Establish the CoreSyn let/app invariant
[ghc-hetmet.git] / compiler / coreSyn / CoreUtils.lhs
1 %
2 % (c) The University of Glasgow 2006
3 % (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
4 %
5
6 Utility functions on @Core@ syntax
7
8 \begin{code}
9 module CoreUtils (
10         -- Construction
11         mkInlineMe, mkSCC, mkCoerce, 
12         bindNonRec, needsCaseBinding,
13         mkIfThenElse, mkAltExpr, mkPiType, mkPiTypes,
14
15         -- Taking expressions apart
16         findDefault, findAlt, isDefaultAlt, mergeAlts,
17
18         -- Properties of expressions
19         exprType, coreAltType,
20         exprIsDupable, exprIsTrivial, exprIsCheap, 
21         exprIsHNF,exprOkForSpeculation, exprIsBig, 
22         exprIsConApp_maybe, exprIsBottom,
23         rhsIsStatic,
24
25         -- Arity and eta expansion
26         manifestArity, exprArity, 
27         exprEtaExpandArity, etaExpand, 
28
29         -- Size
30         coreBindsSize,
31
32         -- Hashing
33         hashExpr,
34
35         -- Equality
36         cheapEqExpr, tcEqExpr, tcEqExprX, applyTypeToArgs, applyTypeToArg,
37
38         dataConOrigInstPat, dataConRepInstPat, dataConRepFSInstPat
39     ) where
40
41 #include "HsVersions.h"
42
43 import CoreSyn
44 import CoreFVs
45 import PprCore
46 import Var
47 import SrcLoc
48 import VarSet
49 import VarEnv
50 import Name
51 #if mingw32_TARGET_OS
52 import Packages
53 #endif
54 import Literal
55 import DataCon
56 import PrimOp
57 import Id
58 import IdInfo
59 import NewDemand
60 import Type
61 import Coercion
62 import TyCon
63 import TysWiredIn
64 import CostCentre
65 import BasicTypes
66 import PackageConfig
67 import Unique
68 import Outputable
69 import DynFlags
70 import TysPrim
71 import FastString
72 import Maybes
73 import Util
74 import Data.Word
75 import Data.Bits
76
77 import GHC.Exts         -- For `xori` 
78 \end{code}
79
80
81 %************************************************************************
82 %*                                                                      *
83 \subsection{Find the type of a Core atom/expression}
84 %*                                                                      *
85 %************************************************************************
86
87 \begin{code}
88 exprType :: CoreExpr -> Type
89
90 exprType (Var var)              = idType var
91 exprType (Lit lit)              = literalType lit
92 exprType (Let _ body)           = exprType body
93 exprType (Case _ _ ty alts)     = ty
94 exprType (Cast e co) 
95   = let (_, ty) = coercionKind co in ty
96 exprType (Note other_note e)    = exprType e
97 exprType (Lam binder expr)      = mkPiType binder (exprType expr)
98 exprType e@(App _ _)
99   = case collectArgs e of
100         (fun, args) -> applyTypeToArgs e (exprType fun) args
101
102 exprType other = pprTrace "exprType" (pprCoreExpr other) alphaTy
103
104 coreAltType :: CoreAlt -> Type
105 coreAltType (_,_,rhs) = exprType rhs
106 \end{code}
107
108 @mkPiType@ makes a (->) type or a forall type, depending on whether
109 it is given a type variable or a term variable.  We cleverly use the
110 lbvarinfo field to figure out the right annotation for the arrove in
111 case of a term variable.
112
113 \begin{code}
114 mkPiType  :: Var   -> Type -> Type      -- The more polymorphic version
115 mkPiTypes :: [Var] -> Type -> Type      --    doesn't work...
116
117 mkPiTypes vs ty = foldr mkPiType ty vs
118
119 mkPiType v ty
120    | isId v    = mkFunTy (idType v) ty
121    | otherwise = mkForAllTy v ty
122 \end{code}
123
124 \begin{code}
125 applyTypeToArg :: Type -> CoreExpr -> Type
126 applyTypeToArg fun_ty (Type arg_ty) = applyTy fun_ty arg_ty
127 applyTypeToArg fun_ty other_arg     = funResultTy fun_ty
128
129 applyTypeToArgs :: CoreExpr -> Type -> [CoreExpr] -> Type
130 -- A more efficient version of applyTypeToArg 
131 -- when we have several args
132 -- The first argument is just for debugging
133 applyTypeToArgs e op_ty [] = op_ty
134
135 applyTypeToArgs e op_ty (Type ty : args)
136   =     -- Accumulate type arguments so we can instantiate all at once
137     go [ty] args
138   where
139     go rev_tys (Type ty : args) = go (ty:rev_tys) args
140     go rev_tys rest_args        = applyTypeToArgs e op_ty' rest_args
141                                 where
142                                   op_ty' = applyTys op_ty (reverse rev_tys)
143
144 applyTypeToArgs e op_ty (other_arg : args)
145   = case (splitFunTy_maybe op_ty) of
146         Just (_, res_ty) -> applyTypeToArgs e res_ty args
147         Nothing -> pprPanic "applyTypeToArgs" (pprCoreExpr e $$ ppr op_ty)
148 \end{code}
149
150
151
152 %************************************************************************
153 %*                                                                      *
154 \subsection{Attaching notes}
155 %*                                                                      *
156 %************************************************************************
157
158 mkNote removes redundant coercions, and SCCs where possible
159
160 \begin{code}
161 #ifdef UNUSED
162 mkNote :: Note -> CoreExpr -> CoreExpr
163 mkNote (SCC cc) expr               = mkSCC cc expr
164 mkNote InlineMe expr               = mkInlineMe expr
165 mkNote note     expr               = Note note expr
166 #endif
167 \end{code}
168
169 Drop trivial InlineMe's.  This is somewhat important, because if we have an unfolding
170 that looks like (Note InlineMe (Var v)), the InlineMe doesn't go away because it may
171 not be *applied* to anything.
172
173 We don't use exprIsTrivial here, though, because we sometimes generate worker/wrapper
174 bindings like
175         fw = ...
176         f  = inline_me (coerce t fw)
177 As usual, the inline_me prevents the worker from getting inlined back into the wrapper.
178 We want the split, so that the coerces can cancel at the call site.  
179
180 However, we can get left with tiresome type applications.  Notably, consider
181         f = /\ a -> let t = e in (t, w)
182 Then lifting the let out of the big lambda gives
183         t' = /\a -> e
184         f = /\ a -> let t = inline_me (t' a) in (t, w)
185 The inline_me is to stop the simplifier inlining t' right back
186 into t's RHS.  In the next phase we'll substitute for t (since
187 its rhs is trivial) and *then* we could get rid of the inline_me.
188 But it hardly seems worth it, so I don't bother.
189
190 \begin{code}
191 mkInlineMe (Var v) = Var v
192 mkInlineMe e       = Note InlineMe e
193 \end{code}
194
195
196
197 \begin{code}
198 mkCoerce :: Coercion -> CoreExpr -> CoreExpr
199 mkCoerce co (Cast expr co2)
200   = ASSERT(let { (from_ty, _to_ty) = coercionKind co; 
201                  (_from_ty2, to_ty2) = coercionKind co2} in
202            from_ty `coreEqType` to_ty2 )
203     mkCoerce (mkTransCoercion co2 co) expr
204
205 mkCoerce co expr 
206   = let (from_ty, to_ty) = coercionKind co in
207 --    if to_ty `coreEqType` from_ty
208 --    then expr
209 --    else 
210         ASSERT2(from_ty `coreEqType` (exprType expr), text "Trying to coerce" <+> text "(" <> ppr expr $$ text "::" <+> ppr (exprType expr) <> text ")" $$ ppr co $$ ppr (coercionKindPredTy co))
211          (Cast expr co)
212 \end{code}
213
214 \begin{code}
215 mkSCC :: CostCentre -> Expr b -> Expr b
216         -- Note: Nested SCC's *are* preserved for the benefit of
217         --       cost centre stack profiling
218 mkSCC cc (Lit lit)          = Lit lit
219 mkSCC cc (Lam x e)          = Lam x (mkSCC cc e)  -- Move _scc_ inside lambda
220 mkSCC cc (Note (SCC cc') e) = Note (SCC cc) (Note (SCC cc') e)
221 mkSCC cc (Note n e)         = Note n (mkSCC cc e) -- Move _scc_ inside notes
222 mkSCC cc (Cast e co)        = Cast (mkSCC cc e) co -- Move _scc_ inside cast
223 mkSCC cc expr               = Note (SCC cc) expr
224 \end{code}
225
226
227 %************************************************************************
228 %*                                                                      *
229 \subsection{Other expression construction}
230 %*                                                                      *
231 %************************************************************************
232
233 \begin{code}
234 bindNonRec :: Id -> CoreExpr -> CoreExpr -> CoreExpr
235 -- (bindNonRec x r b) produces either
236 --      let x = r in b
237 -- or
238 --      case r of x { _DEFAULT_ -> b }
239 --
240 -- depending on whether x is unlifted or not
241 -- It's used by the desugarer to avoid building bindings
242 -- that give Core Lint a heart attack.  Actually the simplifier
243 -- deals with them perfectly well.
244
245 bindNonRec bndr rhs body 
246   | needsCaseBinding (idType bndr) rhs = Case rhs bndr (exprType body) [(DEFAULT,[],body)]
247   | otherwise                          = Let (NonRec bndr rhs) body
248
249 needsCaseBinding ty rhs = isUnLiftedType ty && not (exprOkForSpeculation rhs)
250         -- Make a case expression instead of a let
251         -- These can arise either from the desugarer,
252         -- or from beta reductions: (\x.e) (x +# y)
253 \end{code}
254
255 \begin{code}
256 mkAltExpr :: AltCon -> [CoreBndr] -> [Type] -> CoreExpr
257         -- This guy constructs the value that the scrutinee must have
258         -- when you are in one particular branch of a case
259 mkAltExpr (DataAlt con) args inst_tys
260   = mkConApp con (map Type inst_tys ++ varsToCoreExprs args)
261 mkAltExpr (LitAlt lit) [] []
262   = Lit lit
263
264 mkIfThenElse :: CoreExpr -> CoreExpr -> CoreExpr -> CoreExpr
265 mkIfThenElse guard then_expr else_expr
266 -- Not going to be refining, so okay to take the type of the "then" clause
267   = Case guard (mkWildId boolTy) (exprType then_expr) 
268          [ (DataAlt falseDataCon, [], else_expr),       -- Increasing order of tag!
269            (DataAlt trueDataCon,  [], then_expr) ]
270 \end{code}
271
272
273 %************************************************************************
274 %*                                                                      *
275 \subsection{Taking expressions apart}
276 %*                                                                      *
277 %************************************************************************
278
279 The default alternative must be first, if it exists at all.
280 This makes it easy to find, though it makes matching marginally harder.
281
282 \begin{code}
283 findDefault :: [CoreAlt] -> ([CoreAlt], Maybe CoreExpr)
284 findDefault ((DEFAULT,args,rhs) : alts) = ASSERT( null args ) (alts, Just rhs)
285 findDefault alts                        =                     (alts, Nothing)
286
287 findAlt :: AltCon -> [CoreAlt] -> CoreAlt
288 findAlt con alts
289   = case alts of
290         (deflt@(DEFAULT,_,_):alts) -> go alts deflt
291         other                      -> go alts panic_deflt
292   where
293     panic_deflt = pprPanic "Missing alternative" (ppr con $$ vcat (map ppr alts))
294
295     go []                      deflt = deflt
296     go (alt@(con1,_,_) : alts) deflt
297       = case con `cmpAltCon` con1 of
298           LT -> deflt   -- Missed it already; the alts are in increasing order
299           EQ -> alt
300           GT -> ASSERT( not (con1 == DEFAULT) ) go alts deflt
301
302 isDefaultAlt :: CoreAlt -> Bool
303 isDefaultAlt (DEFAULT, _, _) = True
304 isDefaultAlt other           = False
305
306 ---------------------------------
307 mergeAlts :: [CoreAlt] -> [CoreAlt] -> [CoreAlt]
308 -- Merge preserving order; alternatives in the first arg
309 -- shadow ones in the second
310 mergeAlts [] as2 = as2
311 mergeAlts as1 [] = as1
312 mergeAlts (a1:as1) (a2:as2)
313   = case a1 `cmpAlt` a2 of
314         LT -> a1 : mergeAlts as1      (a2:as2)
315         EQ -> a1 : mergeAlts as1      as2       -- Discard a2
316         GT -> a2 : mergeAlts (a1:as1) as2
317 \end{code}
318
319
320 %************************************************************************
321 %*                                                                      *
322 \subsection{Figuring out things about expressions}
323 %*                                                                      *
324 %************************************************************************
325
326 @exprIsTrivial@ is true of expressions we are unconditionally happy to
327                 duplicate; simple variables and constants, and type
328                 applications.  Note that primop Ids aren't considered
329                 trivial unless 
330
331 @exprIsBottom@  is true of expressions that are guaranteed to diverge
332
333
334 There used to be a gruesome test for (hasNoBinding v) in the
335 Var case:
336         exprIsTrivial (Var v) | hasNoBinding v = idArity v == 0
337 The idea here is that a constructor worker, like $wJust, is
338 really short for (\x -> $wJust x), becuase $wJust has no binding.
339 So it should be treated like a lambda.  Ditto unsaturated primops.
340 But now constructor workers are not "have-no-binding" Ids.  And
341 completely un-applied primops and foreign-call Ids are sufficiently
342 rare that I plan to allow them to be duplicated and put up with
343 saturating them.
344
345 SCC notes.  We do not treat (_scc_ "foo" x) as trivial, because 
346   a) it really generates code, (and a heap object when it's 
347      a function arg) to capture the cost centre
348   b) see the note [SCC-and-exprIsTrivial] in Simplify.simplLazyBind
349
350 \begin{code}
351 exprIsTrivial (Var v)      = True       -- See notes above
352 exprIsTrivial (Type _)     = True
353 exprIsTrivial (Lit lit)    = litIsTrivial lit
354 exprIsTrivial (App e arg)  = not (isRuntimeArg arg) && exprIsTrivial e
355 exprIsTrivial (Note (SCC _) e) = False          -- See notes above
356 exprIsTrivial (Note _       e) = exprIsTrivial e
357 exprIsTrivial (Cast e co)  = exprIsTrivial e
358 exprIsTrivial (Lam b body) = not (isRuntimeVar b) && exprIsTrivial body
359 exprIsTrivial other        = False
360 \end{code}
361
362
363 @exprIsDupable@ is true of expressions that can be duplicated at a modest
364                 cost in code size.  This will only happen in different case
365                 branches, so there's no issue about duplicating work.
366
367                 That is, exprIsDupable returns True of (f x) even if
368                 f is very very expensive to call.
369
370                 Its only purpose is to avoid fruitless let-binding
371                 and then inlining of case join points
372
373
374 \begin{code}
375 exprIsDupable (Type _)          = True
376 exprIsDupable (Var v)           = True
377 exprIsDupable (Lit lit)         = litIsDupable lit
378 exprIsDupable (Note InlineMe e) = True
379 exprIsDupable (Note _ e)        = exprIsDupable e
380 exprIsDupable (Cast e co)       = exprIsDupable e
381 exprIsDupable expr           
382   = go expr 0
383   where
384     go (Var v)   n_args = True
385     go (App f a) n_args =  n_args < dupAppSize
386                         && exprIsDupable a
387                         && go f (n_args+1)
388     go other n_args     = False
389
390 dupAppSize :: Int
391 dupAppSize = 4          -- Size of application we are prepared to duplicate
392 \end{code}
393
394 @exprIsCheap@ looks at a Core expression and returns \tr{True} if
395 it is obviously in weak head normal form, or is cheap to get to WHNF.
396 [Note that that's not the same as exprIsDupable; an expression might be
397 big, and hence not dupable, but still cheap.]
398
399 By ``cheap'' we mean a computation we're willing to:
400         push inside a lambda, or
401         inline at more than one place
402 That might mean it gets evaluated more than once, instead of being
403 shared.  The main examples of things which aren't WHNF but are
404 ``cheap'' are:
405
406   *     case e of
407           pi -> ei
408         (where e, and all the ei are cheap)
409
410   *     let x = e in b
411         (where e and b are cheap)
412
413   *     op x1 ... xn
414         (where op is a cheap primitive operator)
415
416   *     error "foo"
417         (because we are happy to substitute it inside a lambda)
418
419 Notice that a variable is considered 'cheap': we can push it inside a lambda,
420 because sharing will make sure it is only evaluated once.
421
422 \begin{code}
423 exprIsCheap :: CoreExpr -> Bool
424 exprIsCheap (Lit lit)         = True
425 exprIsCheap (Type _)          = True
426 exprIsCheap (Var _)           = True
427 exprIsCheap (Note InlineMe e) = True
428 exprIsCheap (Note _ e)        = exprIsCheap e
429 exprIsCheap (Cast e co)       = exprIsCheap e
430 exprIsCheap (Lam x e)         = isRuntimeVar x || exprIsCheap e
431 exprIsCheap (Case e _ _ alts) = exprIsCheap e && 
432                                 and [exprIsCheap rhs | (_,_,rhs) <- alts]
433         -- Experimentally, treat (case x of ...) as cheap
434         -- (and case __coerce x etc.)
435         -- This improves arities of overloaded functions where
436         -- there is only dictionary selection (no construction) involved
437 exprIsCheap (Let (NonRec x _) e)  
438       | isUnLiftedType (idType x) = exprIsCheap e
439       | otherwise                 = False
440         -- strict lets always have cheap right hand sides,
441         -- and do no allocation.
442
443 exprIsCheap other_expr  -- Applications and variables
444   = go other_expr []
445   where
446         -- Accumulate value arguments, then decide
447     go (App f a) val_args | isRuntimeArg a = go f (a:val_args)
448                           | otherwise      = go f val_args
449
450     go (Var f) [] = True        -- Just a type application of a variable
451                                 -- (f t1 t2 t3) counts as WHNF
452     go (Var f) args
453         = case globalIdDetails f of
454                 RecordSelId {} -> go_sel args
455                 ClassOpId _    -> go_sel args
456                 PrimOpId op    -> go_primop op args
457
458                 DataConWorkId _ -> go_pap args
459                 other | length args < idArity f -> go_pap args
460
461                 other -> isBottomingId f
462                         -- Application of a function which
463                         -- always gives bottom; we treat this as cheap
464                         -- because it certainly doesn't need to be shared!
465         
466     go other args = False
467  
468     --------------
469     go_pap args = all exprIsTrivial args
470         -- For constructor applications and primops, check that all
471         -- the args are trivial.  We don't want to treat as cheap, say,
472         --      (1:2:3:4:5:[])
473         -- We'll put up with one constructor application, but not dozens
474         
475     --------------
476     go_primop op args = primOpIsCheap op && all exprIsCheap args
477         -- In principle we should worry about primops
478         -- that return a type variable, since the result
479         -- might be applied to something, but I'm not going
480         -- to bother to check the number of args
481  
482     --------------
483     go_sel [arg] = exprIsCheap arg      -- I'm experimenting with making record selection
484     go_sel other = False                -- look cheap, so we will substitute it inside a
485                                         -- lambda.  Particularly for dictionary field selection.
486                 -- BUT: Take care with (sel d x)!  The (sel d) might be cheap, but
487                 --      there's no guarantee that (sel d x) will be too.  Hence (n_val_args == 1)
488 \end{code}
489
490 exprOkForSpeculation returns True of an expression that it is
491
492         * safe to evaluate even if normal order eval might not 
493           evaluate the expression at all, or
494
495         * safe *not* to evaluate even if normal order would do so
496
497 It returns True iff
498
499         the expression guarantees to terminate, 
500         soon, 
501         without raising an exception,
502         without causing a side effect (e.g. writing a mutable variable)
503
504 NB: if exprIsHNF e, then exprOkForSpecuation e
505
506 E.G.
507         let x = case y# +# 1# of { r# -> I# r# }
508         in E
509 ==>
510         case y# +# 1# of { r# -> 
511         let x = I# r#
512         in E 
513         }
514
515 We can only do this if the (y+1) is ok for speculation: it has no
516 side effects, and can't diverge or raise an exception.
517
518 \begin{code}
519 exprOkForSpeculation :: CoreExpr -> Bool
520 exprOkForSpeculation (Lit _)     = True
521 exprOkForSpeculation (Type _)    = True
522     -- Tick boxes are *not* suitable for speculation
523 exprOkForSpeculation (Var v)     = isUnLiftedType (idType v)
524                                  && not (isTickBoxOp v)
525 exprOkForSpeculation (Note _ e)  = exprOkForSpeculation e
526 exprOkForSpeculation (Cast e co) = exprOkForSpeculation e
527 exprOkForSpeculation other_expr
528   = case collectArgs other_expr of
529         (Var f, args) -> spec_ok (globalIdDetails f) args
530         other         -> False
531  
532   where
533     spec_ok (DataConWorkId _) args
534       = True    -- The strictness of the constructor has already
535                 -- been expressed by its "wrapper", so we don't need
536                 -- to take the arguments into account
537
538     spec_ok (PrimOpId op) args
539       | isDivOp op,             -- Special case for dividing operations that fail
540         [arg1, Lit lit] <- args -- only if the divisor is zero
541       = not (isZeroLit lit) && exprOkForSpeculation arg1
542                 -- Often there is a literal divisor, and this 
543                 -- can get rid of a thunk in an inner looop
544
545       | otherwise
546       = primOpOkForSpeculation op && 
547         all exprOkForSpeculation args
548                                 -- A bit conservative: we don't really need
549                                 -- to care about lazy arguments, but this is easy
550
551     spec_ok other args = False
552
553 isDivOp :: PrimOp -> Bool
554 -- True of dyadic operators that can fail 
555 -- only if the second arg is zero
556 -- This function probably belongs in PrimOp, or even in 
557 -- an automagically generated file.. but it's such a 
558 -- special case I thought I'd leave it here for now.
559 isDivOp IntQuotOp        = True
560 isDivOp IntRemOp         = True
561 isDivOp WordQuotOp       = True
562 isDivOp WordRemOp        = True
563 isDivOp IntegerQuotRemOp = True
564 isDivOp IntegerDivModOp  = True
565 isDivOp FloatDivOp       = True
566 isDivOp DoubleDivOp      = True
567 isDivOp other            = False
568 \end{code}
569
570
571 \begin{code}
572 exprIsBottom :: CoreExpr -> Bool        -- True => definitely bottom
573 exprIsBottom e = go 0 e
574                where
575                 -- n is the number of args
576                  go n (Note _ e)     = go n e
577                  go n (Cast e co)    = go n e
578                  go n (Let _ e)      = go n e
579                  go n (Case e _ _ _) = go 0 e   -- Just check the scrut
580                  go n (App e _)      = go (n+1) e
581                  go n (Var v)        = idAppIsBottom v n
582                  go n (Lit _)        = False
583                  go n (Lam _ _)      = False
584                  go n (Type _)       = False
585
586 idAppIsBottom :: Id -> Int -> Bool
587 idAppIsBottom id n_val_args = appIsBottom (idNewStrictness id) n_val_args
588 \end{code}
589
590 @exprIsHNF@ returns true for expressions that are certainly *already* 
591 evaluated to *head* normal form.  This is used to decide whether it's ok 
592 to change
593
594         case x of _ -> e   ===>   e
595
596 and to decide whether it's safe to discard a `seq`
597
598 So, it does *not* treat variables as evaluated, unless they say they are.
599
600 But it *does* treat partial applications and constructor applications
601 as values, even if their arguments are non-trivial, provided the argument
602 type is lifted; 
603         e.g.  (:) (f x) (map f xs)      is a value
604               map (...redex...)         is a value
605 Because `seq` on such things completes immediately
606
607 For unlifted argument types, we have to be careful:
608                 C (f x :: Int#)
609 Suppose (f x) diverges; then C (f x) is not a value.  However this can't 
610 happen: see CoreSyn Note [CoreSyn let/app invariant].  Args of unboxed
611 type must be ok-for-speculation (or trivial).
612
613 \begin{code}
614 exprIsHNF :: CoreExpr -> Bool           -- True => Value-lambda, constructor, PAP
615 exprIsHNF (Var v)       -- NB: There are no value args at this point
616   =  isDataConWorkId v  -- Catches nullary constructors, 
617                         --      so that [] and () are values, for example
618   || idArity v > 0      -- Catches (e.g.) primops that don't have unfoldings
619   || isEvaldUnfolding (idUnfolding v)
620         -- Check the thing's unfolding; it might be bound to a value
621         -- A worry: what if an Id's unfolding is just itself: 
622         -- then we could get an infinite loop...
623
624 exprIsHNF (Lit l)          = True
625 exprIsHNF (Type ty)        = True       -- Types are honorary Values; 
626                                         -- we don't mind copying them
627 exprIsHNF (Lam b e)        = isRuntimeVar b || exprIsHNF e
628 exprIsHNF (Note _ e)       = exprIsHNF e
629 exprIsHNF (Cast e co)      = exprIsHNF e
630 exprIsHNF (App e (Type _)) = exprIsHNF e
631 exprIsHNF (App e a)        = app_is_value e [a]
632 exprIsHNF other            = False
633
634 -- There is at least one value argument
635 app_is_value (Var fun) args
636   = idArity fun > valArgCount args      -- Under-applied function
637     ||  isDataConWorkId fun             --  or data constructor
638 app_is_value (Note n f) as = app_is_value f as
639 app_is_value (Cast f _) as = app_is_value f as
640 app_is_value (App f a)  as = app_is_value f (a:as)
641 app_is_value other      as = False
642 \end{code}
643
644 \begin{code}
645 -- These InstPat functions go here to avoid circularity between DataCon and Id
646 dataConRepInstPat   = dataConInstPat dataConRepArgTys (repeat (FSLIT("ipv")))
647 dataConRepFSInstPat = dataConInstPat dataConRepArgTys
648 dataConOrigInstPat  = dataConInstPat dc_arg_tys       (repeat (FSLIT("ipv")))
649   where 
650     dc_arg_tys dc = map mkPredTy (dataConTheta dc) ++ dataConOrigArgTys dc
651         -- Remember to include the existential dictionaries
652
653 dataConInstPat :: (DataCon -> [Type])      -- function used to find arg tys
654                   -> [FastString]          -- A long enough list of FSs to use for names
655                   -> [Unique]              -- An equally long list of uniques, at least one for each binder
656                   -> DataCon
657                   -> [Type]                -- Types to instantiate the universally quantified tyvars
658                -> ([TyVar], [CoVar], [Id]) -- Return instantiated variables
659 -- dataConInstPat arg_fun fss us con inst_tys returns a triple 
660 -- (ex_tvs, co_tvs, arg_ids),
661 --
662 --   ex_tvs are intended to be used as binders for existential type args
663 --
664 --   co_tvs are intended to be used as binders for coercion args and the kinds
665 --     of these vars have been instantiated by the inst_tys and the ex_tys
666 --
667 --   arg_ids are indended to be used as binders for value arguments, including
668 --     dicts, and their types have been instantiated with inst_tys and ex_tys
669 --
670 -- Example.
671 --  The following constructor T1
672 --
673 --  data T a where
674 --    T1 :: forall b. Int -> b -> T(a,b)
675 --    ...
676 --
677 --  has representation type 
678 --   forall a. forall a1. forall b. (a :=: (a1,b)) => 
679 --     Int -> b -> T a
680 --
681 --  dataConInstPat fss us T1 (a1',b') will return
682 --
683 --  ([a1'', b''], [c :: (a1', b'):=:(a1'', b'')], [x :: Int, y :: b''])
684 --
685 --  where the double-primed variables are created with the FastStrings and
686 --  Uniques given as fss and us
687 dataConInstPat arg_fun fss uniqs con inst_tys 
688   = (ex_bndrs, co_bndrs, id_bndrs)
689   where 
690     univ_tvs = dataConUnivTyVars con
691     ex_tvs   = dataConExTyVars con
692     arg_tys  = arg_fun con
693     eq_spec  = dataConEqSpec con
694     eq_preds = eqSpecPreds eq_spec
695
696     n_ex = length ex_tvs
697     n_co = length eq_spec
698
699       -- split the Uniques and FastStrings
700     (ex_uniqs, uniqs')   = splitAt n_ex uniqs
701     (co_uniqs, id_uniqs) = splitAt n_co uniqs'
702
703     (ex_fss, fss')     = splitAt n_ex fss
704     (co_fss, id_fss)   = splitAt n_co fss'
705
706       -- Make existential type variables
707     ex_bndrs = zipWith3 mk_ex_var ex_uniqs ex_fss ex_tvs
708     mk_ex_var uniq fs var = mkTyVar new_name kind
709       where
710         new_name = mkSysTvName uniq fs
711         kind     = tyVarKind var
712
713       -- Make the instantiating substitution
714     subst = zipOpenTvSubst (univ_tvs ++ ex_tvs) (inst_tys ++ map mkTyVarTy ex_bndrs)
715
716       -- Make new coercion vars, instantiating kind
717     co_bndrs = zipWith3 mk_co_var co_uniqs co_fss eq_preds
718     mk_co_var uniq fs eq_pred = mkCoVar new_name co_kind
719        where
720          new_name = mkSysTvName uniq fs
721          co_kind  = substTy subst (mkPredTy eq_pred)
722
723       -- make value vars, instantiating types
724     mk_id_var uniq fs ty = mkUserLocal (mkVarOccFS fs) uniq (substTy subst ty) noSrcLoc
725     id_bndrs = zipWith3 mk_id_var id_uniqs id_fss arg_tys
726
727 exprIsConApp_maybe :: CoreExpr -> Maybe (DataCon, [CoreExpr])
728 -- Returns (Just (dc, [x1..xn])) if the argument expression is 
729 -- a constructor application of the form (dc x1 .. xn)
730 exprIsConApp_maybe (Cast expr co)
731   =     -- Here we do the PushC reduction rule as described in the FC paper
732     case exprIsConApp_maybe expr of {
733         Nothing            -> Nothing ;
734         Just (dc, dc_args) -> 
735
736         -- The transformation applies iff we have
737         --      (C e1 ... en) `cast` co
738         -- where co :: (T t1 .. tn) :=: (T s1 ..sn)
739         -- That is, with a T at the top of both sides
740         -- The left-hand one must be a T, because exprIsConApp returned True
741         -- but the right-hand one might not be.  (Though it usually will.)
742
743     let (from_ty, to_ty)           = coercionKind co
744         (from_tc, from_tc_arg_tys) = splitTyConApp from_ty
745                 -- The inner one must be a TyConApp
746     in
747     case splitTyConApp_maybe to_ty of {
748         Nothing -> Nothing ;
749         Just (to_tc, to_tc_arg_tys) 
750                 | from_tc /= to_tc -> Nothing
751                 -- These two Nothing cases are possible; we might see 
752                 --      (C x y) `cast` (g :: T a ~ S [a]),
753                 -- where S is a type function.  In fact, exprIsConApp
754                 -- will probably not be called in such circumstances,
755                 -- but there't nothing wrong with it 
756
757                 | otherwise  ->
758     let
759         tc_arity = tyConArity from_tc
760
761         (univ_args, rest1)  = splitAt tc_arity dc_args
762         (ex_args, rest2)    = splitAt n_ex_tvs rest1
763         (co_args, val_args) = splitAt n_cos rest2
764
765         arg_tys             = dataConRepArgTys dc
766         dc_univ_tyvars      = dataConUnivTyVars dc
767         dc_ex_tyvars        = dataConExTyVars dc
768         dc_eq_spec          = dataConEqSpec dc
769         dc_tyvars           = dc_univ_tyvars ++ dc_ex_tyvars
770         n_ex_tvs            = length dc_ex_tyvars
771         n_cos               = length dc_eq_spec
772
773         -- Make the "theta" from Fig 3 of the paper
774         gammas              = decomposeCo tc_arity co
775         new_tys             = gammas ++ map (\ (Type t) -> t) ex_args
776         theta               = zipOpenTvSubst dc_tyvars new_tys
777
778           -- First we cast the existential coercion arguments
779         cast_co (tv,ty) (Type co) = Type $ mkSymCoercion (substTyVar theta tv)
780                                            `mkTransCoercion` co
781                                            `mkTransCoercion` (substTy theta ty)
782         new_co_args = zipWith cast_co dc_eq_spec co_args
783   
784           -- ...and now value arguments
785         new_val_args = zipWith cast_arg arg_tys val_args
786         cast_arg arg_ty arg = mkCoerce (substTy theta arg_ty) arg
787
788     in
789     ASSERT( length univ_args == tc_arity )
790     ASSERT( from_tc == dataConTyCon dc )
791     ASSERT( and (zipWith coreEqType [t | Type t <- univ_args] from_tc_arg_tys) )
792     ASSERT( all isTypeArg (univ_args ++ ex_args) )
793     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  )
794
795     Just (dc, map Type to_tc_arg_tys ++ ex_args ++ new_co_args ++ new_val_args)
796     }}
797
798 {-
799 -- We do not want to tell the world that we have a
800 -- Cons, to *stop* Case of Known Cons, which removes
801 -- the TickBox.
802 exprIsConApp_maybe (Note (TickBox {}) expr)
803   = Nothing
804 exprIsConApp_maybe (Note (BinaryTickBox {}) expr)
805   = Nothing
806 -}
807
808 exprIsConApp_maybe (Note _ expr)
809   = exprIsConApp_maybe expr
810     -- We ignore InlineMe notes in case we have
811     --  x = __inline_me__ (a,b)
812     -- All part of making sure that INLINE pragmas never hurt
813     -- Marcin tripped on this one when making dictionaries more inlinable
814     --
815     -- In fact, we ignore all notes.  For example,
816     --          case _scc_ "foo" (C a b) of
817     --                  C a b -> e
818     -- should be optimised away, but it will be only if we look
819     -- through the SCC note.
820
821 exprIsConApp_maybe expr = analyse (collectArgs expr)
822   where
823     analyse (Var fun, args)
824         | Just con <- isDataConWorkId_maybe fun,
825           args `lengthAtLeast` dataConRepArity con
826                 -- Might be > because the arity excludes type args
827         = Just (con,args)
828
829         -- Look through unfoldings, but only cheap ones, because
830         -- we are effectively duplicating the unfolding
831     analyse (Var fun, [])
832         | let unf = idUnfolding fun,
833           isCheapUnfolding unf
834         = exprIsConApp_maybe (unfoldingTemplate unf)
835
836     analyse other = Nothing
837 \end{code}
838
839
840
841 %************************************************************************
842 %*                                                                      *
843 \subsection{Eta reduction and expansion}
844 %*                                                                      *
845 %************************************************************************
846
847 \begin{code}
848 exprEtaExpandArity :: DynFlags -> CoreExpr -> Arity
849 {- The Arity returned is the number of value args the 
850    thing can be applied to without doing much work
851
852 exprEtaExpandArity is used when eta expanding
853         e  ==>  \xy -> e x y
854
855 It returns 1 (or more) to:
856         case x of p -> \s -> ...
857 because for I/O ish things we really want to get that \s to the top.
858 We are prepared to evaluate x each time round the loop in order to get that
859
860 It's all a bit more subtle than it looks:
861
862 1.  One-shot lambdas
863
864 Consider one-shot lambdas
865                 let x = expensive in \y z -> E
866 We want this to have arity 2 if the \y-abstraction is a 1-shot lambda
867 Hence the ArityType returned by arityType
868
869 2.  The state-transformer hack
870
871 The one-shot lambda special cause is particularly important/useful for
872 IO state transformers, where we often get
873         let x = E in \ s -> ...
874
875 and the \s is a real-world state token abstraction.  Such abstractions
876 are almost invariably 1-shot, so we want to pull the \s out, past the
877 let x=E, even if E is expensive.  So we treat state-token lambdas as 
878 one-shot even if they aren't really.  The hack is in Id.isOneShotBndr.
879
880 3.  Dealing with bottom
881
882 Consider also 
883         f = \x -> error "foo"
884 Here, arity 1 is fine.  But if it is
885         f = \x -> case x of 
886                         True  -> error "foo"
887                         False -> \y -> x+y
888 then we want to get arity 2.  Tecnically, this isn't quite right, because
889         (f True) `seq` 1
890 should diverge, but it'll converge if we eta-expand f.  Nevertheless, we
891 do so; it improves some programs significantly, and increasing convergence
892 isn't a bad thing.  Hence the ABot/ATop in ArityType.
893
894 Actually, the situation is worse.  Consider
895         f = \x -> case x of
896                         True  -> \y -> x+y
897                         False -> \y -> x-y
898 Can we eta-expand here?  At first the answer looks like "yes of course", but
899 consider
900         (f bot) `seq` 1
901 This should diverge!  But if we eta-expand, it won't.   Again, we ignore this
902 "problem", because being scrupulous would lose an important transformation for
903 many programs.
904
905
906 4. Newtypes
907
908 Non-recursive newtypes are transparent, and should not get in the way.
909 We do (currently) eta-expand recursive newtypes too.  So if we have, say
910
911         newtype T = MkT ([T] -> Int)
912
913 Suppose we have
914         e = coerce T f
915 where f has arity 1.  Then: etaExpandArity e = 1; 
916 that is, etaExpandArity looks through the coerce.
917
918 When we eta-expand e to arity 1: eta_expand 1 e T
919 we want to get:                  coerce T (\x::[T] -> (coerce ([T]->Int) e) x)
920
921 HOWEVER, note that if you use coerce bogusly you can ge
922         coerce Int negate
923 And since negate has arity 2, you might try to eta expand.  But you can't
924 decopose Int to a function type.   Hence the final case in eta_expand.
925 -}
926
927
928 exprEtaExpandArity dflags e = arityDepth (arityType dflags e)
929
930 -- A limited sort of function type
931 data ArityType = AFun Bool ArityType    -- True <=> one-shot
932                | ATop                   -- Know nothing
933                | ABot                   -- Diverges
934
935 arityDepth :: ArityType -> Arity
936 arityDepth (AFun _ ty) = 1 + arityDepth ty
937 arityDepth ty          = 0
938
939 andArityType ABot           at2           = at2
940 andArityType ATop           at2           = ATop
941 andArityType (AFun t1 at1)  (AFun t2 at2) = AFun (t1 && t2) (andArityType at1 at2)
942 andArityType at1            at2           = andArityType at2 at1
943
944 arityType :: DynFlags -> CoreExpr -> ArityType
945         -- (go1 e) = [b1,..,bn]
946         -- means expression can be rewritten \x_b1 -> ... \x_bn -> body
947         -- where bi is True <=> the lambda is one-shot
948
949 arityType dflags (Note n e) = arityType dflags e
950 --      Not needed any more: etaExpand is cleverer
951 --  | ok_note n = arityType dflags e
952 --  | otherwise = ATop
953
954 arityType dflags (Cast e co) = arityType dflags e
955
956 arityType dflags (Var v) 
957   = mk (idArity v) (arg_tys (idType v))
958   where
959     mk :: Arity -> [Type] -> ArityType
960         -- The argument types are only to steer the "state hack"
961         -- Consider case x of
962         --              True  -> foo
963         --              False -> \(s:RealWorld) -> e
964         -- where foo has arity 1.  Then we want the state hack to
965         -- apply to foo too, so we can eta expand the case.
966     mk 0 tys | isBottomingId v                     = ABot
967              | (ty:tys) <- tys, isStateHackType ty = AFun True ATop
968              | otherwise                           = ATop
969     mk n (ty:tys) = AFun (isStateHackType ty) (mk (n-1) tys)
970     mk n []       = AFun False                (mk (n-1) [])
971
972     arg_tys :: Type -> [Type]   -- Ignore for-alls
973     arg_tys ty 
974         | Just (_, ty')  <- splitForAllTy_maybe ty = arg_tys ty'
975         | Just (arg,res) <- splitFunTy_maybe ty    = arg : arg_tys res
976         | otherwise                                = []
977
978         -- Lambdas; increase arity
979 arityType dflags (Lam x e)
980   | isId x    = AFun (isOneShotBndr x) (arityType dflags e)
981   | otherwise = arityType dflags e
982
983         -- Applications; decrease arity
984 arityType dflags (App f (Type _)) = arityType dflags f
985 arityType dflags (App f a)        = case arityType dflags f of
986                                         AFun one_shot xs | exprIsCheap a -> xs
987                                         other                            -> ATop
988                                                            
989         -- Case/Let; keep arity if either the expression is cheap
990         -- or it's a 1-shot lambda
991         -- The former is not really right for Haskell
992         --      f x = case x of { (a,b) -> \y. e }
993         --  ===>
994         --      f x y = case x of { (a,b) -> e }
995         -- The difference is observable using 'seq'
996 arityType dflags (Case scrut _ _ alts)
997   = case foldr1 andArityType [arityType dflags rhs | (_,_,rhs) <- alts] of
998         xs | exprIsCheap scrut          -> xs
999         xs@(AFun one_shot _) | one_shot -> AFun True ATop
1000         other                           -> ATop
1001
1002 arityType dflags (Let b e) 
1003   = case arityType dflags e of
1004         xs                   | cheap_bind b -> xs
1005         xs@(AFun one_shot _) | one_shot     -> AFun True ATop
1006         other                               -> ATop
1007   where
1008     cheap_bind (NonRec b e) = is_cheap (b,e)
1009     cheap_bind (Rec prs)    = all is_cheap prs
1010     is_cheap (b,e) = (dopt Opt_DictsCheap dflags && isDictId b)
1011                    || exprIsCheap e
1012         -- If the experimental -fdicts-cheap flag is on, we eta-expand through
1013         -- dictionary bindings.  This improves arities. Thereby, it also
1014         -- means that full laziness is less prone to floating out the
1015         -- application of a function to its dictionary arguments, which
1016         -- can thereby lose opportunities for fusion.  Example:
1017         --      foo :: Ord a => a -> ...
1018         --      foo = /\a \(d:Ord a). let d' = ...d... in \(x:a). ....
1019         --              -- So foo has arity 1
1020         --
1021         --      f = \x. foo dInt $ bar x
1022         --
1023         -- The (foo DInt) is floated out, and makes ineffective a RULE 
1024         --      foo (bar x) = ...
1025         --
1026         -- One could go further and make exprIsCheap reply True to any
1027         -- dictionary-typed expression, but that's more work.
1028
1029 arityType dflags other = ATop
1030
1031 {- NOT NEEDED ANY MORE: etaExpand is cleverer
1032 ok_note InlineMe = False
1033 ok_note other    = True
1034     -- Notice that we do not look through __inline_me__
1035     -- This may seem surprising, but consider
1036     --          f = _inline_me (\x -> e)
1037     -- We DO NOT want to eta expand this to
1038     --          f = \x -> (_inline_me (\x -> e)) x
1039     -- because the _inline_me gets dropped now it is applied, 
1040     -- giving just
1041     --          f = \x -> e
1042     -- A Bad Idea
1043 -}
1044 \end{code}
1045
1046
1047 \begin{code}
1048 etaExpand :: Arity              -- Result should have this number of value args
1049           -> [Unique]
1050           -> CoreExpr -> Type   -- Expression and its type
1051           -> CoreExpr
1052 -- (etaExpand n us e ty) returns an expression with 
1053 -- the same meaning as 'e', but with arity 'n'.  
1054 --
1055 -- Given e' = etaExpand n us e ty
1056 -- We should have
1057 --      ty = exprType e = exprType e'
1058 --
1059 -- Note that SCCs are not treated specially.  If we have
1060 --      etaExpand 2 (\x -> scc "foo" e)
1061 --      = (\xy -> (scc "foo" e) y)
1062 -- So the costs of evaluating 'e' (not 'e y') are attributed to "foo"
1063
1064 etaExpand n us expr ty
1065   | manifestArity expr >= n = expr              -- The no-op case
1066   | otherwise               
1067   = eta_expand n us expr ty
1068   where
1069
1070 -- manifestArity sees how many leading value lambdas there are
1071 manifestArity :: CoreExpr -> Arity
1072 manifestArity (Lam v e) | isId v    = 1 + manifestArity e
1073                         | otherwise = manifestArity e
1074 manifestArity (Note _ e)            = manifestArity e
1075 manifestArity (Cast e _)            = manifestArity e
1076 manifestArity e                     = 0
1077
1078 -- etaExpand deals with for-alls. For example:
1079 --              etaExpand 1 E
1080 -- where  E :: forall a. a -> a
1081 -- would return
1082 --      (/\b. \y::a -> E b y)
1083 --
1084 -- It deals with coerces too, though they are now rare
1085 -- so perhaps the extra code isn't worth it
1086
1087 eta_expand n us expr ty
1088   | n == 0 && 
1089     -- The ILX code generator requires eta expansion for type arguments
1090     -- too, but alas the 'n' doesn't tell us how many of them there 
1091     -- may be.  So we eagerly eta expand any big lambdas, and just
1092     -- cross our fingers about possible loss of sharing in the ILX case. 
1093     -- The Right Thing is probably to make 'arity' include
1094     -- type variables throughout the compiler.  (ToDo.)
1095     not (isForAllTy ty) 
1096     -- Saturated, so nothing to do
1097   = expr
1098
1099         -- Short cut for the case where there already
1100         -- is a lambda; no point in gratuitously adding more
1101 eta_expand n us (Lam v body) ty
1102   | isTyVar v
1103   = Lam v (eta_expand n us body (applyTy ty (mkTyVarTy v)))
1104
1105   | otherwise
1106   = Lam v (eta_expand (n-1) us body (funResultTy ty))
1107
1108 -- We used to have a special case that stepped inside Coerces here,
1109 -- thus:  eta_expand n us (Note note@(Coerce _ ty) e) _  
1110 --              = Note note (eta_expand n us e ty)
1111 -- BUT this led to an infinite loop
1112 -- Example:     newtype T = MkT (Int -> Int)
1113 --      eta_expand 1 (coerce (Int->Int) e)
1114 --      --> coerce (Int->Int) (eta_expand 1 T e)
1115 --              by the bogus eqn
1116 --      --> coerce (Int->Int) (coerce T 
1117 --              (\x::Int -> eta_expand 1 (coerce (Int->Int) e)))
1118 --              by the splitNewType_maybe case below
1119 --      and round we go
1120
1121 eta_expand n us expr ty
1122   = ASSERT2 (exprType expr `coreEqType` ty, ppr (exprType expr) $$ ppr ty)
1123     case splitForAllTy_maybe ty of { 
1124           Just (tv,ty') -> 
1125
1126               Lam lam_tv (eta_expand n us2 (App expr (Type (mkTyVarTy lam_tv))) (substTyWith [tv] [mkTyVarTy lam_tv] ty'))
1127                   where 
1128                     lam_tv = setVarName tv (mkSysTvName uniq FSLIT("etaT"))
1129                         -- Using tv as a base retains its tyvar/covar-ness
1130                     (uniq:us2) = us 
1131         ; Nothing ->
1132   
1133         case splitFunTy_maybe ty of {
1134           Just (arg_ty, res_ty) -> Lam arg1 (eta_expand (n-1) us2 (App expr (Var arg1)) res_ty)
1135                                 where
1136                                    arg1       = mkSysLocal FSLIT("eta") uniq arg_ty
1137                                    (uniq:us2) = us
1138                                    
1139         ; Nothing ->
1140
1141                 -- Given this:
1142                 --      newtype T = MkT ([T] -> Int)
1143                 -- Consider eta-expanding this
1144                 --      eta_expand 1 e T
1145                 -- We want to get
1146                 --      coerce T (\x::[T] -> (coerce ([T]->Int) e) x)
1147
1148         case splitNewTypeRepCo_maybe ty of {
1149           Just(ty1,co) -> 
1150               mkCoerce (mkSymCoercion co) (eta_expand n us (mkCoerce co expr) ty1) ;
1151           Nothing  -> 
1152
1153         -- We have an expression of arity > 0, but its type isn't a function
1154         -- This *can* legitmately happen: e.g.  coerce Int (\x. x)
1155         -- Essentially the programmer is playing fast and loose with types
1156         -- (Happy does this a lot).  So we simply decline to eta-expand.
1157         expr
1158         }}}
1159 \end{code}
1160
1161 exprArity is a cheap-and-cheerful version of exprEtaExpandArity.
1162 It tells how many things the expression can be applied to before doing
1163 any work.  It doesn't look inside cases, lets, etc.  The idea is that
1164 exprEtaExpandArity will do the hard work, leaving something that's easy
1165 for exprArity to grapple with.  In particular, Simplify uses exprArity to
1166 compute the ArityInfo for the Id. 
1167
1168 Originally I thought that it was enough just to look for top-level lambdas, but
1169 it isn't.  I've seen this
1170
1171         foo = PrelBase.timesInt
1172
1173 We want foo to get arity 2 even though the eta-expander will leave it
1174 unchanged, in the expectation that it'll be inlined.  But occasionally it
1175 isn't, because foo is blacklisted (used in a rule).  
1176
1177 Similarly, see the ok_note check in exprEtaExpandArity.  So 
1178         f = __inline_me (\x -> e)
1179 won't be eta-expanded.
1180
1181 And in any case it seems more robust to have exprArity be a bit more intelligent.
1182 But note that   (\x y z -> f x y z)
1183 should have arity 3, regardless of f's arity.
1184
1185 \begin{code}
1186 exprArity :: CoreExpr -> Arity
1187 exprArity e = go e
1188             where
1189               go (Var v)                   = idArity v
1190               go (Lam x e) | isId x        = go e + 1
1191                            | otherwise     = go e
1192               go (Note n e)                = go e
1193               go (Cast e _)                = go e
1194               go (App e (Type t))          = go e
1195               go (App f a) | exprIsCheap a = (go f - 1) `max` 0
1196                 -- NB: exprIsCheap a!  
1197                 --      f (fac x) does not have arity 2, 
1198                 --      even if f has arity 3!
1199                 -- NB: `max 0`!  (\x y -> f x) has arity 2, even if f is
1200                 --               unknown, hence arity 0
1201               go _                         = 0
1202 \end{code}
1203
1204 %************************************************************************
1205 %*                                                                      *
1206 \subsection{Equality}
1207 %*                                                                      *
1208 %************************************************************************
1209
1210 @cheapEqExpr@ is a cheap equality test which bales out fast!
1211         True  => definitely equal
1212         False => may or may not be equal
1213
1214 \begin{code}
1215 cheapEqExpr :: Expr b -> Expr b -> Bool
1216
1217 cheapEqExpr (Var v1)   (Var v2)   = v1==v2
1218 cheapEqExpr (Lit lit1) (Lit lit2) = lit1 == lit2
1219 cheapEqExpr (Type t1)  (Type t2)  = t1 `coreEqType` t2
1220
1221 cheapEqExpr (App f1 a1) (App f2 a2)
1222   = f1 `cheapEqExpr` f2 && a1 `cheapEqExpr` a2
1223
1224 cheapEqExpr _ _ = False
1225
1226 exprIsBig :: Expr b -> Bool
1227 -- Returns True of expressions that are too big to be compared by cheapEqExpr
1228 exprIsBig (Lit _)      = False
1229 exprIsBig (Var v)      = False
1230 exprIsBig (Type t)     = False
1231 exprIsBig (App f a)    = exprIsBig f || exprIsBig a
1232 exprIsBig (Cast e _)   = exprIsBig e    -- Hopefully coercions are not too big!
1233 exprIsBig other        = True
1234 \end{code}
1235
1236
1237 \begin{code}
1238 tcEqExpr :: CoreExpr -> CoreExpr -> Bool
1239 -- Used in rule matching, so does *not* look through 
1240 -- newtypes, predicate types; hence tcEqExpr
1241
1242 tcEqExpr e1 e2 = tcEqExprX rn_env e1 e2
1243   where
1244     rn_env = mkRnEnv2 (mkInScopeSet (exprFreeVars e1 `unionVarSet` exprFreeVars e2))
1245
1246 tcEqExprX :: RnEnv2 -> CoreExpr -> CoreExpr -> Bool
1247 tcEqExprX env (Var v1)     (Var v2)     = rnOccL env v1 == rnOccR env v2
1248 tcEqExprX env (Lit lit1)   (Lit lit2)   = lit1 == lit2
1249 tcEqExprX env (App f1 a1)  (App f2 a2)  = tcEqExprX env f1 f2 && tcEqExprX env a1 a2
1250 tcEqExprX env (Lam v1 e1)  (Lam v2 e2)  = tcEqExprX (rnBndr2 env v1 v2) e1 e2
1251 tcEqExprX env (Let (NonRec v1 r1) e1)
1252               (Let (NonRec v2 r2) e2)   = tcEqExprX env r1 r2 
1253                                        && tcEqExprX (rnBndr2 env v1 v2) e1 e2
1254 tcEqExprX env (Let (Rec ps1) e1)
1255               (Let (Rec ps2) e2)        =  equalLength ps1 ps2
1256                                         && and (zipWith eq_rhs ps1 ps2)
1257                                         && tcEqExprX env' e1 e2
1258                                      where
1259                                        env' = foldl2 rn_bndr2 env ps2 ps2
1260                                        rn_bndr2 env (b1,_) (b2,_) = rnBndr2 env b1 b2
1261                                        eq_rhs       (_,r1) (_,r2) = tcEqExprX env' r1 r2
1262 tcEqExprX env (Case e1 v1 t1 a1)
1263               (Case e2 v2 t2 a2)     =  tcEqExprX env e1 e2
1264                                      && tcEqTypeX env t1 t2                      
1265                                      && equalLength a1 a2
1266                                      && and (zipWith (eq_alt env') a1 a2)
1267                                      where
1268                                        env' = rnBndr2 env v1 v2
1269
1270 tcEqExprX env (Note n1 e1) (Note n2 e2) = eq_note env n1 n2 && tcEqExprX env e1 e2
1271 tcEqExprX env (Cast e1 co1) (Cast e2 co2) = tcEqTypeX env co1 co2 && tcEqExprX env e1 e2
1272 tcEqExprX env (Type t1)    (Type t2)    = tcEqTypeX env t1 t2
1273 tcEqExprX env e1                e2      = False
1274                                          
1275 eq_alt env (c1,vs1,r1) (c2,vs2,r2) = c1==c2 && tcEqExprX (rnBndrs2 env vs1  vs2) r1 r2
1276
1277 eq_note env (SCC cc1)      (SCC cc2)      = cc1 == cc2
1278 eq_note env (CoreNote s1)  (CoreNote s2)  = s1 == s2
1279 eq_note env other1             other2     = False
1280 \end{code}
1281
1282
1283 %************************************************************************
1284 %*                                                                      *
1285 \subsection{The size of an expression}
1286 %*                                                                      *
1287 %************************************************************************
1288
1289 \begin{code}
1290 coreBindsSize :: [CoreBind] -> Int
1291 coreBindsSize bs = foldr ((+) . bindSize) 0 bs
1292
1293 exprSize :: CoreExpr -> Int
1294         -- A measure of the size of the expressions
1295         -- It also forces the expression pretty drastically as a side effect
1296 exprSize (Var v)         = v `seq` 1
1297 exprSize (Lit lit)       = lit `seq` 1
1298 exprSize (App f a)       = exprSize f + exprSize a
1299 exprSize (Lam b e)       = varSize b + exprSize e
1300 exprSize (Let b e)       = bindSize b + exprSize e
1301 exprSize (Case e b t as) = seqType t `seq` exprSize e + varSize b + 1 + foldr ((+) . altSize) 0 as
1302 exprSize (Cast e co)     = (seqType co `seq` 1) + exprSize e
1303 exprSize (Note n e)      = noteSize n + exprSize e
1304 exprSize (Type t)        = seqType t `seq` 1
1305
1306 noteSize (SCC cc)       = cc `seq` 1
1307 noteSize InlineMe       = 1
1308 noteSize (CoreNote s)   = s `seq` 1  -- hdaume: core annotations
1309  
1310 varSize :: Var -> Int
1311 varSize b  | isTyVar b = 1
1312            | otherwise = seqType (idType b)             `seq`
1313                          megaSeqIdInfo (idInfo b)       `seq`
1314                          1
1315
1316 varsSize = foldr ((+) . varSize) 0
1317
1318 bindSize (NonRec b e) = varSize b + exprSize e
1319 bindSize (Rec prs)    = foldr ((+) . pairSize) 0 prs
1320
1321 pairSize (b,e) = varSize b + exprSize e
1322
1323 altSize (c,bs,e) = c `seq` varsSize bs + exprSize e
1324 \end{code}
1325
1326
1327 %************************************************************************
1328 %*                                                                      *
1329 \subsection{Hashing}
1330 %*                                                                      *
1331 %************************************************************************
1332
1333 \begin{code}
1334 hashExpr :: CoreExpr -> Int
1335 -- Two expressions that hash to the same Int may be equal (but may not be)
1336 -- Two expressions that hash to the different Ints are definitely unequal
1337 -- 
1338 -- But "unequal" here means "not identical"; two alpha-equivalent 
1339 -- expressions may hash to the different Ints
1340 --
1341 -- The emphasis is on a crude, fast hash, rather than on high precision
1342 --
1343 -- We must be careful that \x.x and \y.y map to the same hash code,
1344 -- (at least if we want the above invariant to be true)
1345
1346 hashExpr e = fromIntegral (hash_expr (1,emptyVarEnv) e .&. 0x7fffffff)
1347              -- UniqFM doesn't like negative Ints
1348
1349 type HashEnv = (Int, VarEnv Int)        -- Hash code for bound variables
1350
1351 hash_expr :: HashEnv -> CoreExpr -> Word32
1352 -- Word32, because we're expecting overflows here, and overflowing
1353 -- signed types just isn't cool.  In C it's even undefined.
1354 hash_expr env (Note _ e)              = hash_expr env e
1355 hash_expr env (Cast e co)             = hash_expr env e
1356 hash_expr env (Var v)                 = hashVar env v
1357 hash_expr env (Lit lit)               = fromIntegral (hashLiteral lit)
1358 hash_expr env (App f e)               = hash_expr env f * fast_hash_expr env e
1359 hash_expr env (Let (NonRec b r) e)    = hash_expr (extend_env env b) e * fast_hash_expr env r
1360 hash_expr env (Let (Rec ((b,r):_)) e) = hash_expr (extend_env env b) e
1361 hash_expr env (Case e _ _ _)          = hash_expr env e
1362 hash_expr env (Lam b e)               = hash_expr (extend_env env b) e
1363 hash_expr env (Type t)                = WARN(True, text "hash_expr: type") 1
1364 -- Shouldn't happen.  Better to use WARN than trace, because trace
1365 -- prevents the CPR optimisation kicking in for hash_expr.
1366
1367 fast_hash_expr env (Var v)      = hashVar env v
1368 fast_hash_expr env (Type t)     = fast_hash_type env t
1369 fast_hash_expr env (Lit lit)    = fromIntegral (hashLiteral lit)
1370 fast_hash_expr env (Cast e co)  = fast_hash_expr env e
1371 fast_hash_expr env (Note n e)   = fast_hash_expr env e
1372 fast_hash_expr env (App f a)    = fast_hash_expr env a  -- A bit idiosyncratic ('a' not 'f')!
1373 fast_hash_expr env other        = 1
1374
1375 fast_hash_type :: HashEnv -> Type -> Word32
1376 fast_hash_type env ty 
1377   | Just tv <- getTyVar_maybe ty          = hashVar env tv
1378   | Just (tc,_) <- splitTyConApp_maybe ty
1379                               = fromIntegral (hashName (tyConName tc))
1380   | otherwise                             = 1
1381
1382 extend_env :: HashEnv -> Var -> (Int, VarEnv Int)
1383 extend_env (n,env) b = (n+1, extendVarEnv env b n)
1384
1385 hashVar :: HashEnv -> Var -> Word32
1386 hashVar (_,env) v
1387  = fromIntegral (lookupVarEnv env v `orElse` hashName (idName v))
1388 \end{code}
1389
1390 %************************************************************************
1391 %*                                                                      *
1392 \subsection{Determining non-updatable right-hand-sides}
1393 %*                                                                      *
1394 %************************************************************************
1395
1396 Top-level constructor applications can usually be allocated
1397 statically, but they can't if the constructor, or any of the
1398 arguments, come from another DLL (because we can't refer to static
1399 labels in other DLLs).
1400
1401 If this happens we simply make the RHS into an updatable thunk, 
1402 and 'exectute' it rather than allocating it statically.
1403
1404 \begin{code}
1405 rhsIsStatic :: PackageId -> CoreExpr -> Bool
1406 -- This function is called only on *top-level* right-hand sides
1407 -- Returns True if the RHS can be allocated statically, with
1408 -- no thunks involved at all.
1409 --
1410 -- It's called (i) in TidyPgm.hasCafRefs to decide if the rhs is, or
1411 -- refers to, CAFs; and (ii) in CoreToStg to decide whether to put an
1412 -- update flag on it.
1413 --
1414 -- The basic idea is that rhsIsStatic returns True only if the RHS is
1415 --      (a) a value lambda
1416 --      (b) a saturated constructor application with static args
1417 --
1418 -- BUT watch out for
1419 --  (i) Any cross-DLL references kill static-ness completely
1420 --      because they must be 'executed' not statically allocated
1421 --      ("DLL" here really only refers to Windows DLLs, on other platforms,
1422 --      this is not necessary)
1423 --
1424 -- (ii) We treat partial applications as redexes, because in fact we 
1425 --      make a thunk for them that runs and builds a PAP
1426 --      at run-time.  The only appliations that are treated as 
1427 --      static are *saturated* applications of constructors.
1428
1429 -- We used to try to be clever with nested structures like this:
1430 --              ys = (:) w ((:) w [])
1431 -- on the grounds that CorePrep will flatten ANF-ise it later.
1432 -- But supporting this special case made the function much more 
1433 -- complicated, because the special case only applies if there are no 
1434 -- enclosing type lambdas:
1435 --              ys = /\ a -> Foo (Baz ([] a))
1436 -- Here the nested (Baz []) won't float out to top level in CorePrep.
1437 --
1438 -- But in fact, even without -O, nested structures at top level are 
1439 -- flattened by the simplifier, so we don't need to be super-clever here.
1440 --
1441 -- Examples
1442 --
1443 --      f = \x::Int. x+7        TRUE
1444 --      p = (True,False)        TRUE
1445 --
1446 --      d = (fst p, False)      FALSE because there's a redex inside
1447 --                              (this particular one doesn't happen but...)
1448 --
1449 --      h = D# (1.0## /## 2.0##)        FALSE (redex again)
1450 --      n = /\a. Nil a                  TRUE
1451 --
1452 --      t = /\a. (:) (case w a of ...) (Nil a)  FALSE (redex)
1453 --
1454 --
1455 -- This is a bit like CoreUtils.exprIsHNF, with the following differences:
1456 --    a) scc "foo" (\x -> ...) is updatable (so we catch the right SCC)
1457 --
1458 --    b) (C x xs), where C is a contructors is updatable if the application is
1459 --         dynamic
1460 -- 
1461 --    c) don't look through unfolding of f in (f x).
1462 --
1463 -- When opt_RuntimeTypes is on, we keep type lambdas and treat
1464 -- them as making the RHS re-entrant (non-updatable).
1465
1466 rhsIsStatic this_pkg rhs = is_static False rhs
1467   where
1468   is_static :: Bool     -- True <=> in a constructor argument; must be atomic
1469           -> CoreExpr -> Bool
1470   
1471   is_static False (Lam b e) = isRuntimeVar b || is_static False e
1472   
1473   is_static in_arg (Note (SCC _) e) = False
1474   is_static in_arg (Note _ e)       = is_static in_arg e
1475   is_static in_arg (Cast e co)      = is_static in_arg e
1476   
1477   is_static in_arg (Lit lit)
1478     = case lit of
1479         MachLabel _ _ -> False
1480         other         -> True
1481         -- A MachLabel (foreign import "&foo") in an argument
1482         -- prevents a constructor application from being static.  The
1483         -- reason is that it might give rise to unresolvable symbols
1484         -- in the object file: under Linux, references to "weak"
1485         -- symbols from the data segment give rise to "unresolvable
1486         -- relocation" errors at link time This might be due to a bug
1487         -- in the linker, but we'll work around it here anyway. 
1488         -- SDM 24/2/2004
1489   
1490   is_static in_arg other_expr = go other_expr 0
1491    where
1492     go (Var f) n_val_args
1493 #if mingw32_TARGET_OS
1494         | not (isDllName this_pkg (idName f))
1495 #endif
1496         =  saturated_data_con f n_val_args
1497         || (in_arg && n_val_args == 0)  
1498                 -- A naked un-applied variable is *not* deemed a static RHS
1499                 -- E.g.         f = g
1500                 -- Reason: better to update so that the indirection gets shorted
1501                 --         out, and the true value will be seen
1502                 -- NB: if you change this, you'll break the invariant that THUNK_STATICs
1503                 --     are always updatable.  If you do so, make sure that non-updatable
1504                 --     ones have enough space for their static link field!
1505
1506     go (App f a) n_val_args
1507         | isTypeArg a                    = go f n_val_args
1508         | not in_arg && is_static True a = go f (n_val_args + 1)
1509         -- The (not in_arg) checks that we aren't in a constructor argument;
1510         -- if we are, we don't allow (value) applications of any sort
1511         -- 
1512         -- NB. In case you wonder, args are sometimes not atomic.  eg.
1513         --   x = D# (1.0## /## 2.0##)
1514         -- can't float because /## can fail.
1515
1516     go (Note (SCC _) f) n_val_args = False
1517     go (Note _ f) n_val_args       = go f n_val_args
1518     go (Cast e co) n_val_args      = go e n_val_args
1519
1520     go other n_val_args = False
1521
1522     saturated_data_con f n_val_args
1523         = case isDataConWorkId_maybe f of
1524             Just dc -> n_val_args == dataConRepArity dc
1525             Nothing -> False
1526 \end{code}