToArgs :: CoreExpr -> Type -> [CoreExpr] -> Type
145 -- ^ A more efficient version of 'applyTypeToArg' when we have several arguments.
146 -- The first argument is just for debugging, and gives some context
147 applyTypeToArgs _ op_ty [] = op_ty
148
149 applyTypeToArgs e op_ty (Type ty : args)
150   =     -- Accumulate type arguments so we can instantiate all at once
151     go [ty] args
152   where
153     go rev_tys (Type ty : args) = go (ty:rev_tys) args
154     go rev_tys rest_args        = applyTypeToArgs e op_ty' rest_args
155                                 where
156                                   op_ty' = applyTysD msg op_ty (reverse rev_tys)
157                                   msg = ptext (sLit "applyTypeToArgs") <+> 
158                                         panic_msg e op_ty
159
160 applyTypeToArgs e op_ty (_ : args)
161   = case (splitFunTy_maybe op_ty) of
162         Just (_, res_ty) -> applyTypeToArgs e res_ty args
163         Nothing -> pprPanic "applyTypeToArgs" (panic_msg e op_ty)
164
165 panic_msg :: CoreExpr -> Type -> SDoc
166 panic_msg e op_ty = pprCoreExpr e $$ ppr op_ty
167 \end{code}
168
169 %************************************************************************
170 %*                                                                      *
171 \subsection{Attaching notes}
172 %*                                                                      *
173 %************************************************************************
174
175 mkNote removes redundant coercions, and SCCs where possible
176
177 \begin{code}
178 #ifdef UNUSED
179 mkNote :: Note -> CoreExpr -> CoreExpr
180 mkNote (SCC cc) expr               = mkSCC cc expr
181 mkNote InlineMe expr               = mkInlineMe expr
182 mkNote note     expr               = Note note expr
183 #endif
184 \end{code}
185
186 Drop trivial InlineMe's.  This is somewhat important, because if we have an unfolding
187 that looks like (Note InlineMe (Var v)), the InlineMe doesn't go away because it may
188 not be *applied* to anything.
189
190 We don't use exprIsTrivial here, though, because we sometimes generate worker/wrapper
191 bindings like
192         fw = ...
193         f  = inline_me (coerce t fw)
194 As usual, the inline_me prevents the worker from getting inlined back into the wrapper.
195 We want the split, so that the coerces can cancel at the call site.  
196
197 However, we can get left with tiresome type applications.  Notably, consider
198         f = /\ a -> let t = e in (t, w)
199 Then lifting the let out of the big lambda gives
200         t' = /\a -> e
201         f = /\ a -> let t = inline_me (t' a) in (t, w)
202 The inline_me is to stop the simplifier inlining t' right back
203 into t's RHS.  In the next phase we'll substitute for t (since
204 its rhs is trivial) and *then* we could get rid of the inline_me.
205 But it hardly seems worth it, so I don't bother.
206
207 \begin{code}
208 -- | Wraps the given expression in an inlining hint unless the expression
209 -- is trivial in some sense, so that doing so would usually hurt us
210 mkInlineMe :: CoreExpr -> CoreExpr
211 mkInlineMe (Var v) = Var v
212 mkInlineMe e       = Note InlineMe e
213 \end{code}
214
215 \begin{code}
216 -- | Wrap the given expression in the coercion, dropping identity coercions and coalescing nested coercions
217 mkCoerceI :: CoercionI -> CoreExpr -> CoreExpr
218 mkCoerceI IdCo e = e
219 mkCoerceI (ACo co) e = mkCoerce co e
220
221 -- | Wrap the given expression in the coercion safely, coalescing nested coercions
222 mkCoerce :: Coercion -> CoreExpr -> CoreExpr
223 mkCoerce co (Cast expr co2)
224   = ASSERT(let { (from_ty, _to_ty) = coercionKind co; 
225                  (_from_ty2, to_ty2) = coercionKind co2} in
226            from_ty `coreEqType` to_ty2 )
227     mkCoerce (mkTransCoercion co2 co) expr
228
229 mkCoerce co expr 
230   = let (from_ty, _to_ty) = coercionKind co in
231 --    if to_ty `coreEqType` from_ty
232 --    then expr
233 --    else 
234         ASSERT2(from_ty `coreEqType` (exprType expr), text "Trying to coerce" <+> text "(" <> ppr expr $$ text "::" <+> ppr (exprType expr) <> text ")" $$ ppr co $$ ppr (coercionKindPredTy co))
235          (Cast expr co)
236 \end{code}
237
238 \begin{code}
239 -- | Wraps the given expression in the cost centre unless
240 -- in a way that maximises their utility to the user
241 mkSCC :: CostCentre -> Expr b -> Expr b
242         -- Note: Nested SCC's *are* preserved for the benefit of
243         --       cost centre stack profiling
244 mkSCC _  (Lit lit)          = Lit lit
245 mkSCC cc (Lam x e)          = Lam x (mkSCC cc e)  -- Move _scc_ inside lambda
246 mkSCC cc (Note (SCC cc') e) = Note (SCC cc) (Note (SCC cc') e)
247 mkSCC cc (Note n e)         = Note n (mkSCC cc e) -- Move _scc_ inside notes
248 mkSCC cc (Cast e co)        = Cast (mkSCC cc e) co -- Move _scc_ inside cast
249 mkSCC cc expr               = Note (SCC cc) expr
250 \end{code}
251
252
253 %************************************************************************
254 %*                                                                      *
255 \subsection{Other expression construction}
256 %*                                                                      *
257 %************************************************************************
258
259 \begin{code}
260 bindNonRec :: Id -> CoreExpr -> CoreExpr -> CoreExpr
261 -- ^ @bindNonRec x r b@ produces either:
262 --
263 -- > let x = r in b
264 --
265 -- or:
266 --
267 -- > case r of x { _DEFAULT_ -> b }
268 --
269 -- depending on whether we have to use a @case@ or @let@
270 -- binding for the expression (see 'needsCaseBinding').
271 -- It's used by the desugarer to avoid building bindings
272 -- that give Core Lint a heart attack, although actually
273 -- the simplifier deals with them perfectly well. See
274 -- also 'MkCore.mkCoreLet'
275 bindNonRec bndr rhs body 
276   | needsCaseBinding (idType bndr) rhs = Case rhs bndr (exprType body) [(DEFAULT, [], body)]
277   | otherwise                          = Let (NonRec bndr rhs) body
278
279 -- | Tests whether we have to use a @case@ rather than @let@ binding for this expression
280 -- as per the invariants of 'CoreExpr': see "CoreSyn#let_app_invariant"
281 needsCaseBinding :: Type -> CoreExpr -> Bool
282 needsCaseBinding ty rhs = isUnLiftedType ty && not (exprOkForSpeculation rhs)
283         -- Make a case expression instead of a let
284         -- These can arise either from the desugarer,
285         -- or from beta reductions: (\x.e) (x +# y)
286 \end{code}
287
288 \begin{code}
289 mkAltExpr :: AltCon     -- ^ Case alternative constructor
290           -> [CoreBndr] -- ^ Things bound by the pattern match
291           -> [Type]     -- ^ The type arguments to the case alternative
292           -> CoreExpr
293 -- ^ This guy constructs the value that the scrutinee must have
294 -- given that you are in one particular branch of a case
295 mkAltExpr (DataAlt con) args inst_tys
296   = mkConApp con (map Type inst_tys ++ varsToCoreExprs args)
297 mkAltExpr (LitAlt lit) [] []
298   = Lit lit
299 mkAltExpr (LitAlt _) _ _ = panic "mkAltExpr LitAlt"
300 mkAltExpr DEFAULT _ _ = panic "mkAltExpr DEFAULT"
301 \end{code}
302
303
304 %************************************************************************
305 %*                                                                      *
306 \subsection{Taking expressions apart}
307 %*                                                                      *
308 %************************************************************************
309
310 The default alternative must be first, if it exists at all.
311 This makes it easy to find, though it makes matching marginally harder.
312
313 \begin{code}
314 -- | Extract the default case alternative
315 findDefault :: [CoreAlt] -> ([CoreAlt], Maybe CoreExpr)
316 findDefault ((DEFAULT,args,rhs) : alts) = ASSERT( null args ) (alts, Just rhs)
317 findDefault alts                        =                     (alts, Nothing)
318
319 -- | Find the case alternative corresponding to a particular 
320 -- constructor: panics if no such constructor exists
321 findAlt :: AltCon -> [CoreAlt] -> CoreAlt
322 findAlt con alts
323   = case alts of
324         (deflt@(DEFAULT,_,_):alts) -> go alts deflt
325         _                          -> go alts panic_deflt
326   where
327     panic_deflt = pprPanic "Missing alternative" (ppr con $$ vcat (map ppr alts))
328
329     go []                      deflt = deflt
330     go (alt@(con1,_,_) : alts) deflt
331       = case con `cmpAltCon` con1 of
332           LT -> deflt   -- Missed it already; the alts are in increasing order
333           EQ -> alt
334           GT -> ASSERT( not (con1 == DEFAULT) ) go alts deflt
335
336 isDefaultAlt :: CoreAlt -> Bool
337 isDefaultAlt (DEFAULT, _, _) = True
338 isDefaultAlt _               = False
339
340 ---------------------------------
341 mergeAlts :: [CoreAlt] -> [CoreAlt] -> [CoreAlt]
342 -- ^ Merge alternatives preserving order; alternatives in
343 -- the first argument shadow ones in the second
344 mergeAlts [] as2 = as2
345 mergeAlts as1 [] = as1
346 mergeAlts (a1:as1) (a2:as2)
347   = case a1 `cmpAlt` a2 of
348         LT -> a1 : mergeAlts as1      (a2:as2)
349         EQ -> a1 : mergeAlts as1      as2       -- Discard a2
350         GT -> a2 : mergeAlts (a1:as1) as2
351
352
353 ---------------------------------
354 trimConArgs :: AltCon -> [CoreArg] -> [CoreArg]
355 -- ^ Given:
356 --
357 -- > case (C a b x y) of
358 -- >        C b x y -> ...
359 --
360 -- We want to drop the leading type argument of the scrutinee
361 -- leaving the arguments to match agains the pattern
362
363 trimConArgs DEFAULT      args = ASSERT( null args ) []
364 trimConArgs (LitAlt _)   args = ASSERT( null args ) []
365 trimConArgs (DataAlt dc) args = dropList (dataConUnivTyVars dc) args
366 \end{code}
367
368
369 %************************************************************************
370 %*                                                                      *
371 \subsection{Figuring out things about expressions}
372 %*                                                                      *
373 %************************************************************************
374
375 @exprIsTrivial@ is true of expressions we are unconditionally happy to
376                 duplicate; simple variables and constants, and type
377                 applications.  Note that primop Ids aren't considered
378                 trivial unless 
379
380 There used to be a gruesome test for (hasNoBinding v) in the
381 Var case:
382         exprIsTrivial (Var v) | hasNoBinding v = idArity v == 0
383 The idea here is that a constructor worker, like \$wJust, is
384 really short for (\x -> \$wJust x), becuase \$wJust has no binding.
385 So it should be treated like a lambda.  Ditto unsaturated primops.
386 But now constructor workers are not "have-no-binding" Ids.  And
387 completely un-applied primops and foreign-call Ids are sufficiently
388 rare that I plan to allow them to be duplicated and put up with
389 saturating them.
390
391 SCC notes.  We do not treat (_scc_ "foo" x) as trivial, because 
392   a) it really generates code, (and a heap object when it's 
393      a function arg) to capture the cost centre
394   b) see the note [SCC-and-exprIsTrivial] in Simplify.simplLazyBind
395
396 \begin{code}
397 exprIsTrivial :: CoreExpr -> Bool
398 exprIsTrivial (Var _)          = True        -- See notes above
399 exprIsTrivial (Type _)         = True
400 exprIsTrivial (Lit lit)        = litIsTrivial lit
401 exprIsTrivial (App e arg)      = not (isRuntimeArg arg) && exprIsTrivial e
402 exprIsTrivial (Note (SCC _) _) = False       -- See notes above
403 exprIsTrivial (Note _       e) = exprIsTrivial e
404 exprIsTrivial (Cast e _)       = exprIsTrivial e
405 exprIsTrivial (Lam b body)     = not (isRuntimeVar b) && exprIsTrivial body
406 exprIsTrivial _                = False
407 \end{code}
408
409
410 @exprIsDupable@ is true of expressions that can be duplicated at a modest
411                 cost in code size.  This will only happen in different case
412                 branches, so there's no issue about duplicating work.
413
414                 That is, exprIsDupable returns True of (f x) even if
415                 f is very very expensive to call.
416
417                 Its only purpose is to avoid fruitless let-binding
418                 and then inlining of case join points
419
420
421 \begin{code}
422 exprIsDupable :: CoreExpr -> Bool
423 exprIsDupable (Type _)          = True
424 exprIsDupable (Var _)           = True
425 exprIsDupable (Lit lit)         = litIsDupable lit
426 exprIsDupable (Note InlineMe _) = True
427 exprIsDupable (Note _ e)        = exprIsDupable e
428 exprIsDupable (Cast e _)        = exprIsDupable e
429 exprIsDupable expr
430   = go expr 0
431   where
432     go (Var _)   _      = True
433     go (App f a) n_args =  n_args < dupAppSize
434                         && exprIsDupable a
435                         && go f (n_args+1)
436     go _         _      = False
437
438 dupAppSize :: Int
439 dupAppSize = 4          -- Size of application we are prepared to duplicate
440 \end{code}
441
442 @exprIsCheap@ looks at a Core expression and returns \tr{True} if
443 it is obviously in weak head normal form, or is cheap to get to WHNF.
444 [Note that that's not the same as exprIsDupable; an expression might be
445 big, and hence not dupable, but still cheap.]
446
447 By ``cheap'' we mean a computation we're willing to:
448         push inside a lambda, or
449         inline at more than one place
450 That might mean it gets evaluated more than once, instead of being
451 shared.  The main examples of things which aren't WHNF but are
452 ``cheap'' are:
453
454   *     case e of
455           pi -> ei
456         (where e, and all the ei are cheap)
457
458   *     let x = e in b
459         (where e and b are cheap)
460
461   *     op x1 ... xn
462         (where op is a cheap primitive operator)
463
464   *     error "foo"
465         (because we are happy to substitute it inside a lambda)
466
467 Notice that a variable is considered 'cheap': we can push it inside a lambda,
468 because sharing will make sure it is only evaluated once.
469
470 \begin{code}
471 exprIsCheap :: CoreExpr -> Bool
472 exprIsCheap (Lit _)           = True
473 exprIsCheap (Type _)          = True
474 exprIsCheap (Var _)           = True
475 exprIsCheap (Note InlineMe _) = True
476 exprIsCheap (Note _ e)        = exprIsCheap e
477 exprIsCheap (Cast e _)        = exprIsCheap e
478 exprIsCheap (Lam x e)         = isRuntimeVar x || exprIsCheap e
479 exprIsCheap (Case e _ _ alts) = exprIsCheap e && 
480                                 and [exprIsCheap rhs | (_,_,rhs) <- alts]
481         -- Experimentally, treat (case x of ...) as cheap
482         -- (and case __coerce x etc.)
483         -- This improves arities of overloaded functions where
484         -- there is only dictionary selection (no construction) involved
485 exprIsCheap (Let (NonRec x _) e)  
486       | isUnLiftedType (idType x) = exprIsCheap e
487       | otherwise                 = False
488         -- strict lets always have cheap right hand sides,
489         -- and do no allocation.
490
491 exprIsCheap other_expr  -- Applications and variables
492   = go other_expr []
493   where
494         -- Accumulate value arguments, then decide
495     go (App f a) val_args | isRuntimeArg a = go f (a:val_args)
496                           | otherwise      = go f val_args
497
498     go (Var _) [] = True        -- Just a type application of a variable
499                                 -- (f t1 t2 t3) counts as WHNF
500     go (Var f) args
501         = case globalIdDetails f of
502                 RecordSelId {} -> go_sel args
503                 ClassOpId _    -> go_sel args
504                 PrimOpId op    -> go_primop op args
505
506                 DataConWorkId _ -> go_pap args
507                 _ | length args < idArity f -> go_pap args
508
509                 _ -> isBottomingId f
510                         -- Application of a function which
511                         -- always gives bottom; we treat this as cheap
512                         -- because it certainly doesn't need to be shared!
513         
514     go _ _ = False
515  
516     --------------
517     go_pap args = all exprIsTrivial args
518         -- For constructor applications and primops, check that all
519         -- the args are trivial.  We don't want to treat as cheap, say,
520         --      (1:2:3:4:5:[])
521         -- We'll put up with one constructor application, but not dozens
522         
523     --------------
524     go_primop op args = primOpIsCheap op && all exprIsCheap args
525         -- In principle we should worry about primops
526         -- that return a type variable, since the result
527         -- might be applied to something, but I'm not going
528         -- to bother to check the number of args
529  
530     --------------
531     go_sel [arg] = exprIsCheap arg      -- I'm experimenting with making record selection
532     go_sel _     = False                -- look cheap, so we will substitute it inside a
533                                         -- lambda.  Particularly for dictionary field selection.
534                 -- BUT: Take care with (sel d x)!  The (sel d) might be cheap, but
535                 --      there's no guarantee that (sel d x) will be too.  Hence (n_val_args == 1)
536 \end{code}
537
538 \begin{code}
539 -- | 'exprOkForSpeculation' returns True of an expression that is:
540 --
541 --  * Safe to evaluate even if normal order eval might not 
542 --    evaluate the expression at all, or
543 --
544 --  * Safe /not/ to evaluate even if normal order would do so
545 --
546 -- Precisely, it returns @True@ iff:
547 --
548 --  * The expression guarantees to terminate, 
549 --
550 --  * soon, 
551 --
552 --  * without raising an exception,
553 --
554 --  * without causing a side effect (e.g. writing a mutable variable)
555 --
556 -- Note that if @exprIsHNF e@, then @exprOkForSpecuation e@.
557 -- As an example of the considerations in this test, consider:
558 --
559 -- > let x = case y# +# 1# of { r# -> I# r# }
560 -- > in E
561 --
562 -- being translated to:
563 --
564 -- > case y# +# 1# of { r# -> 
565 -- >    let x = I# r#
566 -- >    in E 
567 -- > }
568 -- 
569 -- We can only do this if the @y + 1@ is ok for speculation: it has no
570 -- side effects, and can't diverge or raise an exception.
571 exprOkForSpeculation :: CoreExpr -> Bool
572 exprOkForSpeculation (Lit _)     = True
573 exprOkForSpeculation (Type _)    = True
574     -- Tick boxes are *not* suitable for speculation
575 exprOkForSpeculation (Var v)     = isUnLiftedType (idType v)
576                                  && not (isTickBoxOp v)
577 exprOkForSpeculation (Note _ e)  = exprOkForSpeculation e
578 exprOkForSpeculation (Cast e _)  = exprOkForSpeculation e
579 exprOkForSpeculation other_expr
580   = case collectArgs other_expr of
581         (Var f, args) -> spec_ok (globalIdDetails f) args
582         _             -> False
583  
584   where
585     spec_ok (DataConWorkId _) _
586       = True    -- The strictness of the constructor has already
587                 -- been expressed by its "wrapper", so we don't need
588                 -- to take the arguments into account
589
590     spec_ok (PrimOpId op) args
591       | isDivOp op,             -- Special case for dividing operations that fail
592         [arg1, Lit lit] <- args -- only if the divisor is zero
593       = not (isZeroLit lit) && exprOkForSpeculation arg1
594                 -- Often there is a literal divisor, and this 
595                 -- can get rid of a thunk in an inner looop
596
597       | otherwise
598       = primOpOkForSpeculation op && 
599         all exprOkForSpeculation args
600                                 -- A bit conservative: we don't really need
601                                 -- to care about lazy arguments, but this is easy
602
603     spec_ok _ _ = False
604
605 -- | True of dyadic operators that can fail only if the second arg is zero!
606 isDivOp :: PrimOp -> Bool
607 -- This function probably belongs in PrimOp, or even in 
608 -- an automagically generated file.. but it's such a 
609 -- special case I thought I'd leave it here for now.
610 isDivOp IntQuotOp        = True
611 isDivOp IntRemOp         = True
612 isDivOp WordQuotOp       = True
613 isDivOp WordRemOp        = True
614 isDivOp IntegerQuotRemOp = True
615 isDivOp IntegerDivModOp  = True
616 isDivOp FloatDivOp       = True
617 isDivOp DoubleDivOp      = True
618 isDivOp _                = False
619 \end{code}
620
621 \begin{code}
622 -- | True of expressions that are guaranteed to diverge upon execution
623 exprIsBottom :: CoreExpr -> Bool
624 exprIsBottom e = go 0 e
625                where
626                 -- n is the number of args
627                  go n (Note _ e)     = go n e
628                  go n (Cast e _)     = go n e
629                  go n (Let _ e)      = go n e
630                  go _ (Case e _ _ _) = go 0 e   -- Just check the scrut
631                  go n (App e _)      = go (n+1) e
632                  go n (Var v)        = idAppIsBottom v n
633                  go _ (Lit _)        = False
634                  go _ (Lam _ _)      = False
635                  go _ (Type _)       = False
636
637 idAppIsBottom :: Id -> Int -> Bool
638 idAppIsBottom id n_val_args = appIsBottom (idNewStrictness id) n_val_args
639 \end{code}
640
641 \begin{code}
642
643 -- | This returns true for expressions that are certainly /already/ 
644 -- evaluated to /head/ normal form.  This is used to decide whether it's ok 
645 -- to change:
646 --
647 -- > case x of _ -> e
648 --
649 -- into:
650 --
651 -- > e
652 --
653 -- and to decide whether it's safe to discard a 'seq'.
654 -- So, it does /not/ treat variables as evaluated, unless they say they are.
655 -- However, it /does/ treat partial applications and constructor applications
656 -- as values, even if their arguments are non-trivial, provided the argument
657 -- type is lifted. For example, both of these are values:
658 --
659 -- > (:) (f x) (map f xs)
660 -- > map (...redex...)
661 --
662 -- Because 'seq' on such things completes immediately.
663 --
664 -- For unlifted argument types, we have to be careful:
665 --
666 -- > C (f x :: Int#)
667 --
668 -- Suppose @f x@ diverges; then @C (f x)@ is not a value. However this can't 
669 -- happen: see "CoreSyn#let_app_invariant". This invariant states that arguments of
670 -- unboxed type must be ok-for-speculation (or trivial).
671 exprIsHNF :: CoreExpr -> Bool           -- True => Value-lambda, constructor, PAP
672 exprIsHNF (Var v)       -- NB: There are no value args at this point
673   =  isDataConWorkId v  -- Catches nullary constructors, 
674                         --      so that [] and () are values, for example
675   || idArity v > 0      -- Catches (e.g.) primops that don't have unfoldings
676   || isEvaldUnfolding (idUnfolding v)
677         -- Check the thing's unfolding; it might be bound to a value
678         -- A worry: what if an Id's unfolding is just itself: 
679         -- then we could get an infinite loop...
680
681 exprIsHNF (Lit _)          = True
682 exprIsHNF (Type _)         = True       -- Types are honorary Values;
683                                         -- we don't mind copying them
684 exprIsHNF (Lam b e)        = isRuntimeVar b || exprIsHNF e
685 exprIsHNF (Note _ e)       = exprIsHNF e
686 exprIsHNF (Cast e _)       = exprIsHNF e
687 exprIsHNF (App e (Type _)) = exprIsHNF e
688 exprIsHNF (App e a)        = app_is_value e [a]
689 exprIsHNF _                = False
690
691 -- There is at least one value argument
692 app_is_value :: CoreExpr -> [CoreArg] -> Bool
693 app_is_value (Var fun) args
694   = idArity fun > valArgCount args      -- Under-applied function
695     ||  isDataConWorkId fun             --  or data constructor
696 app_is_value (Note _ f) as = app_is_value f as
697 app_is_value (Cast f _) as = app_is_value f as
698 app_is_value (App f a)  as = app_is_value f (a:as)
699 app_is_value _          _  = False
700 \end{code}
701
702 These InstPat functions go here to avoid circularity between DataCon and Id
703
704 \begin{code}
705 dataConRepInstPat, dataConOrigInstPat :: [Unique] -> DataCon -> [Type] -> ([TyVar], [CoVar], [Id])
706 dataConRepFSInstPat :: [FastString] -> [Unique] -> DataCon -> [Type] -> ([TyVar], [CoVar], [Id])
707
708 dataConRepInstPat   = dataConInstPat dataConRepArgTys (repeat ((fsLit "ipv")))
709 dataConRepFSInstPat = dataConInstPat dataConRepArgTys
710 dataConOrigInstPat  = dataConInstPat dc_arg_tys       (repeat ((fsLit "ipv")))
711   where 
712     dc_arg_tys dc = map mkPredTy (dataConEqTheta dc) ++ map mkPredTy (dataConDictTheta dc) ++ dataConOrigArgTys dc
713         -- Remember to include the existential dictionaries
714
715 dataConInstPat :: (DataCon -> [Type])      -- function used to find arg tys
716                   -> [FastString]          -- A long enough list of FSs to use for names
717                   -> [Unique]              -- An equally long list of uniques, at least one for each binder
718                   -> DataCon
719                   -> [Type]                -- Types to instantiate the universally quantified tyvars
720                -> ([TyVar], [CoVar], [Id]) -- Return instantiated variables
721 -- dataConInstPat arg_fun fss us con inst_tys returns a triple 
722 -- (ex_tvs, co_tvs, arg_ids),
723 --
724 --   ex_tvs are intended to be used as binders for existential type args
725 --
726 --   co_tvs are intended to be used as binders for coercion args and the kinds
727 --     of these vars have been instantiated by the inst_tys and the ex_tys
728 --     The co_tvs include both GADT equalities (dcEqSpec) and 
729 --     programmer-specified equalities (dcEqTheta)
730 --
731 --   arg_ids are indended to be used as binders for value arguments, 
732 --     and their types have been instantiated with inst_tys and ex_tys
733 --     The arg_ids include both dicts (dcDictTheta) and
734 --     programmer-specified arguments (after rep-ing) (deRepArgTys)
735 --
736 -- Example.
737 --  The following constructor T1
738 --
739 --  data T a where
740 --    T1 :: forall b. Int -> b -> T(a,b)
741 --    ...
742 --
743 --  has representation type 
744 --   forall a. forall a1. forall b. (a ~ (a1,b)) => 
745 --     Int -> b -> T a
746 --
747 --  dataConInstPat fss us T1 (a1',b') will return
748 --
749 --  ([a1'', b''], [c :: (a1', b')~(a1'', b'')], [x :: Int, y :: b''])
750 --
751 --  where the double-primed variables are created with the FastStrings and
752 --  Uniques given as fss and us
753 dataConInstPat arg_fun fss uniqs con inst_tys 
754   = (ex_bndrs, co_bndrs, arg_ids)
755   where 
756     univ_tvs = dataConUnivTyVars con
757     ex_tvs   = dataConExTyVars con
758     arg_tys  = arg_fun con
759     eq_spec  = dataConEqSpec con
760     eq_theta = dataConEqTheta con
761     eq_preds = eqSpecPreds eq_spec ++ eq_theta
762
763     n_ex = length ex_tvs
764     n_co = length eq_preds
765
766       -- split the Uniques and FastStrings
767     (ex_uniqs, uniqs')   = splitAt n_ex uniqs
768     (co_uniqs, id_uniqs) = splitAt n_co uniqs'
769
770     (ex_fss, fss')     = splitAt n_ex fss
771     (co_fss, id_fss)   = splitAt n_co fss'
772
773       -- Make existential type variables
774     ex_bndrs = zipWith3 mk_ex_var ex_uniqs ex_fss ex_tvs
775     mk_ex_var uniq fs var = mkTyVar new_name kind
776       where
777         new_name = mkSysTvName uniq fs
778         kind     = tyVarKind var
779
780       -- Make the instantiating substitution
781     subst = zipOpenTvSubst (univ_tvs ++ ex_tvs) (inst_tys ++ map mkTyVarTy ex_bndrs)
782
783       -- Make new coercion vars, instantiating kind
784     co_bndrs = zipWith3 mk_co_var co_uniqs co_fss eq_preds
785     mk_co_var uniq fs eq_pred = mkCoVar new_name co_kind
786        where
787          new_name = mkSysTvName uniq fs
788          co_kind  = substTy subst (mkPredTy eq_pred)
789
790       -- make value vars, instantiating types
791     mk_id_var uniq fs ty = mkUserLocal (mkVarOccFS fs) uniq (substTy subst ty) noSrcSpan
792     arg_ids = zipWith3 mk_id_var id_uniqs id_fss arg_tys
793
794 -- | Returns @Just (dc, [x1..xn])@ if the argument expression is 
795 -- a constructor application of the form @dc x1 .. xn@
796 exprIsConApp_maybe :: CoreExpr -> Maybe (DataCon, [CoreExpr])
797 exprIsConApp_maybe (Cast expr co)
798   =     -- Here we do the KPush reduction rule as described in the FC paper
799     case exprIsConApp_maybe expr of {
800         Nothing            -> Nothing ;
801         Just (dc, dc_args) -> 
802
803         -- The transformation applies iff we have
804         --      (C e1 ... en) `cast` co
805         -- where co :: (T t1 .. tn) ~ (T s1 ..sn)
806         -- That is, with a T at the top of both sides
807         -- The left-hand one must be a T, because exprIsConApp returned True
808         -- but the right-hand one might not be.  (Though it usually will.)
809
810     let (from_ty, to_ty)           = coercionKind co
811         (from_tc, from_tc_arg_tys) = splitTyConApp from_ty
812                 -- The inner one must be a TyConApp
813     in
814     case splitTyConApp_maybe to_ty of {
815         Nothing -> Nothing ;
816         Just (to_tc, to_tc_arg_tys) 
817                 | from_tc /= to_tc -> Nothing
818                 -- These two Nothing cases are possible; we might see 
819                 --      (C x y) `cast` (g :: T a ~ S [a]),
820                 -- where S is a type function.  In fact, exprIsConApp
821                 -- will probably not be called in such circumstances,
822                 -- but there't nothing wrong with it 
823
824                 | otherwise  ->
825     let
826         tc_arity = tyConArity from_tc
827
828         (univ_args, rest1)        = splitAt tc_arity dc_args
829         (ex_args, rest2)          = splitAt n_ex_tvs rest1
830         (co_args_spec, rest3)     = splitAt n_cos_spec rest2
831         (co_args_theta, val_args) = splitAt n_cos_theta rest3
832
833         arg_tys             = dataConRepArgTys dc
834         dc_univ_tyvars      = dataConUnivTyVars dc
835         dc_ex_tyvars        = dataConExTyVars dc
836         dc_eq_spec          = dataConEqSpec dc
837         dc_eq_theta         = dataConEqTheta dc
838         dc_tyvars           = dc_univ_tyvars ++ dc_ex_tyvars
839         n_ex_tvs            = length dc_ex_tyvars
840         n_cos_spec          = length dc_eq_spec
841         n_cos_theta         = length dc_eq_theta
842
843         -- Make the "theta" from Fig 3 of the paper
844         gammas              = decomposeCo tc_arity co
845         new_tys             = gammas ++ map (\ (Type t) -> t) ex_args
846         theta               = zipOpenTvSubst dc_tyvars new_tys
847
848           -- First we cast the existential coercion arguments
849         cast_co_spec (tv, ty) co 
850           = cast_co_theta (mkEqPred (mkTyVarTy tv, ty)) co
851         cast_co_theta eqPred (Type co) 
852           | (ty1, ty2) <- getEqPredTys eqPred
853           = Type $ mkSymCoercion (substTy theta ty1)
854                    `mkTransCoercion` co
855                    `mkTransCoercion` (substTy theta ty2)
856         new_co_args = zipWith cast_co_spec  dc_eq_spec  co_args_spec ++
857                       zipWith cast_co_theta dc_eq_theta co_args_theta
858   
859           -- ...and now value arguments
860         new_val_args = zipWith cast_arg arg_tys val_args
861         cast_arg arg_ty arg = mkCoerce (substTy theta arg_ty) arg
862
863     in
864     ASSERT( length univ_args == tc_arity )
865     ASSERT( from_tc == dataConTyCon dc )
866     ASSERT( and (zipWith coreEqType [t | Type t <- univ_args] from_tc_arg_tys) )
867     ASSERT( all isTypeArg (univ_args ++ ex_args) )
868     ASSERT2( equalLength val_args arg_tys, ppr dc $$ ppr dc_tyvars $$ ppr dc_ex_tyvars $$ ppr arg_tys $$ ppr dc_args $$ ppr univ_args $$ ppr ex_args $$ ppr val_args $$ ppr arg_tys  )
869
870     Just (dc, map Type to_tc_arg_tys ++ ex_args ++ new_co_args ++ new_val_args)
871     }}
872
873 {-
874 -- We do not want to tell the world that we have a
875 -- Cons, to *stop* Case of Known Cons, which removes
876 -- the TickBox.
877 exprIsConApp_maybe (Note (TickBox {}) expr)
878   = Nothing
879 exprIsConApp_maybe (Note (BinaryTickBox {}) expr)
880   = Nothing
881 -}
882
883 exprIsConApp_maybe (Note _ expr)
884   = exprIsConApp_maybe expr
885     -- We ignore InlineMe notes in case we have
886     --  x = __inline_me__ (a,b)
887     -- All part of making sure that INLINE pragmas never hurt
888     -- Marcin tripped on this one when making dictionaries more inlinable
889     --
890     -- In fact, we ignore all notes.  For example,
891     --          case _scc_ "foo" (C a b) of
892     --                  C a b -> e
893     -- should be optimised away, but it will be only if we look
894     -- through the SCC note.
895
896 exprIsConApp_maybe expr = analyse (collectArgs expr)
897   where
898     analyse (Var fun, args)
899         | Just con <- isDataConWorkId_maybe fun,
900           args `lengthAtLeast` dataConRepArity con
901                 -- Might be > because the arity excludes type args
902         = Just (con,args)
903
904         -- Look through unfoldings, but only cheap ones, because
905         -- we are effectively duplicating the unfolding
906     analyse (Var fun, [])
907         | let unf = idUnfolding fun,
908           isCheapUnfolding unf
909         = exprIsConApp_maybe (unfoldingTemplate unf)
910
911     analyse _ = Nothing
912 \end{code}
913
914
915
916 %************************************************************************
917 %*                                                                      *
918 \subsection{Eta reduction and expansion}
919 %*                                                                      *
920 %************************************************************************
921
922 \begin{code}
923 -- ^ The Arity returned is the number of value args the 
924 -- expression can be applied to without doing much work
925 exprEtaExpandArity :: DynFlags -> CoreExpr -> Arity
926 {- 
927 exprEtaExpandArity is used when eta expanding
928         e  ==>  \xy -> e x y
929
930 It returns 1 (or more) to:
931         case x of p -> \s -> ...
932 because for I/O ish things we really want to get that \s to the top.
933 We are prepared to evaluate x each time round the loop in order to get that
934
935 It's all a bit more subtle than it looks:
936
937 1.  One-shot lambdas
938
939 Consider one-shot lambdas
940                 let x = expensive in \y z -> E
941 We want this to have arity 2 if the \y-abstraction is a 1-shot lambda
942 Hence the ArityType returned by arityType
943
944 2.  The state-transformer hack
945
946 The one-shot lambda special cause is particularly important/useful for
947 IO state transformers, where we often get
948         let x = E in \ s -> ...
949
950 and the \s is a real-world state token abstraction.  Such abstractions
951 are almost invariably 1-shot, so we want to pull the \s out, past the
952 let x=E, even if E is expensive.  So we treat state-token lambdas as 
953 one-shot even if they aren't really.  The hack is in Id.isOneShotBndr.
954
955 3.  Dealing with bottom
956
957 Consider also 
958         f = \x -> error "foo"
959 Here, arity 1 is fine.  But if it is
960         f = \x -> case x of 
961                         True  -> error "foo"
962                         False -> \y -> x+y
963 then we want to get arity 2.  Tecnically, this isn't quite right, because
964         (f True) `seq` 1
965 should diverge, but it'll converge if we eta-expand f.  Nevertheless, we
966 do so; it improves some programs significantly, and increasing convergence
967 isn't a bad thing.  Hence the ABot/ATop in ArityType.
968
969 Actually, the situation is worse.  Consider
970         f = \x -> case x of
971                         True  -> \y -> x+y
972                         False -> \y -> x-y
973 Can we eta-expand here?  At first the answer looks like "yes of course", but
974 consider
975         (f bot) `seq` 1
976 This should diverge!  But if we eta-expand, it won't.   Again, we ignore this
977 "problem", because being scrupulous would lose an important transformation for
978 many programs.
979
980
981 4. Newtypes
982
983 Non-recursive newtypes are transparent, and should not get in the way.
984 We do (currently) eta-expand recursive newtypes too.  So if we have, say
985
986         newtype T = MkT ([T] -> Int)
987
988 Suppose we have
989         e = coerce T f
990 where f has arity 1.  Then: etaExpandArity e = 1; 
991 that is, etaExpandArity looks through the coerce.
992
993 When we eta-expand e to arity 1: eta_expand 1 e T
994 we want to get:                  coerce T (\x::[T] -> (coerce ([T]->Int) e) x)
995
996 HOWEVER, note that if you use coerce bogusly you can ge
997         coerce Int negate
998 And since negate has arity 2, you might try to eta expand.  But you can't
999 decopose Int to a function type.   Hence the final case in eta_expand.
1000 -}
1001
1002
1003 exprEtaExpandArity dflags e = arityDepth (arityType dflags e)
1004
1005 -- A limited sort of function type
1006 data ArityType = AFun Bool ArityType    -- True <=> one-shot
1007                | ATop                   -- Know nothing
1008                | ABot                   -- Diverges
1009
1010 arityDepth :: ArityType -> Arity
1011 arityDepth (AFun _ ty) = 1 + arityDepth ty
1012 arityDepth _           = 0
1013
1014 andArityType :: ArityType -> ArityType -> ArityType
1015 andArityType ABot           at2           = at2
1016 andArityType ATop           _             = ATop
1017 andArityType (AFun t1 at1)  (AFun t2 at2) = AFun (t1 && t2) (andArityType at1 at2)
1018 andArityType at1            at2           = andArityType at2 at1
1019
1020 arityType :: DynFlags -> CoreExpr -> ArityType
1021         -- (go1 e) = [b1,..,bn]
1022         -- means expression can be rewritten \x_b1 -> ... \x_bn -> body
1023         -- where bi is True <=> the lambda is one-shot
1024
1025 arityType dflags (Note _ e) = arityType dflags e
1026 --      Not needed any more: etaExpand is cleverer
1027 -- removed: | ok_note n = arityType dflags e
1028 -- removed: | otherwise = ATop
1029
1030 arityType dflags (Cast e _) = arityType dflags e
1031
1032 arityType _ (Var v)
1033   = mk (idArity v) (arg_tys (idType v))
1034   where
1035     mk :: Arity -> [Type] -> ArityType
1036         -- The argument types are only to steer the "state hack"
1037         -- Consider case x of
1038         --              True  -> foo
1039         --              False -> \(s:RealWorld) -> e
1040         -- where foo has arity 1.  Then we want the state hack to
1041         -- apply to foo too, so we can eta expand the case.
1042     mk 0 tys | isBottomingId v                   = ABot
1043              | (ty:_) <- tys, isStateHackType ty = AFun True ATop
1044              | otherwise                         = ATop
1045     mk n (ty:tys) = AFun (isStateHackType ty) (mk (n-1) tys)
1046     mk n []       = AFun False                (mk (n-1) [])
1047
1048     arg_tys :: Type -> [Type]   -- Ignore for-alls
1049     arg_tys ty 
1050         | Just (_, ty')  <- splitForAllTy_maybe ty = arg_tys ty'
1051         | Just (arg,res) <- splitFunTy_maybe ty    = arg : arg_tys res
1052         | otherwise                                = []
1053
1054         -- Lambdas; increase arity
1055 arityType dflags (Lam x e)
1056   | isId x    = AFun (isOneShotBndr x) (arityType dflags e)
1057   | otherwise = arityType dflags e
1058
1059         -- Applications; decrease arity
1060 arityType dflags (App f (Type _)) = arityType dflags f
1061 arityType dflags (App f a)
1062    = case arityType dflags f of
1063         ABot -> ABot    -- If function diverges, ignore argument
1064         ATop -> ATop    -- No no info about function
1065         AFun _ xs
1066                 | exprIsCheap a -> xs
1067                 | otherwise     -> ATop
1068                                                            
1069         -- Case/Let; keep arity if either the expression is cheap
1070         -- or it's a 1-shot lambda
1071         -- The former is not really right for Haskell
1072         --      f x = case x of { (a,b) -> \y. e }
1073         --  ===>
1074         --      f x y = case x of { (a,b) -> e }
1075         -- The difference is observable using 'seq'
1076 arityType dflags (Case scrut _ _ alts)
1077   = case foldr1 andArityType [arityType dflags rhs | (_,_,rhs) <- alts] of
1078         xs | exprIsCheap scrut     -> xs
1079         AFun one_shot _ | one_shot -> AFun True ATop
1080         _                          -> ATop
1081
1082 arityType dflags (Let b e) 
1083   = case arityType dflags e of
1084         xs              | cheap_bind b -> xs
1085         AFun one_shot _ | one_shot     -> AFun True ATop
1086         _                              -> ATop
1087   where
1088     cheap_bind (NonRec b e) = is_cheap (b,e)
1089     cheap_bind (Rec prs)    = all is_cheap prs
1090     is_cheap (b,e) = (dopt Opt_DictsCheap dflags && isDictId b)
1091                    || exprIsCheap e
1092         -- If the experimental -fdicts-cheap flag is on, we eta-expand through
1093         -- dictionary bindings.  This improves arities. Thereby, it also
1094         -- means that full laziness is less prone to floating out the
1095         -- application of a function to its dictionary arguments, which
1096         -- can thereby lose opportunities for fusion.  Example:
1097         --      foo :: Ord a => a -> ...
1098         --      foo = /\a \(d:Ord a). let d' = ...d... in \(x:a). ....
1099         --              -- So foo has arity 1
1100         --
1101         --      f = \x. foo dInt $ bar x
1102         --
1103         -- The (foo DInt) is floated out, and makes ineffective a RULE 
1104         --      foo (bar x) = ...
1105         --
1106         -- One could go further and make exprIsCheap reply True to any
1107         -- dictionary-typed expression, but that's more work.
1108
1109 arityType _ _ = ATop
1110
1111 {- NOT NEEDED ANY MORE: etaExpand is cleverer
1112 ok_note InlineMe = False
1113 ok_note other    = True
1114     -- Notice that we do not look through __inline_me__
1115     -- This may seem surprising, but consider
1116     --          f = _inline_me (\x -> e)
1117     -- We DO NOT want to eta expand this to
1118     --          f = \x -> (_inline_me (\x -> e)) x
1119     -- because the _inline_me gets dropped now it is applied, 
1120     -- giving just
1121     --          f = \x -> e
1122     -- A Bad Idea
1123 -}
1124 \end{code}
1125
1126
1127 \begin{code}
1128 -- | @etaExpand n us e ty@ returns an expression with
1129 -- the same meaning as @e@, but with arity @n@.
1130 --
1131 -- Given:
1132 --
1133 -- > e' = etaExpand n us e ty
1134 --
1135 -- We should have that:
1136 --
1137 -- > ty = exprType e = exprType e'
1138 etaExpand :: Arity              -- ^ Result should have this number of value args
1139           -> [Unique]           -- ^ Uniques to assign to the new binders
1140           -> CoreExpr           -- ^ Expression to expand
1141           -> Type               -- ^ Type of expression to expand
1142           -> CoreExpr
1143 -- Note that SCCs are not treated specially.  If we have
1144 --      etaExpand 2 (\x -> scc "foo" e)
1145 --      = (\xy -> (scc "foo" e) y)
1146 -- So the costs of evaluating 'e' (not 'e y') are attributed to "foo"
1147
1148 etaExpand n us expr ty
1149   | manifestArity expr >= n = expr              -- The no-op case
1150   | otherwise               
1151   = eta_expand n us expr ty
1152
1153 -- manifestArity sees how many leading value lambdas there are
1154 manifestArity :: CoreExpr -> Arity
1155 manifestArity (Lam v e) | isId v    = 1 + manifestArity e
1156                         | otherwise = manifestArity e
1157 manifestArity (Note _ e)            = manifestArity e
1158 manifestArity (Cast e _)            = manifestArity e
1159 manifestArity _                     = 0
1160
1161 -- etaExpand deals with for-alls. For example:
1162 --              etaExpand 1 E
1163 -- where  E :: forall a. a -> a
1164 -- would return
1165 --      (/\b. \y::a -> E b y)
1166 --
1167 -- It deals with coerces too, though they are now rare
1168 -- so perhaps the extra code isn't worth it
1169 eta_expand :: Int -> [Unique] -> CoreExpr -> Type -> CoreExpr
1170
1171 eta_expand n _ expr ty
1172   | n == 0 && 
1173     -- The ILX code generator requires eta expansion for type arguments
1174     -- too, but alas the 'n' doesn't tell us how many of them there 
1175     -- may be.  So we eagerly eta expand any big lambdas, and just
1176     -- cross our fingers about possible loss of sharing in the ILX case. 
1177     -- The Right Thing is probably to make 'arity' include
1178     -- type variables throughout the compiler.  (ToDo.)
1179     not (isForAllTy ty) 
1180     -- Saturated, so nothing to do
1181   = expr
1182
1183         -- Short cut for the case where there already
1184         -- is a lambda; no point in gratuitously adding more
1185 eta_expand n us (Lam v body) ty
1186   | isTyVar v
1187   = Lam v (eta_expand n us body (applyTy ty (mkTyVarTy v)))
1188
1189   | otherwise
1190   = Lam v (eta_expand (n-1) us body (funResultTy ty))
1191
1192 -- We used to have a special case that stepped inside Coerces here,
1193 -- thus:  eta_expand n us (Note note@(Coerce _ ty) e) _  
1194 --              = Note note (eta_expand n us e ty)
1195 -- BUT this led to an infinite loop
1196 -- Example:     newtype T = MkT (Int -> Int)
1197 --      eta_expand 1 (coerce (Int->Int) e)
1198 --      --> coerce (Int->Int) (eta_expand 1 T e)
1199 --              by the bogus eqn
1200 --      --> coerce (Int->Int) (coerce T 
1201 --              (\x::Int -> eta_expand 1 (coerce (Int->Int) e)))
1202 --              by the splitNewType_maybe case below
1203 --      and round we go
1204
1205 eta_expand n us expr ty
1206   = ASSERT2 (exprType expr `coreEqType` ty, ppr (exprType expr) $$ ppr ty)
1207     case splitForAllTy_maybe ty of { 
1208           Just (tv,ty') -> 
1209
1210               Lam lam_tv (eta_expand n us2 (App expr (Type (mkTyVarTy lam_tv))) (substTyWith [tv] [mkTyVarTy lam_tv] ty'))
1211                   where 
1212                     lam_tv = setVarName tv (mkSysTvName uniq (fsLit "etaT"))
1213                         -- Using tv as a base retains its tyvar/covar-ness
1214                     (uniq:us2) = us 
1215         ; Nothing ->
1216   
1217         case splitFunTy_maybe ty of {
1218           Just (arg_ty, res_ty) -> Lam arg1 (eta_expand (n-1) us2 (App expr (Var arg1)) res_ty)
1219                                 where
1220                                    arg1       = mkSysLocal (fsLit "eta") uniq arg_ty
1221                                    (uniq:us2) = us
1222                                    
1223         ; Nothing ->
1224
1225                 -- Given this:
1226                 --      newtype T = MkT ([T] -> Int)
1227                 -- Consider eta-expanding this
1228                 --      eta_expand 1 e T
1229                 -- We want to get
1230                 --      coerce T (\x::[T] -> (coerce ([T]->Int) e) x)
1231
1232         case splitNewTypeRepCo_maybe ty of {
1233           Just(ty1,co) -> mkCoerce (mkSymCoercion co) 
1234                                    (eta_expand n us (mkCoerce co expr) ty1) ;
1235           Nothing  -> 
1236
1237         -- We have an expression of arity > 0, but its type isn't a function
1238         -- This *can* legitmately happen: e.g.  coerce Int (\x. x)
1239         -- Essentially the programmer is playing fast and loose with types
1240         -- (Happy does this a lot).  So we simply decline to eta-expand.
1241         -- Otherwise we'd end up with an explicit lambda having a non-function type
1242         expr
1243         }}}
1244 \end{code}
1245
1246 exprArity is a cheap-and-cheerful version of exprEtaExpandArity.
1247 It tells how many things the expression can be applied to before doing
1248 any work.  It doesn't look inside cases, lets, etc.  The idea is that
1249 exprEtaExpandArity will do the hard work, leaving something that's easy
1250 for exprArity to grapple with.  In particular, Simplify uses exprArity to
1251 compute the ArityInfo for the Id. 
1252
1253 Originally I thought that it was enough just to look for top-level lambdas, but
1254 it isn't.  I've seen this
1255
1256         foo = PrelBase.timesInt
1257
1258 We want foo to get arity 2 even though the eta-expander will leave it
1259 unchanged, in the expectation that it'll be inlined.  But occasionally it
1260 isn't, because foo is blacklisted (used in a rule).  
1261
1262 Similarly, see the ok_note check in exprEtaExpandArity.  So 
1263         f = __inline_me (\x -> e)
1264 won't be eta-expanded.
1265
1266 And in any case it seems more robust to have exprArity be a bit more intelligent.
1267 But note that   (\x y z -> f x y z)
1268 should have arity 3, regardless of f's arity.
1269
1270 Note [exprArity invariant]
1271 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1272 exprArity has the following invariant:
1273         (exprArity e) = n, then manifestArity (etaExpand e n) = n
1274
1275 That is, if exprArity says "the arity is n" then etaExpand really can get
1276 "n" manifest lambdas to the top.
1277
1278 Why is this important?  Because 
1279   - In TidyPgm we use exprArity to fix the *final arity* of 
1280     each top-level Id, and in
1281   - In CorePrep we use etaExpand on each rhs, so that the visible lambdas
1282     actually match that arity, which in turn means
1283     that the StgRhs has the right number of lambdas
1284
1285 An alternative would be to do the eta-expansion in TidyPgm, at least
1286 for top-level bindings, in which case we would not need the trim_arity
1287 in exprArity.  That is a less local change, so I'm going to leave it for today!
1288
1289
1290 \begin{code}
1291 -- | An approximate, fast, version of 'exprEtaExpandArity'
1292 exprArity :: CoreExpr -> Arity
1293 exprArity e = go e
1294   where
1295     go (Var v)                   = idArity v
1296     go (Lam x e) | isId x        = go e + 1
1297                  | otherwise     = go e
1298     go (Note _ e)                = go e
1299     go (Cast e co)               = trim_arity (go e) 0 (snd (coercionKind co))
1300     go (App e (Type _))          = go e
1301     go (App f a) | exprIsCheap a = (go f - 1) `max` 0
1302         -- NB: exprIsCheap a!  
1303         --      f (fac x) does not have arity 2, 
1304         --      even if f has arity 3!
1305         -- NB: `max 0`!  (\x y -> f x) has arity 2, even if f is
1306         --               unknown, hence arity 0
1307     go _                           = 0
1308
1309         -- Note [exprArity invariant]
1310     trim_arity n a ty
1311         | n==a                                        = a
1312         | Just (_, ty') <- splitForAllTy_maybe ty     = trim_arity n a     ty'
1313         | Just (_, ty') <- splitFunTy_maybe ty        = trim_arity n (a+1) ty'
1314         | Just (ty',_)  <- splitNewTypeRepCo_maybe ty = trim_arity n a     ty'
1315         | otherwise                                   = a
1316 \end{code}
1317
1318 %************************************************************************
1319 %*                                                                      *
1320 \subsection{Equality}
1321 %*                                                                      *
1322 %************************************************************************
1323
1324 \begin{code}
1325 -- | A cheap equality test which bales out fast!
1326 --      If it returns @True@ the arguments are definitely equal,
1327 --      otherwise, they may or may not be equal.
1328 --
1329 -- See also 'exprIsBig'
1330 cheapEqExpr :: Expr b -> Expr b -> Bool
1331
1332 cheapEqExpr (Var v1)   (Var v2)   = v1==v2
1333 cheapEqExpr (Lit lit1) (Lit lit2) = lit1 == lit2
1334 cheapEqExpr (Type t1)  (Type t2)  = t1 `coreEqType` t2
1335
1336 cheapEqExpr (App f1 a1) (App f2 a2)
1337   = f1 `cheapEqExpr` f2 && a1 `cheapEqExpr` a2
1338
1339 cheapEqExpr (Cast e1 t1) (Cast e2 t2)
1340   = e1 `cheapEqExpr` e2 && t1 `coreEqCoercion` t2
1341
1342 cheapEqExpr _ _ = False
1343
1344 exprIsBig :: Expr b -> Bool
1345 -- ^ Returns @True@ of expressions that are too big to be compared by 'cheapEqExpr'
1346 exprIsBig (Lit _)      = False
1347 exprIsBig (Var _)      = False
1348 exprIsBig (Type _)     = False
1349 exprIsBig (App f a)    = exprIsBig f || exprIsBig a
1350 exprIsBig (Cast e _)   = exprIsBig e    -- Hopefully coercions are not too big!
1351 exprIsBig _            = True
1352 \end{code}
1353
1354
1355 \begin{code}
1356 tcEqExpr :: CoreExpr -> CoreExpr -> Bool
1357 -- ^ A kind of shallow equality used in rule matching, so does 
1358 -- /not/ look through newtypes or predicate types
1359
1360 tcEqExpr e1 e2 = tcEqExprX rn_env e1 e2
1361   where
1362     rn_env = mkRnEnv2 (mkInScopeSet (exprFreeVars e1 `unionVarSet` exprFreeVars e2))
1363
1364 tcEqExprX :: RnEnv2 -> CoreExpr -> CoreExpr -> Bool
1365 tcEqExprX env (Var v1)     (Var v2)     = rnOccL env v1 == rnOccR env v2
1366 tcEqExprX _   (Lit lit1)   (Lit lit2)   = lit1 == lit2
1367 tcEqExprX env (App f1 a1)  (App f2 a2)  = tcEqExprX env f1 f2 && tcEqExprX env a1 a2
1368 tcEqExprX env (Lam v1 e1)  (Lam v2 e2)  = tcEqExprX (rnBndr2 env v1 v2) e1 e2
1369 tcEqExprX env (Let (NonRec v1 r1) e1)
1370               (Let (NonRec v2 r2) e2)   = tcEqExprX env r1 r2 
1371                                        && tcEqExprX (rnBndr2 env v1 v2) e1 e2
1372 tcEqExprX env (Let (Rec ps1) e1)
1373               (Let (Rec ps2) e2)        =  equalLength ps1 ps2
1374                                         && and (zipWith eq_rhs ps1 ps2)
1375                                         && tcEqExprX env' e1 e2
1376                                      where
1377                                        env' = foldl2 rn_bndr2 env ps2 ps2
1378                                        rn_bndr2 env (b1,_) (b2,_) = rnBndr2 env b1 b2
1379                                        eq_rhs       (_,r1) (_,r2) = tcEqExprX env' r1 r2
1380 tcEqExprX env (Case e1 v1 t1 a1)
1381               (Case e2 v2 t2 a2)     =  tcEqExprX env e1 e2
1382                                      && tcEqTypeX env t1 t2                      
1383                                      && equalLength a1 a2
1384                                      && and (zipWith (eq_alt env') a1 a2)
1385                                      where
1386                                        env' = rnBndr2 env v1 v2
1387
1388 tcEqExprX env (Note n1 e1)  (Note n2 e2)  = eq_note env n1 n2 && tcEqExprX env e1 e2
1389 tcEqExprX env (Cast e1 co1) (Cast e2 co2) = tcEqTypeX env co1 co2 && tcEqExprX env e1 e2
1390 tcEqExprX env (Type t1)     (Type t2)     = tcEqTypeX env t1 t2
1391 tcEqExprX _   _             _             = False
1392
1393 eq_alt :: RnEnv2 -> CoreAlt -> CoreAlt -> Bool
1394 eq_alt env (c1,vs1,r1) (c2,vs2,r2) = c1==c2 && tcEqExprX (rnBndrs2 env vs1  vs2) r1 r2
1395
1396 eq_note :: RnEnv2 -> Note -> Note -> Bool
1397 eq_note _ (SCC cc1)     (SCC cc2)      = cc1 == cc2
1398 eq_note _ (CoreNote s1) (CoreNote s2)  = s1 == s2
1399 eq_note _ _             _              = False
1400 \end{code}
1401
1402
1403 %************************************************************************
1404 %*                                                                      *
1405 \subsection{The size of an expression}
1406 %*                                                                      *
1407 %************************************************************************
1408
1409 \begin{code}
1410 coreBindsSize :: [CoreBind] -> Int
1411 coreBindsSize bs = foldr ((+) . bindSize) 0 bs
1412
1413 exprSize :: CoreExpr -> Int
1414 -- ^ A measure of the size of the expressions, strictly greater than 0
1415 -- It also forces the expression pretty drastically as a side effect
1416 exprSize (Var v)         = v `seq` 1
1417 exprSize (Lit lit)       = lit `seq` 1
1418 exprSize (App f a)       = exprSize f + exprSize a
1419 exprSize (Lam b e)       = varSize b + exprSize e
1420 exprSize (Let b e)       = bindSize b + exprSize e
1421 exprSize (Case e b t as) = seqType t `seq` exprSize e + varSize b + 1 + foldr ((+) . altSize) 0 as
1422 exprSize (Cast e co)     = (seqType co `seq` 1) + exprSize e
1423 exprSize (Note n e)      = noteSize n + exprSize e
1424 exprSize (Type t)        = seqType t `seq` 1
1425
1426 noteSize :: Note -> Int
1427 noteSize (SCC cc)       = cc `seq` 1
1428 noteSize InlineMe       = 1
1429 noteSize (CoreNote s)   = s `seq` 1  -- hdaume: core annotations
1430  
1431 varSize :: Var -> Int
1432 varSize b  | isTyVar b = 1
1433            | otherwise = seqType (idType b)             `seq`
1434                          megaSeqIdInfo (idInfo b)       `seq`
1435                          1
1436
1437 varsSize :: [Var] -> Int
1438 varsSize = sum . map varSize
1439
1440 bindSize :: CoreBind -> Int
1441 bindSize (NonRec b e) = varSize b + exprSize e
1442 bindSize (Rec prs)    = foldr ((+) . pairSize) 0 prs
1443
1444 pairSize :: (Var, CoreExpr) -> Int
1445 pairSize (b,e) = varSize b + exprSize e
1446
1447 altSize :: CoreAlt -> Int
1448 altSize (c,bs,e) = c `seq` varsSize bs + exprSize e
1449 \end{code}
1450
1451
1452 %************************************************************************
1453 %*                                                                      *
1454 \subsection{Hashing}
1455 %*                                                                      *
1456 %************************************************************************
1457
1458 \begin{code}
1459 hashExpr :: CoreExpr -> Int
1460 -- ^ Two expressions that hash to the same @Int@ may be equal (but may not be)
1461 -- Two expressions that hash to the different Ints are definitely unequal.
1462 --
1463 -- The emphasis is on a crude, fast hash, rather than on high precision.
1464 -- 
1465 -- But unequal here means \"not identical\"; two alpha-equivalent 
1466 -- expressions may hash to the different Ints.
1467 --
1468 -- We must be careful that @\\x.x@ and @\\y.y@ map to the same hash code,
1469 -- (at least if we want the above invariant to be true).
1470
1471 hashExpr e = fromIntegral (hash_expr (1,emptyVarEnv) e .&. 0x7fffffff)
1472              -- UniqFM doesn't like negative Ints
1473
1474 type HashEnv = (Int, VarEnv Int)  -- Hash code for bound variables
1475
1476 hash_expr :: HashEnv -> CoreExpr -> Word32
1477 -- Word32, because we're expecting overflows here, and overflowing
1478 -- signed types just isn't cool.  In C it's even undefined.
1479 hash_expr env (Note _ e)              = hash_expr env e
1480 hash_expr env (Cast e _)              = hash_expr env e
1481 hash_expr env (Var v)                 = hashVar env v
1482 hash_expr _   (Lit lit)               = fromIntegral (hashLiteral lit)
1483 hash_expr env (App f e)               = hash_expr env f * fast_hash_expr env e
1484 hash_expr env (Let (NonRec b r) e)    = hash_expr (extend_env env b) e * fast_hash_expr env r
1485 hash_expr env (Let (Rec ((b,_):_)) e) = hash_expr (extend_env env b) e
1486 hash_expr env (Case e _ _ _)          = hash_expr env e
1487 hash_expr env (Lam b e)               = hash_expr (extend_env env b) e
1488 hash_expr _   (Type _)                = WARN(True, text "hash_expr: type") 1
1489 -- Shouldn't happen.  Better to use WARN than trace, because trace
1490 -- prevents the CPR optimisation kicking in for hash_expr.
1491
1492 fast_hash_expr :: HashEnv -> CoreExpr -> Word32
1493 fast_hash_expr env (Var v)      = hashVar env v
1494 fast_hash_expr env (Type t)     = fast_hash_type env t
1495 fast_hash_expr _   (Lit lit)    = fromIntegral (hashLiteral lit)
1496 fast_hash_expr env (Cast e _)   = fast_hash_expr env e
1497 fast_hash_expr env (Note _ e)   = fast_hash_expr env e
1498 fast_hash_expr env (App _ a)    = fast_hash_expr env a  -- A bit idiosyncratic ('a' not 'f')!
1499 fast_hash_expr _   _            = 1
1500
1501 fast_hash_type :: HashEnv -> Type -> Word32
1502 fast_hash_type env ty 
1503   | Just tv <- getTyVar_maybe ty            = hashVar env tv
1504   | Just (tc,tys) <- splitTyConApp_maybe ty = let hash_tc = fromIntegral (hashName (tyConName tc))
1505                                               in foldr (\t n -> fast_hash_type env t + n) hash_tc tys
1506   | otherwise                               = 1
1507
1508 extend_env :: HashEnv -> Var -> (Int, VarEnv Int)
1509 extend_env (n,env) b = (n+1, extendVarEnv env b n)
1510
1511 hashVar :: HashEnv -> Var -> Word32
1512 hashVar (_,env) v
1513  = fromIntegral (lookupVarEnv env v `orElse` hashName (idName v))
1514 \end{code}
1515
1516 %************************************************************************
1517 %*                                                                      *
1518 \subsection{Determining non-updatable right-hand-sides}
1519 %*                                                                      *
1520 %************************************************************************
1521
1522 Top-level constructor applications can usually be allocated
1523 statically, but they can't if the constructor, or any of the
1524 arguments, come from another DLL (because we can't refer to static
1525 labels in other DLLs).
1526
1527 If this happens we simply make the RHS into an updatable thunk, 
1528 and 'execute' it rather than allocating it statically.
1529
1530 \begin{code}
1531 -- | This function is called only on *top-level* right-hand sides.
1532 -- Returns @True@ if the RHS can be allocated statically in the output,
1533 -- with no thunks involved at all.
1534 rhsIsStatic :: PackageId -> CoreExpr -> Bool
1535 -- It's called (i) in TidyPgm.hasCafRefs to decide if the rhs is, or
1536 -- refers to, CAFs; (ii) in CoreToStg to decide whether to put an
1537 -- update flag on it and (iii) in DsExpr to decide how to expand
1538 -- list literals
1539 --
1540 -- The basic idea is that rhsIsStatic returns True only if the RHS is
1541 --      (a) a value lambda
1542 --      (b) a saturated constructor application with static args
1543 --
1544 -- BUT watch out for
1545 --  (i) Any cross-DLL references kill static-ness completely
1546 --      because they must be 'executed' not statically allocated
1547 --      ("DLL" here really only refers to Windows DLLs, on other platforms,
1548 --      this is not necessary)
1549 --
1550 -- (ii) We treat partial applications as redexes, because in fact we 
1551 --      make a thunk for them that runs and builds a PAP
1552 --      at run-time.  The only appliations that are treated as 
1553 --      static are *saturated* applications of constructors.
1554
1555 -- We used to try to be clever with nested structures like this:
1556 --              ys = (:) w ((:) w [])
1557 -- on the grounds that CorePrep will flatten ANF-ise it later.
1558 -- But supporting this special case made the function much more 
1559 -- complicated, because the special case only applies if there are no 
1560 -- enclosing type lambdas:
1561 --              ys = /\ a -> Foo (Baz ([] a))
1562 -- Here the nested (Baz []) won't float out to top level in CorePrep.
1563 --
1564 -- But in fact, even without -O, nested structures at top level are 
1565 -- flattened by the simplifier, so we don't need to be super-clever here.
1566 --
1567 -- Examples
1568 --
1569 --      f = \x::Int. x+7        TRUE
1570 --      p = (True,False)        TRUE
1571 --
1572 --      d = (fst p, False)      FALSE because there's a redex inside
1573 --                              (this particular one doesn't happen but...)
1574 --
1575 --      h = D# (1.0## /## 2.0##)        FALSE (redex again)
1576 --      n = /\a. Nil a                  TRUE
1577 --
1578 --      t = /\a. (:) (case w a of ...) (Nil a)  FALSE (redex)
1579 --
1580 --
1581 -- This is a bit like CoreUtils.exprIsHNF, with the following differences:
1582 --    a) scc "foo" (\x -> ...) is updatable (so we catch the right SCC)
1583 --
1584 --    b) (C x xs), where C is a contructors is updatable if the application is
1585 --         dynamic
1586 -- 
1587 --    c) don't look through unfolding of f in (f x).
1588
1589 rhsIsStatic _this_pkg rhs = is_static False rhs
1590   where
1591   is_static :: Bool     -- True <=> in a constructor argument; must be atomic
1592           -> CoreExpr -> Bool
1593   
1594   is_static False (Lam b e) = isRuntimeVar b || is_static False e
1595   
1596   is_static _      (Note (SCC _) _) = False
1597   is_static in_arg (Note _ e)       = is_static in_arg e
1598   is_static in_arg (Cast e _)       = is_static in_arg e
1599   
1600   is_static _      (Lit lit)
1601     = case lit of
1602         MachLabel _ _ -> False
1603         _             -> True
1604         -- A MachLabel (foreign import "&foo") in an argument
1605         -- prevents a constructor application from being static.  The
1606         -- reason is that it might give rise to unresolvable symbols
1607         -- in the object file: under Linux, references to "weak"
1608         -- symbols from the data segment give rise to "unresolvable
1609         -- relocation" errors at link time This might be due to a bug
1610         -- in the linker, but we'll work around it here anyway. 
1611         -- SDM 24/2/2004
1612   
1613   is_static in_arg other_expr = go other_expr 0
1614    where
1615     go (Var f) n_val_args
1616 #if mingw32_TARGET_OS
1617         | not (isDllName _this_pkg (idName f))
1618 #endif
1619         =  saturated_data_con f n_val_args
1620         || (in_arg && n_val_args == 0)  
1621                 -- A naked un-applied variable is *not* deemed a static RHS
1622                 -- E.g.         f = g
1623                 -- Reason: better to update so that the indirection gets shorted
1624                 --         out, and the true value will be seen
1625                 -- NB: if you change this, you'll break the invariant that THUNK_STATICs
1626                 --     are always updatable.  If you do so, make sure that non-updatable
1627                 --     ones have enough space for their static link field!
1628
1629     go (App f a) n_val_args
1630         | isTypeArg a                    = go f n_val_args
1631         | not in_arg && is_static True a = go f (n_val_args + 1)
1632         -- The (not in_arg) checks that we aren't in a constructor argument;
1633         -- if we are, we don't allow (value) applications of any sort
1634         -- 
1635         -- NB. In case you wonder, args are sometimes not atomic.  eg.
1636         --   x = D# (1.0## /## 2.0##)
1637         -- can't float because /## can fail.
1638
1639     go (Note (SCC _) _) _          = False
1640     go (Note _ f)       n_val_args = go f n_val_args
1641     go (Cast e _)       n_val_args = go e n_val_args
1642
1643     go _                _          = False
1644
1645     saturated_data_con f n_val_args
1646         = case isDataConWorkId_maybe f of
1647             Just dc -> n_val_args == dataConRepArity dc
1648             Nothing -> False
1649 \end{code}