82825c3abef0afa14d412ea769c49ff99be603ac
[ghc-hetmet.git] / compiler / simplCore / FloatIn.lhs
1 %
2 % (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
3 %
4 %************************************************************************
5 %*                                                                      *
6 \section[FloatIn]{Floating Inwards pass}
7 %*                                                                      *
8 %************************************************************************
9
10 The main purpose of @floatInwards@ is floating into branches of a
11 case, so that we don't allocate things, save them on the stack, and
12 then discover that they aren't needed in the chosen branch.
13
14 \begin{code}
15 module FloatIn ( floatInwards ) where
16
17 #include "HsVersions.h"
18
19 import CoreSyn
20 import CoreUtils        ( exprIsHNF, exprIsDupable )
21 import CoreFVs          ( CoreExprWithFVs, freeVars, freeVarsOf, idRuleAndUnfoldingVars )
22 import Id               ( isOneShotBndr, idType )
23 import Var
24 import Type             ( isUnLiftedType )
25 import VarSet
26 import Util             ( zipEqual, zipWithEqual, count )
27 import UniqFM
28 import Outputable
29 \end{code}
30
31 Top-level interface function, @floatInwards@.  Note that we do not
32 actually float any bindings downwards from the top-level.
33
34 \begin{code}
35 floatInwards :: [CoreBind] -> [CoreBind]
36 floatInwards = map fi_top_bind
37   where
38     fi_top_bind (NonRec binder rhs)
39       = NonRec binder (fiExpr [] (freeVars rhs))
40     fi_top_bind (Rec pairs)
41       = Rec [ (b, fiExpr [] (freeVars rhs)) | (b, rhs) <- pairs ]
42 \end{code}
43
44 %************************************************************************
45 %*                                                                      *
46 \subsection{Mail from Andr\'e [edited]}
47 %*                                                                      *
48 %************************************************************************
49
50 {\em Will wrote: What??? I thought the idea was to float as far
51 inwards as possible, no matter what.  This is dropping all bindings
52 every time it sees a lambda of any kind.  Help! }
53
54 You are assuming we DO DO full laziness AFTER floating inwards!  We
55 have to [not float inside lambdas] if we don't.
56
57 If we indeed do full laziness after the floating inwards (we could
58 check the compilation flags for that) then I agree we could be more
59 aggressive and do float inwards past lambdas.
60
61 Actually we are not doing a proper full laziness (see below), which
62 was another reason for not floating inwards past a lambda.
63
64 This can easily be fixed.  The problem is that we float lets outwards,
65 but there are a few expressions which are not let bound, like case
66 scrutinees and case alternatives.  After floating inwards the
67 simplifier could decide to inline the let and the laziness would be
68 lost, e.g.
69
70 \begin{verbatim}
71 let a = expensive             ==> \b -> case expensive of ...
72 in \ b -> case a of ...
73 \end{verbatim}
74 The fix is
75 \begin{enumerate}
76 \item
77 to let bind the algebraic case scrutinees (done, I think) and
78 the case alternatives (except the ones with an
79 unboxed type)(not done, I think). This is best done in the
80 SetLevels.lhs module, which tags things with their level numbers.
81 \item
82 do the full laziness pass (floating lets outwards).
83 \item
84 simplify. The simplifier inlines the (trivial) lets that were
85  created but were not floated outwards.
86 \end{enumerate}
87
88 With the fix I think Will's suggestion that we can gain even more from
89 strictness by floating inwards past lambdas makes sense.
90
91 We still gain even without going past lambdas, as things may be
92 strict in the (new) context of a branch (where it was floated to) or
93 of a let rhs, e.g.
94 \begin{verbatim}
95 let a = something            case x of
96 in case x of                   alt1 -> case something of a -> a + a
97      alt1 -> a + a      ==>    alt2 -> b
98      alt2 -> b
99
100 let a = something           let b = case something of a -> a + a
101 in let b = a + a        ==> in (b,b)
102 in (b,b)
103 \end{verbatim}
104 Also, even if a is not found to be strict in the new context and is
105 still left as a let, if the branch is not taken (or b is not entered)
106 the closure for a is not built.
107
108 %************************************************************************
109 %*                                                                      *
110 \subsection{Main floating-inwards code}
111 %*                                                                      *
112 %************************************************************************
113
114 \begin{code}
115 type FreeVarsSet   = IdSet
116
117 type FloatingBinds = [(CoreBind, FreeVarsSet)]
118         -- In reverse dependency order (innermost binder first)
119
120         -- The FreeVarsSet is the free variables of the binding.  In the case
121         -- of recursive bindings, the set doesn't include the bound
122         -- variables.
123
124 fiExpr :: FloatingBinds         -- Binds we're trying to drop
125                                 -- as far "inwards" as possible
126        -> CoreExprWithFVs       -- Input expr
127        -> CoreExpr              -- Result
128
129 fiExpr to_drop (_, AnnVar v) = mkCoLets' to_drop (Var v)
130
131 fiExpr to_drop (_, AnnType ty) = ASSERT( null to_drop )
132                                   Type ty
133 fiExpr to_drop (_, AnnCoercion co) = ASSERT( null to_drop )
134                                      Coercion co
135 fiExpr to_drop (_, AnnCast expr co)
136   = Cast (fiExpr to_drop expr) co       -- Just float in past coercion
137
138 fiExpr _ (_, AnnLit lit) = Lit lit
139 \end{code}
140
141 Applications: we do float inside applications, mainly because we
142 need to get at all the arguments.  The next simplifier run will
143 pull out any silly ones.
144
145 \begin{code}
146 fiExpr to_drop (_,AnnApp fun arg)
147   = mkCoLets' drop_here (App (fiExpr fun_drop fun) (fiExpr arg_drop arg))
148   where
149     [drop_here, fun_drop, arg_drop] = sepBindsByDropPoint False [freeVarsOf fun, freeVarsOf arg] to_drop
150 \end{code}
151
152 Note [Floating in past a lambda group]
153 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
154 * We must be careful about floating inside inside a value lambda.  
155   That risks losing laziness.
156   The float-out pass might rescue us, but then again it might not.
157
158 * We must be careful about type lambdas too.  At one time we did, and
159   there is no risk of duplicating work thereby, but we do need to be
160   careful.  In particular, here is a bad case (it happened in the
161   cichelli benchmark:
162         let v = ...
163         in let f = /\t -> \a -> ...
164            ==>
165         let f = /\t -> let v = ... in \a -> ...
166   This is bad as now f is an updatable closure (update PAP)
167   and has arity 0.
168
169 * Hack alert!  We only float in through one-shot lambdas, 
170   not (as you might guess) through lone big lambdas.  
171   Reason: we float *out* past big lambdas (see the test in the Lam
172   case of FloatOut.floatExpr) and we don't want to float straight
173   back in again.
174   
175   It *is* important to float into one-shot lambdas, however;
176   see the remarks with noFloatIntoRhs.
177
178 So we treat lambda in groups, using the following rule:
179
180  Float in if (a) there is at least one Id, 
181          and (b) there are no non-one-shot Ids
182
183  Otherwise drop all the bindings outside the group.
184
185 This is what the 'go' function in the AnnLam case is doing.
186
187 Urk! if all are tyvars, and we don't float in, we may miss an 
188       opportunity to float inside a nested case branch
189
190 \begin{code}
191 fiExpr to_drop lam@(_, AnnLam _ _)
192   | go False bndrs      -- Float in
193   = mkLams bndrs (fiExpr to_drop body)
194
195   | otherwise           -- Dump it all here
196   = mkCoLets' to_drop (mkLams bndrs (fiExpr [] body))
197
198   where
199     (bndrs, body) = collectAnnBndrs lam
200
201     go seen_one_shot_id [] = seen_one_shot_id
202     go seen_one_shot_id (b:bs)
203       | isTyVar       b = go seen_one_shot_id bs
204       | isOneShotBndr b = go True bs
205       | otherwise       = False  -- Give up at a non-one-shot Id
206 \end{code}
207
208 We don't float lets inwards past an SCC.
209         ToDo: keep info on current cc, and when passing
210         one, if it is not the same, annotate all lets in binds with current
211         cc, change current cc to the new one and float binds into expr.
212
213 \begin{code}
214 fiExpr to_drop (_, AnnNote note@(SCC _) expr)
215   =     -- Wimp out for now
216     mkCoLets' to_drop (Note note (fiExpr [] expr))
217
218 fiExpr to_drop (_, AnnNote note@(CoreNote _) expr)
219   = Note note (fiExpr to_drop expr)
220 \end{code}
221
222 For @Lets@, the possible ``drop points'' for the \tr{to_drop}
223 bindings are: (a)~in the body, (b1)~in the RHS of a NonRec binding,
224 or~(b2), in each of the RHSs of the pairs of a @Rec@.
225
226 Note that we do {\em weird things} with this let's binding.  Consider:
227 \begin{verbatim}
228 let
229     w = ...
230 in {
231     let v = ... w ...
232     in ... v .. w ...
233 }
234 \end{verbatim}
235 Look at the inner \tr{let}.  As \tr{w} is used in both the bind and
236 body of the inner let, we could panic and leave \tr{w}'s binding where
237 it is.  But \tr{v} is floatable further into the body of the inner let, and
238 {\em then} \tr{w} will also be only in the body of that inner let.
239
240 So: rather than drop \tr{w}'s binding here, we add it onto the list of
241 things to drop in the outer let's body, and let nature take its
242 course.
243
244 Note [extra_fvs (1): avoid floating into RHS]
245 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
246 Consdider let x=\y....t... in body.  We do not necessarily want to float 
247 a binding for t into the RHS, because it'll immediately be floated out
248 again.  (It won't go inside the lambda else we risk losing work.)
249 In letrec, we need to be more careful still. We don't want to transform
250         let x# = y# +# 1#
251         in
252         letrec f = \z. ...x#...f...
253         in ...
254 into
255         letrec f = let x# = y# +# 1# in \z. ...x#...f... in ...
256 because now we can't float the let out again, because a letrec
257 can't have unboxed bindings.
258
259 So we make "extra_fvs" which is the rhs_fvs of such bindings, and
260 arrange to dump bindings that bind extra_fvs before the entire let.
261
262 Note [extra_fvs (s): free variables of rules]
263 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
264 Consider 
265   let x{rule mentioning y} = rhs in body 
266 Here y is not free in rhs or body; but we still want to dump bindings
267 that bind y outside the let.  So we augment extra_fvs with the
268 idRuleAndUnfoldingVars of x.  No need for type variables, hence not using
269 idFreeVars.
270
271
272 \begin{code}
273 fiExpr to_drop (_,AnnLet (AnnNonRec id rhs@(rhs_fvs, ann_rhs)) body)
274   = fiExpr new_to_drop body
275   where
276     body_fvs = freeVarsOf body
277
278     rule_fvs = idRuleAndUnfoldingVars id        -- See Note [extra_fvs (2): free variables of rules]
279     extra_fvs | noFloatIntoRhs ann_rhs
280               || isUnLiftedType (idType id) = rule_fvs `unionVarSet` rhs_fvs
281               | otherwise                   = rule_fvs
282         -- See Note [extra_fvs (2): avoid floating into RHS]
283         -- No point in floating in only to float straight out again
284         -- Ditto ok-for-speculation unlifted RHSs
285
286     [shared_binds, extra_binds, rhs_binds, body_binds] 
287         = sepBindsByDropPoint False [extra_fvs, rhs_fvs, body_fvs] to_drop
288
289     new_to_drop = body_binds ++                         -- the bindings used only in the body
290                   [(NonRec id rhs', rhs_fvs')] ++       -- the new binding itself
291                   extra_binds ++                        -- bindings from extra_fvs
292                   shared_binds                          -- the bindings used both in rhs and body
293
294         -- Push rhs_binds into the right hand side of the binding
295     rhs'     = fiExpr rhs_binds rhs
296     rhs_fvs' = rhs_fvs `unionVarSet` floatedBindsFVs rhs_binds `unionVarSet` rule_fvs
297                         -- Don't forget the rule_fvs; the binding mentions them!
298
299 fiExpr to_drop (_,AnnLet (AnnRec bindings) body)
300   = fiExpr new_to_drop body
301   where
302     (ids, rhss) = unzip bindings
303     rhss_fvs = map freeVarsOf rhss
304     body_fvs = freeVarsOf body
305
306         -- See Note [extra_fvs (1,2)]
307     rule_fvs = foldr (unionVarSet . idRuleAndUnfoldingVars) emptyVarSet ids
308     extra_fvs = rule_fvs `unionVarSet` 
309                 unionVarSets [ fvs | (fvs, rhs) <- rhss
310                              , noFloatIntoRhs rhs ]
311
312     (shared_binds:extra_binds:body_binds:rhss_binds) 
313         = sepBindsByDropPoint False (extra_fvs:body_fvs:rhss_fvs) to_drop
314
315     new_to_drop = body_binds ++         -- the bindings used only in the body
316                   [(Rec (fi_bind rhss_binds bindings), rhs_fvs')] ++
317                                         -- The new binding itself
318                   extra_binds ++        -- Note [extra_fvs (1,2)]
319                   shared_binds          -- Used in more than one place
320
321     rhs_fvs' = unionVarSets rhss_fvs `unionVarSet`
322                unionVarSets (map floatedBindsFVs rhss_binds) `unionVarSet`
323                rule_fvs         -- Don't forget the rule variables!
324
325     -- Push rhs_binds into the right hand side of the binding
326     fi_bind :: [FloatingBinds]      -- one per "drop pt" conjured w/ fvs_of_rhss
327             -> [(Id, CoreExprWithFVs)]
328             -> [(Id, CoreExpr)]
329
330     fi_bind to_drops pairs
331       = [ (binder, fiExpr to_drop rhs) 
332         | ((binder, rhs), to_drop) <- zipEqual "fi_bind" pairs to_drops ]
333 \end{code}
334
335 For @Case@, the possible ``drop points'' for the \tr{to_drop}
336 bindings are: (a)~inside the scrutinee, (b)~inside one of the
337 alternatives/default [default FVs always {\em first}!].
338
339 \begin{code}
340 fiExpr to_drop (_, AnnCase scrut case_bndr ty alts)
341   = mkCoLets' drop_here1 $
342     mkCoLets' drop_here2 $
343     Case (fiExpr scrut_drops scrut) case_bndr ty
344          (zipWith fi_alt alts_drops_s alts)
345   where
346         -- Float into the scrut and alts-considered-together just like App
347     [drop_here1, scrut_drops, alts_drops] = sepBindsByDropPoint False [scrut_fvs, all_alts_fvs] to_drop
348
349         -- Float into the alts with the is_case flag set
350     (drop_here2 : alts_drops_s)           = sepBindsByDropPoint True alts_fvs alts_drops
351
352     scrut_fvs    = freeVarsOf scrut
353     alts_fvs     = map alt_fvs alts
354     all_alts_fvs = unionVarSets alts_fvs
355     alt_fvs (_con, args, rhs) = foldl delVarSet (freeVarsOf rhs) (case_bndr:args)
356                                 -- Delete case_bndr and args from free vars of rhs 
357                                 -- to get free vars of alt
358
359     fi_alt to_drop (con, args, rhs) = (con, args, fiExpr to_drop rhs)
360
361 noFloatIntoRhs :: AnnExpr' Var (UniqFM Var) -> Bool
362 noFloatIntoRhs (AnnLam b _) = not (is_one_shot b)
363         -- IMPORTANT: don't say 'True' for a RHS with a one-shot lambda at the top.
364         -- This makes a big difference for things like
365         --      f x# = let x = I# x#
366         --             in let j = \() -> ...x...
367         --                in if <condition> then normal-path else j ()
368         -- If x is used only in the error case join point, j, we must float the
369         -- boxing constructor into it, else we box it every time which is very bad
370         -- news indeed.
371
372 noFloatIntoRhs rhs = exprIsHNF (deAnnotate' rhs)        -- We'd just float right back out again...
373
374 is_one_shot :: Var -> Bool
375 is_one_shot b = isId b && isOneShotBndr b
376 \end{code}
377
378
379 %************************************************************************
380 %*                                                                      *
381 \subsection{@sepBindsByDropPoint@}
382 %*                                                                      *
383 %************************************************************************
384
385 This is the crucial function.  The idea is: We have a wad of bindings
386 that we'd like to distribute inside a collection of {\em drop points};
387 insides the alternatives of a \tr{case} would be one example of some
388 drop points; the RHS and body of a non-recursive \tr{let} binding
389 would be another (2-element) collection.
390
391 So: We're given a list of sets-of-free-variables, one per drop point,
392 and a list of floating-inwards bindings.  If a binding can go into
393 only one drop point (without suddenly making something out-of-scope),
394 in it goes.  If a binding is used inside {\em multiple} drop points,
395 then it has to go in a you-must-drop-it-above-all-these-drop-points
396 point.
397
398 We have to maintain the order on these drop-point-related lists.
399
400 \begin{code}
401 sepBindsByDropPoint
402     :: Bool                 -- True <=> is case expression
403     -> [FreeVarsSet]        -- One set of FVs per drop point
404     -> FloatingBinds        -- Candidate floaters
405     -> [FloatingBinds]      -- FIRST one is bindings which must not be floated
406                             -- inside any drop point; the rest correspond
407                             -- one-to-one with the input list of FV sets
408
409 -- Every input floater is returned somewhere in the result;
410 -- none are dropped, not even ones which don't seem to be
411 -- free in *any* of the drop-point fvs.  Why?  Because, for example,
412 -- a binding (let x = E in B) might have a specialised version of
413 -- x (say x') stored inside x, but x' isn't free in E or B.
414
415 type DropBox = (FreeVarsSet, FloatingBinds)
416
417 sepBindsByDropPoint _is_case drop_pts []
418   = [] : [[] | _ <- drop_pts]   -- cut to the chase scene; it happens
419
420 sepBindsByDropPoint is_case drop_pts floaters
421   = go floaters (map (\fvs -> (fvs, [])) (emptyVarSet : drop_pts))
422   where
423     go :: FloatingBinds -> [DropBox] -> [FloatingBinds]
424         -- The *first* one in the argument list is the drop_here set
425         -- The FloatingBinds in the lists are in the reverse of
426         -- the normal FloatingBinds order; that is, they are the right way round!
427
428     go [] drop_boxes = map (reverse . snd) drop_boxes
429
430     go (bind_w_fvs@(bind, bind_fvs) : binds) drop_boxes@(here_box : fork_boxes)
431         = go binds new_boxes
432         where
433           -- "here" means the group of bindings dropped at the top of the fork
434
435           (used_here : used_in_flags) = [ any (`elemVarSet` fvs) (bindersOf bind)
436                                         | (fvs, _) <- drop_boxes]
437
438           drop_here = used_here || not can_push
439
440                 -- For case expressions we duplicate the binding if it is
441                 -- reasonably small, and if it is not used in all the RHSs
442                 -- This is good for situations like
443                 --      let x = I# y in
444                 --      case e of
445                 --        C -> error x
446                 --        D -> error x
447                 --        E -> ...not mentioning x...
448
449           n_alts      = length used_in_flags
450           n_used_alts = count id used_in_flags -- returns number of Trues in list.
451
452           can_push = n_used_alts == 1           -- Used in just one branch
453                    || (is_case &&               -- We are looking at case alternatives
454                        n_used_alts > 1 &&       -- It's used in more than one
455                        n_used_alts < n_alts &&  -- ...but not all
456                        bindIsDupable bind)      -- and we can duplicate the binding
457
458           new_boxes | drop_here = (insert here_box : fork_boxes)
459                     | otherwise = (here_box : new_fork_boxes)
460
461           new_fork_boxes = zipWithEqual "FloatIn.sepBinds" insert_maybe fork_boxes used_in_flags
462
463           insert :: DropBox -> DropBox
464           insert (fvs,drops) = (fvs `unionVarSet` bind_fvs, bind_w_fvs:drops)
465
466           insert_maybe box True  = insert box
467           insert_maybe box False = box
468
469     go _ _ = panic "sepBindsByDropPoint/go"
470
471
472 floatedBindsFVs :: FloatingBinds -> FreeVarsSet
473 floatedBindsFVs binds = unionVarSets (map snd binds)
474
475 mkCoLets' :: FloatingBinds -> CoreExpr -> CoreExpr
476 mkCoLets' to_drop e = foldl (flip (Let . fst)) e to_drop
477         -- Remember to_drop is in *reverse* dependency order
478
479 bindIsDupable :: Bind CoreBndr -> Bool
480 bindIsDupable (Rec prs)    = all (exprIsDupable . snd) prs
481 bindIsDupable (NonRec _ r) = exprIsDupable r
482 \end{code}