A bottoming function should have infinite arity
[ghc-hetmet.git] / compiler / coreSyn / CoreUtils.lhs
1 %
2 % (c) The University of Glasgow 2006
3 % (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
4 %
5
6 Utility functions on @Core@ syntax
7
8 \begin{code}
9 {-# OPTIONS -w #-}
10 -- The above warning supression flag is a temporary kludge.
11 -- While working on this module you are encouraged to remove it and fix
12 -- any warnings in the module. See
13 --     http://hackage.haskell.org/trac/ghc/wiki/Commentary/CodingStyle#Warnings
14 -- for details
15
16 module CoreUtils (
17         -- Construction
18         mkInlineMe, mkSCC, mkCoerce, mkCoerceI,
19         bindNonRec, needsCaseBinding,
20         mkIfThenElse, mkAltExpr, mkPiType, mkPiTypes,
21
22         -- Taking expressions apart
23         findDefault, findAlt, isDefaultAlt, mergeAlts, trimConArgs,
24
25         -- Properties of expressions
26         exprType, coreAltType,
27         exprIsDupable, exprIsTrivial, exprIsCheap, 
28         exprIsHNF,exprOkForSpeculation, exprIsBig, 
29         exprIsConApp_maybe, exprIsBottom,
30         rhsIsStatic,
31
32         -- Arity and eta expansion
33         manifestArity, exprArity, 
34         exprEtaExpandArity, etaExpand, 
35
36         -- Size
37         coreBindsSize,
38
39         -- Hashing
40         hashExpr,
41
42         -- Equality
43         cheapEqExpr, tcEqExpr, tcEqExprX, applyTypeToArgs, applyTypeToArg,
44
45         dataConOrigInstPat, dataConRepInstPat, dataConRepFSInstPat
46     ) where
47
48 #include "HsVersions.h"
49
50 import CoreSyn
51 import CoreFVs
52 import PprCore
53 import Var
54 import SrcLoc
55 import VarSet
56 import VarEnv
57 import Name
58 import Module
59 #if mingw32_TARGET_OS
60 import Packages
61 #endif
62 import Literal
63 import DataCon
64 import PrimOp
65 import Id
66 import IdInfo
67 import NewDemand
68 import Type
69 import Coercion
70 import TyCon
71 import TysWiredIn
72 import CostCentre
73 import BasicTypes
74 import Unique
75 import Outputable
76 import DynFlags
77 import TysPrim
78 import FastString
79 import Maybes
80 import Util
81 import Data.Word
82 import Data.Bits
83
84 import GHC.Exts         -- For `xori` 
85 \end{code}
86
87
88 %************************************************************************
89 %*                                                                      *
90 \subsection{Find the type of a Core atom/expression}
91 %*                                                                      *
92 %************************************************************************
93
94 \begin{code}
95 exprType :: CoreExpr -> Type
96
97 exprType (Var var)           = idType var
98 exprType (Lit lit)           = literalType lit
99 exprType (Let _ body)        = exprType body
100 exprType (Case _ _ ty alts)  = ty
101 exprType (Cast e co)         = snd (coercionKind co)
102 exprType (Note other_note e) = exprType e
103 exprType (Lam binder expr)   = mkPiType binder (exprType expr)
104 exprType e@(App _ _)
105   = case collectArgs e of
106         (fun, args) -> applyTypeToArgs e (exprType fun) args
107
108 exprType other = pprTrace "exprType" (pprCoreExpr other) alphaTy
109
110 coreAltType :: CoreAlt -> Type
111 coreAltType (_,_,rhs) = exprType rhs
112 \end{code}
113
114 @mkPiType@ makes a (->) type or a forall type, depending on whether
115 it is given a type variable or a term variable.  We cleverly use the
116 lbvarinfo field to figure out the right annotation for the arrove in
117 case of a term variable.
118
119 \begin{code}
120 mkPiType  :: Var   -> Type -> Type      -- The more polymorphic version
121 mkPiTypes :: [Var] -> Type -> Type      --    doesn't work...
122
123 mkPiTypes vs ty = foldr mkPiType ty vs
124
125 mkPiType v ty
126    | isId v    = mkFunTy (idType v) ty
127    | otherwise = mkForAllTy v ty
128 \end{code}
129
130 \begin{code}
131 applyTypeToArg :: Type -> CoreExpr -> Type
132 applyTypeToArg fun_ty (Type arg_ty) = applyTy fun_ty arg_ty
133 applyTypeToArg fun_ty other_arg     = funResultTy fun_ty
134
135 applyTypeToArgs :: CoreExpr -> Type -> [CoreExpr] -> Type
136 -- A more efficient version of applyTypeToArg 
137 -- when we have several args
138 -- The first argument is just for debugging
139 applyTypeToArgs e op_ty [] = op_ty
140
141 applyTypeToArgs e op_ty (Type ty : args)
142   =     -- Accumulate type arguments so we can instantiate all at once
143     go [ty] args
144   where
145     go rev_tys (Type ty : args) = go (ty:rev_tys) args
146     go rev_tys rest_args        = applyTypeToArgs e op_ty' rest_args
147                                 where
148                                   op_ty' = applyTys op_ty (reverse rev_tys)
149
150 applyTypeToArgs e op_ty (other_arg : args)
151   = case (splitFunTy_maybe op_ty) of
152         Just (_, res_ty) -> applyTypeToArgs e res_ty args
153         Nothing -> pprPanic "applyTypeToArgs" (pprCoreExpr e $$ ppr op_ty)
154 \end{code}
155
156
157
158 %************************************************************************
159 %*                                                                      *
160 \subsection{Attaching notes}
161 %*                                                                      *
162 %************************************************************************
163
164 mkNote removes redundant coercions, and SCCs where possible
165
166 \begin{code}
167 #ifdef UNUSED
168 mkNote :: Note -> CoreExpr -> CoreExpr
169 mkNote (SCC cc) expr               = mkSCC cc expr
170 mkNote InlineMe expr               = mkInlineMe expr
171 mkNote note     expr               = Note note expr
172 #endif
173 \end{code}
174
175 Drop trivial InlineMe's.  This is somewhat important, because if we have an unfolding
176 that looks like (Note InlineMe (Var v)), the InlineMe doesn't go away because it may
177 not be *applied* to anything.
178
179 We don't use exprIsTrivial here, though, because we sometimes generate worker/wrapper
180 bindings like
181         fw = ...
182         f  = inline_me (coerce t fw)
183 As usual, the inline_me prevents the worker from getting inlined back into the wrapper.
184 We want the split, so that the coerces can cancel at the call site.  
185
186 However, we can get left with tiresome type applications.  Notably, consider
187         f = /\ a -> let t = e in (t, w)
188 Then lifting the let out of the big lambda gives
189         t' = /\a -> e
190         f = /\ a -> let t = inline_me (t' a) in (t, w)
191 The inline_me is to stop the simplifier inlining t' right back
192 into t's RHS.  In the next phase we'll substitute for t (since
193 its rhs is trivial) and *then* we could get rid of the inline_me.
194 But it hardly seems worth it, so I don't bother.
195
196 \begin{code}
197 mkInlineMe (Var v) = Var v
198 mkInlineMe e       = Note InlineMe e
199 \end{code}
200
201
202
203 \begin{code}
204 mkCoerceI :: CoercionI -> CoreExpr -> CoreExpr
205 mkCoerceI IdCo e = e
206 mkCoerceI (ACo co) e = mkCoerce co e
207
208 mkCoerce :: Coercion -> CoreExpr -> CoreExpr
209 mkCoerce co (Cast expr co2)
210   = ASSERT(let { (from_ty, _to_ty) = coercionKind co; 
211                  (_from_ty2, to_ty2) = coercionKind co2} in
212            from_ty `coreEqType` to_ty2 )
213     mkCoerce (mkTransCoercion co2 co) expr
214
215 mkCoerce co expr 
216   = let (from_ty, to_ty) = coercionKind co in
217 --    if to_ty `coreEqType` from_ty
218 --    then expr
219 --    else 
220         ASSERT2(from_ty `coreEqType` (exprType expr), text "Trying to coerce" <+> text "(" <> ppr expr $$ text "::" <+> ppr (exprType expr) <> text ")" $$ ppr co $$ ppr (coercionKindPredTy co))
221          (Cast expr co)
222 \end{code}
223
224 \begin{code}
225 mkSCC :: CostCentre -> Expr b -> Expr b
226         -- Note: Nested SCC's *are* preserved for the benefit of
227         --       cost centre stack profiling
228 mkSCC cc (Lit lit)          = Lit lit
229 mkSCC cc (Lam x e)          = Lam x (mkSCC cc e)  -- Move _scc_ inside lambda
230 mkSCC cc (Note (SCC cc') e) = Note (SCC cc) (Note (SCC cc') e)
231 mkSCC cc (Note n e)         = Note n (mkSCC cc e) -- Move _scc_ inside notes
232 mkSCC cc (Cast e co)        = Cast (mkSCC cc e) co -- Move _scc_ inside cast
233 mkSCC cc expr               = Note (SCC cc) expr
234 \end{code}
235
236
237 %************************************************************************
238 %*                                                                      *
239 \subsection{Other expression construction}
240 %*                                                                      *
241 %************************************************************************
242
243 \begin{code}
244 bindNonRec :: Id -> CoreExpr -> CoreExpr -> CoreExpr
245 -- (bindNonRec x r b) produces either
246 --      let x = r in b
247 -- or
248 --      case r of x { _DEFAULT_ -> b }
249 --
250 -- depending on whether x is unlifted or not
251 -- It's used by the desugarer to avoid building bindings
252 -- that give Core Lint a heart attack.  Actually the simplifier
253 -- deals with them perfectly well.
254
255 bindNonRec bndr rhs body 
256   | needsCaseBinding (idType bndr) rhs = Case rhs bndr (exprType body) [(DEFAULT,[],body)]
257   | otherwise                          = Let (NonRec bndr rhs) body
258
259 needsCaseBinding ty rhs = isUnLiftedType ty && not (exprOkForSpeculation rhs)
260         -- Make a case expression instead of a let
261         -- These can arise either from the desugarer,
262         -- or from beta reductions: (\x.e) (x +# y)
263 \end{code}
264
265 \begin{code}
266 mkAltExpr :: AltCon -> [CoreBndr] -> [Type] -> CoreExpr
267         -- This guy constructs the value that the scrutinee must have
268         -- when you are in one particular branch of a case
269 mkAltExpr (DataAlt con) args inst_tys
270   = mkConApp con (map Type inst_tys ++ varsToCoreExprs args)
271 mkAltExpr (LitAlt lit) [] []
272   = Lit lit
273 mkAltExpr (LitAlt _) _ _ = panic "mkAltExpr LitAlt"
274 mkAltExpr DEFAULT _ _ = panic "mkAltExpr DEFAULT"
275
276 mkIfThenElse :: CoreExpr -> CoreExpr -> CoreExpr -> CoreExpr
277 mkIfThenElse guard then_expr else_expr
278 -- Not going to be refining, so okay to take the type of the "then" clause
279   = Case guard (mkWildId boolTy) (exprType then_expr) 
280          [ (DataAlt falseDataCon, [], else_expr),       -- Increasing order of tag!
281            (DataAlt trueDataCon,  [], then_expr) ]
282 \end{code}
283
284
285 %************************************************************************
286 %*                                                                      *
287 \subsection{Taking expressions apart}
288 %*                                                                      *
289 %************************************************************************
290
291 The default alternative must be first, if it exists at all.
292 This makes it easy to find, though it makes matching marginally harder.
293
294 \begin{code}
295 findDefault :: [CoreAlt] -> ([CoreAlt], Maybe CoreExpr)
296 findDefault ((DEFAULT,args,rhs) : alts) = ASSERT( null args ) (alts, Just rhs)
297 findDefault alts                        =                     (alts, Nothing)
298
299 findAlt :: AltCon -> [CoreAlt] -> CoreAlt
300 findAlt con alts
301   = case alts of
302         (deflt@(DEFAULT,_,_):alts) -> go alts deflt
303         other                      -> go alts panic_deflt
304   where
305     panic_deflt = pprPanic "Missing alternative" (ppr con $$ vcat (map ppr alts))
306
307     go []                      deflt = deflt
308     go (alt@(con1,_,_) : alts) deflt
309       = case con `cmpAltCon` con1 of
310           LT -> deflt   -- Missed it already; the alts are in increasing order
311           EQ -> alt
312           GT -> ASSERT( not (con1 == DEFAULT) ) go alts deflt
313
314 isDefaultAlt :: CoreAlt -> Bool
315 isDefaultAlt (DEFAULT, _, _) = True
316 isDefaultAlt other           = False
317
318 ---------------------------------
319 mergeAlts :: [CoreAlt] -> [CoreAlt] -> [CoreAlt]
320 -- Merge preserving order; alternatives in the first arg
321 -- shadow ones in the second
322 mergeAlts [] as2 = as2
323 mergeAlts as1 [] = as1
324 mergeAlts (a1:as1) (a2:as2)
325   = case a1 `cmpAlt` a2 of
326         LT -> a1 : mergeAlts as1      (a2:as2)
327         EQ -> a1 : mergeAlts as1      as2       -- Discard a2
328         GT -> a2 : mergeAlts (a1:as1) as2
329
330
331 ---------------------------------
332 trimConArgs :: AltCon -> [CoreArg] -> [CoreArg]
333 -- Given        case (C a b x y) of
334 --                 C b x y -> ...
335 -- we want to drop the leading type argument of the scrutinee
336 -- leaving the arguments to match agains the pattern
337
338 trimConArgs DEFAULT      args = ASSERT( null args ) []
339 trimConArgs (LitAlt lit) args = ASSERT( null args ) []
340 trimConArgs (DataAlt dc) args = dropList (dataConUnivTyVars dc) args
341 \end{code}
342
343
344 %************************************************************************
345 %*                                                                      *
346 \subsection{Figuring out things about expressions}
347 %*                                                                      *
348 %************************************************************************
349
350 @exprIsTrivial@ is true of expressions we are unconditionally happy to
351                 duplicate; simple variables and constants, and type
352                 applications.  Note that primop Ids aren't considered
353                 trivial unless 
354
355 @exprIsBottom@  is true of expressions that are guaranteed to diverge
356
357
358 There used to be a gruesome test for (hasNoBinding v) in the
359 Var case:
360         exprIsTrivial (Var v) | hasNoBinding v = idArity v == 0
361 The idea here is that a constructor worker, like $wJust, is
362 really short for (\x -> $wJust x), becuase $wJust has no binding.
363 So it should be treated like a lambda.  Ditto unsaturated primops.
364 But now constructor workers are not "have-no-binding" Ids.  And
365 completely un-applied primops and foreign-call Ids are sufficiently
366 rare that I plan to allow them to be duplicated and put up with
367 saturating them.
368
369 SCC notes.  We do not treat (_scc_ "foo" x) as trivial, because 
370   a) it really generates code, (and a heap object when it's 
371      a function arg) to capture the cost centre
372   b) see the note [SCC-and-exprIsTrivial] in Simplify.simplLazyBind
373
374 \begin{code}
375 exprIsTrivial (Var v)      = True       -- See notes above
376 exprIsTrivial (Type _)     = True
377 exprIsTrivial (Lit lit)    = litIsTrivial lit
378 exprIsTrivial (App e arg)  = not (isRuntimeArg arg) && exprIsTrivial e
379 exprIsTrivial (Note (SCC _) e) = False          -- See notes above
380 exprIsTrivial (Note _       e) = exprIsTrivial e
381 exprIsTrivial (Cast e co)  = exprIsTrivial e
382 exprIsTrivial (Lam b body) = not (isRuntimeVar b) && exprIsTrivial body
383 exprIsTrivial other        = False
384 \end{code}
385
386
387 @exprIsDupable@ is true of expressions that can be duplicated at a modest
388                 cost in code size.  This will only happen in different case
389                 branches, so there's no issue about duplicating work.
390
391                 That is, exprIsDupable returns True of (f x) even if
392                 f is very very expensive to call.
393
394                 Its only purpose is to avoid fruitless let-binding
395                 and then inlining of case join points
396
397
398 \begin{code}
399 exprIsDupable (Type _)          = True
400 exprIsDupable (Var v)           = True
401 exprIsDupable (Lit lit)         = litIsDupable lit
402 exprIsDupable (Note InlineMe e) = True
403 exprIsDupable (Note _ e)        = exprIsDupable e
404 exprIsDupable (Cast e co)       = exprIsDupable e
405 exprIsDupable expr           
406   = go expr 0
407   where
408     go (Var v)   n_args = True
409     go (App f a) n_args =  n_args < dupAppSize
410                         && exprIsDupable a
411                         && go f (n_args+1)
412     go other n_args     = False
413
414 dupAppSize :: Int
415 dupAppSize = 4          -- Size of application we are prepared to duplicate
416 \end{code}
417
418 @exprIsCheap@ looks at a Core expression and returns \tr{True} if
419 it is obviously in weak head normal form, or is cheap to get to WHNF.
420 [Note that that's not the same as exprIsDupable; an expression might be
421 big, and hence not dupable, but still cheap.]
422
423 By ``cheap'' we mean a computation we're willing to:
424         push inside a lambda, or
425         inline at more than one place
426 That might mean it gets evaluated more than once, instead of being
427 shared.  The main examples of things which aren't WHNF but are
428 ``cheap'' are:
429
430   *     case e of
431           pi -> ei
432         (where e, and all the ei are cheap)
433
434   *     let x = e in b
435         (where e and b are cheap)
436
437   *     op x1 ... xn
438         (where op is a cheap primitive operator)
439
440   *     error "foo"
441         (because we are happy to substitute it inside a lambda)
442
443 Notice that a variable is considered 'cheap': we can push it inside a lambda,
444 because sharing will make sure it is only evaluated once.
445
446 \begin{code}
447 exprIsCheap :: CoreExpr -> Bool
448 exprIsCheap (Lit lit)         = True
449 exprIsCheap (Type _)          = True
450 exprIsCheap (Var _)           = True
451 exprIsCheap (Note InlineMe e) = True
452 exprIsCheap (Note _ e)        = exprIsCheap e
453 exprIsCheap (Cast e co)       = exprIsCheap e
454 exprIsCheap (Lam x e)         = isRuntimeVar x || exprIsCheap e
455 exprIsCheap (Case e _ _ alts) = exprIsCheap e && 
456                                 and [exprIsCheap rhs | (_,_,rhs) <- alts]
457         -- Experimentally, treat (case x of ...) as cheap
458         -- (and case __coerce x etc.)
459         -- This improves arities of overloaded functions where
460         -- there is only dictionary selection (no construction) involved
461 exprIsCheap (Let (NonRec x _) e)  
462       | isUnLiftedType (idType x) = exprIsCheap e
463       | otherwise                 = False
464         -- strict lets always have cheap right hand sides,
465         -- and do no allocation.
466
467 exprIsCheap other_expr  -- Applications and variables
468   = go other_expr []
469   where
470         -- Accumulate value arguments, then decide
471     go (App f a) val_args | isRuntimeArg a = go f (a:val_args)
472                           | otherwise      = go f val_args
473
474     go (Var f) [] = True        -- Just a type application of a variable
475                                 -- (f t1 t2 t3) counts as WHNF
476     go (Var f) args
477         = case globalIdDetails f of
478                 RecordSelId {} -> go_sel args
479                 ClassOpId _    -> go_sel args
480                 PrimOpId op    -> go_primop op args
481
482                 DataConWorkId _ -> go_pap args
483                 other | length args < idArity f -> go_pap args
484
485                 other -> isBottomingId f
486                         -- Application of a function which
487                         -- always gives bottom; we treat this as cheap
488                         -- because it certainly doesn't need to be shared!
489         
490     go other args = False
491  
492     --------------
493     go_pap args = all exprIsTrivial args
494         -- For constructor applications and primops, check that all
495         -- the args are trivial.  We don't want to treat as cheap, say,
496         --      (1:2:3:4:5:[])
497         -- We'll put up with one constructor application, but not dozens
498         
499     --------------
500     go_primop op args = primOpIsCheap op && all exprIsCheap args
501         -- In principle we should worry about primops
502         -- that return a type variable, since the result
503         -- might be applied to something, but I'm not going
504         -- to bother to check the number of args
505  
506     --------------
507     go_sel [arg] = exprIsCheap arg      -- I'm experimenting with making record selection
508     go_sel other = False                -- look cheap, so we will substitute it inside a
509                                         -- lambda.  Particularly for dictionary field selection.
510                 -- BUT: Take care with (sel d x)!  The (sel d) might be cheap, but
511                 --      there's no guarantee that (sel d x) will be too.  Hence (n_val_args == 1)
512 \end{code}
513
514 exprOkForSpeculation returns True of an expression that it is
515
516         * safe to evaluate even if normal order eval might not 
517           evaluate the expression at all, or
518
519         * safe *not* to evaluate even if normal order would do so
520
521 It returns True iff
522
523         the expression guarantees to terminate, 
524         soon, 
525         without raising an exception,
526         without causing a side effect (e.g. writing a mutable variable)
527
528 NB: if exprIsHNF e, then exprOkForSpecuation e
529
530 E.G.
531         let x = case y# +# 1# of { r# -> I# r# }
532         in E
533 ==>
534         case y# +# 1# of { r# -> 
535         let x = I# r#
536         in E 
537         }
538
539 We can only do this if the (y+1) is ok for speculation: it has no
540 side effects, and can't diverge or raise an exception.
541
542 \begin{code}
543 exprOkForSpeculation :: CoreExpr -> Bool
544 exprOkForSpeculation (Lit _)     = True
545 exprOkForSpeculation (Type _)    = True
546     -- Tick boxes are *not* suitable for speculation
547 exprOkForSpeculation (Var v)     = isUnLiftedType (idType v)
548                                  && not (isTickBoxOp v)
549 exprOkForSpeculation (Note _ e)  = exprOkForSpeculation e
550 exprOkForSpeculation (Cast e co) = exprOkForSpeculation e
551 exprOkForSpeculation other_expr
552   = case collectArgs other_expr of
553         (Var f, args) -> spec_ok (globalIdDetails f) args
554         other         -> False
555  
556   where
557     spec_ok (DataConWorkId _) args
558       = True    -- The strictness of the constructor has already
559                 -- been expressed by its "wrapper", so we don't need
560                 -- to take the arguments into account
561
562     spec_ok (PrimOpId op) args
563       | isDivOp op,             -- Special case for dividing operations that fail
564         [arg1, Lit lit] <- args -- only if the divisor is zero
565       = not (isZeroLit lit) && exprOkForSpeculation arg1
566                 -- Often there is a literal divisor, and this 
567                 -- can get rid of a thunk in an inner looop
568
569       | otherwise
570       = primOpOkForSpeculation op && 
571         all exprOkForSpeculation args
572                                 -- A bit conservative: we don't really need
573                                 -- to care about lazy arguments, but this is easy
574
575     spec_ok other args = False
576
577 isDivOp :: PrimOp -> Bool
578 -- True of dyadic operators that can fail 
579 -- only if the second arg is zero
580 -- This function probably belongs in PrimOp, or even in 
581 -- an automagically generated file.. but it's such a 
582 -- special case I thought I'd leave it here for now.
583 isDivOp IntQuotOp        = True
584 isDivOp IntRemOp         = True
585 isDivOp WordQuotOp       = True
586 isDivOp WordRemOp        = True
587 isDivOp IntegerQuotRemOp = True
588 isDivOp IntegerDivModOp  = True
589 isDivOp FloatDivOp       = True
590 isDivOp DoubleDivOp      = True
591 isDivOp other            = False
592 \end{code}
593
594
595 \begin{code}
596 exprIsBottom :: CoreExpr -> Bool        -- True => definitely bottom
597 exprIsBottom e = go 0 e
598                where
599                 -- n is the number of args
600                  go n (Note _ e)     = go n e
601                  go n (Cast e co)    = go n e
602                  go n (Let _ e)      = go n e
603                  go n (Case e _ _ _) = go 0 e   -- Just check the scrut
604                  go n (App e _)      = go (n+1) e
605                  go n (Var v)        = idAppIsBottom v n
606                  go n (Lit _)        = False
607                  go n (Lam _ _)      = False
608                  go n (Type _)       = False
609
610 idAppIsBottom :: Id -> Int -> Bool
611 idAppIsBottom id n_val_args = appIsBottom (idNewStrictness id) n_val_args
612 \end{code}
613
614 @exprIsHNF@ returns true for expressions that are certainly *already* 
615 evaluated to *head* normal form.  This is used to decide whether it's ok 
616 to change
617
618         case x of _ -> e   ===>   e
619
620 and to decide whether it's safe to discard a `seq`
621
622 So, it does *not* treat variables as evaluated, unless they say they are.
623
624 But it *does* treat partial applications and constructor applications
625 as values, even if their arguments are non-trivial, provided the argument
626 type is lifted; 
627         e.g.  (:) (f x) (map f xs)      is a value
628               map (...redex...)         is a value
629 Because `seq` on such things completes immediately
630
631 For unlifted argument types, we have to be careful:
632                 C (f x :: Int#)
633 Suppose (f x) diverges; then C (f x) is not a value.  However this can't 
634 happen: see CoreSyn Note [CoreSyn let/app invariant].  Args of unboxed
635 type must be ok-for-speculation (or trivial).
636
637 \begin{code}
638 exprIsHNF :: CoreExpr -> Bool           -- True => Value-lambda, constructor, PAP
639 exprIsHNF (Var v)       -- NB: There are no value args at this point
640   =  isDataConWorkId v  -- Catches nullary constructors, 
641                         --      so that [] and () are values, for example
642   || idArity v > 0      -- Catches (e.g.) primops that don't have unfoldings
643   || isEvaldUnfolding (idUnfolding v)
644         -- Check the thing's unfolding; it might be bound to a value
645         -- A worry: what if an Id's unfolding is just itself: 
646         -- then we could get an infinite loop...
647
648 exprIsHNF (Lit l)          = True
649 exprIsHNF (Type ty)        = True       -- Types are honorary Values; 
650                                         -- we don't mind copying them
651 exprIsHNF (Lam b e)        = isRuntimeVar b || exprIsHNF e
652 exprIsHNF (Note _ e)       = exprIsHNF e
653 exprIsHNF (Cast e co)      = exprIsHNF e
654 exprIsHNF (App e (Type _)) = exprIsHNF e
655 exprIsHNF (App e a)        = app_is_value e [a]
656 exprIsHNF other            = False
657
658 -- There is at least one value argument
659 app_is_value (Var fun) args
660   = idArity fun > valArgCount args      -- Under-applied function
661     ||  isDataConWorkId fun             --  or data constructor
662 app_is_value (Note n f) as = app_is_value f as
663 app_is_value (Cast f _) as = app_is_value f as
664 app_is_value (App f a)  as = app_is_value f (a:as)
665 app_is_value other      as = False
666 \end{code}
667
668 \begin{code}
669 -- These InstPat functions go here to avoid circularity between DataCon and Id
670 dataConRepInstPat   = dataConInstPat dataConRepArgTys (repeat (FSLIT("ipv")))
671 dataConRepFSInstPat = dataConInstPat dataConRepArgTys
672 dataConOrigInstPat  = dataConInstPat dc_arg_tys       (repeat (FSLIT("ipv")))
673   where 
674     dc_arg_tys dc = map mkPredTy (dataConEqTheta dc) ++ map mkPredTy (dataConDictTheta dc) ++ dataConOrigArgTys dc
675         -- Remember to include the existential dictionaries
676
677 dataConInstPat :: (DataCon -> [Type])      -- function used to find arg tys
678                   -> [FastString]          -- A long enough list of FSs to use for names
679                   -> [Unique]              -- An equally long list of uniques, at least one for each binder
680                   -> DataCon
681                   -> [Type]                -- Types to instantiate the universally quantified tyvars
682                -> ([TyVar], [CoVar], [Id]) -- Return instantiated variables
683 -- dataConInstPat arg_fun fss us con inst_tys returns a triple 
684 -- (ex_tvs, co_tvs, arg_ids),
685 --
686 --   ex_tvs are intended to be used as binders for existential type args
687 --
688 --   co_tvs are intended to be used as binders for coercion args and the kinds
689 --     of these vars have been instantiated by the inst_tys and the ex_tys
690 --     The co_tvs include both GADT equalities (dcEqSpec) and 
691 --     programmer-specified equalities (dcEqTheta)
692 --
693 --   arg_ids are indended to be used as binders for value arguments, 
694 --     and their types have been instantiated with inst_tys and ex_tys
695 --     The arg_ids include both dicts (dcDictTheta) and
696 --     programmer-specified arguments (after rep-ing) (deRepArgTys)
697 --
698 -- Example.
699 --  The following constructor T1
700 --
701 --  data T a where
702 --    T1 :: forall b. Int -> b -> T(a,b)
703 --    ...
704 --
705 --  has representation type 
706 --   forall a. forall a1. forall b. (a :=: (a1,b)) => 
707 --     Int -> b -> T a
708 --
709 --  dataConInstPat fss us T1 (a1',b') will return
710 --
711 --  ([a1'', b''], [c :: (a1', b'):=:(a1'', b'')], [x :: Int, y :: b''])
712 --
713 --  where the double-primed variables are created with the FastStrings and
714 --  Uniques given as fss and us
715 dataConInstPat arg_fun fss uniqs con inst_tys 
716   = (ex_bndrs, co_bndrs, arg_ids)
717   where 
718     univ_tvs = dataConUnivTyVars con
719     ex_tvs   = dataConExTyVars con
720     arg_tys  = arg_fun con
721     eq_spec  = dataConEqSpec con
722     eq_theta = dataConEqTheta con
723     eq_preds = eqSpecPreds eq_spec ++ eq_theta
724
725     n_ex = length ex_tvs
726     n_co = length eq_preds
727
728       -- split the Uniques and FastStrings
729     (ex_uniqs, uniqs')   = splitAt n_ex uniqs
730     (co_uniqs, id_uniqs) = splitAt n_co uniqs'
731
732     (ex_fss, fss')     = splitAt n_ex fss
733     (co_fss, id_fss)   = splitAt n_co fss'
734
735       -- Make existential type variables
736     ex_bndrs = zipWith3 mk_ex_var ex_uniqs ex_fss ex_tvs
737     mk_ex_var uniq fs var = mkTyVar new_name kind
738       where
739         new_name = mkSysTvName uniq fs
740         kind     = tyVarKind var
741
742       -- Make the instantiating substitution
743     subst = zipOpenTvSubst (univ_tvs ++ ex_tvs) (inst_tys ++ map mkTyVarTy ex_bndrs)
744
745       -- Make new coercion vars, instantiating kind
746     co_bndrs = zipWith3 mk_co_var co_uniqs co_fss eq_preds
747     mk_co_var uniq fs eq_pred = mkCoVar new_name co_kind
748        where
749          new_name = mkSysTvName uniq fs
750          co_kind  = substTy subst (mkPredTy eq_pred)
751
752       -- make value vars, instantiating types
753     mk_id_var uniq fs ty = mkUserLocal (mkVarOccFS fs) uniq (substTy subst ty) noSrcSpan
754     arg_ids = zipWith3 mk_id_var id_uniqs id_fss arg_tys
755
756 exprIsConApp_maybe :: CoreExpr -> Maybe (DataCon, [CoreExpr])
757 -- Returns (Just (dc, [x1..xn])) if the argument expression is 
758 -- a constructor application of the form (dc x1 .. xn)
759 exprIsConApp_maybe (Cast expr co)
760   =     -- Here we do the KPush reduction rule as described in the FC paper
761     case exprIsConApp_maybe expr of {
762         Nothing            -> Nothing ;
763         Just (dc, dc_args) -> 
764
765         -- The transformation applies iff we have
766         --      (C e1 ... en) `cast` co
767         -- where co :: (T t1 .. tn) :=: (T s1 ..sn)
768         -- That is, with a T at the top of both sides
769         -- The left-hand one must be a T, because exprIsConApp returned True
770         -- but the right-hand one might not be.  (Though it usually will.)
771
772     let (from_ty, to_ty)           = coercionKind co
773         (from_tc, from_tc_arg_tys) = splitTyConApp from_ty
774                 -- The inner one must be a TyConApp
775     in
776     case splitTyConApp_maybe to_ty of {
777         Nothing -> Nothing ;
778         Just (to_tc, to_tc_arg_tys) 
779                 | from_tc /= to_tc -> Nothing
780                 -- These two Nothing cases are possible; we might see 
781                 --      (C x y) `cast` (g :: T a ~ S [a]),
782                 -- where S is a type function.  In fact, exprIsConApp
783                 -- will probably not be called in such circumstances,
784                 -- but there't nothing wrong with it 
785
786                 | otherwise  ->
787     let
788         tc_arity = tyConArity from_tc
789
790         (univ_args, rest1)        = splitAt tc_arity dc_args
791         (ex_args, rest2)          = splitAt n_ex_tvs rest1
792         (co_args_spec, rest3)     = splitAt n_cos_spec rest2
793         (co_args_theta, val_args) = splitAt n_cos_theta rest3
794
795         arg_tys             = dataConRepArgTys dc
796         dc_univ_tyvars      = dataConUnivTyVars dc
797         dc_ex_tyvars        = dataConExTyVars dc
798         dc_eq_spec          = dataConEqSpec dc
799         dc_eq_theta         = dataConEqTheta dc
800         dc_tyvars           = dc_univ_tyvars ++ dc_ex_tyvars
801         n_ex_tvs            = length dc_ex_tyvars
802         n_cos_spec          = length dc_eq_spec
803         n_cos_theta         = length dc_eq_theta
804
805         -- Make the "theta" from Fig 3 of the paper
806         gammas              = decomposeCo tc_arity co
807         new_tys             = gammas ++ map (\ (Type t) -> t) ex_args
808         theta               = zipOpenTvSubst dc_tyvars new_tys
809
810           -- First we cast the existential coercion arguments
811         cast_co_spec (tv, ty) co 
812           = cast_co_theta (mkEqPred (mkTyVarTy tv, ty)) co
813         cast_co_theta eqPred (Type co) 
814           | (ty1, ty2) <- getEqPredTys eqPred
815           = Type $ mkSymCoercion (substTy theta ty1)
816                    `mkTransCoercion` co
817                    `mkTransCoercion` (substTy theta ty2)
818         new_co_args = zipWith cast_co_spec  dc_eq_spec  co_args_spec ++
819                       zipWith cast_co_theta dc_eq_theta co_args_theta
820   
821           -- ...and now value arguments
822         new_val_args = zipWith cast_arg arg_tys val_args
823         cast_arg arg_ty arg = mkCoerce (substTy theta arg_ty) arg
824
825     in
826     ASSERT( length univ_args == tc_arity )
827     ASSERT( from_tc == dataConTyCon dc )
828     ASSERT( and (zipWith coreEqType [t | Type t <- univ_args] from_tc_arg_tys) )
829     ASSERT( all isTypeArg (univ_args ++ ex_args) )
830     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  )
831
832     Just (dc, map Type to_tc_arg_tys ++ ex_args ++ new_co_args ++ new_val_args)
833     }}
834
835 {-
836 -- We do not want to tell the world that we have a
837 -- Cons, to *stop* Case of Known Cons, which removes
838 -- the TickBox.
839 exprIsConApp_maybe (Note (TickBox {}) expr)
840   = Nothing
841 exprIsConApp_maybe (Note (BinaryTickBox {}) expr)
842   = Nothing
843 -}
844
845 exprIsConApp_maybe (Note _ expr)
846   = exprIsConApp_maybe expr
847     -- We ignore InlineMe notes in case we have
848     --  x = __inline_me__ (a,b)
849     -- All part of making sure that INLINE pragmas never hurt
850     -- Marcin tripped on this one when making dictionaries more inlinable
851     --
852     -- In fact, we ignore all notes.  For example,
853     --          case _scc_ "foo" (C a b) of
854     --                  C a b -> e
855     -- should be optimised away, but it will be only if we look
856     -- through the SCC note.
857
858 exprIsConApp_maybe expr = analyse (collectArgs expr)
859   where
860     analyse (Var fun, args)
861         | Just con <- isDataConWorkId_maybe fun,
862           args `lengthAtLeast` dataConRepArity con
863                 -- Might be > because the arity excludes type args
864         = Just (con,args)
865
866         -- Look through unfoldings, but only cheap ones, because
867         -- we are effectively duplicating the unfolding
868     analyse (Var fun, [])
869         | let unf = idUnfolding fun,
870           isCheapUnfolding unf
871         = exprIsConApp_maybe (unfoldingTemplate unf)
872
873     analyse other = Nothing
874 \end{code}
875
876
877
878 %************************************************************************
879 %*                                                                      *
880 \subsection{Eta reduction and expansion}
881 %*                                                                      *
882 %************************************************************************
883
884 \begin{code}
885 exprEtaExpandArity :: DynFlags -> CoreExpr -> Arity
886 {- The Arity returned is the number of value args the 
887    thing can be applied to without doing much work
888
889 exprEtaExpandArity is used when eta expanding
890         e  ==>  \xy -> e x y
891
892 It returns 1 (or more) to:
893         case x of p -> \s -> ...
894 because for I/O ish things we really want to get that \s to the top.
895 We are prepared to evaluate x each time round the loop in order to get that
896
897 It's all a bit more subtle than it looks:
898
899 1.  One-shot lambdas
900
901 Consider one-shot lambdas
902                 let x = expensive in \y z -> E
903 We want this to have arity 2 if the \y-abstraction is a 1-shot lambda
904 Hence the ArityType returned by arityType
905
906 2.  The state-transformer hack
907
908 The one-shot lambda special cause is particularly important/useful for
909 IO state transformers, where we often get
910         let x = E in \ s -> ...
911
912 and the \s is a real-world state token abstraction.  Such abstractions
913 are almost invariably 1-shot, so we want to pull the \s out, past the
914 let x=E, even if E is expensive.  So we treat state-token lambdas as 
915 one-shot even if they aren't really.  The hack is in Id.isOneShotBndr.
916
917 3.  Dealing with bottom
918
919 Consider also 
920         f = \x -> error "foo"
921 Here, arity 1 is fine.  But if it is
922         f = \x -> case x of 
923                         True  -> error "foo"
924                         False -> \y -> x+y
925 then we want to get arity 2.  Tecnically, this isn't quite right, because
926         (f True) `seq` 1
927 should diverge, but it'll converge if we eta-expand f.  Nevertheless, we
928 do so; it improves some programs significantly, and increasing convergence
929 isn't a bad thing.  Hence the ABot/ATop in ArityType.
930
931 Actually, the situation is worse.  Consider
932         f = \x -> case x of
933                         True  -> \y -> x+y
934                         False -> \y -> x-y
935 Can we eta-expand here?  At first the answer looks like "yes of course", but
936 consider
937         (f bot) `seq` 1
938 This should diverge!  But if we eta-expand, it won't.   Again, we ignore this
939 "problem", because being scrupulous would lose an important transformation for
940 many programs.
941
942
943 4. Newtypes
944
945 Non-recursive newtypes are transparent, and should not get in the way.
946 We do (currently) eta-expand recursive newtypes too.  So if we have, say
947
948         newtype T = MkT ([T] -> Int)
949
950 Suppose we have
951         e = coerce T f
952 where f has arity 1.  Then: etaExpandArity e = 1; 
953 that is, etaExpandArity looks through the coerce.
954
955 When we eta-expand e to arity 1: eta_expand 1 e T
956 we want to get:                  coerce T (\x::[T] -> (coerce ([T]->Int) e) x)
957
958 HOWEVER, note that if you use coerce bogusly you can ge
959         coerce Int negate
960 And since negate has arity 2, you might try to eta expand.  But you can't
961 decopose Int to a function type.   Hence the final case in eta_expand.
962 -}
963
964
965 exprEtaExpandArity dflags e = arityDepth (arityType dflags e)
966
967 -- A limited sort of function type
968 data ArityType = AFun Bool ArityType    -- True <=> one-shot
969                | ATop                   -- Know nothing
970                | ABot                   -- Diverges
971
972 arityDepth :: ArityType -> Arity
973 arityDepth (AFun _ ty) = 1 + arityDepth ty
974 arityDepth ty          = 0
975
976 andArityType ABot           at2           = at2
977 andArityType ATop           at2           = ATop
978 andArityType (AFun t1 at1)  (AFun t2 at2) = AFun (t1 && t2) (andArityType at1 at2)
979 andArityType at1            at2           = andArityType at2 at1
980
981 arityType :: DynFlags -> CoreExpr -> ArityType
982         -- (go1 e) = [b1,..,bn]
983         -- means expression can be rewritten \x_b1 -> ... \x_bn -> body
984         -- where bi is True <=> the lambda is one-shot
985
986 arityType dflags (Note n e) = arityType dflags e
987 --      Not needed any more: etaExpand is cleverer
988 --  | ok_note n = arityType dflags e
989 --  | otherwise = ATop
990
991 arityType dflags (Cast e co) = arityType dflags e
992
993 arityType dflags (Var v) 
994   = mk (idArity v) (arg_tys (idType v))
995   where
996     mk :: Arity -> [Type] -> ArityType
997         -- The argument types are only to steer the "state hack"
998         -- Consider case x of
999         --              True  -> foo
1000         --              False -> \(s:RealWorld) -> e
1001         -- where foo has arity 1.  Then we want the state hack to
1002         -- apply to foo too, so we can eta expand the case.
1003     mk 0 tys | isBottomingId v                     = ABot
1004              | (ty:tys) <- tys, isStateHackType ty = AFun True ATop
1005              | otherwise                           = ATop
1006     mk n (ty:tys) = AFun (isStateHackType ty) (mk (n-1) tys)
1007     mk n []       = AFun False                (mk (n-1) [])
1008
1009     arg_tys :: Type -> [Type]   -- Ignore for-alls
1010     arg_tys ty 
1011         | Just (_, ty')  <- splitForAllTy_maybe ty = arg_tys ty'
1012         | Just (arg,res) <- splitFunTy_maybe ty    = arg : arg_tys res
1013         | otherwise                                = []
1014
1015         -- Lambdas; increase arity
1016 arityType dflags (Lam x e)
1017   | isId x    = AFun (isOneShotBndr x) (arityType dflags e)
1018   | otherwise = arityType dflags e
1019
1020         -- Applications; decrease arity
1021 arityType dflags (App f (Type _)) = arityType dflags f
1022 arityType dflags (App f a)
1023    = case arityType dflags f of
1024         ABot -> ABot    -- If function diverges, ignore argument
1025         ATop -> ATop    -- No no info about function
1026         AFun one_shot xs 
1027                 | exprIsCheap a -> xs
1028                 | otherwise     -> ATop
1029                                                            
1030         -- Case/Let; keep arity if either the expression is cheap
1031         -- or it's a 1-shot lambda
1032         -- The former is not really right for Haskell
1033         --      f x = case x of { (a,b) -> \y. e }
1034         --  ===>
1035         --      f x y = case x of { (a,b) -> e }
1036         -- The difference is observable using 'seq'
1037 arityType dflags (Case scrut _ _ alts)
1038   = case foldr1 andArityType [arityType dflags rhs | (_,_,rhs) <- alts] of
1039         xs | exprIsCheap scrut          -> xs
1040         xs@(AFun one_shot _) | one_shot -> AFun True ATop
1041         other                           -> ATop
1042
1043 arityType dflags (Let b e) 
1044   = case arityType dflags e of
1045         xs                   | cheap_bind b -> xs
1046         xs@(AFun one_shot _) | one_shot     -> AFun True ATop
1047         other                               -> ATop
1048   where
1049     cheap_bind (NonRec b e) = is_cheap (b,e)
1050     cheap_bind (Rec prs)    = all is_cheap prs
1051     is_cheap (b,e) = (dopt Opt_DictsCheap dflags && isDictId b)
1052                    || exprIsCheap e
1053         -- If the experimental -fdicts-cheap flag is on, we eta-expand through
1054         -- dictionary bindings.  This improves arities. Thereby, it also
1055         -- means that full laziness is less prone to floating out the
1056         -- application of a function to its dictionary arguments, which
1057         -- can thereby lose opportunities for fusion.  Example:
1058         --      foo :: Ord a => a -> ...
1059         --      foo = /\a \(d:Ord a). let d' = ...d... in \(x:a). ....
1060         --              -- So foo has arity 1
1061         --
1062         --      f = \x. foo dInt $ bar x
1063         --
1064         -- The (foo DInt) is floated out, and makes ineffective a RULE 
1065         --      foo (bar x) = ...
1066         --
1067         -- One could go further and make exprIsCheap reply True to any
1068         -- dictionary-typed expression, but that's more work.
1069
1070 arityType dflags other = ATop
1071
1072 {- NOT NEEDED ANY MORE: etaExpand is cleverer
1073 ok_note InlineMe = False
1074 ok_note other    = True
1075     -- Notice that we do not look through __inline_me__
1076     -- This may seem surprising, but consider
1077     --          f = _inline_me (\x -> e)
1078     -- We DO NOT want to eta expand this to
1079     --          f = \x -> (_inline_me (\x -> e)) x
1080     -- because the _inline_me gets dropped now it is applied, 
1081     -- giving just
1082     --          f = \x -> e
1083     -- A Bad Idea
1084 -}
1085 \end{code}
1086
1087
1088 \begin{code}
1089 etaExpand :: Arity              -- Result should have this number of value args
1090           -> [Unique]
1091           -> CoreExpr -> Type   -- Expression and its type
1092           -> CoreExpr
1093 -- (etaExpand n us e ty) returns an expression with 
1094 -- the same meaning as 'e', but with arity 'n'.  
1095 --
1096 -- Given e' = etaExpand n us e ty
1097 -- We should have
1098 --      ty = exprType e = exprType e'
1099 --
1100 -- Note that SCCs are not treated specially.  If we have
1101 --      etaExpand 2 (\x -> scc "foo" e)
1102 --      = (\xy -> (scc "foo" e) y)
1103 -- So the costs of evaluating 'e' (not 'e y') are attributed to "foo"
1104
1105 etaExpand n us expr ty
1106   | manifestArity expr >= n = expr              -- The no-op case
1107   | otherwise               
1108   = eta_expand n us expr ty
1109   where
1110
1111 -- manifestArity sees how many leading value lambdas there are
1112 manifestArity :: CoreExpr -> Arity
1113 manifestArity (Lam v e) | isId v    = 1 + manifestArity e
1114                         | otherwise = manifestArity e
1115 manifestArity (Note _ e)            = manifestArity e
1116 manifestArity (Cast e _)            = manifestArity e
1117 manifestArity e                     = 0
1118
1119 -- etaExpand deals with for-alls. For example:
1120 --              etaExpand 1 E
1121 -- where  E :: forall a. a -> a
1122 -- would return
1123 --      (/\b. \y::a -> E b y)
1124 --
1125 -- It deals with coerces too, though they are now rare
1126 -- so perhaps the extra code isn't worth it
1127
1128 eta_expand n us expr ty
1129   | n == 0 && 
1130     -- The ILX code generator requires eta expansion for type arguments
1131     -- too, but alas the 'n' doesn't tell us how many of them there 
1132     -- may be.  So we eagerly eta expand any big lambdas, and just
1133     -- cross our fingers about possible loss of sharing in the ILX case. 
1134     -- The Right Thing is probably to make 'arity' include
1135     -- type variables throughout the compiler.  (ToDo.)
1136     not (isForAllTy ty) 
1137     -- Saturated, so nothing to do
1138   = expr
1139
1140         -- Short cut for the case where there already
1141         -- is a lambda; no point in gratuitously adding more
1142 eta_expand n us (Lam v body) ty
1143   | isTyVar v
1144   = Lam v (eta_expand n us body (applyTy ty (mkTyVarTy v)))
1145
1146   | otherwise
1147   = Lam v (eta_expand (n-1) us body (funResultTy ty))
1148
1149 -- We used to have a special case that stepped inside Coerces here,
1150 -- thus:  eta_expand n us (Note note@(Coerce _ ty) e) _  
1151 --              = Note note (eta_expand n us e ty)
1152 -- BUT this led to an infinite loop
1153 -- Example:     newtype T = MkT (Int -> Int)
1154 --      eta_expand 1 (coerce (Int->Int) e)
1155 --      --> coerce (Int->Int) (eta_expand 1 T e)
1156 --              by the bogus eqn
1157 --      --> coerce (Int->Int) (coerce T 
1158 --              (\x::Int -> eta_expand 1 (coerce (Int->Int) e)))
1159 --              by the splitNewType_maybe case below
1160 --      and round we go
1161
1162 eta_expand n us expr ty
1163   = ASSERT2 (exprType expr `coreEqType` ty, ppr (exprType expr) $$ ppr ty)
1164     case splitForAllTy_maybe ty of { 
1165           Just (tv,ty') -> 
1166
1167               Lam lam_tv (eta_expand n us2 (App expr (Type (mkTyVarTy lam_tv))) (substTyWith [tv] [mkTyVarTy lam_tv] ty'))
1168                   where 
1169                     lam_tv = setVarName tv (mkSysTvName uniq FSLIT("etaT"))
1170                         -- Using tv as a base retains its tyvar/covar-ness
1171                     (uniq:us2) = us 
1172         ; Nothing ->
1173   
1174         case splitFunTy_maybe ty of {
1175           Just (arg_ty, res_ty) -> Lam arg1 (eta_expand (n-1) us2 (App expr (Var arg1)) res_ty)
1176                                 where
1177                                    arg1       = mkSysLocal FSLIT("eta") uniq arg_ty
1178                                    (uniq:us2) = us
1179                                    
1180         ; Nothing ->
1181
1182                 -- Given this:
1183                 --      newtype T = MkT ([T] -> Int)
1184                 -- Consider eta-expanding this
1185                 --      eta_expand 1 e T
1186                 -- We want to get
1187                 --      coerce T (\x::[T] -> (coerce ([T]->Int) e) x)
1188
1189         case splitNewTypeRepCo_maybe ty of {
1190           Just(ty1,co) -> mkCoerce (mkSymCoercion co) 
1191                                    (eta_expand n us (mkCoerce co expr) ty1) ;
1192           Nothing  -> 
1193
1194         -- We have an expression of arity > 0, but its type isn't a function
1195         -- This *can* legitmately happen: e.g.  coerce Int (\x. x)
1196         -- Essentially the programmer is playing fast and loose with types
1197         -- (Happy does this a lot).  So we simply decline to eta-expand.
1198         expr
1199         }}}
1200 \end{code}
1201
1202 exprArity is a cheap-and-cheerful version of exprEtaExpandArity.
1203 It tells how many things the expression can be applied to before doing
1204 any work.  It doesn't look inside cases, lets, etc.  The idea is that
1205 exprEtaExpandArity will do the hard work, leaving something that's easy
1206 for exprArity to grapple with.  In particular, Simplify uses exprArity to
1207 compute the ArityInfo for the Id. 
1208
1209 Originally I thought that it was enough just to look for top-level lambdas, but
1210 it isn't.  I've seen this
1211
1212         foo = PrelBase.timesInt
1213
1214 We want foo to get arity 2 even though the eta-expander will leave it
1215 unchanged, in the expectation that it'll be inlined.  But occasionally it
1216 isn't, because foo is blacklisted (used in a rule).  
1217
1218 Similarly, see the ok_note check in exprEtaExpandArity.  So 
1219         f = __inline_me (\x -> e)
1220 won't be eta-expanded.
1221
1222 And in any case it seems more robust to have exprArity be a bit more intelligent.
1223 But note that   (\x y z -> f x y z)
1224 should have arity 3, regardless of f's arity.
1225
1226 \begin{code}
1227 exprArity :: CoreExpr -> Arity
1228 exprArity e = go e
1229             where
1230               go (Var v)                   = idArity v
1231               go (Lam x e) | isId x        = go e + 1
1232                            | otherwise     = go e
1233               go (Note n e)                = go e
1234               go (Cast e _)                = go e
1235               go (App e (Type t))          = go e
1236               go (App f a) | exprIsCheap a = (go f - 1) `max` 0
1237                 -- NB: exprIsCheap a!  
1238                 --      f (fac x) does not have arity 2, 
1239                 --      even if f has arity 3!
1240                 -- NB: `max 0`!  (\x y -> f x) has arity 2, even if f is
1241                 --               unknown, hence arity 0
1242               go _                         = 0
1243 \end{code}
1244
1245 %************************************************************************
1246 %*                                                                      *
1247 \subsection{Equality}
1248 %*                                                                      *
1249 %************************************************************************
1250
1251 @cheapEqExpr@ is a cheap equality test which bales out fast!
1252         True  => definitely equal
1253         False => may or may not be equal
1254
1255 \begin{code}
1256 cheapEqExpr :: Expr b -> Expr b -> Bool
1257
1258 cheapEqExpr (Var v1)   (Var v2)   = v1==v2
1259 cheapEqExpr (Lit lit1) (Lit lit2) = lit1 == lit2
1260 cheapEqExpr (Type t1)  (Type t2)  = t1 `coreEqType` t2
1261
1262 cheapEqExpr (App f1 a1) (App f2 a2)
1263   = f1 `cheapEqExpr` f2 && a1 `cheapEqExpr` a2
1264
1265 cheapEqExpr _ _ = False
1266
1267 exprIsBig :: Expr b -> Bool
1268 -- Returns True of expressions that are too big to be compared by cheapEqExpr
1269 exprIsBig (Lit _)      = False
1270 exprIsBig (Var v)      = False
1271 exprIsBig (Type t)     = False
1272 exprIsBig (App f a)    = exprIsBig f || exprIsBig a
1273 exprIsBig (Cast e _)   = exprIsBig e    -- Hopefully coercions are not too big!
1274 exprIsBig other        = True
1275 \end{code}
1276
1277
1278 \begin{code}
1279 tcEqExpr :: CoreExpr -> CoreExpr -> Bool
1280 -- Used in rule matching, so does *not* look through 
1281 -- newtypes, predicate types; hence tcEqExpr
1282
1283 tcEqExpr e1 e2 = tcEqExprX rn_env e1 e2
1284   where
1285     rn_env = mkRnEnv2 (mkInScopeSet (exprFreeVars e1 `unionVarSet` exprFreeVars e2))
1286
1287 tcEqExprX :: RnEnv2 -> CoreExpr -> CoreExpr -> Bool
1288 tcEqExprX env (Var v1)     (Var v2)     = rnOccL env v1 == rnOccR env v2
1289 tcEqExprX env (Lit lit1)   (Lit lit2)   = lit1 == lit2
1290 tcEqExprX env (App f1 a1)  (App f2 a2)  = tcEqExprX env f1 f2 && tcEqExprX env a1 a2
1291 tcEqExprX env (Lam v1 e1)  (Lam v2 e2)  = tcEqExprX (rnBndr2 env v1 v2) e1 e2
1292 tcEqExprX env (Let (NonRec v1 r1) e1)
1293               (Let (NonRec v2 r2) e2)   = tcEqExprX env r1 r2 
1294                                        && tcEqExprX (rnBndr2 env v1 v2) e1 e2
1295 tcEqExprX env (Let (Rec ps1) e1)
1296               (Let (Rec ps2) e2)        =  equalLength ps1 ps2
1297                                         && and (zipWith eq_rhs ps1 ps2)
1298                                         && tcEqExprX env' e1 e2
1299                                      where
1300                                        env' = foldl2 rn_bndr2 env ps2 ps2
1301                                        rn_bndr2 env (b1,_) (b2,_) = rnBndr2 env b1 b2
1302                                        eq_rhs       (_,r1) (_,r2) = tcEqExprX env' r1 r2
1303 tcEqExprX env (Case e1 v1 t1 a1)
1304               (Case e2 v2 t2 a2)     =  tcEqExprX env e1 e2
1305                                      && tcEqTypeX env t1 t2                      
1306                                      && equalLength a1 a2
1307                                      && and (zipWith (eq_alt env') a1 a2)
1308                                      where
1309                                        env' = rnBndr2 env v1 v2
1310
1311 tcEqExprX env (Note n1 e1) (Note n2 e2) = eq_note env n1 n2 && tcEqExprX env e1 e2
1312 tcEqExprX env (Cast e1 co1) (Cast e2 co2) = tcEqTypeX env co1 co2 && tcEqExprX env e1 e2
1313 tcEqExprX env (Type t1)    (Type t2)    = tcEqTypeX env t1 t2
1314 tcEqExprX env e1                e2      = False
1315                                          
1316 eq_alt env (c1,vs1,r1) (c2,vs2,r2) = c1==c2 && tcEqExprX (rnBndrs2 env vs1  vs2) r1 r2
1317
1318 eq_note env (SCC cc1)      (SCC cc2)      = cc1 == cc2
1319 eq_note env (CoreNote s1)  (CoreNote s2)  = s1 == s2
1320 eq_note env other1             other2     = False
1321 \end{code}
1322
1323
1324 %************************************************************************
1325 %*                                                                      *
1326 \subsection{The size of an expression}
1327 %*                                                                      *
1328 %************************************************************************
1329
1330 \begin{code}
1331 coreBindsSize :: [CoreBind] -> Int
1332 coreBindsSize bs = foldr ((+) . bindSize) 0 bs
1333
1334 exprSize :: CoreExpr -> Int
1335         -- A measure of the size of the expressions
1336         -- It also forces the expression pretty drastically as a side effect
1337 exprSize (Var v)         = v `seq` 1
1338 exprSize (Lit lit)       = lit `seq` 1
1339 exprSize (App f a)       = exprSize f + exprSize a
1340 exprSize (Lam b e)       = varSize b + exprSize e
1341 exprSize (Let b e)       = bindSize b + exprSize e
1342 exprSize (Case e b t as) = seqType t `seq` exprSize e + varSize b + 1 + foldr ((+) . altSize) 0 as
1343 exprSize (Cast e co)     = (seqType co `seq` 1) + exprSize e
1344 exprSize (Note n e)      = noteSize n + exprSize e
1345 exprSize (Type t)        = seqType t `seq` 1
1346
1347 noteSize (SCC cc)       = cc `seq` 1
1348 noteSize InlineMe       = 1
1349 noteSize (CoreNote s)   = s `seq` 1  -- hdaume: core annotations
1350  
1351 varSize :: Var -> Int
1352 varSize b  | isTyVar b = 1
1353            | otherwise = seqType (idType b)             `seq`
1354                          megaSeqIdInfo (idInfo b)       `seq`
1355                          1
1356
1357 varsSize = foldr ((+) . varSize) 0
1358
1359 bindSize (NonRec b e) = varSize b + exprSize e
1360 bindSize (Rec prs)    = foldr ((+) . pairSize) 0 prs
1361
1362 pairSize (b,e) = varSize b + exprSize e
1363
1364 altSize (c,bs,e) = c `seq` varsSize bs + exprSize e
1365 \end{code}
1366
1367
1368 %************************************************************************
1369 %*                                                                      *
1370 \subsection{Hashing}
1371 %*                                                                      *
1372 %************************************************************************
1373
1374 \begin{code}
1375 hashExpr :: CoreExpr -> Int
1376 -- Two expressions that hash to the same Int may be equal (but may not be)
1377 -- Two expressions that hash to the different Ints are definitely unequal
1378 -- 
1379 -- But "unequal" here means "not identical"; two alpha-equivalent 
1380 -- expressions may hash to the different Ints
1381 --
1382 -- The emphasis is on a crude, fast hash, rather than on high precision
1383 --
1384 -- We must be careful that \x.x and \y.y map to the same hash code,
1385 -- (at least if we want the above invariant to be true)
1386
1387 hashExpr e = fromIntegral (hash_expr (1,emptyVarEnv) e .&. 0x7fffffff)
1388              -- UniqFM doesn't like negative Ints
1389
1390 type HashEnv = (Int, VarEnv Int)        -- Hash code for bound variables
1391
1392 hash_expr :: HashEnv -> CoreExpr -> Word32
1393 -- Word32, because we're expecting overflows here, and overflowing
1394 -- signed types just isn't cool.  In C it's even undefined.
1395 hash_expr env (Note _ e)              = hash_expr env e
1396 hash_expr env (Cast e co)             = hash_expr env e
1397 hash_expr env (Var v)                 = hashVar env v
1398 hash_expr env (Lit lit)               = fromIntegral (hashLiteral lit)
1399 hash_expr env (App f e)               = hash_expr env f * fast_hash_expr env e
1400 hash_expr env (Let (NonRec b r) e)    = hash_expr (extend_env env b) e * fast_hash_expr env r
1401 hash_expr env (Let (Rec ((b,r):_)) e) = hash_expr (extend_env env b) e
1402 hash_expr env (Case e _ _ _)          = hash_expr env e
1403 hash_expr env (Lam b e)               = hash_expr (extend_env env b) e
1404 hash_expr env (Type t)                = WARN(True, text "hash_expr: type") 1
1405 -- Shouldn't happen.  Better to use WARN than trace, because trace
1406 -- prevents the CPR optimisation kicking in for hash_expr.
1407
1408 fast_hash_expr env (Var v)      = hashVar env v
1409 fast_hash_expr env (Type t)     = fast_hash_type env t
1410 fast_hash_expr env (Lit lit)    = fromIntegral (hashLiteral lit)
1411 fast_hash_expr env (Cast e co)  = fast_hash_expr env e
1412 fast_hash_expr env (Note n e)   = fast_hash_expr env e
1413 fast_hash_expr env (App f a)    = fast_hash_expr env a  -- A bit idiosyncratic ('a' not 'f')!
1414 fast_hash_expr env other        = 1
1415
1416 fast_hash_type :: HashEnv -> Type -> Word32
1417 fast_hash_type env ty 
1418   | Just tv <- getTyVar_maybe ty            = hashVar env tv
1419   | Just (tc,tys) <- splitTyConApp_maybe ty = let hash_tc = fromIntegral (hashName (tyConName tc))
1420                                               in foldr (\t n -> fast_hash_type env t + n) hash_tc tys
1421   | otherwise                               = 1
1422
1423 extend_env :: HashEnv -> Var -> (Int, VarEnv Int)
1424 extend_env (n,env) b = (n+1, extendVarEnv env b n)
1425
1426 hashVar :: HashEnv -> Var -> Word32
1427 hashVar (_,env) v
1428  = fromIntegral (lookupVarEnv env v `orElse` hashName (idName v))
1429 \end{code}
1430
1431 %************************************************************************
1432 %*                                                                      *
1433 \subsection{Determining non-updatable right-hand-sides}
1434 %*                                                                      *
1435 %************************************************************************
1436
1437 Top-level constructor applications can usually be allocated
1438 statically, but they can't if the constructor, or any of the
1439 arguments, come from another DLL (because we can't refer to static
1440 labels in other DLLs).
1441
1442 If this happens we simply make the RHS into an updatable thunk, 
1443 and 'exectute' it rather than allocating it statically.
1444
1445 \begin{code}
1446 rhsIsStatic :: PackageId -> CoreExpr -> Bool
1447 -- This function is called only on *top-level* right-hand sides
1448 -- Returns True if the RHS can be allocated statically, with
1449 -- no thunks involved at all.
1450 --
1451 -- It's called (i) in TidyPgm.hasCafRefs to decide if the rhs is, or
1452 -- refers to, CAFs; and (ii) in CoreToStg to decide whether to put an
1453 -- update flag on it.
1454 --
1455 -- The basic idea is that rhsIsStatic returns True only if the RHS is
1456 --      (a) a value lambda
1457 --      (b) a saturated constructor application with static args
1458 --
1459 -- BUT watch out for
1460 --  (i) Any cross-DLL references kill static-ness completely
1461 --      because they must be 'executed' not statically allocated
1462 --      ("DLL" here really only refers to Windows DLLs, on other platforms,
1463 --      this is not necessary)
1464 --
1465 -- (ii) We treat partial applications as redexes, because in fact we 
1466 --      make a thunk for them that runs and builds a PAP
1467 --      at run-time.  The only appliations that are treated as 
1468 --      static are *saturated* applications of constructors.
1469
1470 -- We used to try to be clever with nested structures like this:
1471 --              ys = (:) w ((:) w [])
1472 -- on the grounds that CorePrep will flatten ANF-ise it later.
1473 -- But supporting this special case made the function much more 
1474 -- complicated, because the special case only applies if there are no 
1475 -- enclosing type lambdas:
1476 --              ys = /\ a -> Foo (Baz ([] a))
1477 -- Here the nested (Baz []) won't float out to top level in CorePrep.
1478 --
1479 -- But in fact, even without -O, nested structures at top level are 
1480 -- flattened by the simplifier, so we don't need to be super-clever here.
1481 --
1482 -- Examples
1483 --
1484 --      f = \x::Int. x+7        TRUE
1485 --      p = (True,False)        TRUE
1486 --
1487 --      d = (fst p, False)      FALSE because there's a redex inside
1488 --                              (this particular one doesn't happen but...)
1489 --
1490 --      h = D# (1.0## /## 2.0##)        FALSE (redex again)
1491 --      n = /\a. Nil a                  TRUE
1492 --
1493 --      t = /\a. (:) (case w a of ...) (Nil a)  FALSE (redex)
1494 --
1495 --
1496 -- This is a bit like CoreUtils.exprIsHNF, with the following differences:
1497 --    a) scc "foo" (\x -> ...) is updatable (so we catch the right SCC)
1498 --
1499 --    b) (C x xs), where C is a contructors is updatable if the application is
1500 --         dynamic
1501 -- 
1502 --    c) don't look through unfolding of f in (f x).
1503 --
1504 -- When opt_RuntimeTypes is on, we keep type lambdas and treat
1505 -- them as making the RHS re-entrant (non-updatable).
1506
1507 rhsIsStatic this_pkg rhs = is_static False rhs
1508   where
1509   is_static :: Bool     -- True <=> in a constructor argument; must be atomic
1510           -> CoreExpr -> Bool
1511   
1512   is_static False (Lam b e) = isRuntimeVar b || is_static False e
1513   
1514   is_static in_arg (Note (SCC _) e) = False
1515   is_static in_arg (Note _ e)       = is_static in_arg e
1516   is_static in_arg (Cast e co)      = is_static in_arg e
1517   
1518   is_static in_arg (Lit lit)
1519     = case lit of
1520         MachLabel _ _ -> False
1521         other         -> True
1522         -- A MachLabel (foreign import "&foo") in an argument
1523         -- prevents a constructor application from being static.  The
1524         -- reason is that it might give rise to unresolvable symbols
1525         -- in the object file: under Linux, references to "weak"
1526         -- symbols from the data segment give rise to "unresolvable
1527         -- relocation" errors at link time This might be due to a bug
1528         -- in the linker, but we'll work around it here anyway. 
1529         -- SDM 24/2/2004
1530   
1531   is_static in_arg other_expr = go other_expr 0
1532    where
1533     go (Var f) n_val_args
1534 #if mingw32_TARGET_OS
1535         | not (isDllName this_pkg (idName f))
1536 #endif
1537         =  saturated_data_con f n_val_args
1538         || (in_arg && n_val_args == 0)  
1539                 -- A naked un-applied variable is *not* deemed a static RHS
1540                 -- E.g.         f = g
1541                 -- Reason: better to update so that the indirection gets shorted
1542                 --         out, and the true value will be seen
1543                 -- NB: if you change this, you'll break the invariant that THUNK_STATICs
1544                 --     are always updatable.  If you do so, make sure that non-updatable
1545                 --     ones have enough space for their static link field!
1546
1547     go (App f a) n_val_args
1548         | isTypeArg a                    = go f n_val_args
1549         | not in_arg && is_static True a = go f (n_val_args + 1)
1550         -- The (not in_arg) checks that we aren't in a constructor argument;
1551         -- if we are, we don't allow (value) applications of any sort
1552         -- 
1553         -- NB. In case you wonder, args are sometimes not atomic.  eg.
1554         --   x = D# (1.0## /## 2.0##)
1555         -- can't float because /## can fail.
1556
1557     go (Note (SCC _) f) n_val_args = False
1558     go (Note _ f) n_val_args       = go f n_val_args
1559     go (Cast e co) n_val_args      = go e n_val_args
1560
1561     go other n_val_args = False
1562
1563     saturated_data_con f n_val_args
1564         = case isDataConWorkId_maybe f of
1565             Just dc -> n_val_args == dataConRepArity dc
1566             Nothing -> False
1567 \end{code}