fix big-lambda eta expansion, add comments
[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         dataConInstPat
37     ) where
38
39 #include "HsVersions.h"
40
41
42 import GLAEXTS          -- For `xori` 
43
44 import CoreSyn
45 import CoreFVs          ( exprFreeVars )
46 import PprCore          ( pprCoreExpr )
47 import Var              ( Var, TyVar, CoVar, isCoVar, tyVarKind, setVarUnique,
48                           mkCoVar, mkTyVar, mkCoVar )
49 import VarSet           ( unionVarSet )
50 import VarEnv
51 import Name             ( hashName, mkSysTvName )
52 #if mingw32_TARGET_OS
53 import Packages         ( isDllName )
54 #endif
55 import Literal          ( hashLiteral, literalType, litIsDupable, 
56                           litIsTrivial, isZeroLit, Literal( MachLabel ) )
57 import DataCon          ( DataCon, dataConRepArity, 
58                           isVanillaDataCon, dataConTyCon, dataConRepArgTys,
59                           dataConUnivTyVars, dataConExTyVars, dataConEqSpec )
60 import PrimOp           ( PrimOp(..), primOpOkForSpeculation, primOpIsCheap )
61 import Id               ( Id, idType, globalIdDetails, idNewStrictness, 
62                           mkWildId, idArity, idName, idUnfolding, idInfo,
63                           isOneShotBndr, isStateHackType, isDataConWorkId_maybe, mkSysLocal,
64                           isDataConWorkId, isBottomingId, isDictId
65                         )
66 import IdInfo           ( GlobalIdDetails(..), megaSeqIdInfo )
67 import NewDemand        ( appIsBottom )
68 import Type             ( Type, mkFunTy, mkForAllTy, splitFunTy_maybe,
69                           splitFunTy, tcEqTypeX,
70                           applyTys, isUnLiftedType, seqType, mkTyVarTy,
71                           splitForAllTy_maybe, isForAllTy, splitRecNewType_maybe, 
72                           splitTyConApp_maybe, coreEqType, funResultTy, applyTy,
73                           substTyWith, mkPredTy
74                         )
75 import Coercion         ( Coercion, mkTransCoercion, coercionKind,
76                           splitNewTypeRepCo_maybe, mkSymCoercion, mkLeftCoercion,
77                           mkRightCoercion, decomposeCo, coercionKindPredTy,
78                           splitCoercionKind, mkEqPred )
79 import TyCon            ( tyConArity )
80 import TysWiredIn       ( boolTy, trueDataCon, falseDataCon )
81 import CostCentre       ( CostCentre )
82 import BasicTypes       ( Arity )
83 import PackageConfig    ( PackageId )
84 import Unique           ( Unique )
85 import Outputable
86 import DynFlags         ( DynFlags, DynFlag(Opt_DictsCheap), dopt )
87 import TysPrim          ( alphaTy )     -- Debugging only
88 import Util             ( equalLength, lengthAtLeast, foldl2 )
89 \end{code}
90
91
92 %************************************************************************
93 %*                                                                      *
94 \subsection{Find the type of a Core atom/expression}
95 %*                                                                      *
96 %************************************************************************
97
98 \begin{code}
99 exprType :: CoreExpr -> Type
100
101 exprType (Var var)              = idType var
102 exprType (Lit lit)              = literalType lit
103 exprType (Let _ body)           = exprType body
104 exprType (Case _ _ ty alts)     = ty
105 exprType (Cast e co) 
106   = let (_, ty) = coercionKind co in ty
107 exprType (Note other_note e)    = exprType e
108 exprType (Lam binder expr)      = mkPiType binder (exprType expr)
109 exprType e@(App _ _)
110   = case collectArgs e of
111         (fun, args) -> applyTypeToArgs e (exprType fun) args
112
113 exprType other = pprTrace "exprType" (pprCoreExpr other) alphaTy
114
115 coreAltType :: CoreAlt -> Type
116 coreAltType (_,_,rhs) = exprType rhs
117 \end{code}
118
119 @mkPiType@ makes a (->) type or a forall type, depending on whether
120 it is given a type variable or a term variable.  We cleverly use the
121 lbvarinfo field to figure out the right annotation for the arrove in
122 case of a term variable.
123
124 \begin{code}
125 mkPiType  :: Var   -> Type -> Type      -- The more polymorphic version
126 mkPiTypes :: [Var] -> Type -> Type      --    doesn't work...
127
128 mkPiTypes vs ty = foldr mkPiType ty vs
129
130 mkPiType v ty
131    | isId v    = mkFunTy (idType v) ty
132    | otherwise = mkForAllTy v ty
133 \end{code}
134
135 \begin{code}
136 applyTypeToArg :: Type -> CoreExpr -> Type
137 applyTypeToArg fun_ty (Type arg_ty) = applyTy fun_ty arg_ty
138 applyTypeToArg fun_ty other_arg     = funResultTy fun_ty
139
140 applyTypeToArgs :: CoreExpr -> Type -> [CoreExpr] -> Type
141 -- A more efficient version of applyTypeToArg 
142 -- when we have several args
143 -- The first argument is just for debugging
144 applyTypeToArgs e op_ty [] = op_ty
145
146 applyTypeToArgs e op_ty (Type ty : args)
147   =     -- Accumulate type arguments so we can instantiate all at once
148     go [ty] args
149   where
150     go rev_tys (Type ty : args) = go (ty:rev_tys) args
151     go rev_tys rest_args        = applyTypeToArgs e op_ty' rest_args
152                                 where
153                                   op_ty' = applyTys op_ty (reverse rev_tys)
154
155 applyTypeToArgs e op_ty (other_arg : args)
156   = case (splitFunTy_maybe op_ty) of
157         Just (_, res_ty) -> applyTypeToArgs e res_ty args
158         Nothing -> pprPanic "applyTypeToArgs" (pprCoreExpr e $$ ppr op_ty)
159 \end{code}
160
161
162
163 %************************************************************************
164 %*                                                                      *
165 \subsection{Attaching notes}
166 %*                                                                      *
167 %************************************************************************
168
169 mkNote removes redundant coercions, and SCCs where possible
170
171 \begin{code}
172 #ifdef UNUSED
173 mkNote :: Note -> CoreExpr -> CoreExpr
174 mkNote (SCC cc) expr               = mkSCC cc expr
175 mkNote InlineMe expr               = mkInlineMe expr
176 mkNote note     expr               = Note note expr
177 #endif
178 \end{code}
179
180 Drop trivial InlineMe's.  This is somewhat important, because if we have an unfolding
181 that looks like (Note InlineMe (Var v)), the InlineMe doesn't go away because it may
182 not be *applied* to anything.
183
184 We don't use exprIsTrivial here, though, because we sometimes generate worker/wrapper
185 bindings like
186         fw = ...
187         f  = inline_me (coerce t fw)
188 As usual, the inline_me prevents the worker from getting inlined back into the wrapper.
189 We want the split, so that the coerces can cancel at the call site.  
190
191 However, we can get left with tiresome type applications.  Notably, consider
192         f = /\ a -> let t = e in (t, w)
193 Then lifting the let out of the big lambda gives
194         t' = /\a -> e
195         f = /\ a -> let t = inline_me (t' a) in (t, w)
196 The inline_me is to stop the simplifier inlining t' right back
197 into t's RHS.  In the next phase we'll substitute for t (since
198 its rhs is trivial) and *then* we could get rid of the inline_me.
199 But it hardly seems worth it, so I don't bother.
200
201 \begin{code}
202 mkInlineMe (Var v) = Var v
203 mkInlineMe e       = Note InlineMe e
204 \end{code}
205
206
207
208 \begin{code}
209 mkCoerce :: Coercion -> CoreExpr -> CoreExpr
210 mkCoerce co (Cast expr co2)
211   = ASSERT(let { (from_ty, to_ty) = coercionKind co; 
212                  (from_ty2, to_ty2) = coercionKind co2} in
213            from_ty `coreEqType` to_ty2 )
214     mkCoerce (mkTransCoercion co2 co) expr
215
216 mkCoerce co expr 
217   = let (from_ty, to_ty) = coercionKind co in
218 --    if to_ty `coreEqType` from_ty
219 --    then expr
220 --    else 
221         ASSERT2(from_ty `coreEqType` (exprType expr), text "Trying to coerce" <+> text "(" <> ppr expr $$ text "::" <+> ppr (exprType expr) <> text ")" $$ ppr co $$ ppr (coercionKindPredTy co))
222          (Cast expr co)
223 \end{code}
224
225 \begin{code}
226 mkSCC :: CostCentre -> Expr b -> Expr b
227         -- Note: Nested SCC's *are* preserved for the benefit of
228         --       cost centre stack profiling
229 mkSCC cc (Lit lit)          = Lit lit
230 mkSCC cc (Lam x e)          = Lam x (mkSCC cc e)  -- Move _scc_ inside lambda
231 mkSCC cc (Note (SCC cc') e) = Note (SCC cc) (Note (SCC cc') e)
232 mkSCC cc (Note n e)         = Note n (mkSCC cc e) -- Move _scc_ inside notes
233 mkSCC cc (Cast e co)        = Cast (mkSCC cc e) co -- Move _scc_ inside cast
234 mkSCC cc expr               = Note (SCC cc) expr
235 \end{code}
236
237
238 %************************************************************************
239 %*                                                                      *
240 \subsection{Other expression construction}
241 %*                                                                      *
242 %************************************************************************
243
244 \begin{code}
245 bindNonRec :: Id -> CoreExpr -> CoreExpr -> CoreExpr
246 -- (bindNonRec x r b) produces either
247 --      let x = r in b
248 -- or
249 --      case r of x { _DEFAULT_ -> b }
250 --
251 -- depending on whether x is unlifted or not
252 -- It's used by the desugarer to avoid building bindings
253 -- that give Core Lint a heart attack.  Actually the simplifier
254 -- deals with them perfectly well.
255
256 bindNonRec bndr rhs body 
257   | needsCaseBinding (idType bndr) rhs = Case rhs bndr (exprType body) [(DEFAULT,[],body)]
258   | otherwise                          = Let (NonRec bndr rhs) body
259
260 needsCaseBinding ty rhs = isUnLiftedType ty && not (exprOkForSpeculation rhs)
261         -- Make a case expression instead of a let
262         -- These can arise either from the desugarer,
263         -- or from beta reductions: (\x.e) (x +# y)
264 \end{code}
265
266 \begin{code}
267 mkAltExpr :: AltCon -> [CoreBndr] -> [Type] -> CoreExpr
268         -- This guy constructs the value that the scrutinee must have
269         -- when you are in one particular branch of a case
270 mkAltExpr (DataAlt con) args inst_tys
271   = mkConApp con (map Type inst_tys ++ varsToCoreExprs args)
272 mkAltExpr (LitAlt lit) [] []
273   = Lit lit
274
275 mkIfThenElse :: CoreExpr -> CoreExpr -> CoreExpr -> CoreExpr
276 mkIfThenElse guard then_expr else_expr
277 -- Not going to be refining, so okay to take the type of the "then" clause
278   = Case guard (mkWildId boolTy) (exprType then_expr) 
279          [ (DataAlt falseDataCon, [], else_expr),       -- Increasing order of tag!
280            (DataAlt trueDataCon,  [], then_expr) ]
281 \end{code}
282
283
284 %************************************************************************
285 %*                                                                      *
286 \subsection{Taking expressions apart}
287 %*                                                                      *
288 %************************************************************************
289
290 The default alternative must be first, if it exists at all.
291 This makes it easy to find, though it makes matching marginally harder.
292
293 \begin{code}
294 findDefault :: [CoreAlt] -> ([CoreAlt], Maybe CoreExpr)
295 findDefault ((DEFAULT,args,rhs) : alts) = ASSERT( null args ) (alts, Just rhs)
296 findDefault alts                        =                     (alts, Nothing)
297
298 findAlt :: AltCon -> [CoreAlt] -> CoreAlt
299 findAlt con alts
300   = case alts of
301         (deflt@(DEFAULT,_,_):alts) -> go alts deflt
302         other                      -> go alts panic_deflt
303   where
304     panic_deflt = pprPanic "Missing alternative" (ppr con $$ vcat (map ppr alts))
305
306     go []                      deflt = deflt
307     go (alt@(con1,_,_) : alts) deflt
308       = case con `cmpAltCon` con1 of
309           LT -> deflt   -- Missed it already; the alts are in increasing order
310           EQ -> alt
311           GT -> ASSERT( not (con1 == DEFAULT) ) go alts deflt
312
313 isDefaultAlt :: CoreAlt -> Bool
314 isDefaultAlt (DEFAULT, _, _) = True
315 isDefaultAlt other           = False
316
317 ---------------------------------
318 mergeAlts :: [CoreAlt] -> [CoreAlt] -> [CoreAlt]
319 -- Merge preserving order; alternatives in the first arg
320 -- shadow ones in the second
321 mergeAlts [] as2 = as2
322 mergeAlts as1 [] = as1
323 mergeAlts (a1:as1) (a2:as2)
324   = case a1 `cmpAlt` a2 of
325         LT -> a1 : mergeAlts as1      (a2:as2)
326         EQ -> a1 : mergeAlts as1      as2       -- Discard a2
327         GT -> a2 : mergeAlts (a1:as1) as2
328 \end{code}
329
330
331 %************************************************************************
332 %*                                                                      *
333 \subsection{Figuring out things about expressions}
334 %*                                                                      *
335 %************************************************************************
336
337 @exprIsTrivial@ is true of expressions we are unconditionally happy to
338                 duplicate; simple variables and constants, and type
339                 applications.  Note that primop Ids aren't considered
340                 trivial unless 
341
342 @exprIsBottom@  is true of expressions that are guaranteed to diverge
343
344
345 There used to be a gruesome test for (hasNoBinding v) in the
346 Var case:
347         exprIsTrivial (Var v) | hasNoBinding v = idArity v == 0
348 The idea here is that a constructor worker, like $wJust, is
349 really short for (\x -> $wJust x), becuase $wJust has no binding.
350 So it should be treated like a lambda.  Ditto unsaturated primops.
351 But now constructor workers are not "have-no-binding" Ids.  And
352 completely un-applied primops and foreign-call Ids are sufficiently
353 rare that I plan to allow them to be duplicated and put up with
354 saturating them.
355
356 SCC notes.  We do not treat (_scc_ "foo" x) as trivial, because 
357   a) it really generates code, (and a heap object when it's 
358      a function arg) to capture the cost centre
359   b) see the note [SCC-and-exprIsTrivial] in Simplify.simplLazyBind
360
361 \begin{code}
362 exprIsTrivial (Var v)      = True       -- See notes above
363 exprIsTrivial (Type _)     = True
364 exprIsTrivial (Lit lit)    = litIsTrivial lit
365 exprIsTrivial (App e arg)  = not (isRuntimeArg arg) && exprIsTrivial e
366 exprIsTrivial (Note (SCC _) e) = False          -- See notes above
367 exprIsTrivial (Note _       e) = exprIsTrivial e
368 exprIsTrivial (Cast e co)  = exprIsTrivial e
369 exprIsTrivial (Lam b body) = not (isRuntimeVar b) && exprIsTrivial body
370 exprIsTrivial other        = False
371 \end{code}
372
373
374 @exprIsDupable@ is true of expressions that can be duplicated at a modest
375                 cost in code size.  This will only happen in different case
376                 branches, so there's no issue about duplicating work.
377
378                 That is, exprIsDupable returns True of (f x) even if
379                 f is very very expensive to call.
380
381                 Its only purpose is to avoid fruitless let-binding
382                 and then inlining of case join points
383
384
385 \begin{code}
386 exprIsDupable (Type _)          = True
387 exprIsDupable (Var v)           = True
388 exprIsDupable (Lit lit)         = litIsDupable lit
389 exprIsDupable (Note InlineMe e) = True
390 exprIsDupable (Note _ e)        = exprIsDupable e
391 exprIsDupable (Cast e co)       = exprIsDupable e
392 exprIsDupable expr           
393   = go expr 0
394   where
395     go (Var v)   n_args = True
396     go (App f a) n_args =  n_args < dupAppSize
397                         && exprIsDupable a
398                         && go f (n_args+1)
399     go other n_args     = False
400
401 dupAppSize :: Int
402 dupAppSize = 4          -- Size of application we are prepared to duplicate
403 \end{code}
404
405 @exprIsCheap@ looks at a Core expression and returns \tr{True} if
406 it is obviously in weak head normal form, or is cheap to get to WHNF.
407 [Note that that's not the same as exprIsDupable; an expression might be
408 big, and hence not dupable, but still cheap.]
409
410 By ``cheap'' we mean a computation we're willing to:
411         push inside a lambda, or
412         inline at more than one place
413 That might mean it gets evaluated more than once, instead of being
414 shared.  The main examples of things which aren't WHNF but are
415 ``cheap'' are:
416
417   *     case e of
418           pi -> ei
419         (where e, and all the ei are cheap)
420
421   *     let x = e in b
422         (where e and b are cheap)
423
424   *     op x1 ... xn
425         (where op is a cheap primitive operator)
426
427   *     error "foo"
428         (because we are happy to substitute it inside a lambda)
429
430 Notice that a variable is considered 'cheap': we can push it inside a lambda,
431 because sharing will make sure it is only evaluated once.
432
433 \begin{code}
434 exprIsCheap :: CoreExpr -> Bool
435 exprIsCheap (Lit lit)         = True
436 exprIsCheap (Type _)          = True
437 exprIsCheap (Var _)           = True
438 exprIsCheap (Note InlineMe e) = True
439 exprIsCheap (Note _ e)        = exprIsCheap e
440 exprIsCheap (Cast e co)       = exprIsCheap e
441 exprIsCheap (Lam x e)         = isRuntimeVar x || exprIsCheap e
442 exprIsCheap (Case e _ _ alts) = exprIsCheap e && 
443                                 and [exprIsCheap rhs | (_,_,rhs) <- alts]
444         -- Experimentally, treat (case x of ...) as cheap
445         -- (and case __coerce x etc.)
446         -- This improves arities of overloaded functions where
447         -- there is only dictionary selection (no construction) involved
448 exprIsCheap (Let (NonRec x _) e)  
449       | isUnLiftedType (idType x) = exprIsCheap e
450       | otherwise                 = False
451         -- strict lets always have cheap right hand sides,
452         -- and do no allocation.
453
454 exprIsCheap other_expr  -- Applications and variables
455   = go other_expr []
456   where
457         -- Accumulate value arguments, then decide
458     go (App f a) val_args | isRuntimeArg a = go f (a:val_args)
459                           | otherwise      = go f val_args
460
461     go (Var f) [] = True        -- Just a type application of a variable
462                                 -- (f t1 t2 t3) counts as WHNF
463     go (Var f) args
464         = case globalIdDetails f of
465                 RecordSelId {} -> go_sel args
466                 ClassOpId _    -> go_sel args
467                 PrimOpId op    -> go_primop op args
468
469                 DataConWorkId _ -> go_pap args
470                 other | length args < idArity f -> go_pap args
471
472                 other -> isBottomingId f
473                         -- Application of a function which
474                         -- always gives bottom; we treat this as cheap
475                         -- because it certainly doesn't need to be shared!
476         
477     go other args = False
478  
479     --------------
480     go_pap args = all exprIsTrivial args
481         -- For constructor applications and primops, check that all
482         -- the args are trivial.  We don't want to treat as cheap, say,
483         --      (1:2:3:4:5:[])
484         -- We'll put up with one constructor application, but not dozens
485         
486     --------------
487     go_primop op args = primOpIsCheap op && all exprIsCheap args
488         -- In principle we should worry about primops
489         -- that return a type variable, since the result
490         -- might be applied to something, but I'm not going
491         -- to bother to check the number of args
492  
493     --------------
494     go_sel [arg] = exprIsCheap arg      -- I'm experimenting with making record selection
495     go_sel other = False                -- look cheap, so we will substitute it inside a
496                                         -- lambda.  Particularly for dictionary field selection.
497                 -- BUT: Take care with (sel d x)!  The (sel d) might be cheap, but
498                 --      there's no guarantee that (sel d x) will be too.  Hence (n_val_args == 1)
499 \end{code}
500
501 exprOkForSpeculation returns True of an expression that it is
502
503         * safe to evaluate even if normal order eval might not 
504           evaluate the expression at all, or
505
506         * safe *not* to evaluate even if normal order would do so
507
508 It returns True iff
509
510         the expression guarantees to terminate, 
511         soon, 
512         without raising an exception,
513         without causing a side effect (e.g. writing a mutable variable)
514
515 NB: if exprIsHNF e, then exprOkForSpecuation e
516
517 E.G.
518         let x = case y# +# 1# of { r# -> I# r# }
519         in E
520 ==>
521         case y# +# 1# of { r# -> 
522         let x = I# r#
523         in E 
524         }
525
526 We can only do this if the (y+1) is ok for speculation: it has no
527 side effects, and can't diverge or raise an exception.
528
529 \begin{code}
530 exprOkForSpeculation :: CoreExpr -> Bool
531 exprOkForSpeculation (Lit _)     = True
532 exprOkForSpeculation (Type _)    = True
533 exprOkForSpeculation (Var v)     = isUnLiftedType (idType v)
534 exprOkForSpeculation (Note _ e)  = exprOkForSpeculation e
535 exprOkForSpeculation (Cast e co) = exprOkForSpeculation e
536 exprOkForSpeculation other_expr
537   = case collectArgs other_expr of
538         (Var f, args) -> spec_ok (globalIdDetails f) args
539         other         -> False
540  
541   where
542     spec_ok (DataConWorkId _) args
543       = True    -- The strictness of the constructor has already
544                 -- been expressed by its "wrapper", so we don't need
545                 -- to take the arguments into account
546
547     spec_ok (PrimOpId op) args
548       | isDivOp op,             -- Special case for dividing operations that fail
549         [arg1, Lit lit] <- args -- only if the divisor is zero
550       = not (isZeroLit lit) && exprOkForSpeculation arg1
551                 -- Often there is a literal divisor, and this 
552                 -- can get rid of a thunk in an inner looop
553
554       | otherwise
555       = primOpOkForSpeculation op && 
556         all exprOkForSpeculation args
557                                 -- A bit conservative: we don't really need
558                                 -- to care about lazy arguments, but this is easy
559
560     spec_ok other args = False
561
562 isDivOp :: PrimOp -> Bool
563 -- True of dyadic operators that can fail 
564 -- only if the second arg is zero
565 -- This function probably belongs in PrimOp, or even in 
566 -- an automagically generated file.. but it's such a 
567 -- special case I thought I'd leave it here for now.
568 isDivOp IntQuotOp        = True
569 isDivOp IntRemOp         = True
570 isDivOp WordQuotOp       = True
571 isDivOp WordRemOp        = True
572 isDivOp IntegerQuotRemOp = True
573 isDivOp IntegerDivModOp  = True
574 isDivOp FloatDivOp       = True
575 isDivOp DoubleDivOp      = True
576 isDivOp other            = False
577 \end{code}
578
579
580 \begin{code}
581 exprIsBottom :: CoreExpr -> Bool        -- True => definitely bottom
582 exprIsBottom e = go 0 e
583                where
584                 -- n is the number of args
585                  go n (Note _ e)     = go n e
586                  go n (Cast e co)    = go n e
587                  go n (Let _ e)      = go n e
588                  go n (Case e _ _ _) = go 0 e   -- Just check the scrut
589                  go n (App e _)      = go (n+1) e
590                  go n (Var v)        = idAppIsBottom v n
591                  go n (Lit _)        = False
592                  go n (Lam _ _)      = False
593                  go n (Type _)       = False
594
595 idAppIsBottom :: Id -> Int -> Bool
596 idAppIsBottom id n_val_args = appIsBottom (idNewStrictness id) n_val_args
597 \end{code}
598
599 @exprIsHNF@ returns true for expressions that are certainly *already* 
600 evaluated to *head* normal form.  This is used to decide whether it's ok 
601 to change
602
603         case x of _ -> e   ===>   e
604
605 and to decide whether it's safe to discard a `seq`
606
607 So, it does *not* treat variables as evaluated, unless they say they are.
608
609 But it *does* treat partial applications and constructor applications
610 as values, even if their arguments are non-trivial, provided the argument
611 type is lifted; 
612         e.g.  (:) (f x) (map f xs)      is a value
613               map (...redex...)         is a value
614 Because `seq` on such things completes immediately
615
616 For unlifted argument types, we have to be careful:
617                 C (f x :: Int#)
618 Suppose (f x) diverges; then C (f x) is not a value.  True, but
619 this form is illegal (see the invariants in CoreSyn).  Args of unboxed
620 type must be ok-for-speculation (or trivial).
621
622 \begin{code}
623 exprIsHNF :: CoreExpr -> Bool           -- True => Value-lambda, constructor, PAP
624 exprIsHNF (Var v)       -- NB: There are no value args at this point
625   =  isDataConWorkId v  -- Catches nullary constructors, 
626                         --      so that [] and () are values, for example
627   || idArity v > 0      -- Catches (e.g.) primops that don't have unfoldings
628   || isEvaldUnfolding (idUnfolding v)
629         -- Check the thing's unfolding; it might be bound to a value
630         -- A worry: what if an Id's unfolding is just itself: 
631         -- then we could get an infinite loop...
632
633 exprIsHNF (Lit l)            = True
634 exprIsHNF (Type ty)          = True     -- Types are honorary Values; 
635                                         -- we don't mind copying them
636 exprIsHNF (Lam b e)          = isRuntimeVar b || exprIsHNF e
637 exprIsHNF (Note _ e)         = exprIsHNF e
638 exprIsHNF (Cast e co)        = exprIsHNF e
639 exprIsHNF (App e (Type _)) = exprIsHNF e
640 exprIsHNF (App e a)        = app_is_value e [a]
641 exprIsHNF other      = False
642
643 -- There is at least one value argument
644 app_is_value (Var fun) args
645   |  isDataConWorkId fun                -- Constructor apps are values
646   || idArity fun > valArgCount args     -- Under-applied function
647   = check_args (idType fun) args
648 app_is_value (App f a) as = app_is_value f (a:as)
649 app_is_value other     as = False
650
651         -- 'check_args' checks that unlifted-type args
652         -- are in fact guaranteed non-divergent
653 check_args fun_ty []              = True
654 check_args fun_ty (Type _ : args) = case splitForAllTy_maybe fun_ty of
655                                       Just (_, ty) -> check_args ty args
656 check_args fun_ty (arg : args)
657   | isUnLiftedType arg_ty = exprOkForSpeculation arg
658   | otherwise             = check_args res_ty args
659   where
660     (arg_ty, res_ty) = splitFunTy fun_ty
661 \end{code}
662
663 \begin{code}
664 -- deep applies a TyConApp coercion as a substitution to a reflexive coercion
665 -- deepCast t [a1,...,an] co corresponds to deep(t, [a1,...,an], co) from
666 -- FC paper
667 deepCast :: Type -> [TyVar] -> Coercion -> Coercion
668 deepCast ty tyVars co 
669   = ASSERT( let {(lty, rty) = coercionKind co;
670                  Just (tc1, lArgs) = splitTyConApp_maybe lty;
671                  Just (tc2, rArgs) = splitTyConApp_maybe rty} 
672             in
673               tc1 == tc2 && length lArgs == length rArgs &&
674               length lArgs == length tyVars )
675     substTyWith tyVars coArgs ty
676   where
677     -- coArgs = [right (left (left co)), right (left co), right co]
678     coArgs = decomposeCo (length tyVars) co
679
680 -- This goes here to avoid circularity between DataCon and Id
681 dataConInstPat :: [Unique]                  -- An infinite list of uniques
682                -> DataCon
683                -> [Type]                    -- Types to instantiate the universally quantified tyvars
684                -> ([TyVar], [CoVar], [Id])  -- Return instantiated variables
685 -- dataConInstPat us con inst_tys returns a triple (ex_tvs, co_tvs, arg_ids),
686 --
687 --   ex_tvs are intended to be used as binders for existential type args
688 --
689 --   co_tvs are intended to be used as binders for coercion args and the kinds
690 --     of these vars have been instantiated by the inst_tys and the ex_tys
691 --
692 --   arg_ids are indended to be used as binders for value arguments, including
693 --     dicts, and have their types instantiated with inst_tys and ex_tys
694 --
695 -- Example.
696 --  The following constructor T1
697 --
698 --  data T a where
699 --    T1 :: forall b. Int -> b -> T(a,b)
700 --    ...
701 --
702 --  has representation type 
703 --   forall a. forall a1. forall a2. forall b. (a :=: (a1,a2)) => 
704 --     Int -> b -> T a
705 --
706 --  dataConInstPat us T1 (a1',a2') will return
707 --
708 --  ([a1'', a2'', b''],[c :: (a1',a2'):=:(a1'',a2'')],[x :: Int,y :: b''])
709 --
710 --  where the double-primed variables are created from the unique list input
711 dataConInstPat uniqs con inst_tys 
712   = (ex_bndrs, co_bndrs, id_bndrs)
713   where 
714     univ_tvs = dataConUnivTyVars con
715     ex_tvs   = dataConExTyVars con
716     arg_tys  = dataConRepArgTys con
717     eq_spec  = dataConEqSpec con
718     eq_preds = [ mkEqPred (mkTyVarTy tv, ty) | (tv,ty) <- eq_spec ]
719
720     n_ex = length ex_tvs
721     n_co = length eq_spec
722     n_id = length arg_tys
723
724       -- split the uniques
725     (ex_uniqs, uniqs') = splitAt n_ex uniqs
726     (co_uniqs, id_uniqs) = splitAt n_co uniqs'
727
728       -- make existential type variables
729     mk_ex_var uniq var = setVarUnique var uniq
730     ex_bndrs = zipWith mk_ex_var ex_uniqs ex_tvs
731
732       -- make the instantiation substitution
733     inst_subst = substTyWith (univ_tvs ++ ex_tvs) (inst_tys ++ map mkTyVarTy ex_bndrs)
734
735       -- make new coercion vars, instantiating kind
736     mk_co_var uniq eq_pred = mkCoVar new_name (inst_subst (mkPredTy eq_pred))
737        where
738          new_name = mkSysTvName uniq FSLIT("co")
739
740     co_bndrs               = zipWith mk_co_var co_uniqs eq_preds
741
742       -- make value vars, instantiating types
743     mk_id_var uniq ty = mkSysLocal FSLIT("ca") uniq (inst_subst ty)
744
745     id_bndrs = zipWith mk_id_var id_uniqs arg_tys
746
747
748 exprIsConApp_maybe :: CoreExpr -> Maybe (DataCon, [CoreExpr])
749 -- Returns (Just (dc, [x1..xn])) if the argument expression is 
750 -- a constructor application of the form (dc x1 .. xn)
751
752 exprIsConApp_maybe (Cast expr co)
753   =     -- Maybe this is over the top, but here we try to turn
754         --      coerce (S,T) ( x, y )
755         -- effectively into 
756         --      ( coerce S x, coerce T y )
757         -- This happens in anger in PrelArrExts which has a coerce
758         --      case coerce memcpy a b of
759         --        (# r, s #) -> ...
760         -- where the memcpy is in the IO monad, but the call is in
761         -- the (ST s) monad
762     case exprIsConApp_maybe expr of {
763         Nothing           -> Nothing ;
764         Just (dc, args)   -> 
765
766     let (from_ty, to_ty) = coercionKind co in
767   
768     case splitTyConApp_maybe to_ty of {
769         Nothing -> Nothing ;
770         Just (tc, tc_arg_tys) | tc /= dataConTyCon dc     -> Nothing
771                             --  | not (isVanillaDataCon dc) -> Nothing
772                               | otherwise                 ->
773                 -- Type constructor must match datacon
774
775     case splitTyConApp_maybe from_ty of {
776         Nothing -> Nothing ;
777         Just (tc', tc_arg_tys') | tc /= tc' -> Nothing 
778                 -- Both sides of coercion must have the same type constructor
779                                | otherwise ->
780
781     let
782         -- here we do the PushC reduction rule as described in the FC paper
783         arity               = tyConArity tc
784         n_ex_tvs            = length dc_ex_tyvars
785
786         (univ_args, rest)   = splitAt arity args
787         (ex_args, val_args) = splitAt n_ex_tvs rest
788
789         arg_tys             = dataConRepArgTys dc
790         dc_tyvars           = dataConUnivTyVars dc
791         dc_ex_tyvars        = dataConExTyVars dc
792
793         deep arg_ty         = deepCast arg_ty dc_tyvars co
794
795           -- first we appropriately cast the value arguments
796         arg_cos             = map deep arg_tys 
797         new_val_args        = zipWith mkCoerce (map deep arg_tys) val_args
798
799           -- then we cast the existential coercion arguments
800         orig_tvs            = dc_tyvars ++ dc_ex_tyvars
801         gammas              = decomposeCo arity co
802         new_tys             = gammas ++ (map (\ (Type t) -> t) ex_args)
803         theta               = substTyWith orig_tvs new_tys
804         cast_ty tv (Type ty) 
805           | isCoVar tv
806           , (ty1, ty2) <- splitCoercionKind (tyVarKind tv)
807           = Type $ mkTransCoercion (mkSymCoercion (theta ty1)) 
808             (mkTransCoercion ty (theta ty2))
809           | otherwise       
810           = Type ty
811         new_ex_args         = zipWith cast_ty dc_ex_tyvars ex_args
812   
813     in
814     ASSERT( all isTypeArg (take arity args) )
815     ASSERT( equalLength val_args arg_tys )
816     Just (dc, map Type tc_arg_tys ++ new_ex_args ++ new_val_args)
817     }}}
818
819 exprIsConApp_maybe (Note _ expr)
820   = exprIsConApp_maybe expr
821     -- We ignore InlineMe notes in case we have
822     --  x = __inline_me__ (a,b)
823     -- All part of making sure that INLINE pragmas never hurt
824     -- Marcin tripped on this one when making dictionaries more inlinable
825     --
826     -- In fact, we ignore all notes.  For example,
827     --          case _scc_ "foo" (C a b) of
828     --                  C a b -> e
829     -- should be optimised away, but it will be only if we look
830     -- through the SCC note.
831
832 exprIsConApp_maybe expr = analyse (collectArgs expr)
833   where
834     analyse (Var fun, args)
835         | Just con <- isDataConWorkId_maybe fun,
836           args `lengthAtLeast` dataConRepArity con
837                 -- Might be > because the arity excludes type args
838         = Just (con,args)
839
840         -- Look through unfoldings, but only cheap ones, because
841         -- we are effectively duplicating the unfolding
842     analyse (Var fun, [])
843         | let unf = idUnfolding fun,
844           isCheapUnfolding unf
845         = exprIsConApp_maybe (unfoldingTemplate unf)
846
847     analyse other = Nothing
848 \end{code}
849
850
851
852 %************************************************************************
853 %*                                                                      *
854 \subsection{Eta reduction and expansion}
855 %*                                                                      *
856 %************************************************************************
857
858 \begin{code}
859 exprEtaExpandArity :: DynFlags -> CoreExpr -> Arity
860 {- The Arity returned is the number of value args the 
861    thing can be applied to without doing much work
862
863 exprEtaExpandArity is used when eta expanding
864         e  ==>  \xy -> e x y
865
866 It returns 1 (or more) to:
867         case x of p -> \s -> ...
868 because for I/O ish things we really want to get that \s to the top.
869 We are prepared to evaluate x each time round the loop in order to get that
870
871 It's all a bit more subtle than it looks:
872
873 1.  One-shot lambdas
874
875 Consider one-shot lambdas
876                 let x = expensive in \y z -> E
877 We want this to have arity 2 if the \y-abstraction is a 1-shot lambda
878 Hence the ArityType returned by arityType
879
880 2.  The state-transformer hack
881
882 The one-shot lambda special cause is particularly important/useful for
883 IO state transformers, where we often get
884         let x = E in \ s -> ...
885
886 and the \s is a real-world state token abstraction.  Such abstractions
887 are almost invariably 1-shot, so we want to pull the \s out, past the
888 let x=E, even if E is expensive.  So we treat state-token lambdas as 
889 one-shot even if they aren't really.  The hack is in Id.isOneShotBndr.
890
891 3.  Dealing with bottom
892
893 Consider also 
894         f = \x -> error "foo"
895 Here, arity 1 is fine.  But if it is
896         f = \x -> case x of 
897                         True  -> error "foo"
898                         False -> \y -> x+y
899 then we want to get arity 2.  Tecnically, this isn't quite right, because
900         (f True) `seq` 1
901 should diverge, but it'll converge if we eta-expand f.  Nevertheless, we
902 do so; it improves some programs significantly, and increasing convergence
903 isn't a bad thing.  Hence the ABot/ATop in ArityType.
904
905 Actually, the situation is worse.  Consider
906         f = \x -> case x of
907                         True  -> \y -> x+y
908                         False -> \y -> x-y
909 Can we eta-expand here?  At first the answer looks like "yes of course", but
910 consider
911         (f bot) `seq` 1
912 This should diverge!  But if we eta-expand, it won't.   Again, we ignore this
913 "problem", because being scrupulous would lose an important transformation for
914 many programs.
915
916
917 4. Newtypes
918
919 Non-recursive newtypes are transparent, and should not get in the way.
920 We do (currently) eta-expand recursive newtypes too.  So if we have, say
921
922         newtype T = MkT ([T] -> Int)
923
924 Suppose we have
925         e = coerce T f
926 where f has arity 1.  Then: etaExpandArity e = 1; 
927 that is, etaExpandArity looks through the coerce.
928
929 When we eta-expand e to arity 1: eta_expand 1 e T
930 we want to get:                  coerce T (\x::[T] -> (coerce ([T]->Int) e) x)
931
932 HOWEVER, note that if you use coerce bogusly you can ge
933         coerce Int negate
934 And since negate has arity 2, you might try to eta expand.  But you can't
935 decopose Int to a function type.   Hence the final case in eta_expand.
936 -}
937
938
939 exprEtaExpandArity dflags e = arityDepth (arityType dflags e)
940
941 -- A limited sort of function type
942 data ArityType = AFun Bool ArityType    -- True <=> one-shot
943                | ATop                   -- Know nothing
944                | ABot                   -- Diverges
945
946 arityDepth :: ArityType -> Arity
947 arityDepth (AFun _ ty) = 1 + arityDepth ty
948 arityDepth ty          = 0
949
950 andArityType ABot           at2           = at2
951 andArityType ATop           at2           = ATop
952 andArityType (AFun t1 at1)  (AFun t2 at2) = AFun (t1 && t2) (andArityType at1 at2)
953 andArityType at1            at2           = andArityType at2 at1
954
955 arityType :: DynFlags -> CoreExpr -> ArityType
956         -- (go1 e) = [b1,..,bn]
957         -- means expression can be rewritten \x_b1 -> ... \x_bn -> body
958         -- where bi is True <=> the lambda is one-shot
959
960 arityType dflags (Note n e) = arityType dflags e
961 --      Not needed any more: etaExpand is cleverer
962 --  | ok_note n = arityType dflags e
963 --  | otherwise = ATop
964
965 arityType dflags (Cast e co) = arityType dflags e
966
967 arityType dflags (Var v) 
968   = mk (idArity v) (arg_tys (idType v))
969   where
970     mk :: Arity -> [Type] -> ArityType
971         -- The argument types are only to steer the "state hack"
972         -- Consider case x of
973         --              True  -> foo
974         --              False -> \(s:RealWorld) -> e
975         -- where foo has arity 1.  Then we want the state hack to
976         -- apply to foo too, so we can eta expand the case.
977     mk 0 tys | isBottomingId v                     = ABot
978              | (ty:tys) <- tys, isStateHackType ty = AFun True ATop
979              | otherwise                           = ATop
980     mk n (ty:tys) = AFun (isStateHackType ty) (mk (n-1) tys)
981     mk n []       = AFun False                (mk (n-1) [])
982
983     arg_tys :: Type -> [Type]   -- Ignore for-alls
984     arg_tys ty 
985         | Just (_, ty')  <- splitForAllTy_maybe ty = arg_tys ty'
986         | Just (arg,res) <- splitFunTy_maybe ty    = arg : arg_tys res
987         | otherwise                                = []
988
989         -- Lambdas; increase arity
990 arityType dflags (Lam x e)
991   | isId x    = AFun (isOneShotBndr x) (arityType dflags e)
992   | otherwise = arityType dflags e
993
994         -- Applications; decrease arity
995 arityType dflags (App f (Type _)) = arityType dflags f
996 arityType dflags (App f a)        = case arityType dflags f of
997                                         AFun one_shot xs | exprIsCheap a -> xs
998                                         other                            -> ATop
999                                                            
1000         -- Case/Let; keep arity if either the expression is cheap
1001         -- or it's a 1-shot lambda
1002         -- The former is not really right for Haskell
1003         --      f x = case x of { (a,b) -> \y. e }
1004         --  ===>
1005         --      f x y = case x of { (a,b) -> e }
1006         -- The difference is observable using 'seq'
1007 arityType dflags (Case scrut _ _ alts)
1008   = case foldr1 andArityType [arityType dflags rhs | (_,_,rhs) <- alts] of
1009         xs | exprIsCheap scrut          -> xs
1010         xs@(AFun one_shot _) | one_shot -> AFun True ATop
1011         other                           -> ATop
1012
1013 arityType dflags (Let b e) 
1014   = case arityType dflags e of
1015         xs                   | cheap_bind b -> xs
1016         xs@(AFun one_shot _) | one_shot     -> AFun True ATop
1017         other                               -> ATop
1018   where
1019     cheap_bind (NonRec b e) = is_cheap (b,e)
1020     cheap_bind (Rec prs)    = all is_cheap prs
1021     is_cheap (b,e) = (dopt Opt_DictsCheap dflags && isDictId b)
1022                    || exprIsCheap e
1023         -- If the experimental -fdicts-cheap flag is on, we eta-expand through
1024         -- dictionary bindings.  This improves arities. Thereby, it also
1025         -- means that full laziness is less prone to floating out the
1026         -- application of a function to its dictionary arguments, which
1027         -- can thereby lose opportunities for fusion.  Example:
1028         --      foo :: Ord a => a -> ...
1029         --      foo = /\a \(d:Ord a). let d' = ...d... in \(x:a). ....
1030         --              -- So foo has arity 1
1031         --
1032         --      f = \x. foo dInt $ bar x
1033         --
1034         -- The (foo DInt) is floated out, and makes ineffective a RULE 
1035         --      foo (bar x) = ...
1036         --
1037         -- One could go further and make exprIsCheap reply True to any
1038         -- dictionary-typed expression, but that's more work.
1039
1040 arityType dflags other = ATop
1041
1042 {- NOT NEEDED ANY MORE: etaExpand is cleverer
1043 ok_note InlineMe = False
1044 ok_note other    = True
1045     -- Notice that we do not look through __inline_me__
1046     -- This may seem surprising, but consider
1047     --          f = _inline_me (\x -> e)
1048     -- We DO NOT want to eta expand this to
1049     --          f = \x -> (_inline_me (\x -> e)) x
1050     -- because the _inline_me gets dropped now it is applied, 
1051     -- giving just
1052     --          f = \x -> e
1053     -- A Bad Idea
1054 -}
1055 \end{code}
1056
1057
1058 \begin{code}
1059 etaExpand :: Arity              -- Result should have this number of value args
1060           -> [Unique]
1061           -> CoreExpr -> Type   -- Expression and its type
1062           -> CoreExpr
1063 -- (etaExpand n us e ty) returns an expression with 
1064 -- the same meaning as 'e', but with arity 'n'.  
1065 --
1066 -- Given e' = etaExpand n us e ty
1067 -- We should have
1068 --      ty = exprType e = exprType e'
1069 --
1070 -- Note that SCCs are not treated specially.  If we have
1071 --      etaExpand 2 (\x -> scc "foo" e)
1072 --      = (\xy -> (scc "foo" e) y)
1073 -- So the costs of evaluating 'e' (not 'e y') are attributed to "foo"
1074
1075 etaExpand n us expr ty
1076   | manifestArity expr >= n = expr              -- The no-op case
1077   | otherwise               
1078   = eta_expand n us expr ty
1079   where
1080
1081 -- manifestArity sees how many leading value lambdas there are
1082 manifestArity :: CoreExpr -> Arity
1083 manifestArity (Lam v e) | isId v    = 1 + manifestArity e
1084                         | otherwise = manifestArity e
1085 manifestArity (Note _ e)            = manifestArity e
1086 manifestArity (Cast e _)            = manifestArity e
1087 manifestArity e                     = 0
1088
1089 -- etaExpand deals with for-alls. For example:
1090 --              etaExpand 1 E
1091 -- where  E :: forall a. a -> a
1092 -- would return
1093 --      (/\b. \y::a -> E b y)
1094 --
1095 -- It deals with coerces too, though they are now rare
1096 -- so perhaps the extra code isn't worth it
1097
1098 eta_expand n us expr ty
1099   | n == 0 && 
1100     -- The ILX code generator requires eta expansion for type arguments
1101     -- too, but alas the 'n' doesn't tell us how many of them there 
1102     -- may be.  So we eagerly eta expand any big lambdas, and just
1103     -- cross our fingers about possible loss of sharing in the ILX case. 
1104     -- The Right Thing is probably to make 'arity' include
1105     -- type variables throughout the compiler.  (ToDo.)
1106     not (isForAllTy ty) 
1107     -- Saturated, so nothing to do
1108   = expr
1109
1110         -- Short cut for the case where there already
1111         -- is a lambda; no point in gratuitously adding more
1112 eta_expand n us (Lam v body) ty
1113   | isTyVar v
1114   = Lam v (eta_expand n us body (applyTy ty (mkTyVarTy v)))
1115
1116   | otherwise
1117   = Lam v (eta_expand (n-1) us body (funResultTy ty))
1118
1119 -- We used to have a special case that stepped inside Coerces here,
1120 -- thus:  eta_expand n us (Note note@(Coerce _ ty) e) _  
1121 --              = Note note (eta_expand n us e ty)
1122 -- BUT this led to an infinite loop
1123 -- Example:     newtype T = MkT (Int -> Int)
1124 --      eta_expand 1 (coerce (Int->Int) e)
1125 --      --> coerce (Int->Int) (eta_expand 1 T e)
1126 --              by the bogus eqn
1127 --      --> coerce (Int->Int) (coerce T 
1128 --              (\x::Int -> eta_expand 1 (coerce (Int->Int) e)))
1129 --              by the splitNewType_maybe case below
1130 --      and round we go
1131
1132 eta_expand n us expr ty
1133   = ASSERT2 (exprType expr `coreEqType` ty, ppr (exprType expr) $$ ppr ty)
1134     case splitForAllTy_maybe ty of { 
1135           Just (tv,ty') -> 
1136               Lam lam_tv (eta_expand n us2 (App expr (Type (mkTyVarTy lam_tv))) (substTyWith [tv] [mkTyVarTy lam_tv] ty'))
1137                   where 
1138                     lam_tv = mkTyVar (mkSysTvName uniq FSLIT("etaT")) (tyVarKind tv)
1139                     (uniq:us2) = us
1140
1141         ; Nothing ->
1142   
1143         case splitFunTy_maybe ty of {
1144           Just (arg_ty, res_ty) -> Lam arg1 (eta_expand (n-1) us2 (App expr (Var arg1)) res_ty)
1145                                 where
1146                                    arg1       = mkSysLocal FSLIT("eta") uniq arg_ty
1147                                    (uniq:us2) = us
1148                                    
1149         ; Nothing ->
1150
1151                 -- Given this:
1152                 --      newtype T = MkT ([T] -> Int)
1153                 -- Consider eta-expanding this
1154                 --      eta_expand 1 e T
1155                 -- We want to get
1156                 --      coerce T (\x::[T] -> (coerce ([T]->Int) e) x)
1157
1158         case splitNewTypeRepCo_maybe ty of {
1159           Just(ty1,co) -> 
1160               mkCoerce co (eta_expand n us (mkCoerce (mkSymCoercion co) expr) ty1) ;
1161           Nothing  -> 
1162
1163         -- We have an expression of arity > 0, but its type isn't a function
1164         -- This *can* legitmately happen: e.g.  coerce Int (\x. x)
1165         -- Essentially the programmer is playing fast and loose with types
1166         -- (Happy does this a lot).  So we simply decline to eta-expand.
1167         expr
1168         }}}
1169 \end{code}
1170
1171 exprArity is a cheap-and-cheerful version of exprEtaExpandArity.
1172 It tells how many things the expression can be applied to before doing
1173 any work.  It doesn't look inside cases, lets, etc.  The idea is that
1174 exprEtaExpandArity will do the hard work, leaving something that's easy
1175 for exprArity to grapple with.  In particular, Simplify uses exprArity to
1176 compute the ArityInfo for the Id. 
1177
1178 Originally I thought that it was enough just to look for top-level lambdas, but
1179 it isn't.  I've seen this
1180
1181         foo = PrelBase.timesInt
1182
1183 We want foo to get arity 2 even though the eta-expander will leave it
1184 unchanged, in the expectation that it'll be inlined.  But occasionally it
1185 isn't, because foo is blacklisted (used in a rule).  
1186
1187 Similarly, see the ok_note check in exprEtaExpandArity.  So 
1188         f = __inline_me (\x -> e)
1189 won't be eta-expanded.
1190
1191 And in any case it seems more robust to have exprArity be a bit more intelligent.
1192 But note that   (\x y z -> f x y z)
1193 should have arity 3, regardless of f's arity.
1194
1195 \begin{code}
1196 exprArity :: CoreExpr -> Arity
1197 exprArity e = go e
1198             where
1199               go (Var v)                   = idArity v
1200               go (Lam x e) | isId x        = go e + 1
1201                            | otherwise     = go e
1202               go (Note n e)                = go e
1203               go (Cast e _)                = go e
1204               go (App e (Type t))          = go e
1205               go (App f a) | exprIsCheap a = (go f - 1) `max` 0
1206                 -- NB: exprIsCheap a!  
1207                 --      f (fac x) does not have arity 2, 
1208                 --      even if f has arity 3!
1209                 -- NB: `max 0`!  (\x y -> f x) has arity 2, even if f is
1210                 --               unknown, hence arity 0
1211               go _                         = 0
1212 \end{code}
1213
1214 %************************************************************************
1215 %*                                                                      *
1216 \subsection{Equality}
1217 %*                                                                      *
1218 %************************************************************************
1219
1220 @cheapEqExpr@ is a cheap equality test which bales out fast!
1221         True  => definitely equal
1222         False => may or may not be equal
1223
1224 \begin{code}
1225 cheapEqExpr :: Expr b -> Expr b -> Bool
1226
1227 cheapEqExpr (Var v1)   (Var v2)   = v1==v2
1228 cheapEqExpr (Lit lit1) (Lit lit2) = lit1 == lit2
1229 cheapEqExpr (Type t1)  (Type t2)  = t1 `coreEqType` t2
1230
1231 cheapEqExpr (App f1 a1) (App f2 a2)
1232   = f1 `cheapEqExpr` f2 && a1 `cheapEqExpr` a2
1233
1234 cheapEqExpr _ _ = False
1235
1236 exprIsBig :: Expr b -> Bool
1237 -- Returns True of expressions that are too big to be compared by cheapEqExpr
1238 exprIsBig (Lit _)      = False
1239 exprIsBig (Var v)      = False
1240 exprIsBig (Type t)     = False
1241 exprIsBig (App f a)    = exprIsBig f || exprIsBig a
1242 exprIsBig other        = True
1243 \end{code}
1244
1245
1246 \begin{code}
1247 tcEqExpr :: CoreExpr -> CoreExpr -> Bool
1248 -- Used in rule matching, so does *not* look through 
1249 -- newtypes, predicate types; hence tcEqExpr
1250
1251 tcEqExpr e1 e2 = tcEqExprX rn_env e1 e2
1252   where
1253     rn_env = mkRnEnv2 (mkInScopeSet (exprFreeVars e1 `unionVarSet` exprFreeVars e2))
1254
1255 tcEqExprX :: RnEnv2 -> CoreExpr -> CoreExpr -> Bool
1256 tcEqExprX env (Var v1)     (Var v2)     = rnOccL env v1 == rnOccR env v2
1257 tcEqExprX env (Lit lit1)   (Lit lit2)   = lit1 == lit2
1258 tcEqExprX env (App f1 a1)  (App f2 a2)  = tcEqExprX env f1 f2 && tcEqExprX env a1 a2
1259 tcEqExprX env (Lam v1 e1)  (Lam v2 e2)  = tcEqExprX (rnBndr2 env v1 v2) e1 e2
1260 tcEqExprX env (Let (NonRec v1 r1) e1)
1261               (Let (NonRec v2 r2) e2)   = tcEqExprX env r1 r2 
1262                                        && tcEqExprX (rnBndr2 env v1 v2) e1 e2
1263 tcEqExprX env (Let (Rec ps1) e1)
1264               (Let (Rec ps2) e2)        =  equalLength ps1 ps2
1265                                         && and (zipWith eq_rhs ps1 ps2)
1266                                         && tcEqExprX env' e1 e2
1267                                      where
1268                                        env' = foldl2 rn_bndr2 env ps2 ps2
1269                                        rn_bndr2 env (b1,_) (b2,_) = rnBndr2 env b1 b2
1270                                        eq_rhs       (_,r1) (_,r2) = tcEqExprX env' r1 r2
1271 tcEqExprX env (Case e1 v1 t1 a1)
1272               (Case e2 v2 t2 a2)     =  tcEqExprX env e1 e2
1273                                      && tcEqTypeX env t1 t2                      
1274                                      && equalLength a1 a2
1275                                      && and (zipWith (eq_alt env') a1 a2)
1276                                      where
1277                                        env' = rnBndr2 env v1 v2
1278
1279 tcEqExprX env (Note n1 e1) (Note n2 e2) = eq_note env n1 n2 && tcEqExprX env e1 e2
1280 tcEqExprX env (Cast e1 co1) (Cast e2 co2) = tcEqTypeX env co1 co2 && tcEqExprX env e1 e2
1281 tcEqExprX env (Type t1)    (Type t2)    = tcEqTypeX env t1 t2
1282 tcEqExprX env e1                e2      = False
1283                                          
1284 eq_alt env (c1,vs1,r1) (c2,vs2,r2) = c1==c2 && tcEqExprX (rnBndrs2 env vs1  vs2) r1 r2
1285
1286 eq_note env (SCC cc1)      (SCC cc2)      = cc1 == cc2
1287 eq_note env (CoreNote s1)  (CoreNote s2)  = s1 == s2
1288 eq_note env other1             other2     = False
1289 \end{code}
1290
1291
1292 %************************************************************************
1293 %*                                                                      *
1294 \subsection{The size of an expression}
1295 %*                                                                      *
1296 %************************************************************************
1297
1298 \begin{code}
1299 coreBindsSize :: [CoreBind] -> Int
1300 coreBindsSize bs = foldr ((+) . bindSize) 0 bs
1301
1302 exprSize :: CoreExpr -> Int
1303         -- A measure of the size of the expressions
1304         -- It also forces the expression pretty drastically as a side effect
1305 exprSize (Var v)         = v `seq` 1
1306 exprSize (Lit lit)       = lit `seq` 1
1307 exprSize (App f a)       = exprSize f + exprSize a
1308 exprSize (Lam b e)       = varSize b + exprSize e
1309 exprSize (Let b e)       = bindSize b + exprSize e
1310 exprSize (Case e b t as) = seqType t `seq` exprSize e + varSize b + 1 + foldr ((+) . altSize) 0 as
1311 exprSize (Cast e co)     = (seqType co `seq` 1) + exprSize e
1312 exprSize (Note n e)      = noteSize n + exprSize e
1313 exprSize (Type t)        = seqType t `seq` 1
1314
1315 noteSize (SCC cc)       = cc `seq` 1
1316 noteSize InlineMe       = 1
1317 noteSize (CoreNote s)   = s `seq` 1  -- hdaume: core annotations
1318
1319 varSize :: Var -> Int
1320 varSize b  | isTyVar b = 1
1321            | otherwise = seqType (idType b)             `seq`
1322                          megaSeqIdInfo (idInfo b)       `seq`
1323                          1
1324
1325 varsSize = foldr ((+) . varSize) 0
1326
1327 bindSize (NonRec b e) = varSize b + exprSize e
1328 bindSize (Rec prs)    = foldr ((+) . pairSize) 0 prs
1329
1330 pairSize (b,e) = varSize b + exprSize e
1331
1332 altSize (c,bs,e) = c `seq` varsSize bs + exprSize e
1333 \end{code}
1334
1335
1336 %************************************************************************
1337 %*                                                                      *
1338 \subsection{Hashing}
1339 %*                                                                      *
1340 %************************************************************************
1341
1342 \begin{code}
1343 hashExpr :: CoreExpr -> Int
1344 -- Two expressions that hash to the same Int may be equal (but may not be)
1345 -- Two expressions that hash to the different Ints are definitely unequal
1346 -- 
1347 -- But "unequal" here means "not identical"; two alpha-equivalent 
1348 -- expressions may hash to the different Ints
1349 --
1350 -- The emphasis is on a crude, fast hash, rather than on high precision
1351
1352 hashExpr e | hash < 0  = 77     -- Just in case we hit -maxInt
1353            | otherwise = hash
1354            where
1355              hash = abs (hash_expr e)   -- Negative numbers kill UniqFM
1356
1357 hash_expr (Note _ e)              = hash_expr e
1358 hash_expr (Cast e co)             = hash_expr e
1359 hash_expr (Let (NonRec b r) e)    = hashId b
1360 hash_expr (Let (Rec ((b,r):_)) e) = hashId b
1361 hash_expr (Case _ b _ _)          = hashId b
1362 hash_expr (App f e)               = hash_expr f * fast_hash_expr e
1363 hash_expr (Var v)                 = hashId v
1364 hash_expr (Lit lit)               = hashLiteral lit
1365 hash_expr (Lam b _)               = hashId b
1366 hash_expr (Type t)                = trace "hash_expr: type" 1           -- Shouldn't happen
1367
1368 fast_hash_expr (Var v)          = hashId v
1369 fast_hash_expr (Lit lit)        = hashLiteral lit
1370 fast_hash_expr (App f (Type _)) = fast_hash_expr f
1371 fast_hash_expr (App f a)        = fast_hash_expr a
1372 fast_hash_expr (Lam b _)        = hashId b
1373 fast_hash_expr other            = 1
1374
1375 hashId :: Id -> Int
1376 hashId id = hashName (idName id)
1377 \end{code}
1378
1379 %************************************************************************
1380 %*                                                                      *
1381 \subsection{Determining non-updatable right-hand-sides}
1382 %*                                                                      *
1383 %************************************************************************
1384
1385 Top-level constructor applications can usually be allocated
1386 statically, but they can't if the constructor, or any of the
1387 arguments, come from another DLL (because we can't refer to static
1388 labels in other DLLs).
1389
1390 If this happens we simply make the RHS into an updatable thunk, 
1391 and 'exectute' it rather than allocating it statically.
1392
1393 \begin{code}
1394 rhsIsStatic :: PackageId -> CoreExpr -> Bool
1395 -- This function is called only on *top-level* right-hand sides
1396 -- Returns True if the RHS can be allocated statically, with
1397 -- no thunks involved at all.
1398 --
1399 -- It's called (i) in TidyPgm.hasCafRefs to decide if the rhs is, or
1400 -- refers to, CAFs; and (ii) in CoreToStg to decide whether to put an
1401 -- update flag on it.
1402 --
1403 -- The basic idea is that rhsIsStatic returns True only if the RHS is
1404 --      (a) a value lambda
1405 --      (b) a saturated constructor application with static args
1406 --
1407 -- BUT watch out for
1408 --  (i) Any cross-DLL references kill static-ness completely
1409 --      because they must be 'executed' not statically allocated
1410 --      ("DLL" here really only refers to Windows DLLs, on other platforms,
1411 --      this is not necessary)
1412 --
1413 -- (ii) We treat partial applications as redexes, because in fact we 
1414 --      make a thunk for them that runs and builds a PAP
1415 --      at run-time.  The only appliations that are treated as 
1416 --      static are *saturated* applications of constructors.
1417
1418 -- We used to try to be clever with nested structures like this:
1419 --              ys = (:) w ((:) w [])
1420 -- on the grounds that CorePrep will flatten ANF-ise it later.
1421 -- But supporting this special case made the function much more 
1422 -- complicated, because the special case only applies if there are no 
1423 -- enclosing type lambdas:
1424 --              ys = /\ a -> Foo (Baz ([] a))
1425 -- Here the nested (Baz []) won't float out to top level in CorePrep.
1426 --
1427 -- But in fact, even without -O, nested structures at top level are 
1428 -- flattened by the simplifier, so we don't need to be super-clever here.
1429 --
1430 -- Examples
1431 --
1432 --      f = \x::Int. x+7        TRUE
1433 --      p = (True,False)        TRUE
1434 --
1435 --      d = (fst p, False)      FALSE because there's a redex inside
1436 --                              (this particular one doesn't happen but...)
1437 --
1438 --      h = D# (1.0## /## 2.0##)        FALSE (redex again)
1439 --      n = /\a. Nil a                  TRUE
1440 --
1441 --      t = /\a. (:) (case w a of ...) (Nil a)  FALSE (redex)
1442 --
1443 --
1444 -- This is a bit like CoreUtils.exprIsHNF, with the following differences:
1445 --    a) scc "foo" (\x -> ...) is updatable (so we catch the right SCC)
1446 --
1447 --    b) (C x xs), where C is a contructors is updatable if the application is
1448 --         dynamic
1449 -- 
1450 --    c) don't look through unfolding of f in (f x).
1451 --
1452 -- When opt_RuntimeTypes is on, we keep type lambdas and treat
1453 -- them as making the RHS re-entrant (non-updatable).
1454
1455 rhsIsStatic this_pkg rhs = is_static False rhs
1456   where
1457   is_static :: Bool     -- True <=> in a constructor argument; must be atomic
1458           -> CoreExpr -> Bool
1459   
1460   is_static False (Lam b e) = isRuntimeVar b || is_static False e
1461   
1462   is_static in_arg (Note (SCC _) e) = False
1463   is_static in_arg (Note _ e)       = is_static in_arg e
1464   is_static in_arg (Cast e co)      = is_static in_arg e
1465   
1466   is_static in_arg (Lit lit)
1467     = case lit of
1468         MachLabel _ _ -> False
1469         other         -> True
1470         -- A MachLabel (foreign import "&foo") in an argument
1471         -- prevents a constructor application from being static.  The
1472         -- reason is that it might give rise to unresolvable symbols
1473         -- in the object file: under Linux, references to "weak"
1474         -- symbols from the data segment give rise to "unresolvable
1475         -- relocation" errors at link time This might be due to a bug
1476         -- in the linker, but we'll work around it here anyway. 
1477         -- SDM 24/2/2004
1478   
1479   is_static in_arg other_expr = go other_expr 0
1480    where
1481     go (Var f) n_val_args
1482 #if mingw32_TARGET_OS
1483         | not (isDllName this_pkg (idName f))
1484 #endif
1485         =  saturated_data_con f n_val_args
1486         || (in_arg && n_val_args == 0)  
1487                 -- A naked un-applied variable is *not* deemed a static RHS
1488                 -- E.g.         f = g
1489                 -- Reason: better to update so that the indirection gets shorted
1490                 --         out, and the true value will be seen
1491                 -- NB: if you change this, you'll break the invariant that THUNK_STATICs
1492                 --     are always updatable.  If you do so, make sure that non-updatable
1493                 --     ones have enough space for their static link field!
1494
1495     go (App f a) n_val_args
1496         | isTypeArg a                    = go f n_val_args
1497         | not in_arg && is_static True a = go f (n_val_args + 1)
1498         -- The (not in_arg) checks that we aren't in a constructor argument;
1499         -- if we are, we don't allow (value) applications of any sort
1500         -- 
1501         -- NB. In case you wonder, args are sometimes not atomic.  eg.
1502         --   x = D# (1.0## /## 2.0##)
1503         -- can't float because /## can fail.
1504
1505     go (Note (SCC _) f) n_val_args = False
1506     go (Note _ f) n_val_args       = go f n_val_args
1507     go (Cast e co) n_val_args      = go e n_val_args
1508
1509     go other n_val_args = False
1510
1511     saturated_data_con f n_val_args
1512         = case isDataConWorkId_maybe f of
1513             Just dc -> n_val_args == dataConRepArity dc
1514             Nothing -> False
1515 \end{code}