Fix problem with selectors for GADT records with unboxed fields
[ghc-hetmet.git] / compiler / coreSyn / CoreUtils.lhs
1 %
2 % (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
3 %
4 \section[CoreUtils]{Utility functions on @Core@ syntax}
5
6 \begin{code}
7 module CoreUtils (
8         -- Construction
9         mkInlineMe, mkSCC, mkCoerce, 
10         bindNonRec, needsCaseBinding,
11         mkIfThenElse, mkAltExpr, mkPiType, mkPiTypes,
12
13         -- Taking expressions apart
14         findDefault, findAlt, isDefaultAlt, mergeAlts,
15
16         -- Properties of expressions
17         exprType, coreAltType,
18         exprIsDupable, exprIsTrivial, exprIsCheap, 
19         exprIsHNF,exprOkForSpeculation, exprIsBig, 
20         exprIsConApp_maybe, exprIsBottom,
21         rhsIsStatic,
22
23         -- Arity and eta expansion
24         manifestArity, exprArity, 
25         exprEtaExpandArity, etaExpand, 
26
27         -- Size
28         coreBindsSize,
29
30         -- Hashing
31         hashExpr,
32
33         -- Equality
34         cheapEqExpr, tcEqExpr, tcEqExprX, applyTypeToArgs, applyTypeToArg,
35
36         dataConOrigInstPat, dataConRepInstPat, dataConRepOccInstPat
37     ) where
38
39 #include "HsVersions.h"
40
41
42 import GLAEXTS          -- For `xori` 
43
44 import CoreSyn
45 import CoreFVs          ( exprFreeVars )
46 import PprCore          ( pprCoreExpr )
47 import Var              ( Var, TyVar, CoVar, isCoVar, tyVarKind, setVarUnique,
48                           mkCoVar, mkTyVar, mkCoVar )
49 import OccName          ( OccName, occNameFS, mkVarOcc )
50 import VarSet           ( unionVarSet )
51 import VarEnv
52 import Name             ( hashName, mkSysTvName )
53 #if mingw32_TARGET_OS
54 import Packages         ( isDllName )
55 #endif
56 import Literal          ( hashLiteral, literalType, litIsDupable, 
57                           litIsTrivial, isZeroLit, Literal( MachLabel ) )
58 import DataCon          ( DataCon, dataConRepArity, eqSpecPreds, 
59                           isVanillaDataCon, dataConTyCon, dataConRepArgTys,
60                           dataConUnivTyVars, dataConExTyVars, dataConEqSpec,
61                           dataConOrigArgTys )
62 import PrimOp           ( PrimOp(..), primOpOkForSpeculation, primOpIsCheap )
63 import Id               ( Id, idType, globalIdDetails, idNewStrictness, 
64                           mkWildId, idArity, idName, idUnfolding, idInfo,
65                           isOneShotBndr, isStateHackType, isDataConWorkId_maybe, mkSysLocal,
66                           isDataConWorkId, isBottomingId, isDictId
67                         )
68 import IdInfo           ( GlobalIdDetails(..), megaSeqIdInfo )
69 import NewDemand        ( appIsBottom )
70 import Type             ( Type, mkFunTy, mkForAllTy, splitFunTy_maybe,
71                           splitFunTy, tcEqTypeX,
72                           applyTys, isUnLiftedType, seqType, mkTyVarTy,
73                           splitForAllTy_maybe, isForAllTy, splitRecNewType_maybe, 
74                           splitTyConApp_maybe, coreEqType, funResultTy, applyTy,
75                           substTyWith, mkPredTy
76                         )
77 import Coercion         ( Coercion, mkTransCoercion, coercionKind,
78                           splitNewTypeRepCo_maybe, mkSymCoercion, mkLeftCoercion,
79                           mkRightCoercion, decomposeCo, coercionKindPredTy,
80                           splitCoercionKind, mkEqPred )
81 import TyCon            ( tyConArity )
82 import TysWiredIn       ( boolTy, trueDataCon, falseDataCon )
83 import CostCentre       ( CostCentre )
84 import BasicTypes       ( Arity )
85 import PackageConfig    ( PackageId )
86 import Unique           ( Unique )
87 import Outputable
88 import DynFlags         ( DynFlags, DynFlag(Opt_DictsCheap), dopt )
89 import TysPrim          ( alphaTy )     -- Debugging only
90 import Util             ( equalLength, lengthAtLeast, foldl2 )
91 import FastString       ( mkFastString )
92 \end{code}
93
94
95 %************************************************************************
96 %*                                                                      *
97 \subsection{Find the type of a Core atom/expression}
98 %*                                                                      *
99 %************************************************************************
100
101 \begin{code}
102 exprType :: CoreExpr -> Type
103
104 exprType (Var var)              = idType var
105 exprType (Lit lit)              = literalType lit
106 exprType (Let _ body)           = exprType body
107 exprType (Case _ _ ty alts)     = ty
108 exprType (Cast e co) 
109   = let (_, ty) = coercionKind co in ty
110 exprType (Note other_note e)    = exprType e
111 exprType (Lam binder expr)      = mkPiType binder (exprType expr)
112 exprType e@(App _ _)
113   = case collectArgs e of
114         (fun, args) -> applyTypeToArgs e (exprType fun) args
115
116 exprType other = pprTrace "exprType" (pprCoreExpr other) alphaTy
117
118 coreAltType :: CoreAlt -> Type
119 coreAltType (_,_,rhs) = exprType rhs
120 \end{code}
121
122 @mkPiType@ makes a (->) type or a forall type, depending on whether
123 it is given a type variable or a term variable.  We cleverly use the
124 lbvarinfo field to figure out the right annotation for the arrove in
125 case of a term variable.
126
127 \begin{code}
128 mkPiType  :: Var   -> Type -> Type      -- The more polymorphic version
129 mkPiTypes :: [Var] -> Type -> Type      --    doesn't work...
130
131 mkPiTypes vs ty = foldr mkPiType ty vs
132
133 mkPiType v ty
134    | isId v    = mkFunTy (idType v) ty
135    | otherwise = mkForAllTy v ty
136 \end{code}
137
138 \begin{code}
139 applyTypeToArg :: Type -> CoreExpr -> Type
140 applyTypeToArg fun_ty (Type arg_ty) = applyTy fun_ty arg_ty
141 applyTypeToArg fun_ty other_arg     = funResultTy fun_ty
142
143 applyTypeToArgs :: CoreExpr -> Type -> [CoreExpr] -> Type
144 -- A more efficient version of applyTypeToArg 
145 -- when we have several args
146 -- The first argument is just for debugging
147 applyTypeToArgs e 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' = applyTys op_ty (reverse rev_tys)
157
158 applyTypeToArgs e op_ty (other_arg : args)
159   = case (splitFunTy_maybe op_ty) of
160         Just (_, res_ty) -> applyTypeToArgs e res_ty args
161         Nothing -> pprPanic "applyTypeToArgs" (pprCoreExpr e $$ ppr op_ty)
162 \end{code}
163
164
165
166 %************************************************************************
167 %*                                                                      *
168 \subsection{Attaching notes}
169 %*                                                                      *
170 %************************************************************************
171
172 mkNote removes redundant coercions, and SCCs where possible
173
174 \begin{code}
175 #ifdef UNUSED
176 mkNote :: Note -> CoreExpr -> CoreExpr
177 mkNote (SCC cc) expr               = mkSCC cc expr
178 mkNote InlineMe expr               = mkInlineMe expr
179 mkNote note     expr               = Note note expr
180 #endif
181 \end{code}
182
183 Drop trivial InlineMe's.  This is somewhat important, because if we have an unfolding
184 that looks like (Note InlineMe (Var v)), the InlineMe doesn't go away because it may
185 not be *applied* to anything.
186
187 We don't use exprIsTrivial here, though, because we sometimes generate worker/wrapper
188 bindings like
189         fw = ...
190         f  = inline_me (coerce t fw)
191 As usual, the inline_me prevents the worker from getting inlined back into the wrapper.
192 We want the split, so that the coerces can cancel at the call site.  
193
194 However, we can get left with tiresome type applications.  Notably, consider
195         f = /\ a -> let t = e in (t, w)
196 Then lifting the let out of the big lambda gives
197         t' = /\a -> e
198         f = /\ a -> let t = inline_me (t' a) in (t, w)
199 The inline_me is to stop the simplifier inlining t' right back
200 into t's RHS.  In the next phase we'll substitute for t (since
201 its rhs is trivial) and *then* we could get rid of the inline_me.
202 But it hardly seems worth it, so I don't bother.
203
204 \begin{code}
205 mkInlineMe (Var v) = Var v
206 mkInlineMe e       = Note InlineMe e
207 \end{code}
208
209
210
211 \begin{code}
212 mkCoerce :: Coercion -> CoreExpr -> CoreExpr
213 mkCoerce co (Cast expr co2)
214   = ASSERT(let { (from_ty, to_ty) = coercionKind co; 
215                  (from_ty2, to_ty2) = coercionKind co2} in
216            from_ty `coreEqType` to_ty2 )
217     mkCoerce (mkTransCoercion co2 co) expr
218
219 mkCoerce co expr 
220   = let (from_ty, to_ty) = coercionKind co in
221 --    if to_ty `coreEqType` from_ty
222 --    then expr
223 --    else 
224         ASSERT2(from_ty `coreEqType` (exprType expr), text "Trying to coerce" <+> text "(" <> ppr expr $$ text "::" <+> ppr (exprType expr) <> text ")" $$ ppr co $$ ppr (coercionKindPredTy co))
225          (Cast expr co)
226 \end{code}
227
228 \begin{code}
229 mkSCC :: CostCentre -> Expr b -> Expr b
230         -- Note: Nested SCC's *are* preserved for the benefit of
231         --       cost centre stack profiling
232 mkSCC cc (Lit lit)          = Lit lit
233 mkSCC cc (Lam x e)          = Lam x (mkSCC cc e)  -- Move _scc_ inside lambda
234 mkSCC cc (Note (SCC cc') e) = Note (SCC cc) (Note (SCC cc') e)
235 mkSCC cc (Note n e)         = Note n (mkSCC cc e) -- Move _scc_ inside notes
236 mkSCC cc (Cast e co)        = Cast (mkSCC cc e) co -- Move _scc_ inside cast
237 mkSCC cc expr               = Note (SCC cc) expr
238 \end{code}
239
240
241 %************************************************************************
242 %*                                                                      *
243 \subsection{Other expression construction}
244 %*                                                                      *
245 %************************************************************************
246
247 \begin{code}
248 bindNonRec :: Id -> CoreExpr -> CoreExpr -> CoreExpr
249 -- (bindNonRec x r b) produces either
250 --      let x = r in b
251 -- or
252 --      case r of x { _DEFAULT_ -> b }
253 --
254 -- depending on whether x is unlifted or not
255 -- It's used by the desugarer to avoid building bindings
256 -- that give Core Lint a heart attack.  Actually the simplifier
257 -- deals with them perfectly well.
258
259 bindNonRec bndr rhs body 
260   | needsCaseBinding (idType bndr) rhs = Case rhs bndr (exprType body) [(DEFAULT,[],body)]
261   | otherwise                          = Let (NonRec bndr rhs) body
262
263 needsCaseBinding ty rhs = isUnLiftedType ty && not (exprOkForSpeculation rhs)
264         -- Make a case expression instead of a let
265         -- These can arise either from the desugarer,
266         -- or from beta reductions: (\x.e) (x +# y)
267 \end{code}
268
269 \begin{code}
270 mkAltExpr :: AltCon -> [CoreBndr] -> [Type] -> CoreExpr
271         -- This guy constructs the value that the scrutinee must have
272         -- when you are in one particular branch of a case
273 mkAltExpr (DataAlt con) args inst_tys
274   = mkConApp con (map Type inst_tys ++ varsToCoreExprs args)
275 mkAltExpr (LitAlt lit) [] []
276   = Lit lit
277
278 mkIfThenElse :: CoreExpr -> CoreExpr -> CoreExpr -> CoreExpr
279 mkIfThenElse guard then_expr else_expr
280 -- Not going to be refining, so okay to take the type of the "then" clause
281   = Case guard (mkWildId boolTy) (exprType then_expr) 
282          [ (DataAlt falseDataCon, [], else_expr),       -- Increasing order of tag!
283            (DataAlt trueDataCon,  [], then_expr) ]
284 \end{code}
285
286
287 %************************************************************************
288 %*                                                                      *
289 \subsection{Taking expressions apart}
290 %*                                                                      *
291 %************************************************************************
292
293 The default alternative must be first, if it exists at all.
294 This makes it easy to find, though it makes matching marginally harder.
295
296 \begin{code}
297 findDefault :: [CoreAlt] -> ([CoreAlt], Maybe CoreExpr)
298 findDefault ((DEFAULT,args,rhs) : alts) = ASSERT( null args ) (alts, Just rhs)
299 findDefault alts                        =                     (alts, Nothing)
300
301 findAlt :: AltCon -> [CoreAlt] -> CoreAlt
302 findAlt con alts
303   = case alts of
304         (deflt@(DEFAULT,_,_):alts) -> go alts deflt
305         other                      -> go alts panic_deflt
306   where
307     panic_deflt = pprPanic "Missing alternative" (ppr con $$ vcat (map ppr alts))
308
309     go []                      deflt = deflt
310     go (alt@(con1,_,_) : alts) deflt
311       = case con `cmpAltCon` con1 of
312           LT -> deflt   -- Missed it already; the alts are in increasing order
313           EQ -> alt
314           GT -> ASSERT( not (con1 == DEFAULT) ) go alts deflt
315
316 isDefaultAlt :: CoreAlt -> Bool
317 isDefaultAlt (DEFAULT, _, _) = True
318 isDefaultAlt other           = False
319
320 ---------------------------------
321 mergeAlts :: [CoreAlt] -> [CoreAlt] -> [CoreAlt]
322 -- Merge preserving order; alternatives in the first arg
323 -- shadow ones in the second
324 mergeAlts [] as2 = as2
325 mergeAlts as1 [] = as1
326 mergeAlts (a1:as1) (a2:as2)
327   = case a1 `cmpAlt` a2 of
328         LT -> a1 : mergeAlts as1      (a2:as2)
329         EQ -> a1 : mergeAlts as1      as2       -- Discard a2
330         GT -> a2 : mergeAlts (a1:as1) as2
331 \end{code}
332
333
334 %************************************************************************
335 %*                                                                      *
336 \subsection{Figuring out things about expressions}
337 %*                                                                      *
338 %************************************************************************
339
340 @exprIsTrivial@ is true of expressions we are unconditionally happy to
341                 duplicate; simple variables and constants, and type
342                 applications.  Note that primop Ids aren't considered
343                 trivial unless 
344
345 @exprIsBottom@  is true of expressions that are guaranteed to diverge
346
347
348 There used to be a gruesome test for (hasNoBinding v) in the
349 Var case:
350         exprIsTrivial (Var v) | hasNoBinding v = idArity v == 0
351 The idea here is that a constructor worker, like $wJust, is
352 really short for (\x -> $wJust x), becuase $wJust has no binding.
353 So it should be treated like a lambda.  Ditto unsaturated primops.
354 But now constructor workers are not "have-no-binding" Ids.  And
355 completely un-applied primops and foreign-call Ids are sufficiently
356 rare that I plan to allow them to be duplicated and put up with
357 saturating them.
358
359 SCC notes.  We do not treat (_scc_ "foo" x) as trivial, because 
360   a) it really generates code, (and a heap object when it's 
361      a function arg) to capture the cost centre
362   b) see the note [SCC-and-exprIsTrivial] in Simplify.simplLazyBind
363
364 \begin{code}
365 exprIsTrivial (Var v)      = True       -- See notes above
366 exprIsTrivial (Type _)     = True
367 exprIsTrivial (Lit lit)    = litIsTrivial lit
368 exprIsTrivial (App e arg)  = not (isRuntimeArg arg) && exprIsTrivial e
369 exprIsTrivial (Note (SCC _) e) = False          -- See notes above
370 exprIsTrivial (Note _       e) = exprIsTrivial e
371 exprIsTrivial (Cast e co)  = exprIsTrivial e
372 exprIsTrivial (Lam b body) = not (isRuntimeVar b) && exprIsTrivial body
373 exprIsTrivial other        = False
374 \end{code}
375
376
377 @exprIsDupable@ is true of expressions that can be duplicated at a modest
378                 cost in code size.  This will only happen in different case
379                 branches, so there's no issue about duplicating work.
380
381                 That is, exprIsDupable returns True of (f x) even if
382                 f is very very expensive to call.
383
384                 Its only purpose is to avoid fruitless let-binding
385                 and then inlining of case join points
386
387
388 \begin{code}
389 exprIsDupable (Type _)          = True
390 exprIsDupable (Var v)           = True
391 exprIsDupable (Lit lit)         = litIsDupable lit
392 exprIsDupable (Note InlineMe e) = True
393 exprIsDupable (Note _ e)        = exprIsDupable e
394 exprIsDupable (Cast e co)       = exprIsDupable e
395 exprIsDupable expr           
396   = go expr 0
397   where
398     go (Var v)   n_args = True
399     go (App f a) n_args =  n_args < dupAppSize
400                         && exprIsDupable a
401                         && go f (n_args+1)
402     go other n_args     = False
403
404 dupAppSize :: Int
405 dupAppSize = 4          -- Size of application we are prepared to duplicate
406 \end{code}
407
408 @exprIsCheap@ looks at a Core expression and returns \tr{True} if
409 it is obviously in weak head normal form, or is cheap to get to WHNF.
410 [Note that that's not the same as exprIsDupable; an expression might be
411 big, and hence not dupable, but still cheap.]
412
413 By ``cheap'' we mean a computation we're willing to:
414         push inside a lambda, or
415         inline at more than one place
416 That might mean it gets evaluated more than once, instead of being
417 shared.  The main examples of things which aren't WHNF but are
418 ``cheap'' are:
419
420   *     case e of
421           pi -> ei
422         (where e, and all the ei are cheap)
423
424   *     let x = e in b
425         (where e and b are cheap)
426
427   *     op x1 ... xn
428         (where op is a cheap primitive operator)
429
430   *     error "foo"
431         (because we are happy to substitute it inside a lambda)
432
433 Notice that a variable is considered 'cheap': we can push it inside a lambda,
434 because sharing will make sure it is only evaluated once.
435
436 \begin{code}
437 exprIsCheap :: CoreExpr -> Bool
438 exprIsCheap (Lit lit)         = True
439 exprIsCheap (Type _)          = True
440 exprIsCheap (Var _)           = True
441 exprIsCheap (Note InlineMe e) = True
442 exprIsCheap (Note _ e)        = exprIsCheap e
443 exprIsCheap (Cast e co)       = exprIsCheap e
444 exprIsCheap (Lam x e)         = isRuntimeVar x || exprIsCheap e
445 exprIsCheap (Case e _ _ alts) = exprIsCheap e && 
446                                 and [exprIsCheap rhs | (_,_,rhs) <- alts]
447         -- Experimentally, treat (case x of ...) as cheap
448         -- (and case __coerce x etc.)
449         -- This improves arities of overloaded functions where
450         -- there is only dictionary selection (no construction) involved
451 exprIsCheap (Let (NonRec x _) e)  
452       | isUnLiftedType (idType x) = exprIsCheap e
453       | otherwise                 = False
454         -- strict lets always have cheap right hand sides,
455         -- and do no allocation.
456
457 exprIsCheap other_expr  -- Applications and variables
458   = go other_expr []
459   where
460         -- Accumulate value arguments, then decide
461     go (App f a) val_args | isRuntimeArg a = go f (a:val_args)
462                           | otherwise      = go f val_args
463
464     go (Var f) [] = True        -- Just a type application of a variable
465                                 -- (f t1 t2 t3) counts as WHNF
466     go (Var f) args
467         = case globalIdDetails f of
468                 RecordSelId {} -> go_sel args
469                 ClassOpId _    -> go_sel args
470                 PrimOpId op    -> go_primop op args
471
472                 DataConWorkId _ -> go_pap args
473                 other | length args < idArity f -> go_pap args
474
475                 other -> isBottomingId f
476                         -- Application of a function which
477                         -- always gives bottom; we treat this as cheap
478                         -- because it certainly doesn't need to be shared!
479         
480     go other args = False
481  
482     --------------
483     go_pap args = all exprIsTrivial args
484         -- For constructor applications and primops, check that all
485         -- the args are trivial.  We don't want to treat as cheap, say,
486         --      (1:2:3:4:5:[])
487         -- We'll put up with one constructor application, but not dozens
488         
489     --------------
490     go_primop op args = primOpIsCheap op && all exprIsCheap args
491         -- In principle we should worry about primops
492         -- that return a type variable, since the result
493         -- might be applied to something, but I'm not going
494         -- to bother to check the number of args
495  
496     --------------
497     go_sel [arg] = exprIsCheap arg      -- I'm experimenting with making record selection
498     go_sel other = False                -- look cheap, so we will substitute it inside a
499                                         -- lambda.  Particularly for dictionary field selection.
500                 -- BUT: Take care with (sel d x)!  The (sel d) might be cheap, but
501                 --      there's no guarantee that (sel d x) will be too.  Hence (n_val_args == 1)
502 \end{code}
503
504 exprOkForSpeculation returns True of an expression that it is
505
506         * safe to evaluate even if normal order eval might not 
507           evaluate the expression at all, or
508
509         * safe *not* to evaluate even if normal order would do so
510
511 It returns True iff
512
513         the expression guarantees to terminate, 
514         soon, 
515         without raising an exception,
516         without causing a side effect (e.g. writing a mutable variable)
517
518 NB: if exprIsHNF e, then exprOkForSpecuation e
519
520 E.G.
521         let x = case y# +# 1# of { r# -> I# r# }
522         in E
523 ==>
524         case y# +# 1# of { r# -> 
525         let x = I# r#
526         in E 
527         }
528
529 We can only do this if the (y+1) is ok for speculation: it has no
530 side effects, and can't diverge or raise an exception.
531
532 \begin{code}
533 exprOkForSpeculation :: CoreExpr -> Bool
534 exprOkForSpeculation (Lit _)     = True
535 exprOkForSpeculation (Type _)    = True
536 exprOkForSpeculation (Var v)     = isUnLiftedType (idType v)
537 exprOkForSpeculation (Note _ e)  = exprOkForSpeculation e
538 exprOkForSpeculation (Cast e co) = exprOkForSpeculation e
539 exprOkForSpeculation other_expr
540   = case collectArgs other_expr of
541         (Var f, args) -> spec_ok (globalIdDetails f) args
542         other         -> False
543  
544   where
545     spec_ok (DataConWorkId _) args
546       = True    -- The strictness of the constructor has already
547                 -- been expressed by its "wrapper", so we don't need
548                 -- to take the arguments into account
549
550     spec_ok (PrimOpId op) args
551       | isDivOp op,             -- Special case for dividing operations that fail
552         [arg1, Lit lit] <- args -- only if the divisor is zero
553       = not (isZeroLit lit) && exprOkForSpeculation arg1
554                 -- Often there is a literal divisor, and this 
555                 -- can get rid of a thunk in an inner looop
556
557       | otherwise
558       = primOpOkForSpeculation op && 
559         all exprOkForSpeculation args
560                                 -- A bit conservative: we don't really need
561                                 -- to care about lazy arguments, but this is easy
562
563     spec_ok other args = False
564
565 isDivOp :: PrimOp -> Bool
566 -- True of dyadic operators that can fail 
567 -- only if the second arg is zero
568 -- This function probably belongs in PrimOp, or even in 
569 -- an automagically generated file.. but it's such a 
570 -- special case I thought I'd leave it here for now.
571 isDivOp IntQuotOp        = True
572 isDivOp IntRemOp         = True
573 isDivOp WordQuotOp       = True
574 isDivOp WordRemOp        = True
575 isDivOp IntegerQuotRemOp = True
576 isDivOp IntegerDivModOp  = True
577 isDivOp FloatDivOp       = True
578 isDivOp DoubleDivOp      = True
579 isDivOp other            = False
580 \end{code}
581
582
583 \begin{code}
584 exprIsBottom :: CoreExpr -> Bool        -- True => definitely bottom
585 exprIsBottom e = go 0 e
586                where
587                 -- n is the number of args
588                  go n (Note _ e)     = go n e
589                  go n (Cast e co)    = go n e
590                  go n (Let _ e)      = go n e
591                  go n (Case e _ _ _) = go 0 e   -- Just check the scrut
592                  go n (App e _)      = go (n+1) e
593                  go n (Var v)        = idAppIsBottom v n
594                  go n (Lit _)        = False
595                  go n (Lam _ _)      = False
596                  go n (Type _)       = False
597
598 idAppIsBottom :: Id -> Int -> Bool
599 idAppIsBottom id n_val_args = appIsBottom (idNewStrictness id) n_val_args
600 \end{code}
601
602 @exprIsHNF@ returns true for expressions that are certainly *already* 
603 evaluated to *head* normal form.  This is used to decide whether it's ok 
604 to change
605
606         case x of _ -> e   ===>   e
607
608 and to decide whether it's safe to discard a `seq`
609
610 So, it does *not* treat variables as evaluated, unless they say they are.
611
612 But it *does* treat partial applications and constructor applications
613 as values, even if their arguments are non-trivial, provided the argument
614 type is lifted; 
615         e.g.  (:) (f x) (map f xs)      is a value
616               map (...redex...)         is a value
617 Because `seq` on such things completes immediately
618
619 For unlifted argument types, we have to be careful:
620                 C (f x :: Int#)
621 Suppose (f x) diverges; then C (f x) is not a value.  True, but
622 this form is illegal (see the invariants in CoreSyn).  Args of unboxed
623 type must be ok-for-speculation (or trivial).
624
625 \begin{code}
626 exprIsHNF :: CoreExpr -> Bool           -- True => Value-lambda, constructor, PAP
627 exprIsHNF (Var v)       -- NB: There are no value args at this point
628   =  isDataConWorkId v  -- Catches nullary constructors, 
629                         --      so that [] and () are values, for example
630   || idArity v > 0      -- Catches (e.g.) primops that don't have unfoldings
631   || isEvaldUnfolding (idUnfolding v)
632         -- Check the thing's unfolding; it might be bound to a value
633         -- A worry: what if an Id's unfolding is just itself: 
634         -- then we could get an infinite loop...
635
636 exprIsHNF (Lit l)            = True
637 exprIsHNF (Type ty)          = True     -- Types are honorary Values; 
638                                         -- we don't mind copying them
639 exprIsHNF (Lam b e)          = isRuntimeVar b || exprIsHNF e
640 exprIsHNF (Note _ e)         = exprIsHNF e
641 exprIsHNF (Cast e co)        = exprIsHNF e
642 exprIsHNF (App e (Type _)) = exprIsHNF e
643 exprIsHNF (App e a)        = app_is_value e [a]
644 exprIsHNF other      = False
645
646 -- There is at least one value argument
647 app_is_value (Var fun) args
648   |  isDataConWorkId fun                -- Constructor apps are values
649   || idArity fun > valArgCount args     -- Under-applied function
650   = check_args (idType fun) args
651 app_is_value (App f a) as = app_is_value f (a:as)
652 app_is_value other     as = False
653
654         -- 'check_args' checks that unlifted-type args
655         -- are in fact guaranteed non-divergent
656 check_args fun_ty []              = True
657 check_args fun_ty (Type _ : args) = case splitForAllTy_maybe fun_ty of
658                                       Just (_, ty) -> check_args ty args
659 check_args fun_ty (arg : args)
660   | isUnLiftedType arg_ty = exprOkForSpeculation arg
661   | otherwise             = check_args res_ty args
662   where
663     (arg_ty, res_ty) = splitFunTy fun_ty
664 \end{code}
665
666 \begin{code}
667 -- deep applies a TyConApp coercion as a substitution to a reflexive coercion
668 -- deepCast t [a1,...,an] co corresponds to deep(t, [a1,...,an], co) from
669 -- FC paper
670 deepCast :: Type -> [TyVar] -> Coercion -> Coercion
671 deepCast ty tyVars co 
672   = ASSERT( let {(lty, rty) = coercionKind co;
673                  Just (tc1, lArgs) = splitTyConApp_maybe lty;
674                  Just (tc2, rArgs) = splitTyConApp_maybe rty} 
675             in
676               tc1 == tc2 && length lArgs == length rArgs &&
677               length lArgs == length tyVars )
678     substTyWith tyVars coArgs ty
679   where
680     -- coArgs = [right (left (left co)), right (left co), right co]
681     coArgs = decomposeCo (length tyVars) co
682
683 -- These InstPat functions go here to avoid circularity between DataCon and Id
684 dataConOrigInstPat   = dataConInstPat dataConOrigArgTys
685 dataConRepInstPat    = dataConInstPat dataConRepArgTys
686 dataConRepOccInstPat = dataConOccInstPat dataConRepArgTys
687
688 dataConInstPat :: (DataCon -> [Type])       -- function used to find arg tys
689                -> [Unique]                  -- A long enough list of uniques, at least one for each binder
690                -> DataCon
691                -> [Type]                    -- Types to instantiate the universally quantified tyvars
692                -> ([TyVar], [CoVar], [Id])  -- Return instantiated variables
693 -- dataConInstPat us con inst_tys returns a triple (ex_tvs, co_tvs, arg_ids),
694 --
695 --   ex_tvs are intended to be used as binders for existential type args
696 --
697 --   co_tvs are intended to be used as binders for coercion args and the kinds
698 --     of these vars have been instantiated by the inst_tys and the ex_tys
699 --
700 --   arg_ids are indended to be used as binders for value arguments, including
701 --     dicts, and have their types instantiated with inst_tys and ex_tys
702 --
703 -- Example.
704 --  The following constructor T1
705 --
706 --  data T a where
707 --    T1 :: forall b. Int -> b -> T(a,b)
708 --    ...
709 --
710 --  has representation type 
711 --   forall a. forall a1. forall a2. forall b. (a :=: (a1,a2)) => 
712 --     Int -> b -> T a
713 --
714 --  dataConInstPat us T1 (a1',a2') will return
715 --
716 --  ([a1'', a2'', b''],[c :: (a1',a2'):=:(a1'',a2'')],[x :: Int,y :: b''])
717 --
718 --  where the double-primed variables are created from the unique list input
719 dataConInstPat arg_fun uniqs con inst_tys 
720   = dataConOccInstPat arg_fun uniqs occs con inst_tys
721   where
722      -- dataConOccInstPat doesn't actually make use of the OccName directly for
723      -- existential and coercion variable binders, so it is right to just
724      -- use the VarName namespace for all of the OccNames
725     occs      = mk_occs 1
726     mk_occs n = mkVarOcc ("ipv" ++ show n) : mk_occs (n+1)
727
728 dataConOccInstPat :: (DataCon -> [Type])       -- function used to find arg tys
729                   -> [Unique]                  -- A long enough list of uniques, at least one for each binder
730                   -> [OccName]                 -- An equally long list of OccNames to use
731                   -> DataCon
732                   -> [Type]                    -- Types to instantiate the universally quantified tyvars
733                -> ([TyVar], [CoVar], [Id])  -- Return instantiated variables
734 -- This function actually does the job specified in the comment for 
735 -- dataConInstPat, but uses the specified list of OccNames.  This is 
736 -- is necessary for use in e.g. tcIfaceDataAlt
737 dataConOccInstPat arg_fun uniqs occs con inst_tys 
738   = (ex_bndrs, co_bndrs, id_bndrs)
739   where 
740     univ_tvs = dataConUnivTyVars con
741     ex_tvs   = dataConExTyVars con
742     arg_tys  = arg_fun con
743     eq_spec  = dataConEqSpec con
744     eq_preds = eqSpecPreds eq_spec
745
746     n_ex = length ex_tvs
747     n_co = length eq_spec
748     n_id = length arg_tys
749
750       -- split the Uniques and OccNames
751     (ex_uniqs, uniqs')   = splitAt n_ex uniqs
752     (co_uniqs, id_uniqs) = splitAt n_co uniqs'
753
754     (ex_occs, occs')     = splitAt n_ex occs
755     (co_occs, id_occs)   = splitAt n_co occs'
756
757       -- make existential type variables
758     mk_ex_var uniq occ var = mkTyVar new_name kind
759       where
760         new_name = mkSysTvName uniq (occNameFS occ)
761         kind     = tyVarKind var
762
763     ex_bndrs = zipWith3 mk_ex_var ex_uniqs ex_occs ex_tvs
764
765       -- make the instantiation substitution
766     inst_subst = substTyWith (univ_tvs ++ ex_tvs) (inst_tys ++ map mkTyVarTy ex_bndrs)
767
768       -- make new coercion vars, instantiating kind
769     mk_co_var uniq occ eq_pred = mkCoVar new_name (inst_subst (mkPredTy eq_pred))
770        where
771          new_name = mkSysTvName uniq (occNameFS occ)
772
773     co_bndrs = zipWith3 mk_co_var co_uniqs co_occs eq_preds
774
775       -- make value vars, instantiating types
776     mk_id_var uniq occ ty = mkUserLocal occ uniq (inst_subst ty) noSrcLoc
777     id_bndrs = zipWith3 mk_id_var id_uniqs id_occs arg_tys
778
779 exprIsConApp_maybe :: CoreExpr -> Maybe (DataCon, [CoreExpr])
780 -- Returns (Just (dc, [x1..xn])) if the argument expression is 
781 -- a constructor application of the form (dc x1 .. xn)
782
783 exprIsConApp_maybe (Cast expr co)
784   =     -- Maybe this is over the top, but here we try to turn
785         --      coerce (S,T) ( x, y )
786         -- effectively into 
787         --      ( coerce S x, coerce T y )
788         -- This happens in anger in PrelArrExts which has a coerce
789         --      case coerce memcpy a b of
790         --        (# r, s #) -> ...
791         -- where the memcpy is in the IO monad, but the call is in
792         -- the (ST s) monad
793     case exprIsConApp_maybe expr of {
794         Nothing           -> Nothing ;
795         Just (dc, args)   -> 
796
797     let (from_ty, to_ty) = coercionKind co in
798   
799     case splitTyConApp_maybe to_ty of {
800         Nothing -> Nothing ;
801         Just (tc, tc_arg_tys) | tc /= dataConTyCon dc     -> Nothing
802                             --  | not (isVanillaDataCon dc) -> Nothing
803                               | otherwise                 ->
804                 -- Type constructor must match datacon
805
806     case splitTyConApp_maybe from_ty of {
807         Nothing -> Nothing ;
808         Just (tc', tc_arg_tys') | tc /= tc' -> Nothing 
809                 -- Both sides of coercion must have the same type constructor
810                                | otherwise ->
811
812     let
813         -- here we do the PushC reduction rule as described in the FC paper
814         arity               = tyConArity tc
815         n_ex_tvs            = length dc_ex_tyvars
816
817         (univ_args, rest)   = splitAt arity args
818         (ex_args, val_args) = splitAt n_ex_tvs rest
819
820         arg_tys             = dataConRepArgTys dc
821         dc_tyvars           = dataConUnivTyVars dc
822         dc_ex_tyvars        = dataConExTyVars dc
823
824         deep arg_ty         = deepCast arg_ty dc_tyvars co
825
826           -- first we appropriately cast the value arguments
827         arg_cos             = map deep arg_tys 
828         new_val_args        = zipWith mkCoerce (map deep arg_tys) val_args
829
830           -- then we cast the existential coercion arguments
831         orig_tvs            = dc_tyvars ++ dc_ex_tyvars
832         gammas              = decomposeCo arity co
833         new_tys             = gammas ++ (map (\ (Type t) -> t) ex_args)
834         theta               = substTyWith orig_tvs new_tys
835         cast_ty tv (Type ty) 
836           | isCoVar tv
837           , (ty1, ty2) <- splitCoercionKind (tyVarKind tv)
838           = Type $ mkTransCoercion (mkSymCoercion (theta ty1)) 
839             (mkTransCoercion ty (theta ty2))
840           | otherwise       
841           = Type ty
842         new_ex_args         = zipWith cast_ty dc_ex_tyvars ex_args
843   
844     in
845     ASSERT( all isTypeArg (take arity args) )
846     ASSERT( equalLength val_args arg_tys )
847     Just (dc, map Type tc_arg_tys ++ new_ex_args ++ new_val_args)
848     }}}
849
850 exprIsConApp_maybe (Note _ expr)
851   = exprIsConApp_maybe expr
852     -- We ignore InlineMe notes in case we have
853     --  x = __inline_me__ (a,b)
854     -- All part of making sure that INLINE pragmas never hurt
855     -- Marcin tripped on this one when making dictionaries more inlinable
856     --
857     -- In fact, we ignore all notes.  For example,
858     --          case _scc_ "foo" (C a b) of
859     --                  C a b -> e
860     -- should be optimised away, but it will be only if we look
861     -- through the SCC note.
862
863 exprIsConApp_maybe expr = analyse (collectArgs expr)
864   where
865     analyse (Var fun, args)
866         | Just con <- isDataConWorkId_maybe fun,
867           args `lengthAtLeast` dataConRepArity con
868                 -- Might be > because the arity excludes type args
869         = Just (con,args)
870
871         -- Look through unfoldings, but only cheap ones, because
872         -- we are effectively duplicating the unfolding
873     analyse (Var fun, [])
874         | let unf = idUnfolding fun,
875           isCheapUnfolding unf
876         = exprIsConApp_maybe (unfoldingTemplate unf)
877
878     analyse other = Nothing
879 \end{code}
880
881
882
883 %************************************************************************
884 %*                                                                      *
885 \subsection{Eta reduction and expansion}
886 %*                                                                      *
887 %************************************************************************
888
889 \begin{code}
890 exprEtaExpandArity :: DynFlags -> CoreExpr -> Arity
891 {- The Arity returned is the number of value args the 
892    thing can be applied to without doing much work
893
894 exprEtaExpandArity is used when eta expanding
895         e  ==>  \xy -> e x y
896
897 It returns 1 (or more) to:
898         case x of p -> \s -> ...
899 because for I/O ish things we really want to get that \s to the top.
900 We are prepared to evaluate x each time round the loop in order to get that
901
902 It's all a bit more subtle than it looks:
903
904 1.  One-shot lambdas
905
906 Consider one-shot lambdas
907                 let x = expensive in \y z -> E
908 We want this to have arity 2 if the \y-abstraction is a 1-shot lambda
909 Hence the ArityType returned by arityType
910
911 2.  The state-transformer hack
912
913 The one-shot lambda special cause is particularly important/useful for
914 IO state transformers, where we often get
915         let x = E in \ s -> ...
916
917 and the \s is a real-world state token abstraction.  Such abstractions
918 are almost invariably 1-shot, so we want to pull the \s out, past the
919 let x=E, even if E is expensive.  So we treat state-token lambdas as 
920 one-shot even if they aren't really.  The hack is in Id.isOneShotBndr.
921
922 3.  Dealing with bottom
923
924 Consider also 
925         f = \x -> error "foo"
926 Here, arity 1 is fine.  But if it is
927         f = \x -> case x of 
928                         True  -> error "foo"
929                         False -> \y -> x+y
930 then we want to get arity 2.  Tecnically, this isn't quite right, because
931         (f True) `seq` 1
932 should diverge, but it'll converge if we eta-expand f.  Nevertheless, we
933 do so; it improves some programs significantly, and increasing convergence
934 isn't a bad thing.  Hence the ABot/ATop in ArityType.
935
936 Actually, the situation is worse.  Consider
937         f = \x -> case x of
938                         True  -> \y -> x+y
939                         False -> \y -> x-y
940 Can we eta-expand here?  At first the answer looks like "yes of course", but
941 consider
942         (f bot) `seq` 1
943 This should diverge!  But if we eta-expand, it won't.   Again, we ignore this
944 "problem", because being scrupulous would lose an important transformation for
945 many programs.
946
947
948 4. Newtypes
949
950 Non-recursive newtypes are transparent, and should not get in the way.
951 We do (currently) eta-expand recursive newtypes too.  So if we have, say
952
953         newtype T = MkT ([T] -> Int)
954
955 Suppose we have
956         e = coerce T f
957 where f has arity 1.  Then: etaExpandArity e = 1; 
958 that is, etaExpandArity looks through the coerce.
959
960 When we eta-expand e to arity 1: eta_expand 1 e T
961 we want to get:                  coerce T (\x::[T] -> (coerce ([T]->Int) e) x)
962
963 HOWEVER, note that if you use coerce bogusly you can ge
964         coerce Int negate
965 And since negate has arity 2, you might try to eta expand.  But you can't
966 decopose Int to a function type.   Hence the final case in eta_expand.
967 -}
968
969
970 exprEtaExpandArity dflags e = arityDepth (arityType dflags e)
971
972 -- A limited sort of function type
973 data ArityType = AFun Bool ArityType    -- True <=> one-shot
974                | ATop                   -- Know nothing
975                | ABot                   -- Diverges
976
977 arityDepth :: ArityType -> Arity
978 arityDepth (AFun _ ty) = 1 + arityDepth ty
979 arityDepth ty          = 0
980
981 andArityType ABot           at2           = at2
982 andArityType ATop           at2           = ATop
983 andArityType (AFun t1 at1)  (AFun t2 at2) = AFun (t1 && t2) (andArityType at1 at2)
984 andArityType at1            at2           = andArityType at2 at1
985
986 arityType :: DynFlags -> CoreExpr -> ArityType
987         -- (go1 e) = [b1,..,bn]
988         -- means expression can be rewritten \x_b1 -> ... \x_bn -> body
989         -- where bi is True <=> the lambda is one-shot
990
991 arityType dflags (Note n e) = arityType dflags e
992 --      Not needed any more: etaExpand is cleverer
993 --  | ok_note n = arityType dflags e
994 --  | otherwise = ATop
995
996 arityType dflags (Cast e co) = arityType dflags e
997
998 arityType dflags (Var v) 
999   = mk (idArity v) (arg_tys (idType v))
1000   where
1001     mk :: Arity -> [Type] -> ArityType
1002         -- The argument types are only to steer the "state hack"
1003         -- Consider case x of
1004         --              True  -> foo
1005         --              False -> \(s:RealWorld) -> e
1006         -- where foo has arity 1.  Then we want the state hack to
1007         -- apply to foo too, so we can eta expand the case.
1008     mk 0 tys | isBottomingId v                     = ABot
1009              | (ty:tys) <- tys, isStateHackType ty = AFun True ATop
1010              | otherwise                           = ATop
1011     mk n (ty:tys) = AFun (isStateHackType ty) (mk (n-1) tys)
1012     mk n []       = AFun False                (mk (n-1) [])
1013
1014     arg_tys :: Type -> [Type]   -- Ignore for-alls
1015     arg_tys ty 
1016         | Just (_, ty')  <- splitForAllTy_maybe ty = arg_tys ty'
1017         | Just (arg,res) <- splitFunTy_maybe ty    = arg : arg_tys res
1018         | otherwise                                = []
1019
1020         -- Lambdas; increase arity
1021 arityType dflags (Lam x e)
1022   | isId x    = AFun (isOneShotBndr x) (arityType dflags e)
1023   | otherwise = arityType dflags e
1024
1025         -- Applications; decrease arity
1026 arityType dflags (App f (Type _)) = arityType dflags f
1027 arityType dflags (App f a)        = case arityType dflags f of
1028                                         AFun one_shot xs | exprIsCheap a -> xs
1029                                         other                            -> ATop
1030                                                            
1031         -- Case/Let; keep arity if either the expression is cheap
1032         -- or it's a 1-shot lambda
1033         -- The former is not really right for Haskell
1034         --      f x = case x of { (a,b) -> \y. e }
1035         --  ===>
1036         --      f x y = case x of { (a,b) -> e }
1037         -- The difference is observable using 'seq'
1038 arityType dflags (Case scrut _ _ alts)
1039   = case foldr1 andArityType [arityType dflags rhs | (_,_,rhs) <- alts] of
1040         xs | exprIsCheap scrut          -> xs
1041         xs@(AFun one_shot _) | one_shot -> AFun True ATop
1042         other                           -> ATop
1043
1044 arityType dflags (Let b e) 
1045   = case arityType dflags e of
1046         xs                   | cheap_bind b -> xs
1047         xs@(AFun one_shot _) | one_shot     -> AFun True ATop
1048         other                               -> ATop
1049   where
1050     cheap_bind (NonRec b e) = is_cheap (b,e)
1051     cheap_bind (Rec prs)    = all is_cheap prs
1052     is_cheap (b,e) = (dopt Opt_DictsCheap dflags && isDictId b)
1053                    || exprIsCheap e
1054         -- If the experimental -fdicts-cheap flag is on, we eta-expand through
1055         -- dictionary bindings.  This improves arities. Thereby, it also
1056         -- means that full laziness is less prone to floating out the
1057         -- application of a function to its dictionary arguments, which
1058         -- can thereby lose opportunities for fusion.  Example:
1059         --      foo :: Ord a => a -> ...
1060         --      foo = /\a \(d:Ord a). let d' = ...d... in \(x:a). ....
1061         --              -- So foo has arity 1
1062         --
1063         --      f = \x. foo dInt $ bar x
1064         --
1065         -- The (foo DInt) is floated out, and makes ineffective a RULE 
1066         --      foo (bar x) = ...
1067         --
1068         -- One could go further and make exprIsCheap reply True to any
1069         -- dictionary-typed expression, but that's more work.
1070
1071 arityType dflags other = ATop
1072
1073 {- NOT NEEDED ANY MORE: etaExpand is cleverer
1074 ok_note InlineMe = False
1075 ok_note other    = True
1076     -- Notice that we do not look through __inline_me__
1077     -- This may seem surprising, but consider
1078     --          f = _inline_me (\x -> e)
1079     -- We DO NOT want to eta expand this to
1080     --          f = \x -> (_inline_me (\x -> e)) x
1081     -- because the _inline_me gets dropped now it is applied, 
1082     -- giving just
1083     --          f = \x -> e
1084     -- A Bad Idea
1085 -}
1086 \end{code}
1087
1088
1089 \begin{code}
1090 etaExpand :: Arity              -- Result should have this number of value args
1091           -> [Unique]
1092           -> CoreExpr -> Type   -- Expression and its type
1093           -> CoreExpr
1094 -- (etaExpand n us e ty) returns an expression with 
1095 -- the same meaning as 'e', but with arity 'n'.  
1096 --
1097 -- Given e' = etaExpand n us e ty
1098 -- We should have
1099 --      ty = exprType e = exprType e'
1100 --
1101 -- Note that SCCs are not treated specially.  If we have
1102 --      etaExpand 2 (\x -> scc "foo" e)
1103 --      = (\xy -> (scc "foo" e) y)
1104 -- So the costs of evaluating 'e' (not 'e y') are attributed to "foo"
1105
1106 etaExpand n us expr ty
1107   | manifestArity expr >= n = expr              -- The no-op case
1108   | otherwise               
1109   = eta_expand n us expr ty
1110   where
1111
1112 -- manifestArity sees how many leading value lambdas there are
1113 manifestArity :: CoreExpr -> Arity
1114 manifestArity (Lam v e) | isId v    = 1 + manifestArity e
1115                         | otherwise = manifestArity e
1116 manifestArity (Note _ e)            = manifestArity e
1117 manifestArity (Cast e _)            = manifestArity e
1118 manifestArity e                     = 0
1119
1120 -- etaExpand deals with for-alls. For example:
1121 --              etaExpand 1 E
1122 -- where  E :: forall a. a -> a
1123 -- would return
1124 --      (/\b. \y::a -> E b y)
1125 --
1126 -- It deals with coerces too, though they are now rare
1127 -- so perhaps the extra code isn't worth it
1128
1129 eta_expand n us expr ty
1130   | n == 0 && 
1131     -- The ILX code generator requires eta expansion for type arguments
1132     -- too, but alas the 'n' doesn't tell us how many of them there 
1133     -- may be.  So we eagerly eta expand any big lambdas, and just
1134     -- cross our fingers about possible loss of sharing in the ILX case. 
1135     -- The Right Thing is probably to make 'arity' include
1136     -- type variables throughout the compiler.  (ToDo.)
1137     not (isForAllTy ty) 
1138     -- Saturated, so nothing to do
1139   = expr
1140
1141         -- Short cut for the case where there already
1142         -- is a lambda; no point in gratuitously adding more
1143 eta_expand n us (Lam v body) ty
1144   | isTyVar v
1145   = Lam v (eta_expand n us body (applyTy ty (mkTyVarTy v)))
1146
1147   | otherwise
1148   = Lam v (eta_expand (n-1) us body (funResultTy ty))
1149
1150 -- We used to have a special case that stepped inside Coerces here,
1151 -- thus:  eta_expand n us (Note note@(Coerce _ ty) e) _  
1152 --              = Note note (eta_expand n us e ty)
1153 -- BUT this led to an infinite loop
1154 -- Example:     newtype T = MkT (Int -> Int)
1155 --      eta_expand 1 (coerce (Int->Int) e)
1156 --      --> coerce (Int->Int) (eta_expand 1 T e)
1157 --              by the bogus eqn
1158 --      --> coerce (Int->Int) (coerce T 
1159 --              (\x::Int -> eta_expand 1 (coerce (Int->Int) e)))
1160 --              by the splitNewType_maybe case below
1161 --      and round we go
1162
1163 eta_expand n us expr ty
1164   = ASSERT2 (exprType expr `coreEqType` ty, ppr (exprType expr) $$ ppr ty)
1165     case splitForAllTy_maybe ty of { 
1166           Just (tv,ty') -> 
1167
1168               Lam lam_tv (eta_expand n us2 (App expr (Type (mkTyVarTy lam_tv))) (substTyWith [tv] [mkTyVarTy lam_tv] ty'))
1169                   where 
1170                     lam_tv = mkTyVar (mkSysTvName uniq FSLIT("etaT")) (tyVarKind tv)
1171                     (uniq:us2) = us 
1172         ; Nothing ->
1173   
1174         case splitFunTy_maybe ty of {
1175           Just (arg_ty, res_ty) -> Lam arg1 (eta_expand (n-1) us2 (App expr (Var arg1)) res_ty)
1176                                 where
1177                                    arg1       = mkSysLocal FSLIT("eta") uniq arg_ty
1178                                    (uniq:us2) = us
1179                                    
1180         ; Nothing ->
1181
1182                 -- Given this:
1183                 --      newtype T = MkT ([T] -> Int)
1184                 -- Consider eta-expanding this
1185                 --      eta_expand 1 e T
1186                 -- We want to get
1187                 --      coerce T (\x::[T] -> (coerce ([T]->Int) e) x)
1188
1189         case splitNewTypeRepCo_maybe ty of {
1190           Just(ty1,co) -> 
1191               mkCoerce co (eta_expand n us (mkCoerce (mkSymCoercion co) expr) ty1) ;
1192           Nothing  -> 
1193
1194         -- We have an expression of arity > 0, but its type isn't a function
1195         -- This *can* legitmately happen: e.g.  coerce Int (\x. x)
1196         -- Essentially the programmer is playing fast and loose with types
1197         -- (Happy does this a lot).  So we simply decline to eta-expand.
1198         expr
1199         }}}
1200 \end{code}
1201
1202 exprArity is a cheap-and-cheerful version of exprEtaExpandArity.
1203 It tells how many things the expression can be applied to before doing
1204 any work.  It doesn't look inside cases, lets, etc.  The idea is that
1205 exprEtaExpandArity will do the hard work, leaving something that's easy
1206 for exprArity to grapple with.  In particular, Simplify uses exprArity to
1207 compute the ArityInfo for the Id. 
1208
1209 Originally I thought that it was enough just to look for top-level lambdas, but
1210 it isn't.  I've seen this
1211
1212         foo = PrelBase.timesInt
1213
1214 We want foo to get arity 2 even though the eta-expander will leave it
1215 unchanged, in the expectation that it'll be inlined.  But occasionally it
1216 isn't, because foo is blacklisted (used in a rule).  
1217
1218 Similarly, see the ok_note check in exprEtaExpandArity.  So 
1219         f = __inline_me (\x -> e)
1220 won't be eta-expanded.
1221
1222 And in any case it seems more robust to have exprArity be a bit more intelligent.
1223 But note that   (\x y z -> f x y z)
1224 should have arity 3, regardless of f's arity.
1225
1226 \begin{code}
1227 exprArity :: CoreExpr -> Arity
1228 exprArity e = go e
1229             where
1230               go (Var v)                   = idArity v
1231               go (Lam x e) | isId x        = go e + 1
1232                            | otherwise     = go e
1233               go (Note n e)                = go e
1234               go (Cast e _)                = go e
1235               go (App e (Type t))          = go e
1236               go (App f a) | exprIsCheap a = (go f - 1) `max` 0
1237                 -- NB: exprIsCheap a!  
1238                 --      f (fac x) does not have arity 2, 
1239                 --      even if f has arity 3!
1240                 -- NB: `max 0`!  (\x y -> f x) has arity 2, even if f is
1241                 --               unknown, hence arity 0
1242               go _                         = 0
1243 \end{code}
1244
1245 %************************************************************************
1246 %*                                                                      *
1247 \subsection{Equality}
1248 %*                                                                      *
1249 %************************************************************************
1250
1251 @cheapEqExpr@ is a cheap equality test which bales out fast!
1252         True  => definitely equal
1253         False => may or may not be equal
1254
1255 \begin{code}
1256 cheapEqExpr :: Expr b -> Expr b -> Bool
1257
1258 cheapEqExpr (Var v1)   (Var v2)   = v1==v2
1259 cheapEqExpr (Lit lit1) (Lit lit2) = lit1 == lit2
1260 cheapEqExpr (Type t1)  (Type t2)  = t1 `coreEqType` t2
1261
1262 cheapEqExpr (App f1 a1) (App f2 a2)
1263   = f1 `cheapEqExpr` f2 && a1 `cheapEqExpr` a2
1264
1265 cheapEqExpr _ _ = False
1266
1267 exprIsBig :: Expr b -> Bool
1268 -- Returns True of expressions that are too big to be compared by cheapEqExpr
1269 exprIsBig (Lit _)      = False
1270 exprIsBig (Var v)      = False
1271 exprIsBig (Type t)     = False
1272 exprIsBig (App f a)    = exprIsBig f || exprIsBig a
1273 exprIsBig other        = True
1274 \end{code}
1275
1276
1277 \begin{code}
1278 tcEqExpr :: CoreExpr -> CoreExpr -> Bool
1279 -- Used in rule matching, so does *not* look through 
1280 -- newtypes, predicate types; hence tcEqExpr
1281
1282 tcEqExpr e1 e2 = tcEqExprX rn_env e1 e2
1283   where
1284     rn_env = mkRnEnv2 (mkInScopeSet (exprFreeVars e1 `unionVarSet` exprFreeVars e2))
1285
1286 tcEqExprX :: RnEnv2 -> CoreExpr -> CoreExpr -> Bool
1287 tcEqExprX env (Var v1)     (Var v2)     = rnOccL env v1 == rnOccR env v2
1288 tcEqExprX env (Lit lit1)   (Lit lit2)   = lit1 == lit2
1289 tcEqExprX env (App f1 a1)  (App f2 a2)  = tcEqExprX env f1 f2 && tcEqExprX env a1 a2
1290 tcEqExprX env (Lam v1 e1)  (Lam v2 e2)  = tcEqExprX (rnBndr2 env v1 v2) e1 e2
1291 tcEqExprX env (Let (NonRec v1 r1) e1)
1292               (Let (NonRec v2 r2) e2)   = tcEqExprX env r1 r2 
1293                                        && tcEqExprX (rnBndr2 env v1 v2) e1 e2
1294 tcEqExprX env (Let (Rec ps1) e1)
1295               (Let (Rec ps2) e2)        =  equalLength ps1 ps2
1296                                         && and (zipWith eq_rhs ps1 ps2)
1297                                         && tcEqExprX env' e1 e2
1298                                      where
1299                                        env' = foldl2 rn_bndr2 env ps2 ps2
1300                                        rn_bndr2 env (b1,_) (b2,_) = rnBndr2 env b1 b2
1301                                        eq_rhs       (_,r1) (_,r2) = tcEqExprX env' r1 r2
1302 tcEqExprX env (Case e1 v1 t1 a1)
1303               (Case e2 v2 t2 a2)     =  tcEqExprX env e1 e2
1304                                      && tcEqTypeX env t1 t2                      
1305                                      && equalLength a1 a2
1306                                      && and (zipWith (eq_alt env') a1 a2)
1307                                      where
1308                                        env' = rnBndr2 env v1 v2
1309
1310 tcEqExprX env (Note n1 e1) (Note n2 e2) = eq_note env n1 n2 && tcEqExprX env e1 e2
1311 tcEqExprX env (Cast e1 co1) (Cast e2 co2) = tcEqTypeX env co1 co2 && tcEqExprX env e1 e2
1312 tcEqExprX env (Type t1)    (Type t2)    = tcEqTypeX env t1 t2
1313 tcEqExprX env e1                e2      = False
1314                                          
1315 eq_alt env (c1,vs1,r1) (c2,vs2,r2) = c1==c2 && tcEqExprX (rnBndrs2 env vs1  vs2) r1 r2
1316
1317 eq_note env (SCC cc1)      (SCC cc2)      = cc1 == cc2
1318 eq_note env (CoreNote s1)  (CoreNote s2)  = s1 == s2
1319 eq_note env other1             other2     = False
1320 \end{code}
1321
1322
1323 %************************************************************************
1324 %*                                                                      *
1325 \subsection{The size of an expression}
1326 %*                                                                      *
1327 %************************************************************************
1328
1329 \begin{code}
1330 coreBindsSize :: [CoreBind] -> Int
1331 coreBindsSize bs = foldr ((+) . bindSize) 0 bs
1332
1333 exprSize :: CoreExpr -> Int
1334         -- A measure of the size of the expressions
1335         -- It also forces the expression pretty drastically as a side effect
1336 exprSize (Var v)         = v `seq` 1
1337 exprSize (Lit lit)       = lit `seq` 1
1338 exprSize (App f a)       = exprSize f + exprSize a
1339 exprSize (Lam b e)       = varSize b + exprSize e
1340 exprSize (Let b e)       = bindSize b + exprSize e
1341 exprSize (Case e b t as) = seqType t `seq` exprSize e + varSize b + 1 + foldr ((+) . altSize) 0 as
1342 exprSize (Cast e co)     = (seqType co `seq` 1) + exprSize e
1343 exprSize (Note n e)      = noteSize n + exprSize e
1344 exprSize (Type t)        = seqType t `seq` 1
1345
1346 noteSize (SCC cc)       = cc `seq` 1
1347 noteSize InlineMe       = 1
1348 noteSize (CoreNote s)   = s `seq` 1  -- hdaume: core annotations
1349
1350 varSize :: Var -> Int
1351 varSize b  | isTyVar b = 1
1352            | otherwise = seqType (idType b)             `seq`
1353                          megaSeqIdInfo (idInfo b)       `seq`
1354                          1
1355
1356 varsSize = foldr ((+) . varSize) 0
1357
1358 bindSize (NonRec b e) = varSize b + exprSize e
1359 bindSize (Rec prs)    = foldr ((+) . pairSize) 0 prs
1360
1361 pairSize (b,e) = varSize b + exprSize e
1362
1363 altSize (c,bs,e) = c `seq` varsSize bs + exprSize e
1364 \end{code}
1365
1366
1367 %************************************************************************
1368 %*                                                                      *
1369 \subsection{Hashing}
1370 %*                                                                      *
1371 %************************************************************************
1372
1373 \begin{code}
1374 hashExpr :: CoreExpr -> Int
1375 -- Two expressions that hash to the same Int may be equal (but may not be)
1376 -- Two expressions that hash to the different Ints are definitely unequal
1377 -- 
1378 -- But "unequal" here means "not identical"; two alpha-equivalent 
1379 -- expressions may hash to the different Ints
1380 --
1381 -- The emphasis is on a crude, fast hash, rather than on high precision
1382
1383 hashExpr e | hash < 0  = 77     -- Just in case we hit -maxInt
1384            | otherwise = hash
1385            where
1386              hash = abs (hash_expr e)   -- Negative numbers kill UniqFM
1387
1388 hash_expr (Note _ e)              = hash_expr e
1389 hash_expr (Cast e co)             = hash_expr e
1390 hash_expr (Let (NonRec b r) e)    = hashId b
1391 hash_expr (Let (Rec ((b,r):_)) e) = hashId b
1392 hash_expr (Case _ b _ _)          = hashId b
1393 hash_expr (App f e)               = hash_expr f * fast_hash_expr e
1394 hash_expr (Var v)                 = hashId v
1395 hash_expr (Lit lit)               = hashLiteral lit
1396 hash_expr (Lam b _)               = hashId b
1397 hash_expr (Type t)                = trace "hash_expr: type" 1           -- Shouldn't happen
1398
1399 fast_hash_expr (Var v)          = hashId v
1400 fast_hash_expr (Lit lit)        = hashLiteral lit
1401 fast_hash_expr (App f (Type _)) = fast_hash_expr f
1402 fast_hash_expr (App f a)        = fast_hash_expr a
1403 fast_hash_expr (Lam b _)        = hashId b
1404 fast_hash_expr other            = 1
1405
1406 hashId :: Id -> Int
1407 hashId id = hashName (idName id)
1408 \end{code}
1409
1410 %************************************************************************
1411 %*                                                                      *
1412 \subsection{Determining non-updatable right-hand-sides}
1413 %*                                                                      *
1414 %************************************************************************
1415
1416 Top-level constructor applications can usually be allocated
1417 statically, but they can't if the constructor, or any of the
1418 arguments, come from another DLL (because we can't refer to static
1419 labels in other DLLs).
1420
1421 If this happens we simply make the RHS into an updatable thunk, 
1422 and 'exectute' it rather than allocating it statically.
1423
1424 \begin{code}
1425 rhsIsStatic :: PackageId -> CoreExpr -> Bool
1426 -- This function is called only on *top-level* right-hand sides
1427 -- Returns True if the RHS can be allocated statically, with
1428 -- no thunks involved at all.
1429 --
1430 -- It's called (i) in TidyPgm.hasCafRefs to decide if the rhs is, or
1431 -- refers to, CAFs; and (ii) in CoreToStg to decide whether to put an
1432 -- update flag on it.
1433 --
1434 -- The basic idea is that rhsIsStatic returns True only if the RHS is
1435 --      (a) a value lambda
1436 --      (b) a saturated constructor application with static args
1437 --
1438 -- BUT watch out for
1439 --  (i) Any cross-DLL references kill static-ness completely
1440 --      because they must be 'executed' not statically allocated
1441 --      ("DLL" here really only refers to Windows DLLs, on other platforms,
1442 --      this is not necessary)
1443 --
1444 -- (ii) We treat partial applications as redexes, because in fact we 
1445 --      make a thunk for them that runs and builds a PAP
1446 --      at run-time.  The only appliations that are treated as 
1447 --      static are *saturated* applications of constructors.
1448
1449 -- We used to try to be clever with nested structures like this:
1450 --              ys = (:) w ((:) w [])
1451 -- on the grounds that CorePrep will flatten ANF-ise it later.
1452 -- But supporting this special case made the function much more 
1453 -- complicated, because the special case only applies if there are no 
1454 -- enclosing type lambdas:
1455 --              ys = /\ a -> Foo (Baz ([] a))
1456 -- Here the nested (Baz []) won't float out to top level in CorePrep.
1457 --
1458 -- But in fact, even without -O, nested structures at top level are 
1459 -- flattened by the simplifier, so we don't need to be super-clever here.
1460 --
1461 -- Examples
1462 --
1463 --      f = \x::Int. x+7        TRUE
1464 --      p = (True,False)        TRUE
1465 --
1466 --      d = (fst p, False)      FALSE because there's a redex inside
1467 --                              (this particular one doesn't happen but...)
1468 --
1469 --      h = D# (1.0## /## 2.0##)        FALSE (redex again)
1470 --      n = /\a. Nil a                  TRUE
1471 --
1472 --      t = /\a. (:) (case w a of ...) (Nil a)  FALSE (redex)
1473 --
1474 --
1475 -- This is a bit like CoreUtils.exprIsHNF, with the following differences:
1476 --    a) scc "foo" (\x -> ...) is updatable (so we catch the right SCC)
1477 --
1478 --    b) (C x xs), where C is a contructors is updatable if the application is
1479 --         dynamic
1480 -- 
1481 --    c) don't look through unfolding of f in (f x).
1482 --
1483 -- When opt_RuntimeTypes is on, we keep type lambdas and treat
1484 -- them as making the RHS re-entrant (non-updatable).
1485
1486 rhsIsStatic this_pkg rhs = is_static False rhs
1487   where
1488   is_static :: Bool     -- True <=> in a constructor argument; must be atomic
1489           -> CoreExpr -> Bool
1490   
1491   is_static False (Lam b e) = isRuntimeVar b || is_static False e
1492   
1493   is_static in_arg (Note (SCC _) e) = False
1494   is_static in_arg (Note _ e)       = is_static in_arg e
1495   is_static in_arg (Cast e co)      = is_static in_arg e
1496   
1497   is_static in_arg (Lit lit)
1498     = case lit of
1499         MachLabel _ _ -> False
1500         other         -> True
1501         -- A MachLabel (foreign import "&foo") in an argument
1502         -- prevents a constructor application from being static.  The
1503         -- reason is that it might give rise to unresolvable symbols
1504         -- in the object file: under Linux, references to "weak"
1505         -- symbols from the data segment give rise to "unresolvable
1506         -- relocation" errors at link time This might be due to a bug
1507         -- in the linker, but we'll work around it here anyway. 
1508         -- SDM 24/2/2004
1509   
1510   is_static in_arg other_expr = go other_expr 0
1511    where
1512     go (Var f) n_val_args
1513 #if mingw32_TARGET_OS
1514         | not (isDllName this_pkg (idName f))
1515 #endif
1516         =  saturated_data_con f n_val_args
1517         || (in_arg && n_val_args == 0)  
1518                 -- A naked un-applied variable is *not* deemed a static RHS
1519                 -- E.g.         f = g
1520                 -- Reason: better to update so that the indirection gets shorted
1521                 --         out, and the true value will be seen
1522                 -- NB: if you change this, you'll break the invariant that THUNK_STATICs
1523                 --     are always updatable.  If you do so, make sure that non-updatable
1524                 --     ones have enough space for their static link field!
1525
1526     go (App f a) n_val_args
1527         | isTypeArg a                    = go f n_val_args
1528         | not in_arg && is_static True a = go f (n_val_args + 1)
1529         -- The (not in_arg) checks that we aren't in a constructor argument;
1530         -- if we are, we don't allow (value) applications of any sort
1531         -- 
1532         -- NB. In case you wonder, args are sometimes not atomic.  eg.
1533         --   x = D# (1.0## /## 2.0##)
1534         -- can't float because /## can fail.
1535
1536     go (Note (SCC _) f) n_val_args = False
1537     go (Note _ f) n_val_args       = go f n_val_args
1538     go (Cast e co) n_val_args      = go e n_val_args
1539
1540     go other n_val_args = False
1541
1542     saturated_data_con f n_val_args
1543         = case isDataConWorkId_maybe f of
1544             Just dc -> n_val_args == dataConRepArity dc
1545             Nothing -> False
1546 \end{code}