Don't import FastString in HsVersions.h
[ghc-hetmet.git] / compiler / simplCore / OccurAnal.lhs
1 %
2 % (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
3 %
4 %************************************************************************
5 %*                                                                      *
6 \section[OccurAnal]{Occurrence analysis pass}
7 %*                                                                      *
8 %************************************************************************
9
10 The occurrence analyser re-typechecks a core expression, returning a new
11 core expression with (hopefully) improved usage information.
12
13 \begin{code}
14 module OccurAnal (
15         occurAnalysePgm, occurAnalyseExpr
16     ) where
17
18 #include "HsVersions.h"
19
20 import CoreSyn
21 import CoreFVs
22 import CoreUtils        ( exprIsTrivial, isDefaultAlt )
23 import Id
24 import IdInfo
25 import BasicTypes
26
27 import VarSet
28 import VarEnv
29
30 import Maybes           ( orElse )
31 import Digraph          ( stronglyConnCompR, SCC(..) )
32 import PrelNames        ( buildIdKey, foldrIdKey, runSTRepIdKey, augmentIdKey )
33 import Unique           ( Unique )
34 import UniqFM           ( keysUFM, intersectUFM_C, foldUFM_Directly )
35 import Util             ( mapAndUnzip )
36 import Outputable
37
38 import Data.List
39 \end{code}
40
41
42 %************************************************************************
43 %*                                                                      *
44 \subsection[OccurAnal-main]{Counting occurrences: main function}
45 %*                                                                      *
46 %************************************************************************
47
48 Here's the externally-callable interface:
49
50 \begin{code}
51 occurAnalysePgm :: [CoreBind] -> [CoreBind]
52 occurAnalysePgm binds
53   = snd (go initOccEnv binds)
54   where
55     go :: OccEnv -> [CoreBind] -> (UsageDetails, [CoreBind])
56     go _ []
57         = (emptyDetails, [])
58     go env (bind:binds)
59         = (final_usage, bind' ++ binds')
60         where
61            (bs_usage, binds')   = go env binds
62            (final_usage, bind') = occAnalBind env bind bs_usage
63
64 occurAnalyseExpr :: CoreExpr -> CoreExpr
65         -- Do occurrence analysis, and discard occurence info returned
66 occurAnalyseExpr expr = snd (occAnal initOccEnv expr)
67 \end{code}
68
69
70 %************************************************************************
71 %*                                                                      *
72 \subsection[OccurAnal-main]{Counting occurrences: main function}
73 %*                                                                      *
74 %************************************************************************
75
76 Bindings
77 ~~~~~~~~
78
79 \begin{code}
80 occAnalBind :: OccEnv
81             -> CoreBind
82             -> UsageDetails             -- Usage details of scope
83             -> (UsageDetails,           -- Of the whole let(rec)
84                 [CoreBind])
85
86 occAnalBind env (NonRec binder rhs) body_usage
87   | not (binder `usedIn` body_usage)            -- It's not mentioned
88   = (body_usage, [])
89
90   | otherwise                   -- It's mentioned in the body
91   = (body_usage' +++ addRuleUsage rhs_usage binder,     -- Note [Rules are extra RHSs]
92      [NonRec tagged_binder rhs'])
93   where
94     (body_usage', tagged_binder) = tagBinder body_usage binder
95     (rhs_usage, rhs')            = occAnalRhs env tagged_binder rhs
96 \end{code}
97
98 Note [Dead code]
99 ~~~~~~~~~~~~~~~~
100 Dropping dead code for recursive bindings is done in a very simple way:
101
102         the entire set of bindings is dropped if none of its binders are
103         mentioned in its body; otherwise none are.
104
105 This seems to miss an obvious improvement.
106
107         letrec  f = ...g...
108                 g = ...f...
109         in
110         ...g...
111 ===>
112         letrec f = ...g...
113                g = ...(...g...)...
114         in
115         ...g...
116
117 Now 'f' is unused! But it's OK!  Dependency analysis will sort this
118 out into a letrec for 'g' and a 'let' for 'f', and then 'f' will get
119 dropped.  It isn't easy to do a perfect job in one blow.  Consider
120
121         letrec f = ...g...
122                g = ...h...
123                h = ...k...
124                k = ...m...
125                m = ...m...
126         in
127         ...m...
128
129
130 Note [Loop breaking and RULES]
131 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
132 Loop breaking is surprisingly subtle.  First read the section 4 of
133 "Secrets of the GHC inliner".  This describes our basic plan.
134
135 However things are made quite a bit more complicated by RULES.  Remember
136
137   * Note [Rules are extra RHSs]
138     ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
139     A RULE for 'f' is like an extra RHS for 'f'. That way the "parent"
140     keeps the specialised "children" alive.  If the parent dies
141     (because it isn't referenced any more), then the children will die
142     too (unless they are already referenced directly).
143
144     To that end, we build a Rec group for each cyclic strongly
145     connected component,
146         *treating f's rules as extra RHSs for 'f'*.
147
148     When we make the Rec groups we include variables free in *either*
149     LHS *or* RHS of the rule.  The former might seems silly, but see
150     Note [Rule dependency info].
151
152     So in Example [eftInt], eftInt and eftIntFB will be put in the
153     same Rec, even though their 'main' RHSs are both non-recursive.
154
155   * Note [Rules are visible in their own rec group]
156     ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
157     We want the rules for 'f' to be visible in f's right-hand side.
158     And we'd like them to be visible in other functions in f's Rec
159     group.  E.g. in Example [Specialisation rules] we want f' rule
160     to be visible in both f's RHS, and fs's RHS.
161
162     This means that we must simplify the RULEs first, before looking
163     at any of the definitions.  This is done by Simplify.simplRecBind,
164     when it calls addLetIdInfo.
165
166   * Note [Choosing loop breakers]
167     ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
168     We avoid infinite inlinings by choosing loop breakers, and
169     ensuring that a loop breaker cuts each loop.  But what is a
170     "loop"?  In particular, a RULES is like an equation for 'f' that
171     is *always* inlined if it are applicable.  We do *not* disable
172     rules for loop-breakers.  It's up to whoever makes the rules to
173     make sure that the rules themselves alwasys terminate.  See Note
174     [Rules for recursive functions] in Simplify.lhs
175
176     Hence, if
177         f's RHS mentions g, and
178         g has a RULE that mentions h, and
179         h has a RULE that mentions f
180
181     then we *must* choose f to be a loop breaker.  In general, take the
182     free variables of f's RHS, and augment it with all the variables
183     reachable by RULES from those starting points.  That is the whole
184     reason for computing rule_fv_env in occAnalBind.  (Of course we
185     only consider free vars that are also binders in this Rec group.)
186
187     Note that when we compute this rule_fv_env, we only consider variables
188     free in the *RHS* of the rule, in contrast to the way we build the
189     Rec group in the first place (Note [Rule dependency info])
190
191     Note that in Example [eftInt], *neither* eftInt *nor* eftIntFB is
192     chosen as a loop breaker, because their RHSs don't mention each other.
193     And indeed both can be inlined safely.
194
195     Note that the edges of the graph we use for computing loop breakers
196     are not the same as the edges we use for computing the Rec blocks.
197     That's why we compute
198         rec_edges          for the Rec block analysis
199         loop_breaker_edges for the loop breaker analysis
200
201
202   * Note [Weak loop breakers]
203     ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
204     There is a last nasty wrinkle.  Suppose we have
205
206         Rec { f = f_rhs
207               RULE f [] = g
208
209               h = h_rhs
210               g = h
211               ...more...
212         }
213
214     Remmber that we simplify the RULES before any RHS (see Note
215     [Rules are visible in their own rec group] above).
216
217     So we must *not* postInlineUnconditionally 'g', even though
218     its RHS turns out to be trivial.  (I'm assuming that 'g' is
219     not choosen as a loop breaker.)
220
221     We "solve" this by making g a "weak" or "rules-only" loop breaker,
222     with OccInfo = IAmLoopBreaker True.  A normal "strong" loop breaker
223     has IAmLoopBreaker False.  So
224
225                                 Inline  postInlineUnconditinoally
226         IAmLoopBreaker False    no      no
227         IAmLoopBreaker True     yes     no
228         other                   yes     yes
229
230     The **sole** reason for this kind of loop breaker is so that
231     postInlineUnconditionally does not fire.  Ugh.
232
233   * Note [Rule dependency info]
234     ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
235     The VarSet in a SpecInfo is used for dependency analysis in the
236     occurrence analyser.  We must track free vars in *both* lhs and rhs.  Why both?
237     Consider
238         x = y
239         RULE f x = 4
240     Then if we substitute y for x, we'd better do so in the
241     rule's LHS too, so we'd better ensure the dependency is respected
242
243
244 Example [eftInt]
245 ~~~~~~~~~~~~~~~
246 Example (from GHC.Enum):
247
248   eftInt :: Int# -> Int# -> [Int]
249   eftInt x y = ...(non-recursive)...
250
251   {-# INLINE [0] eftIntFB #-}
252   eftIntFB :: (Int -> r -> r) -> r -> Int# -> Int# -> r
253   eftIntFB c n x y = ...(non-recursive)...
254
255   {-# RULES
256   "eftInt"  [~1] forall x y. eftInt x y = build (\ c n -> eftIntFB c n x y)
257   "eftIntList"  [1] eftIntFB  (:) [] = eftInt
258    #-}
259
260 Example [Specialisation rules]
261 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
262 Consider this group, which is typical of what SpecConstr builds:
263
264    fs a = ....f (C a)....
265    f  x = ....f (C a)....
266    {-# RULE f (C a) = fs a #-}
267
268 So 'f' and 'fs' are in the same Rec group (since f refers to fs via its RULE).
269
270 But watch out!  If 'fs' is not chosen as a loop breaker, we may get an infinite loop:
271         - the RULE is applied in f's RHS (see Note [Self-recursive rules] in Simplify
272         - fs is inlined (say it's small)
273         - now there's another opportunity to apply the RULE
274
275 This showed up when compiling Control.Concurrent.Chan.getChanContents.
276
277
278 \begin{code}
279 occAnalBind env (Rec pairs) body_usage
280   = foldr occAnalRec (body_usage, []) sccs
281         -- For a recursive group, we 
282         --      * occ-analyse all the RHSs
283         --      * compute strongly-connected components
284         --      * feed those components to occAnalRec
285   where
286     -------------Dependency analysis ------------------------------
287     bndr_set = mkVarSet (map fst pairs)
288
289     sccs :: [SCC (Node Details)]
290     sccs = {-# SCC "occAnalBind.scc" #-} stronglyConnCompR rec_edges
291
292     rec_edges :: [Node Details]
293     rec_edges = {-# SCC "occAnalBind.assoc" #-}  map make_node pairs
294     
295     make_node (bndr, rhs)
296         = (ND bndr rhs' rhs_usage rhs_fvs, idUnique bndr, out_edges)
297         where
298           (rhs_usage, rhs') = occAnalRhs env bndr rhs
299           rhs_fvs = intersectUFM_C (\b _ -> b) bndr_set rhs_usage
300           out_edges = keysUFM (rhs_fvs `unionVarSet` idRuleVars bndr)
301         -- (a -> b) means a mentions b
302         -- Given the usage details (a UFM that gives occ info for each free var of
303         -- the RHS) we can get the list of free vars -- or rather their Int keys --
304         -- by just extracting the keys from the finite map.  Grimy, but fast.
305         -- Previously we had this:
306         --      [ bndr | bndr <- bndrs,
307         --               maybeToBool (lookupVarEnv rhs_usage bndr)]
308         -- which has n**2 cost, and this meant that edges_from alone
309         -- consumed 10% of total runtime!
310
311 -----------------------------
312 occAnalRec :: SCC (Node Details) -> (UsageDetails, [CoreBind])
313                                  -> (UsageDetails, [CoreBind])
314
315         -- The NonRec case is just like a Let (NonRec ...) above
316 occAnalRec (AcyclicSCC (ND bndr rhs rhs_usage _, _, _)) (body_usage, binds)
317   | not (bndr `usedIn` body_usage) 
318   = (body_usage, binds)
319
320   | otherwise                   -- It's mentioned in the body
321   = (body_usage' +++ addRuleUsage rhs_usage bndr,       -- Note [Rules are extra RHSs]
322      NonRec tagged_bndr rhs : binds)
323   where
324     (body_usage', tagged_bndr) = tagBinder body_usage bndr
325
326
327         -- The Rec case is the interesting one
328         -- See Note [Loop breaking]
329 occAnalRec (CyclicSCC nodes) (body_usage, binds)
330   | not (any (`usedIn` body_usage) bndrs)       -- NB: look at body_usage, not total_usage
331   = (body_usage, binds)                         -- Dead code
332
333   | otherwise   -- At this point we always build a single Rec
334   = (final_usage, Rec pairs : binds)
335
336   where
337     bndrs    = [b | (ND b _ _ _, _, _) <- nodes]
338     bndr_set = mkVarSet bndrs
339
340         ----------------------------
341         -- Tag the binders with their occurrence info
342     total_usage = foldl add_usage body_usage nodes
343     add_usage body_usage (ND bndr _ rhs_usage _, _, _)
344         = body_usage +++ addRuleUsage rhs_usage bndr
345     (final_usage, tagged_nodes) = mapAccumL tag_node total_usage nodes
346
347     tag_node :: UsageDetails -> Node Details -> (UsageDetails, Node Details)
348         -- (a) Tag the binders in the details with occ info
349         -- (b) Mark the binder with OccInfo saying "no preInlineUnconditionally" if
350         --      it is used in any rule (lhs or rhs) of the recursive group
351         --      See Note [Weak loop breakers]
352     tag_node usage (ND bndr rhs rhs_usage rhs_fvs, k, ks)
353       = (usage `delVarEnv` bndr, (ND bndr2 rhs rhs_usage rhs_fvs, k, ks))
354       where
355         bndr2 | bndr `elemVarSet` all_rule_fvs = makeLoopBreaker True bndr1
356               | otherwise                      = bndr1
357         bndr1 = setBinderOcc usage bndr
358     all_rule_fvs = bndr_set `intersectVarSet` foldr (unionVarSet . idRuleVars) 
359                                                     emptyVarSet bndrs
360
361         ----------------------------
362         -- Now reconstruct the cycle
363     pairs | no_rules  = reOrderCycle tagged_nodes
364           | otherwise = concatMap reOrderRec (stronglyConnCompR loop_breaker_edges)
365
366         -- See Note [Choosing loop breakers] for looop_breaker_edges
367     loop_breaker_edges = map mk_node tagged_nodes
368     mk_node (details@(ND _ _ _ rhs_fvs), k, _) = (details, k, new_ks)
369         where
370           new_ks = keysUFM (extendFvs rule_fv_env rhs_fvs rhs_fvs)
371
372     ------------------------------------
373     rule_fv_env :: IdEnv IdSet  -- Variables from this group mentioned in RHS of rules
374                                 -- Domain is *subset* of bound vars (others have no rule fvs)
375     rule_fv_env = rule_loop init_rule_fvs
376
377     no_rules      = null init_rule_fvs
378     init_rule_fvs = [(b, rule_fvs)
379                     | b <- bndrs
380                     , let rule_fvs = idRuleRhsVars b `intersectVarSet` bndr_set
381                     , not (isEmptyVarSet rule_fvs)]
382
383     rule_loop :: [(Id,IdSet)] -> IdEnv IdSet    -- Finds fixpoint
384     rule_loop fv_list
385         | no_change = env
386         | otherwise = rule_loop new_fv_list
387         where
388           env = mkVarEnv init_rule_fvs
389           (no_change, new_fv_list) = mapAccumL bump True fv_list
390           bump no_change (b,fvs)
391                 | new_fvs `subVarSet` fvs = (no_change, (b,fvs))
392                 | otherwise               = (False,     (b,new_fvs `unionVarSet` fvs))
393                 where
394                   new_fvs = extendFvs env emptyVarSet fvs
395
396 idRuleRhsVars :: Id -> VarSet
397 -- Just the variables free on the *rhs* of a rule
398 -- See Note [Choosing loop breakers]
399 idRuleRhsVars id = foldr (unionVarSet . ruleRhsFreeVars) emptyVarSet (idCoreRules id)
400
401 extendFvs :: IdEnv IdSet -> IdSet -> IdSet -> IdSet
402 -- (extendFVs env fvs s) returns (fvs `union` env(s))
403 extendFvs env fvs id_set
404   = foldUFM_Directly add fvs id_set
405   where
406     add uniq _ fvs
407         = case lookupVarEnv_Directly env uniq  of
408             Just fvs' -> fvs' `unionVarSet` fvs
409             Nothing   -> fvs
410 \end{code}
411
412 @reOrderRec@ is applied to the list of (binder,rhs) pairs for a cyclic
413 strongly connected component (there's guaranteed to be a cycle).  It returns the
414 same pairs, but
415         a) in a better order,
416         b) with some of the Ids having a IAmALoopBreaker pragma
417
418 The "loop-breaker" Ids are sufficient to break all cycles in the SCC.  This means
419 that the simplifier can guarantee not to loop provided it never records an inlining
420 for these no-inline guys.
421
422 Furthermore, the order of the binds is such that if we neglect dependencies
423 on the no-inline Ids then the binds are topologically sorted.  This means
424 that the simplifier will generally do a good job if it works from top bottom,
425 recording inlinings for any Ids which aren't marked as "no-inline" as it goes.
426
427 ==============
428 [June 98: I don't understand the following paragraphs, and I've
429           changed the a=b case again so that it isn't a special case any more.]
430
431 Here's a case that bit me:
432
433         letrec
434                 a = b
435                 b = \x. BIG
436         in
437         ...a...a...a....
438
439 Re-ordering doesn't change the order of bindings, but there was no loop-breaker.
440
441 My solution was to make a=b bindings record b as Many, rather like INLINE bindings.
442 Perhaps something cleverer would suffice.
443 ===============
444
445
446 \begin{code}
447 type Node details = (details, Unique, [Unique]) -- The Ints are gotten from the Unique,
448                                                 -- which is gotten from the Id.
449 data Details = ND Id            -- Binder
450                   CoreExpr      -- RHS
451                   UsageDetails  -- Full usage from RHS (*not* including rules)
452                   IdSet         -- Other binders from this Rec group mentioned on RHS
453                                 -- (derivable from UsageDetails but cached here)
454
455 reOrderRec :: SCC (Node Details)
456            -> [(Id,CoreExpr)]
457 -- Sorted into a plausible order.  Enough of the Ids have
458 --      IAmALoopBreaker pragmas that there are no loops left.
459 reOrderRec (AcyclicSCC (ND bndr rhs _ _, _, _)) = [(bndr, rhs)]
460 reOrderRec (CyclicSCC cycle)                    = reOrderCycle cycle
461
462 reOrderCycle :: [Node Details] -> [(Id,CoreExpr)]
463 reOrderCycle []
464   = panic "reOrderCycle"
465 reOrderCycle [bind]     -- Common case of simple self-recursion
466   = [(makeLoopBreaker False bndr, rhs)]
467   where
468     (ND bndr rhs _ _, _, _) = bind
469
470 reOrderCycle (bind : binds)
471   =     -- Choose a loop breaker, mark it no-inline,
472         -- do SCC analysis on the rest, and recursively sort them out
473     concatMap reOrderRec (stronglyConnCompR unchosen) ++
474     [(makeLoopBreaker False bndr, rhs)]
475
476   where
477     (chosen_bind, unchosen) = choose_loop_breaker bind (score bind) [] binds
478     ND bndr rhs _ _ = chosen_bind
479
480         -- This loop looks for the bind with the lowest score
481         -- to pick as the loop  breaker.  The rest accumulate in
482     choose_loop_breaker (details,_,_) _loop_sc acc []
483         = (details, acc)        -- Done
484
485     choose_loop_breaker loop_bind loop_sc acc (bind : binds)
486         | sc < loop_sc  -- Lower score so pick this new one
487         = choose_loop_breaker bind sc (loop_bind : acc) binds
488
489         | otherwise     -- No lower so don't pick it
490         = choose_loop_breaker loop_bind loop_sc (bind : acc) binds
491         where
492           sc = score bind
493
494     score :: Node Details -> Int        -- Higher score => less likely to be picked as loop breaker
495     score (ND bndr rhs _ _, _, _)
496         | workerExists (idWorkerInfo bndr)      = 10
497                 -- Note [Worker inline loop]
498
499         | exprIsTrivial rhs        = 4  -- Practically certain to be inlined
500                 -- Used to have also: && not (isExportedId bndr)
501                 -- But I found this sometimes cost an extra iteration when we have
502                 --      rec { d = (a,b); a = ...df...; b = ...df...; df = d }
503                 -- where df is the exported dictionary. Then df makes a really
504                 -- bad choice for loop breaker
505
506         | is_con_app rhs = 2    -- Data types help with cases
507                 -- Note [conapp]
508
509         | inlineCandidate bndr rhs = 1  -- Likely to be inlined
510                 -- Note [Inline candidates]
511
512         | otherwise = 0
513
514     inlineCandidate :: Id -> CoreExpr -> Bool
515     inlineCandidate _  (Note InlineMe _) = True
516     inlineCandidate id _                 = isOneOcc (idOccInfo id)
517
518         -- Note [conapp]
519         --
520         -- It's really really important to inline dictionaries.  Real
521         -- example (the Enum Ordering instance from GHC.Base):
522         --
523         --      rec     f = \ x -> case d of (p,q,r) -> p x
524         --              g = \ x -> case d of (p,q,r) -> q x
525         --              d = (v, f, g)
526         --
527         -- Here, f and g occur just once; but we can't inline them into d.
528         -- On the other hand we *could* simplify those case expressions if
529         -- we didn't stupidly choose d as the loop breaker.
530         -- But we won't because constructor args are marked "Many".
531         -- Inlining dictionaries is really essential to unravelling
532         -- the loops in static numeric dictionaries, see GHC.Float.
533
534         -- Cheap and cheerful; the simplifer moves casts out of the way
535         -- The lambda case is important to spot x = /\a. C (f a)
536         -- which comes up when C is a dictionary constructor and
537         -- f is a default method.
538         -- Example: the instance for Show (ST s a) in GHC.ST
539         --
540         -- However we *also* treat (\x. C p q) as a con-app-like thing,
541         --      Note [Closure conversion]
542     is_con_app (Var v)    = isDataConWorkId v
543     is_con_app (App f _)  = is_con_app f
544     is_con_app (Lam _ e)  = is_con_app e
545     is_con_app (Note _ e) = is_con_app e
546     is_con_app _          = False
547
548 makeLoopBreaker :: Bool -> Id -> Id
549 -- Set the loop-breaker flag
550 -- See Note [Weak loop breakers]
551 makeLoopBreaker weak bndr = setIdOccInfo bndr (IAmALoopBreaker weak)
552 \end{code}
553
554 Note [Worker inline loop]
555 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
556 Never choose a wrapper as the loop breaker!  Because
557 wrappers get auto-generated inlinings when importing, and
558 that can lead to an infinite inlining loop.  For example:
559   rec {
560         $wfoo x = ....foo x....
561
562         {-loop brk-} foo x = ...$wfoo x...
563   }
564
565 The interface file sees the unfolding for $wfoo, and sees that foo is
566 strict (and hence it gets an auto-generated wrapper).  Result: an
567 infinite inlining in the importing scope.  So be a bit careful if you
568 change this.  A good example is Tree.repTree in
569 nofib/spectral/minimax. If the repTree wrapper is chosen as the loop
570 breaker then compiling Game.hs goes into an infinite loop (this
571 happened when we gave is_con_app a lower score than inline candidates).
572
573 Note [Closure conversion]
574 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
575 We treat (\x. C p q) as a high-score candidate in the letrec scoring algorithm.
576 The immediate motivation came from the result of a closure-conversion transformation
577 which generated code like this:
578
579     data Clo a b = forall c. Clo (c -> a -> b) c
580
581     ($:) :: Clo a b -> a -> b
582     Clo f env $: x = f env x
583
584     rec { plus = Clo plus1 ()
585
586         ; plus1 _ n = Clo plus2 n
587
588         ; plus2 Zero     n = n
589         ; plus2 (Succ m) n = Succ (plus $: m $: n) }
590
591 If we inline 'plus' and 'plus1', everything unravels nicely.  But if
592 we choose 'plus1' as the loop breaker (which is entirely possible
593 otherwise), the loop does not unravel nicely.
594
595
596 @occAnalRhs@ deals with the question of bindings where the Id is marked
597 by an INLINE pragma.  For these we record that anything which occurs
598 in its RHS occurs many times.  This pessimistically assumes that ths
599 inlined binder also occurs many times in its scope, but if it doesn't
600 we'll catch it next time round.  At worst this costs an extra simplifier pass.
601 ToDo: try using the occurrence info for the inline'd binder.
602
603 [March 97] We do the same for atomic RHSs.  Reason: see notes with reOrderRec.
604 [June 98, SLPJ]  I've undone this change; I don't understand it.  See notes with reOrderRec.
605
606
607 \begin{code}
608 occAnalRhs :: OccEnv
609            -> Id -> CoreExpr    -- Binder and rhs
610                                 -- For non-recs the binder is alrady tagged
611                                 -- with occurrence info
612            -> (UsageDetails, CoreExpr)
613
614 occAnalRhs env id rhs
615   = occAnal ctxt rhs
616   where
617     ctxt | certainly_inline id = env
618          | otherwise           = rhsCtxt
619         -- Note that we generally use an rhsCtxt.  This tells the occ anal n
620         -- that it's looking at an RHS, which has an effect in occAnalApp
621         --
622         -- But there's a problem.  Consider
623         --      x1 = a0 : []
624         --      x2 = a1 : x1
625         --      x3 = a2 : x2
626         --      g  = f x3
627         -- First time round, it looks as if x1 and x2 occur as an arg of a
628         -- let-bound constructor ==> give them a many-occurrence.
629         -- But then x3 is inlined (unconditionally as it happens) and
630         -- next time round, x2 will be, and the next time round x1 will be
631         -- Result: multiple simplifier iterations.  Sigh.
632         -- Crude solution: use rhsCtxt for things that occur just once...
633
634     certainly_inline id = case idOccInfo id of
635                             OneOcc in_lam one_br _ -> not in_lam && one_br
636                             _                      -> False
637 \end{code}
638
639
640
641 \begin{code}
642 addRuleUsage :: UsageDetails -> Id -> UsageDetails
643 -- Add the usage from RULES in Id to the usage
644 addRuleUsage usage id
645   = foldVarSet add usage (idRuleVars id)
646   where
647     add v u = addOneOcc u v NoOccInfo           -- Give a non-committal binder info
648                                                 -- (i.e manyOcc) because many copies
649                                                 -- of the specialised thing can appear
650 \end{code}
651
652 Expressions
653 ~~~~~~~~~~~
654 \begin{code}
655 occAnal :: OccEnv
656         -> CoreExpr
657         -> (UsageDetails,       -- Gives info only about the "interesting" Ids
658             CoreExpr)
659
660 occAnal _   (Type t)  = (emptyDetails, Type t)
661 occAnal env (Var v)   = (mkOneOcc env v False, Var v)
662     -- At one stage, I gathered the idRuleVars for v here too,
663     -- which in a way is the right thing to do.
664     -- But that went wrong right after specialisation, when
665     -- the *occurrences* of the overloaded function didn't have any
666     -- rules in them, so the *specialised* versions looked as if they
667     -- weren't used at all.
668 \end{code}
669
670 We regard variables that occur as constructor arguments as "dangerousToDup":
671
672 \begin{verbatim}
673 module A where
674 f x = let y = expensive x in
675       let z = (True,y) in
676       (case z of {(p,q)->q}, case z of {(p,q)->q})
677 \end{verbatim}
678
679 We feel free to duplicate the WHNF (True,y), but that means
680 that y may be duplicated thereby.
681
682 If we aren't careful we duplicate the (expensive x) call!
683 Constructors are rather like lambdas in this way.
684
685 \begin{code}
686 occAnal _   expr@(Lit _) = (emptyDetails, expr)
687 \end{code}
688
689 \begin{code}
690 occAnal env (Note InlineMe body)
691   = case occAnal env body of { (usage, body') ->
692     (mapVarEnv markMany usage, Note InlineMe body')
693     }
694
695 occAnal env (Note note@(SCC _) body)
696   = case occAnal env body of { (usage, body') ->
697     (mapVarEnv markInsideSCC usage, Note note body')
698     }
699
700 occAnal env (Note note body)
701   = case occAnal env body of { (usage, body') ->
702     (usage, Note note body')
703     }
704
705 occAnal env (Cast expr co)
706   = case occAnal env expr of { (usage, expr') ->
707     (markRhsUds env True usage, Cast expr' co)
708         -- If we see let x = y `cast` co
709         -- then mark y as 'Many' so that we don't
710         -- immediately inline y again.
711     }
712 \end{code}
713
714 \begin{code}
715 occAnal env app@(App _ _)
716   = occAnalApp env (collectArgs app)
717
718 -- Ignore type variables altogether
719 --   (a) occurrences inside type lambdas only not marked as InsideLam
720 --   (b) type variables not in environment
721
722 occAnal env (Lam x body) | isTyVar x
723   = case occAnal env body of { (body_usage, body') ->
724     (body_usage, Lam x body')
725     }
726
727 -- For value lambdas we do a special hack.  Consider
728 --      (\x. \y. ...x...)
729 -- If we did nothing, x is used inside the \y, so would be marked
730 -- as dangerous to dup.  But in the common case where the abstraction
731 -- is applied to two arguments this is over-pessimistic.
732 -- So instead, we just mark each binder with its occurrence
733 -- info in the *body* of the multiple lambda.
734 -- Then, the simplifier is careful when partially applying lambdas.
735
736 occAnal env expr@(Lam _ _)
737   = case occAnal env_body body of { (body_usage, body') ->
738     let
739         (final_usage, tagged_binders) = tagBinders body_usage binders
740         --      URGH!  Sept 99: we don't seem to be able to use binders' here, because
741         --      we get linear-typed things in the resulting program that we can't handle yet.
742         --      (e.g. PrelShow)  TODO
743
744         really_final_usage = if linear then
745                                 final_usage
746                              else
747                                 mapVarEnv markInsideLam final_usage
748     in
749     (really_final_usage,
750      mkLams tagged_binders body') }
751   where
752     env_body        = vanillaCtxt                       -- Body is (no longer) an RhsContext
753     (binders, body) = collectBinders expr
754     binders'        = oneShotGroup env binders
755     linear          = all is_one_shot binders'
756     is_one_shot b   = isId b && isOneShotBndr b
757
758 occAnal env (Case scrut bndr ty alts)
759   = case occ_anal_scrut scrut alts                  of { (scrut_usage, scrut') ->
760     case mapAndUnzip (occAnalAlt alt_env bndr) alts of { (alts_usage_s, alts')   ->
761     let
762         alts_usage  = foldr1 combineAltsUsageDetails alts_usage_s
763         alts_usage' = addCaseBndrUsage alts_usage
764         (alts_usage1, tagged_bndr) = tagBinder alts_usage' bndr
765         total_usage = scrut_usage +++ alts_usage1
766     in
767     total_usage `seq` (total_usage, Case scrut' tagged_bndr ty alts') }}
768   where
769         -- The case binder gets a usage of either "many" or "dead", never "one".
770         -- Reason: we like to inline single occurrences, to eliminate a binding,
771         -- but inlining a case binder *doesn't* eliminate a binding.
772         -- We *don't* want to transform
773         --      case x of w { (p,q) -> f w }
774         -- into
775         --      case x of w { (p,q) -> f (p,q) }
776     addCaseBndrUsage usage = case lookupVarEnv usage bndr of
777                                 Nothing  -> usage
778                                 Just occ -> extendVarEnv usage bndr (markMany occ)
779
780     alt_env = setVanillaCtxt env
781         -- Consider     x = case v of { True -> (p,q); ... }
782         -- Then it's fine to inline p and q
783
784     occ_anal_scrut (Var v) (alt1 : other_alts)
785                                 | not (null other_alts) || not (isDefaultAlt alt1)
786                                 = (mkOneOcc env v True, Var v)
787     occ_anal_scrut scrut _alts  = occAnal vanillaCtxt scrut
788                                         -- No need for rhsCtxt
789
790 occAnal env (Let bind body)
791   = case occAnal env body                of { (body_usage, body') ->
792     case occAnalBind env bind body_usage of { (final_usage, new_binds) ->
793        (final_usage, mkLets new_binds body') }}
794
795 occAnalArgs :: OccEnv -> [CoreExpr] -> (UsageDetails, [CoreExpr])
796 occAnalArgs _env args
797   = case mapAndUnzip (occAnal arg_env) args of  { (arg_uds_s, args') ->
798     (foldr (+++) emptyDetails arg_uds_s, args')}
799   where
800     arg_env = vanillaCtxt
801 \end{code}
802
803 Applications are dealt with specially because we want
804 the "build hack" to work.
805
806 \begin{code}
807 occAnalApp :: OccEnv
808            -> (Expr CoreBndr, [Arg CoreBndr])
809            -> (UsageDetails, Expr CoreBndr)
810 occAnalApp env (Var fun, args)
811   = case args_stuff of { (args_uds, args') ->
812     let
813         final_args_uds = markRhsUds env is_pap args_uds
814     in
815     (fun_uds +++ final_args_uds, mkApps (Var fun) args') }
816   where
817     fun_uniq = idUnique fun
818     fun_uds  = mkOneOcc env fun (valArgCount args > 0)
819     is_pap = isDataConWorkId fun || valArgCount args < idArity fun
820
821                 -- Hack for build, fold, runST
822     args_stuff  | fun_uniq == buildIdKey    = appSpecial env 2 [True,True]  args
823                 | fun_uniq == augmentIdKey  = appSpecial env 2 [True,True]  args
824                 | fun_uniq == foldrIdKey    = appSpecial env 3 [False,True] args
825                 | fun_uniq == runSTRepIdKey = appSpecial env 2 [True]       args
826                         -- (foldr k z xs) may call k many times, but it never
827                         -- shares a partial application of k; hence [False,True]
828                         -- This means we can optimise
829                         --      foldr (\x -> let v = ...x... in \y -> ...v...) z xs
830                         -- by floating in the v
831
832                 | otherwise = occAnalArgs env args
833
834
835 occAnalApp env (fun, args)
836   = case occAnal (addAppCtxt env args) fun of   { (fun_uds, fun') ->
837         -- The addAppCtxt is a bit cunning.  One iteration of the simplifier
838         -- often leaves behind beta redexs like
839         --      (\x y -> e) a1 a2
840         -- Here we would like to mark x,y as one-shot, and treat the whole
841         -- thing much like a let.  We do this by pushing some True items
842         -- onto the context stack.
843
844     case occAnalArgs env args of        { (args_uds, args') ->
845     let
846         final_uds = fun_uds +++ args_uds
847     in
848     (final_uds, mkApps fun' args') }}
849
850
851 markRhsUds :: OccEnv            -- Check if this is a RhsEnv
852            -> Bool              -- and this is true
853            -> UsageDetails      -- The do markMany on this
854            -> UsageDetails
855 -- We mark the free vars of the argument of a constructor or PAP
856 -- as "many", if it is the RHS of a let(rec).
857 -- This means that nothing gets inlined into a constructor argument
858 -- position, which is what we want.  Typically those constructor
859 -- arguments are just variables, or trivial expressions.
860 --
861 -- This is the *whole point* of the isRhsEnv predicate
862 markRhsUds env is_pap arg_uds
863   | isRhsEnv env && is_pap = mapVarEnv markMany arg_uds
864   | otherwise              = arg_uds
865
866
867 appSpecial :: OccEnv
868            -> Int -> CtxtTy     -- Argument number, and context to use for it
869            -> [CoreExpr]
870            -> (UsageDetails, [CoreExpr])
871 appSpecial env n ctxt args
872   = go n args
873   where
874     arg_env = vanillaCtxt
875
876     go _ [] = (emptyDetails, [])        -- Too few args
877
878     go 1 (arg:args)                     -- The magic arg
879       = case occAnal (setCtxt arg_env ctxt) arg of      { (arg_uds, arg') ->
880         case occAnalArgs env args of                    { (args_uds, args') ->
881         (arg_uds +++ args_uds, arg':args') }}
882
883     go n (arg:args)
884       = case occAnal arg_env arg of     { (arg_uds, arg') ->
885         case go (n-1) args of           { (args_uds, args') ->
886         (arg_uds +++ args_uds, arg':args') }}
887 \end{code}
888
889
890 Case alternatives
891 ~~~~~~~~~~~~~~~~~
892 If the case binder occurs at all, the other binders effectively do too.
893 For example
894         case e of x { (a,b) -> rhs }
895 is rather like
896         let x = (a,b) in rhs
897 If e turns out to be (e1,e2) we indeed get something like
898         let a = e1; b = e2; x = (a,b) in rhs
899
900 Note [Aug 06]: I don't think this is necessary any more, and it helpe
901                to know when binders are unused.  See esp the call to
902                isDeadBinder in Simplify.mkDupableAlt
903
904 \begin{code}
905 occAnalAlt :: OccEnv
906            -> CoreBndr
907            -> CoreAlt
908            -> (UsageDetails, Alt IdWithOccInfo)
909 occAnalAlt env _case_bndr (con, bndrs, rhs)
910   = case occAnal env rhs of { (rhs_usage, rhs') ->
911     let
912         (final_usage, tagged_bndrs) = tagBinders rhs_usage bndrs
913         final_bndrs = tagged_bndrs      -- See Note [Aug06] above
914 {-
915         final_bndrs | case_bndr `elemVarEnv` final_usage = bndrs
916                     | otherwise                         = tagged_bndrs
917                 -- Leave the binders untagged if the case
918                 -- binder occurs at all; see note above
919 -}
920     in
921     (final_usage, (con, final_bndrs, rhs')) }
922 \end{code}
923
924
925 %************************************************************************
926 %*                                                                      *
927 \subsection[OccurAnal-types]{OccEnv}
928 %*                                                                      *
929 %************************************************************************
930
931 \begin{code}
932 data OccEnv
933   = OccEnv OccEncl      -- Enclosing context information
934            CtxtTy       -- Tells about linearity
935
936 -- OccEncl is used to control whether to inline into constructor arguments
937 -- For example:
938 --      x = (p,q)               -- Don't inline p or q
939 --      y = /\a -> (p a, q a)   -- Still don't inline p or q
940 --      z = f (p,q)             -- Do inline p,q; it may make a rule fire
941 -- So OccEncl tells enought about the context to know what to do when
942 -- we encounter a contructor application or PAP.
943
944 data OccEncl
945   = OccRhs              -- RHS of let(rec), albeit perhaps inside a type lambda
946                         -- Don't inline into constructor args here
947   | OccVanilla          -- Argument of function, body of lambda, scruintee of case etc.
948                         -- Do inline into constructor args here
949
950 type CtxtTy = [Bool]
951         -- []           No info
952         --
953         -- True:ctxt    Analysing a function-valued expression that will be
954         --                      applied just once
955         --
956         -- False:ctxt   Analysing a function-valued expression that may
957         --                      be applied many times; but when it is,
958         --                      the CtxtTy inside applies
959
960 initOccEnv :: OccEnv
961 initOccEnv = OccEnv OccRhs []
962
963 vanillaCtxt :: OccEnv
964 vanillaCtxt = OccEnv OccVanilla []
965
966 rhsCtxt :: OccEnv
967 rhsCtxt     = OccEnv OccRhs     []
968
969 isRhsEnv :: OccEnv -> Bool
970 isRhsEnv (OccEnv OccRhs     _) = True
971 isRhsEnv (OccEnv OccVanilla _) = False
972
973 setVanillaCtxt :: OccEnv -> OccEnv
974 setVanillaCtxt (OccEnv OccRhs ctxt_ty) = OccEnv OccVanilla ctxt_ty
975 setVanillaCtxt other_env               = other_env
976
977 setCtxt :: OccEnv -> CtxtTy -> OccEnv
978 setCtxt (OccEnv encl _) ctxt = OccEnv encl ctxt
979
980 oneShotGroup :: OccEnv -> [CoreBndr] -> [CoreBndr]
981         -- The result binders have one-shot-ness set that they might not have had originally.
982         -- This happens in (build (\cn -> e)).  Here the occurrence analyser
983         -- linearity context knows that c,n are one-shot, and it records that fact in
984         -- the binder. This is useful to guide subsequent float-in/float-out tranformations
985
986 oneShotGroup (OccEnv _encl ctxt) bndrs
987   = go ctxt bndrs []
988   where
989     go _ [] rev_bndrs = reverse rev_bndrs
990
991     go (lin_ctxt:ctxt) (bndr:bndrs) rev_bndrs
992         | isId bndr = go ctxt bndrs (bndr':rev_bndrs)
993         where
994           bndr' | lin_ctxt  = setOneShotLambda bndr
995                 | otherwise = bndr
996
997     go ctxt (bndr:bndrs) rev_bndrs = go ctxt bndrs (bndr:rev_bndrs)
998
999 addAppCtxt :: OccEnv -> [Arg CoreBndr] -> OccEnv
1000 addAppCtxt (OccEnv encl ctxt) args
1001   = OccEnv encl (replicate (valArgCount args) True ++ ctxt)
1002 \end{code}
1003
1004 %************************************************************************
1005 %*                                                                      *
1006 \subsection[OccurAnal-types]{OccEnv}
1007 %*                                                                      *
1008 %************************************************************************
1009
1010 \begin{code}
1011 type UsageDetails = IdEnv OccInfo       -- A finite map from ids to their usage
1012
1013 (+++), combineAltsUsageDetails
1014         :: UsageDetails -> UsageDetails -> UsageDetails
1015
1016 (+++) usage1 usage2
1017   = plusVarEnv_C addOccInfo usage1 usage2
1018
1019 combineAltsUsageDetails usage1 usage2
1020   = plusVarEnv_C orOccInfo usage1 usage2
1021
1022 addOneOcc :: UsageDetails -> Id -> OccInfo -> UsageDetails
1023 addOneOcc usage id info
1024   = plusVarEnv_C addOccInfo usage (unitVarEnv id info)
1025         -- ToDo: make this more efficient
1026
1027 emptyDetails :: UsageDetails
1028 emptyDetails = (emptyVarEnv :: UsageDetails)
1029
1030 usedIn :: Id -> UsageDetails -> Bool
1031 v `usedIn` details =  isExportedId v || v `elemVarEnv` details
1032
1033 type IdWithOccInfo = Id
1034
1035 tagBinders :: UsageDetails          -- Of scope
1036            -> [Id]                  -- Binders
1037            -> (UsageDetails,        -- Details with binders removed
1038               [IdWithOccInfo])    -- Tagged binders
1039
1040 tagBinders usage binders
1041  = let
1042      usage' = usage `delVarEnvList` binders
1043      uss    = map (setBinderOcc usage) binders
1044    in
1045    usage' `seq` (usage', uss)
1046
1047 tagBinder :: UsageDetails           -- Of scope
1048           -> Id                     -- Binders
1049           -> (UsageDetails,         -- Details with binders removed
1050               IdWithOccInfo)        -- Tagged binders
1051
1052 tagBinder usage binder
1053  = let
1054      usage'  = usage `delVarEnv` binder
1055      binder' = setBinderOcc usage binder
1056    in
1057    usage' `seq` (usage', binder')
1058
1059 setBinderOcc :: UsageDetails -> CoreBndr -> CoreBndr
1060 setBinderOcc usage bndr
1061   | isTyVar bndr      = bndr
1062   | isExportedId bndr = case idOccInfo bndr of
1063                           NoOccInfo -> bndr
1064                           _         -> setIdOccInfo bndr NoOccInfo
1065             -- Don't use local usage info for visible-elsewhere things
1066             -- BUT *do* erase any IAmALoopBreaker annotation, because we're
1067             -- about to re-generate it and it shouldn't be "sticky"
1068
1069   | otherwise = setIdOccInfo bndr occ_info
1070   where
1071     occ_info = lookupVarEnv usage bndr `orElse` IAmDead
1072 \end{code}
1073
1074
1075 %************************************************************************
1076 %*                                                                      *
1077 \subsection{Operations over OccInfo}
1078 %*                                                                      *
1079 %************************************************************************
1080
1081 \begin{code}
1082 mkOneOcc :: OccEnv -> Id -> InterestingCxt -> UsageDetails
1083 mkOneOcc _env id int_cxt
1084   | isLocalId id = unitVarEnv id (OneOcc False True int_cxt)
1085   | otherwise    = emptyDetails
1086
1087 markMany, markInsideLam, markInsideSCC :: OccInfo -> OccInfo
1088
1089 markMany IAmDead = IAmDead
1090 markMany _       = NoOccInfo
1091
1092 markInsideSCC occ = markMany occ
1093
1094 markInsideLam (OneOcc _ one_br int_cxt) = OneOcc True one_br int_cxt
1095 markInsideLam occ                       = occ
1096
1097 addOccInfo, orOccInfo :: OccInfo -> OccInfo -> OccInfo
1098
1099 addOccInfo IAmDead info2       = info2
1100 addOccInfo info1 IAmDead       = info1
1101 addOccInfo _     _             = NoOccInfo
1102
1103 -- (orOccInfo orig new) is used
1104 -- when combining occurrence info from branches of a case
1105
1106 orOccInfo IAmDead info2 = info2
1107 orOccInfo info1 IAmDead = info1
1108 orOccInfo (OneOcc in_lam1 _ int_cxt1)
1109           (OneOcc in_lam2 _ int_cxt2)
1110   = OneOcc (in_lam1 || in_lam2)
1111            False        -- False, because it occurs in both branches
1112            (int_cxt1 && int_cxt2)
1113 orOccInfo _     _       = NoOccInfo
1114 \end{code}