Another correction to the (subtle) exprIsConApp_maybe
[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, dataConRepFSInstPat
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, tyVarKind, mkCoVar, mkTyVar )
48 import OccName          ( mkVarOccFS )
49 import SrcLoc           ( noSrcLoc )
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                           dataConTyCon, dataConRepArgTys,
60                           dataConUnivTyVars, dataConExTyVars, dataConEqSpec,
61                           dataConOrigArgTys, dataConTheta )
62 import PrimOp           ( PrimOp(..), primOpOkForSpeculation, primOpIsCheap )
63 import Id               ( Id, idType, globalIdDetails, idNewStrictness, 
64                           mkWildId, idArity, idName, idUnfolding, idInfo,
65                           isOneShotBndr, isStateHackType, 
66                           isDataConWorkId_maybe, mkSysLocal, mkUserLocal,
67                           isDataConWorkId, isBottomingId, isDictId
68                         )
69 import IdInfo           ( GlobalIdDetails(..), megaSeqIdInfo )
70 import NewDemand        ( appIsBottom )
71 import Type             ( Type, mkFunTy, mkForAllTy, splitFunTy_maybe,
72                           splitFunTy, tcEqTypeX,
73                           applyTys, isUnLiftedType, seqType, mkTyVarTy,
74                           splitForAllTy_maybe, isForAllTy, 
75                           splitTyConApp_maybe, splitTyConApp, coreEqType, funResultTy, applyTy,
76                           substTyWith, mkPredTy, zipOpenTvSubst, substTy, substTyVar
77                         )
78 import Coercion         ( Coercion, mkTransCoercion, coercionKind,
79                           splitNewTypeRepCo_maybe, mkSymCoercion,
80                           decomposeCo, coercionKindPredTy )
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       ( FastString )
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 -- These InstPat functions go here to avoid circularity between DataCon and Id
668 dataConRepInstPat   = dataConInstPat dataConRepArgTys (repeat (FSLIT("ipv")))
669 dataConRepFSInstPat = dataConInstPat dataConRepArgTys
670 dataConOrigInstPat  = dataConInstPat dc_arg_tys       (repeat (FSLIT("ipv")))
671   where 
672     dc_arg_tys dc = map mkPredTy (dataConTheta dc) ++ dataConOrigArgTys dc
673         -- Remember to include the existential dictionaries
674
675 dataConInstPat :: (DataCon -> [Type])      -- function used to find arg tys
676                   -> [FastString]          -- A long enough list of FSs to use for names
677                   -> [Unique]              -- An equally long list of uniques, at least one for each binder
678                   -> DataCon
679                   -> [Type]                -- Types to instantiate the universally quantified tyvars
680                -> ([TyVar], [CoVar], [Id]) -- Return instantiated variables
681 -- dataConInstPat arg_fun fss us con inst_tys returns a triple 
682 -- (ex_tvs, co_tvs, arg_ids),
683 --
684 --   ex_tvs are intended to be used as binders for existential type args
685 --
686 --   co_tvs are intended to be used as binders for coercion args and the kinds
687 --     of these vars have been instantiated by the inst_tys and the ex_tys
688 --
689 --   arg_ids are indended to be used as binders for value arguments, including
690 --     dicts, and their types have been instantiated with inst_tys and ex_tys
691 --
692 -- Example.
693 --  The following constructor T1
694 --
695 --  data T a where
696 --    T1 :: forall b. Int -> b -> T(a,b)
697 --    ...
698 --
699 --  has representation type 
700 --   forall a. forall a1. forall b. (a :=: (a1,b)) => 
701 --     Int -> b -> T a
702 --
703 --  dataConInstPat fss us T1 (a1',b') will return
704 --
705 --  ([a1'', b''], [c :: (a1', b'):=:(a1'', b'')], [x :: Int, y :: b''])
706 --
707 --  where the double-primed variables are created with the FastStrings and
708 --  Uniques given as fss and us
709 dataConInstPat arg_fun fss uniqs con inst_tys 
710   = (ex_bndrs, co_bndrs, id_bndrs)
711   where 
712     univ_tvs = dataConUnivTyVars con
713     ex_tvs   = dataConExTyVars con
714     arg_tys  = arg_fun con
715     eq_spec  = dataConEqSpec con
716     eq_preds = eqSpecPreds eq_spec
717
718     n_ex = length ex_tvs
719     n_co = length eq_spec
720
721       -- split the Uniques and FastStrings
722     (ex_uniqs, uniqs')   = splitAt n_ex uniqs
723     (co_uniqs, id_uniqs) = splitAt n_co uniqs'
724
725     (ex_fss, fss')     = splitAt n_ex fss
726     (co_fss, id_fss)   = splitAt n_co fss'
727
728       -- Make existential type variables
729     ex_bndrs = zipWith3 mk_ex_var ex_uniqs ex_fss ex_tvs
730     mk_ex_var uniq fs var = mkTyVar new_name kind
731       where
732         new_name = mkSysTvName uniq fs
733         kind     = tyVarKind var
734
735       -- Make the instantiating substitution
736     subst = zipOpenTvSubst (univ_tvs ++ ex_tvs) (inst_tys ++ map mkTyVarTy ex_bndrs)
737
738       -- Make new coercion vars, instantiating kind
739     co_bndrs = zipWith3 mk_co_var co_uniqs co_fss eq_preds
740     mk_co_var uniq fs eq_pred = mkCoVar new_name co_kind
741        where
742          new_name = mkSysTvName uniq fs
743          co_kind  = substTy subst (mkPredTy eq_pred)
744
745       -- make value vars, instantiating types
746     mk_id_var uniq fs ty = mkUserLocal (mkVarOccFS fs) uniq (substTy subst ty) noSrcLoc
747     id_bndrs = zipWith3 mk_id_var id_uniqs id_fss arg_tys
748
749 exprIsConApp_maybe :: CoreExpr -> Maybe (DataCon, [CoreExpr])
750 -- Returns (Just (dc, [x1..xn])) if the argument expression is 
751 -- a constructor application of the form (dc x1 .. xn)
752 exprIsConApp_maybe (Cast expr co)
753   =     -- Here we do the PushC reduction rule as described in the FC paper
754     case exprIsConApp_maybe expr of {
755         Nothing            -> Nothing ;
756         Just (dc, dc_args) -> 
757
758         -- The transformation applies iff we have
759         --      (C e1 ... en) `cast` co
760         -- where co :: (T t1 .. tn) :=: (T s1 ..sn)
761         -- That is, with a T at the top of both sides
762         -- The left-hand one must be a T, because exprIsConApp returned True
763         -- but the right-hand one might not be.  (Though it usually will.)
764
765     let (from_ty, to_ty)           = coercionKind co
766         (from_tc, from_tc_arg_tys) = splitTyConApp from_ty
767                 -- The inner one must be a TyConApp
768     in
769     case splitTyConApp_maybe to_ty of {
770         Nothing -> Nothing ;
771         Just (to_tc, to_tc_arg_tys) 
772                 | from_tc /= to_tc -> Nothing
773                 -- These two Nothing cases are possible; we might see 
774                 --      (C x y) `cast` (g :: T a ~ S [a]),
775                 -- where S is a type function.  In fact, exprIsConApp
776                 -- will probably not be called in such circumstances,
777                 -- but there't nothing wrong with it 
778
779                 | otherwise  ->
780     let
781         tc_arity = tyConArity from_tc
782
783         (univ_args, rest1)  = splitAt tc_arity dc_args
784         (ex_args, rest2)    = splitAt n_ex_tvs rest1
785         (co_args, val_args) = splitAt n_cos rest2
786
787         arg_tys             = dataConRepArgTys dc
788         dc_univ_tyvars      = dataConUnivTyVars dc
789         dc_ex_tyvars        = dataConExTyVars dc
790         dc_eq_spec          = dataConEqSpec dc
791         dc_tyvars           = dc_univ_tyvars ++ dc_ex_tyvars
792         n_ex_tvs            = length dc_ex_tyvars
793         n_cos               = length dc_eq_spec
794
795         -- Make the "theta" from Fig 3 of the paper
796         gammas              = decomposeCo tc_arity co
797         new_tys             = gammas ++ map (\ (Type t) -> t) ex_args
798         theta               = zipOpenTvSubst dc_tyvars new_tys
799
800           -- First we cast the existential coercion arguments
801         cast_co (tv,ty) (Type co) = Type $ mkSymCoercion (substTyVar theta tv)
802                                            `mkTransCoercion` co
803                                            `mkTransCoercion` (substTy theta ty)
804         new_co_args = zipWith cast_co dc_eq_spec co_args
805   
806           -- ...and now value arguments
807         new_val_args = zipWith cast_arg arg_tys val_args
808         cast_arg arg_ty arg = mkCoerce (substTy theta arg_ty) arg
809
810     in
811     ASSERT( length univ_args == tc_arity )
812     ASSERT( from_tc == dataConTyCon dc )
813     ASSERT( and (zipWith coreEqType [t | Type t <- univ_args] from_tc_arg_tys) )
814     ASSERT( all isTypeArg (univ_args ++ ex_args) )
815     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  )
816
817     Just (dc, map Type to_tc_arg_tys ++ ex_args ++ new_co_args ++ new_val_args)
818     }}
819
820 exprIsConApp_maybe (Note _ expr)
821   = exprIsConApp_maybe expr
822     -- We ignore InlineMe notes in case we have
823     --  x = __inline_me__ (a,b)
824     -- All part of making sure that INLINE pragmas never hurt
825     -- Marcin tripped on this one when making dictionaries more inlinable
826     --
827     -- In fact, we ignore all notes.  For example,
828     --          case _scc_ "foo" (C a b) of
829     --                  C a b -> e
830     -- should be optimised away, but it will be only if we look
831     -- through the SCC note.
832
833 exprIsConApp_maybe expr = analyse (collectArgs expr)
834   where
835     analyse (Var fun, args)
836         | Just con <- isDataConWorkId_maybe fun,
837           args `lengthAtLeast` dataConRepArity con
838                 -- Might be > because the arity excludes type args
839         = Just (con,args)
840
841         -- Look through unfoldings, but only cheap ones, because
842         -- we are effectively duplicating the unfolding
843     analyse (Var fun, [])
844         | let unf = idUnfolding fun,
845           isCheapUnfolding unf
846         = exprIsConApp_maybe (unfoldingTemplate unf)
847
848     analyse other = Nothing
849 \end{code}
850
851
852
853 %************************************************************************
854 %*                                                                      *
855 \subsection{Eta reduction and expansion}
856 %*                                                                      *
857 %************************************************************************
858
859 \begin{code}
860 exprEtaExpandArity :: DynFlags -> CoreExpr -> Arity
861 {- The Arity returned is the number of value args the 
862    thing can be applied to without doing much work
863
864 exprEtaExpandArity is used when eta expanding
865         e  ==>  \xy -> e x y
866
867 It returns 1 (or more) to:
868         case x of p -> \s -> ...
869 because for I/O ish things we really want to get that \s to the top.
870 We are prepared to evaluate x each time round the loop in order to get that
871
872 It's all a bit more subtle than it looks:
873
874 1.  One-shot lambdas
875
876 Consider one-shot lambdas
877                 let x = expensive in \y z -> E
878 We want this to have arity 2 if the \y-abstraction is a 1-shot lambda
879 Hence the ArityType returned by arityType
880
881 2.  The state-transformer hack
882
883 The one-shot lambda special cause is particularly important/useful for
884 IO state transformers, where we often get
885         let x = E in \ s -> ...
886
887 and the \s is a real-world state token abstraction.  Such abstractions
888 are almost invariably 1-shot, so we want to pull the \s out, past the
889 let x=E, even if E is expensive.  So we treat state-token lambdas as 
890 one-shot even if they aren't really.  The hack is in Id.isOneShotBndr.
891
892 3.  Dealing with bottom
893
894 Consider also 
895         f = \x -> error "foo"
896 Here, arity 1 is fine.  But if it is
897         f = \x -> case x of 
898                         True  -> error "foo"
899                         False -> \y -> x+y
900 then we want to get arity 2.  Tecnically, this isn't quite right, because
901         (f True) `seq` 1
902 should diverge, but it'll converge if we eta-expand f.  Nevertheless, we
903 do so; it improves some programs significantly, and increasing convergence
904 isn't a bad thing.  Hence the ABot/ATop in ArityType.
905
906 Actually, the situation is worse.  Consider
907         f = \x -> case x of
908                         True  -> \y -> x+y
909                         False -> \y -> x-y
910 Can we eta-expand here?  At first the answer looks like "yes of course", but
911 consider
912         (f bot) `seq` 1
913 This should diverge!  But if we eta-expand, it won't.   Again, we ignore this
914 "problem", because being scrupulous would lose an important transformation for
915 many programs.
916
917
918 4. Newtypes
919
920 Non-recursive newtypes are transparent, and should not get in the way.
921 We do (currently) eta-expand recursive newtypes too.  So if we have, say
922
923         newtype T = MkT ([T] -> Int)
924
925 Suppose we have
926         e = coerce T f
927 where f has arity 1.  Then: etaExpandArity e = 1; 
928 that is, etaExpandArity looks through the coerce.
929
930 When we eta-expand e to arity 1: eta_expand 1 e T
931 we want to get:                  coerce T (\x::[T] -> (coerce ([T]->Int) e) x)
932
933 HOWEVER, note that if you use coerce bogusly you can ge
934         coerce Int negate
935 And since negate has arity 2, you might try to eta expand.  But you can't
936 decopose Int to a function type.   Hence the final case in eta_expand.
937 -}
938
939
940 exprEtaExpandArity dflags e = arityDepth (arityType dflags e)
941
942 -- A limited sort of function type
943 data ArityType = AFun Bool ArityType    -- True <=> one-shot
944                | ATop                   -- Know nothing
945                | ABot                   -- Diverges
946
947 arityDepth :: ArityType -> Arity
948 arityDepth (AFun _ ty) = 1 + arityDepth ty
949 arityDepth ty          = 0
950
951 andArityType ABot           at2           = at2
952 andArityType ATop           at2           = ATop
953 andArityType (AFun t1 at1)  (AFun t2 at2) = AFun (t1 && t2) (andArityType at1 at2)
954 andArityType at1            at2           = andArityType at2 at1
955
956 arityType :: DynFlags -> CoreExpr -> ArityType
957         -- (go1 e) = [b1,..,bn]
958         -- means expression can be rewritten \x_b1 -> ... \x_bn -> body
959         -- where bi is True <=> the lambda is one-shot
960
961 arityType dflags (Note n e) = arityType dflags e
962 --      Not needed any more: etaExpand is cleverer
963 --  | ok_note n = arityType dflags e
964 --  | otherwise = ATop
965
966 arityType dflags (Cast e co) = arityType dflags e
967
968 arityType dflags (Var v) 
969   = mk (idArity v) (arg_tys (idType v))
970   where
971     mk :: Arity -> [Type] -> ArityType
972         -- The argument types are only to steer the "state hack"
973         -- Consider case x of
974         --              True  -> foo
975         --              False -> \(s:RealWorld) -> e
976         -- where foo has arity 1.  Then we want the state hack to
977         -- apply to foo too, so we can eta expand the case.
978     mk 0 tys | isBottomingId v                     = ABot
979              | (ty:tys) <- tys, isStateHackType ty = AFun True ATop
980              | otherwise                           = ATop
981     mk n (ty:tys) = AFun (isStateHackType ty) (mk (n-1) tys)
982     mk n []       = AFun False                (mk (n-1) [])
983
984     arg_tys :: Type -> [Type]   -- Ignore for-alls
985     arg_tys ty 
986         | Just (_, ty')  <- splitForAllTy_maybe ty = arg_tys ty'
987         | Just (arg,res) <- splitFunTy_maybe ty    = arg : arg_tys res
988         | otherwise                                = []
989
990         -- Lambdas; increase arity
991 arityType dflags (Lam x e)
992   | isId x    = AFun (isOneShotBndr x) (arityType dflags e)
993   | otherwise = arityType dflags e
994
995         -- Applications; decrease arity
996 arityType dflags (App f (Type _)) = arityType dflags f
997 arityType dflags (App f a)        = case arityType dflags f of
998                                         AFun one_shot xs | exprIsCheap a -> xs
999                                         other                            -> ATop
1000                                                            
1001         -- Case/Let; keep arity if either the expression is cheap
1002         -- or it's a 1-shot lambda
1003         -- The former is not really right for Haskell
1004         --      f x = case x of { (a,b) -> \y. e }
1005         --  ===>
1006         --      f x y = case x of { (a,b) -> e }
1007         -- The difference is observable using 'seq'
1008 arityType dflags (Case scrut _ _ alts)
1009   = case foldr1 andArityType [arityType dflags rhs | (_,_,rhs) <- alts] of
1010         xs | exprIsCheap scrut          -> xs
1011         xs@(AFun one_shot _) | one_shot -> AFun True ATop
1012         other                           -> ATop
1013
1014 arityType dflags (Let b e) 
1015   = case arityType dflags e of
1016         xs                   | cheap_bind b -> xs
1017         xs@(AFun one_shot _) | one_shot     -> AFun True ATop
1018         other                               -> ATop
1019   where
1020     cheap_bind (NonRec b e) = is_cheap (b,e)
1021     cheap_bind (Rec prs)    = all is_cheap prs
1022     is_cheap (b,e) = (dopt Opt_DictsCheap dflags && isDictId b)
1023                    || exprIsCheap e
1024         -- If the experimental -fdicts-cheap flag is on, we eta-expand through
1025         -- dictionary bindings.  This improves arities. Thereby, it also
1026         -- means that full laziness is less prone to floating out the
1027         -- application of a function to its dictionary arguments, which
1028         -- can thereby lose opportunities for fusion.  Example:
1029         --      foo :: Ord a => a -> ...
1030         --      foo = /\a \(d:Ord a). let d' = ...d... in \(x:a). ....
1031         --              -- So foo has arity 1
1032         --
1033         --      f = \x. foo dInt $ bar x
1034         --
1035         -- The (foo DInt) is floated out, and makes ineffective a RULE 
1036         --      foo (bar x) = ...
1037         --
1038         -- One could go further and make exprIsCheap reply True to any
1039         -- dictionary-typed expression, but that's more work.
1040
1041 arityType dflags other = ATop
1042
1043 {- NOT NEEDED ANY MORE: etaExpand is cleverer
1044 ok_note InlineMe = False
1045 ok_note other    = True
1046     -- Notice that we do not look through __inline_me__
1047     -- This may seem surprising, but consider
1048     --          f = _inline_me (\x -> e)
1049     -- We DO NOT want to eta expand this to
1050     --          f = \x -> (_inline_me (\x -> e)) x
1051     -- because the _inline_me gets dropped now it is applied, 
1052     -- giving just
1053     --          f = \x -> e
1054     -- A Bad Idea
1055 -}
1056 \end{code}
1057
1058
1059 \begin{code}
1060 etaExpand :: Arity              -- Result should have this number of value args
1061           -> [Unique]
1062           -> CoreExpr -> Type   -- Expression and its type
1063           -> CoreExpr
1064 -- (etaExpand n us e ty) returns an expression with 
1065 -- the same meaning as 'e', but with arity 'n'.  
1066 --
1067 -- Given e' = etaExpand n us e ty
1068 -- We should have
1069 --      ty = exprType e = exprType e'
1070 --
1071 -- Note that SCCs are not treated specially.  If we have
1072 --      etaExpand 2 (\x -> scc "foo" e)
1073 --      = (\xy -> (scc "foo" e) y)
1074 -- So the costs of evaluating 'e' (not 'e y') are attributed to "foo"
1075
1076 etaExpand n us expr ty
1077   | manifestArity expr >= n = expr              -- The no-op case
1078   | otherwise               
1079   = eta_expand n us expr ty
1080   where
1081
1082 -- manifestArity sees how many leading value lambdas there are
1083 manifestArity :: CoreExpr -> Arity
1084 manifestArity (Lam v e) | isId v    = 1 + manifestArity e
1085                         | otherwise = manifestArity e
1086 manifestArity (Note _ e)            = manifestArity e
1087 manifestArity (Cast e _)            = manifestArity e
1088 manifestArity e                     = 0
1089
1090 -- etaExpand deals with for-alls. For example:
1091 --              etaExpand 1 E
1092 -- where  E :: forall a. a -> a
1093 -- would return
1094 --      (/\b. \y::a -> E b y)
1095 --
1096 -- It deals with coerces too, though they are now rare
1097 -- so perhaps the extra code isn't worth it
1098
1099 eta_expand n us expr ty
1100   | n == 0 && 
1101     -- The ILX code generator requires eta expansion for type arguments
1102     -- too, but alas the 'n' doesn't tell us how many of them there 
1103     -- may be.  So we eagerly eta expand any big lambdas, and just
1104     -- cross our fingers about possible loss of sharing in the ILX case. 
1105     -- The Right Thing is probably to make 'arity' include
1106     -- type variables throughout the compiler.  (ToDo.)
1107     not (isForAllTy ty) 
1108     -- Saturated, so nothing to do
1109   = expr
1110
1111         -- Short cut for the case where there already
1112         -- is a lambda; no point in gratuitously adding more
1113 eta_expand n us (Lam v body) ty
1114   | isTyVar v
1115   = Lam v (eta_expand n us body (applyTy ty (mkTyVarTy v)))
1116
1117   | otherwise
1118   = Lam v (eta_expand (n-1) us body (funResultTy ty))
1119
1120 -- We used to have a special case that stepped inside Coerces here,
1121 -- thus:  eta_expand n us (Note note@(Coerce _ ty) e) _  
1122 --              = Note note (eta_expand n us e ty)
1123 -- BUT this led to an infinite loop
1124 -- Example:     newtype T = MkT (Int -> Int)
1125 --      eta_expand 1 (coerce (Int->Int) e)
1126 --      --> coerce (Int->Int) (eta_expand 1 T e)
1127 --              by the bogus eqn
1128 --      --> coerce (Int->Int) (coerce T 
1129 --              (\x::Int -> eta_expand 1 (coerce (Int->Int) e)))
1130 --              by the splitNewType_maybe case below
1131 --      and round we go
1132
1133 eta_expand n us expr ty
1134   = ASSERT2 (exprType expr `coreEqType` ty, ppr (exprType expr) $$ ppr ty)
1135     case splitForAllTy_maybe ty of { 
1136           Just (tv,ty') -> 
1137
1138               Lam lam_tv (eta_expand n us2 (App expr (Type (mkTyVarTy lam_tv))) (substTyWith [tv] [mkTyVarTy lam_tv] ty'))
1139                   where 
1140                     lam_tv = mkTyVar (mkSysTvName uniq FSLIT("etaT")) (tyVarKind tv)
1141                     (uniq:us2) = us 
1142         ; Nothing ->
1143   
1144         case splitFunTy_maybe ty of {
1145           Just (arg_ty, res_ty) -> Lam arg1 (eta_expand (n-1) us2 (App expr (Var arg1)) res_ty)
1146                                 where
1147                                    arg1       = mkSysLocal FSLIT("eta") uniq arg_ty
1148                                    (uniq:us2) = us
1149                                    
1150         ; Nothing ->
1151
1152                 -- Given this:
1153                 --      newtype T = MkT ([T] -> Int)
1154                 -- Consider eta-expanding this
1155                 --      eta_expand 1 e T
1156                 -- We want to get
1157                 --      coerce T (\x::[T] -> (coerce ([T]->Int) e) x)
1158
1159         case splitNewTypeRepCo_maybe ty of {
1160           Just(ty1,co) -> 
1161               mkCoerce (mkSymCoercion co) (eta_expand n us (mkCoerce co expr) ty1) ;
1162           Nothing  -> 
1163
1164         -- We have an expression of arity > 0, but its type isn't a function
1165         -- This *can* legitmately happen: e.g.  coerce Int (\x. x)
1166         -- Essentially the programmer is playing fast and loose with types
1167         -- (Happy does this a lot).  So we simply decline to eta-expand.
1168         expr
1169         }}}
1170 \end{code}
1171
1172 exprArity is a cheap-and-cheerful version of exprEtaExpandArity.
1173 It tells how many things the expression can be applied to before doing
1174 any work.  It doesn't look inside cases, lets, etc.  The idea is that
1175 exprEtaExpandArity will do the hard work, leaving something that's easy
1176 for exprArity to grapple with.  In particular, Simplify uses exprArity to
1177 compute the ArityInfo for the Id. 
1178
1179 Originally I thought that it was enough just to look for top-level lambdas, but
1180 it isn't.  I've seen this
1181
1182         foo = PrelBase.timesInt
1183
1184 We want foo to get arity 2 even though the eta-expander will leave it
1185 unchanged, in the expectation that it'll be inlined.  But occasionally it
1186 isn't, because foo is blacklisted (used in a rule).  
1187
1188 Similarly, see the ok_note check in exprEtaExpandArity.  So 
1189         f = __inline_me (\x -> e)
1190 won't be eta-expanded.
1191
1192 And in any case it seems more robust to have exprArity be a bit more intelligent.
1193 But note that   (\x y z -> f x y z)
1194 should have arity 3, regardless of f's arity.
1195
1196 \begin{code}
1197 exprArity :: CoreExpr -> Arity
1198 exprArity e = go e
1199             where
1200               go (Var v)                   = idArity v
1201               go (Lam x e) | isId x        = go e + 1
1202                            | otherwise     = go e
1203               go (Note n e)                = go e
1204               go (Cast e _)                = go e
1205               go (App e (Type t))          = go e
1206               go (App f a) | exprIsCheap a = (go f - 1) `max` 0
1207                 -- NB: exprIsCheap a!  
1208                 --      f (fac x) does not have arity 2, 
1209                 --      even if f has arity 3!
1210                 -- NB: `max 0`!  (\x y -> f x) has arity 2, even if f is
1211                 --               unknown, hence arity 0
1212               go _                         = 0
1213 \end{code}
1214
1215 %************************************************************************
1216 %*                                                                      *
1217 \subsection{Equality}
1218 %*                                                                      *
1219 %************************************************************************
1220
1221 @cheapEqExpr@ is a cheap equality test which bales out fast!
1222         True  => definitely equal
1223         False => may or may not be equal
1224
1225 \begin{code}
1226 cheapEqExpr :: Expr b -> Expr b -> Bool
1227
1228 cheapEqExpr (Var v1)   (Var v2)   = v1==v2
1229 cheapEqExpr (Lit lit1) (Lit lit2) = lit1 == lit2
1230 cheapEqExpr (Type t1)  (Type t2)  = t1 `coreEqType` t2
1231
1232 cheapEqExpr (App f1 a1) (App f2 a2)
1233   = f1 `cheapEqExpr` f2 && a1 `cheapEqExpr` a2
1234
1235 cheapEqExpr _ _ = False
1236
1237 exprIsBig :: Expr b -> Bool
1238 -- Returns True of expressions that are too big to be compared by cheapEqExpr
1239 exprIsBig (Lit _)      = False
1240 exprIsBig (Var v)      = False
1241 exprIsBig (Type t)     = False
1242 exprIsBig (App f a)    = exprIsBig f || exprIsBig a
1243 exprIsBig other        = True
1244 \end{code}
1245
1246
1247 \begin{code}
1248 tcEqExpr :: CoreExpr -> CoreExpr -> Bool
1249 -- Used in rule matching, so does *not* look through 
1250 -- newtypes, predicate types; hence tcEqExpr
1251
1252 tcEqExpr e1 e2 = tcEqExprX rn_env e1 e2
1253   where
1254     rn_env = mkRnEnv2 (mkInScopeSet (exprFreeVars e1 `unionVarSet` exprFreeVars e2))
1255
1256 tcEqExprX :: RnEnv2 -> CoreExpr -> CoreExpr -> Bool
1257 tcEqExprX env (Var v1)     (Var v2)     = rnOccL env v1 == rnOccR env v2
1258 tcEqExprX env (Lit lit1)   (Lit lit2)   = lit1 == lit2
1259 tcEqExprX env (App f1 a1)  (App f2 a2)  = tcEqExprX env f1 f2 && tcEqExprX env a1 a2
1260 tcEqExprX env (Lam v1 e1)  (Lam v2 e2)  = tcEqExprX (rnBndr2 env v1 v2) e1 e2
1261 tcEqExprX env (Let (NonRec v1 r1) e1)
1262               (Let (NonRec v2 r2) e2)   = tcEqExprX env r1 r2 
1263                                        && tcEqExprX (rnBndr2 env v1 v2) e1 e2
1264 tcEqExprX env (Let (Rec ps1) e1)
1265               (Let (Rec ps2) e2)        =  equalLength ps1 ps2
1266                                         && and (zipWith eq_rhs ps1 ps2)
1267                                         && tcEqExprX env' e1 e2
1268                                      where
1269                                        env' = foldl2 rn_bndr2 env ps2 ps2
1270                                        rn_bndr2 env (b1,_) (b2,_) = rnBndr2 env b1 b2
1271                                        eq_rhs       (_,r1) (_,r2) = tcEqExprX env' r1 r2
1272 tcEqExprX env (Case e1 v1 t1 a1)
1273               (Case e2 v2 t2 a2)     =  tcEqExprX env e1 e2
1274                                      && tcEqTypeX env t1 t2                      
1275                                      && equalLength a1 a2
1276                                      && and (zipWith (eq_alt env') a1 a2)
1277                                      where
1278                                        env' = rnBndr2 env v1 v2
1279
1280 tcEqExprX env (Note n1 e1) (Note n2 e2) = eq_note env n1 n2 && tcEqExprX env e1 e2
1281 tcEqExprX env (Cast e1 co1) (Cast e2 co2) = tcEqTypeX env co1 co2 && tcEqExprX env e1 e2
1282 tcEqExprX env (Type t1)    (Type t2)    = tcEqTypeX env t1 t2
1283 tcEqExprX env e1                e2      = False
1284                                          
1285 eq_alt env (c1,vs1,r1) (c2,vs2,r2) = c1==c2 && tcEqExprX (rnBndrs2 env vs1  vs2) r1 r2
1286
1287 eq_note env (SCC cc1)      (SCC cc2)      = cc1 == cc2
1288 eq_note env (CoreNote s1)  (CoreNote s2)  = s1 == s2
1289 eq_note env other1             other2     = False
1290 \end{code}
1291
1292
1293 %************************************************************************
1294 %*                                                                      *
1295 \subsection{The size of an expression}
1296 %*                                                                      *
1297 %************************************************************************
1298
1299 \begin{code}
1300 coreBindsSize :: [CoreBind] -> Int
1301 coreBindsSize bs = foldr ((+) . bindSize) 0 bs
1302
1303 exprSize :: CoreExpr -> Int
1304         -- A measure of the size of the expressions
1305         -- It also forces the expression pretty drastically as a side effect
1306 exprSize (Var v)         = v `seq` 1
1307 exprSize (Lit lit)       = lit `seq` 1
1308 exprSize (App f a)       = exprSize f + exprSize a
1309 exprSize (Lam b e)       = varSize b + exprSize e
1310 exprSize (Let b e)       = bindSize b + exprSize e
1311 exprSize (Case e b t as) = seqType t `seq` exprSize e + varSize b + 1 + foldr ((+) . altSize) 0 as
1312 exprSize (Cast e co)     = (seqType co `seq` 1) + exprSize e
1313 exprSize (Note n e)      = noteSize n + exprSize e
1314 exprSize (Type t)        = seqType t `seq` 1
1315
1316 noteSize (SCC cc)       = cc `seq` 1
1317 noteSize InlineMe       = 1
1318 noteSize (CoreNote s)   = s `seq` 1  -- hdaume: core annotations
1319
1320 varSize :: Var -> Int
1321 varSize b  | isTyVar b = 1
1322            | otherwise = seqType (idType b)             `seq`
1323                          megaSeqIdInfo (idInfo b)       `seq`
1324                          1
1325
1326 varsSize = foldr ((+) . varSize) 0
1327
1328 bindSize (NonRec b e) = varSize b + exprSize e
1329 bindSize (Rec prs)    = foldr ((+) . pairSize) 0 prs
1330
1331 pairSize (b,e) = varSize b + exprSize e
1332
1333 altSize (c,bs,e) = c `seq` varsSize bs + exprSize e
1334 \end{code}
1335
1336
1337 %************************************************************************
1338 %*                                                                      *
1339 \subsection{Hashing}
1340 %*                                                                      *
1341 %************************************************************************
1342
1343 \begin{code}
1344 hashExpr :: CoreExpr -> Int
1345 -- Two expressions that hash to the same Int may be equal (but may not be)
1346 -- Two expressions that hash to the different Ints are definitely unequal
1347 -- 
1348 -- But "unequal" here means "not identical"; two alpha-equivalent 
1349 -- expressions may hash to the different Ints
1350 --
1351 -- The emphasis is on a crude, fast hash, rather than on high precision
1352
1353 hashExpr e | hash < 0  = 77     -- Just in case we hit -maxInt
1354            | otherwise = hash
1355            where
1356              hash = abs (hash_expr e)   -- Negative numbers kill UniqFM
1357
1358 hash_expr (Note _ e)              = hash_expr e
1359 hash_expr (Cast e co)             = hash_expr e
1360 hash_expr (Let (NonRec b r) e)    = hashId b
1361 hash_expr (Let (Rec ((b,r):_)) e) = hashId b
1362 hash_expr (Case _ b _ _)          = hashId b
1363 hash_expr (App f e)               = hash_expr f * fast_hash_expr e
1364 hash_expr (Var v)                 = hashId v
1365 hash_expr (Lit lit)               = hashLiteral lit
1366 hash_expr (Lam b _)               = hashId b
1367 hash_expr (Type t)                = trace "hash_expr: type" 1           -- Shouldn't happen
1368
1369 fast_hash_expr (Var v)          = hashId v
1370 fast_hash_expr (Lit lit)        = hashLiteral lit
1371 fast_hash_expr (App f (Type _)) = fast_hash_expr f
1372 fast_hash_expr (App f a)        = fast_hash_expr a
1373 fast_hash_expr (Lam b _)        = hashId b
1374 fast_hash_expr other            = 1
1375
1376 hashId :: Id -> Int
1377 hashId id = hashName (idName id)
1378 \end{code}
1379
1380 %************************************************************************
1381 %*                                                                      *
1382 \subsection{Determining non-updatable right-hand-sides}
1383 %*                                                                      *
1384 %************************************************************************
1385
1386 Top-level constructor applications can usually be allocated
1387 statically, but they can't if the constructor, or any of the
1388 arguments, come from another DLL (because we can't refer to static
1389 labels in other DLLs).
1390
1391 If this happens we simply make the RHS into an updatable thunk, 
1392 and 'exectute' it rather than allocating it statically.
1393
1394 \begin{code}
1395 rhsIsStatic :: PackageId -> CoreExpr -> Bool
1396 -- This function is called only on *top-level* right-hand sides
1397 -- Returns True if the RHS can be allocated statically, with
1398 -- no thunks involved at all.
1399 --
1400 -- It's called (i) in TidyPgm.hasCafRefs to decide if the rhs is, or
1401 -- refers to, CAFs; and (ii) in CoreToStg to decide whether to put an
1402 -- update flag on it.
1403 --
1404 -- The basic idea is that rhsIsStatic returns True only if the RHS is
1405 --      (a) a value lambda
1406 --      (b) a saturated constructor application with static args
1407 --
1408 -- BUT watch out for
1409 --  (i) Any cross-DLL references kill static-ness completely
1410 --      because they must be 'executed' not statically allocated
1411 --      ("DLL" here really only refers to Windows DLLs, on other platforms,
1412 --      this is not necessary)
1413 --
1414 -- (ii) We treat partial applications as redexes, because in fact we 
1415 --      make a thunk for them that runs and builds a PAP
1416 --      at run-time.  The only appliations that are treated as 
1417 --      static are *saturated* applications of constructors.
1418
1419 -- We used to try to be clever with nested structures like this:
1420 --              ys = (:) w ((:) w [])
1421 -- on the grounds that CorePrep will flatten ANF-ise it later.
1422 -- But supporting this special case made the function much more 
1423 -- complicated, because the special case only applies if there are no 
1424 -- enclosing type lambdas:
1425 --              ys = /\ a -> Foo (Baz ([] a))
1426 -- Here the nested (Baz []) won't float out to top level in CorePrep.
1427 --
1428 -- But in fact, even without -O, nested structures at top level are 
1429 -- flattened by the simplifier, so we don't need to be super-clever here.
1430 --
1431 -- Examples
1432 --
1433 --      f = \x::Int. x+7        TRUE
1434 --      p = (True,False)        TRUE
1435 --
1436 --      d = (fst p, False)      FALSE because there's a redex inside
1437 --                              (this particular one doesn't happen but...)
1438 --
1439 --      h = D# (1.0## /## 2.0##)        FALSE (redex again)
1440 --      n = /\a. Nil a                  TRUE
1441 --
1442 --      t = /\a. (:) (case w a of ...) (Nil a)  FALSE (redex)
1443 --
1444 --
1445 -- This is a bit like CoreUtils.exprIsHNF, with the following differences:
1446 --    a) scc "foo" (\x -> ...) is updatable (so we catch the right SCC)
1447 --
1448 --    b) (C x xs), where C is a contructors is updatable if the application is
1449 --         dynamic
1450 -- 
1451 --    c) don't look through unfolding of f in (f x).
1452 --
1453 -- When opt_RuntimeTypes is on, we keep type lambdas and treat
1454 -- them as making the RHS re-entrant (non-updatable).
1455
1456 rhsIsStatic this_pkg rhs = is_static False rhs
1457   where
1458   is_static :: Bool     -- True <=> in a constructor argument; must be atomic
1459           -> CoreExpr -> Bool
1460   
1461   is_static False (Lam b e) = isRuntimeVar b || is_static False e
1462   
1463   is_static in_arg (Note (SCC _) e) = False
1464   is_static in_arg (Note _ e)       = is_static in_arg e
1465   is_static in_arg (Cast e co)      = is_static in_arg e
1466   
1467   is_static in_arg (Lit lit)
1468     = case lit of
1469         MachLabel _ _ -> False
1470         other         -> True
1471         -- A MachLabel (foreign import "&foo") in an argument
1472         -- prevents a constructor application from being static.  The
1473         -- reason is that it might give rise to unresolvable symbols
1474         -- in the object file: under Linux, references to "weak"
1475         -- symbols from the data segment give rise to "unresolvable
1476         -- relocation" errors at link time This might be due to a bug
1477         -- in the linker, but we'll work around it here anyway. 
1478         -- SDM 24/2/2004
1479   
1480   is_static in_arg other_expr = go other_expr 0
1481    where
1482     go (Var f) n_val_args
1483 #if mingw32_TARGET_OS
1484         | not (isDllName this_pkg (idName f))
1485 #endif
1486         =  saturated_data_con f n_val_args
1487         || (in_arg && n_val_args == 0)  
1488                 -- A naked un-applied variable is *not* deemed a static RHS
1489                 -- E.g.         f = g
1490                 -- Reason: better to update so that the indirection gets shorted
1491                 --         out, and the true value will be seen
1492                 -- NB: if you change this, you'll break the invariant that THUNK_STATICs
1493                 --     are always updatable.  If you do so, make sure that non-updatable
1494                 --     ones have enough space for their static link field!
1495
1496     go (App f a) n_val_args
1497         | isTypeArg a                    = go f n_val_args
1498         | not in_arg && is_static True a = go f (n_val_args + 1)
1499         -- The (not in_arg) checks that we aren't in a constructor argument;
1500         -- if we are, we don't allow (value) applications of any sort
1501         -- 
1502         -- NB. In case you wonder, args are sometimes not atomic.  eg.
1503         --   x = D# (1.0## /## 2.0##)
1504         -- can't float because /## can fail.
1505
1506     go (Note (SCC _) f) n_val_args = False
1507     go (Note _ f) n_val_args       = go f n_val_args
1508     go (Cast e co) n_val_args      = go e n_val_args
1509
1510     go other n_val_args = False
1511
1512     saturated_data_con f n_val_args
1513         = case isDataConWorkId_maybe f of
1514             Just dc -> n_val_args == dataConRepArity dc
1515             Nothing -> False
1516 \end{code}