Make the loop-breaking algorithm a bit more liberal, where RULES are involved
[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 {-# OPTIONS -w #-}
15 -- The above warning supression flag is a temporary kludge.
16 -- While working on this module you are encouraged to remove it and fix
17 -- any warnings in the module. See
18 --     http://hackage.haskell.org/trac/ghc/wiki/Commentary/CodingStyle#Warnings
19 -- for details
20
21 module OccurAnal (
22         occurAnalysePgm, occurAnalyseExpr
23     ) where
24
25 #include "HsVersions.h"
26
27 import CoreSyn
28 import CoreFVs
29 import CoreUtils        ( exprIsTrivial, isDefaultAlt )
30 import Id
31 import IdInfo
32 import BasicTypes       ( OccInfo(..), isOneOcc, InterestingCxt )
33
34 import VarSet
35 import VarEnv
36
37 import Maybes           ( orElse )
38 import Digraph          ( stronglyConnCompR, SCC(..) )
39 import PrelNames        ( buildIdKey, foldrIdKey, runSTRepIdKey, augmentIdKey )
40 import Unique           ( Unique )
41 import UniqFM           ( keysUFM, intersectsUFM, intersectUFM_C, foldUFM_Directly )  
42 import Util             ( mapAndUnzip )
43 import Outputable
44
45 import Data.List
46 \end{code}
47
48
49 %************************************************************************
50 %*                                                                      *
51 \subsection[OccurAnal-main]{Counting occurrences: main function}
52 %*                                                                      *
53 %************************************************************************
54
55 Here's the externally-callable interface:
56
57 \begin{code}
58 occurAnalysePgm :: [CoreBind] -> [CoreBind]
59 occurAnalysePgm binds
60   = snd (go initOccEnv binds)
61   where
62     go :: OccEnv -> [CoreBind] -> (UsageDetails, [CoreBind])
63     go env [] 
64         = (emptyDetails, [])
65     go env (bind:binds) 
66         = (final_usage, bind' ++ binds')
67         where
68            (bs_usage, binds')   = go env binds
69            (final_usage, bind') = occAnalBind env bind bs_usage
70
71 occurAnalyseExpr :: CoreExpr -> CoreExpr
72         -- Do occurrence analysis, and discard occurence info returned
73 occurAnalyseExpr expr = snd (occAnal initOccEnv expr)
74 \end{code}
75
76
77 %************************************************************************
78 %*                                                                      *
79 \subsection[OccurAnal-main]{Counting occurrences: main function}
80 %*                                                                      *
81 %************************************************************************
82
83 Bindings
84 ~~~~~~~~
85
86 \begin{code}
87 occAnalBind :: OccEnv
88             -> CoreBind
89             -> UsageDetails             -- Usage details of scope
90             -> (UsageDetails,           -- Of the whole let(rec)
91                 [CoreBind])
92
93 occAnalBind env (NonRec binder rhs) body_usage
94   | not (binder `usedIn` body_usage)            -- It's not mentioned
95   = (body_usage, [])
96
97   | otherwise                   -- It's mentioned in the body
98   = (body_usage' +++ addRuleUsage rhs_usage binder,     -- Note [Rules are extra RHSs]
99      [NonRec tagged_binder rhs'])
100   where
101     (body_usage', tagged_binder) = tagBinder body_usage binder
102     (rhs_usage, rhs')            = occAnalRhs env tagged_binder rhs
103 \end{code}
104
105 Note [Dead code]
106 ~~~~~~~~~~~~~~~~
107 Dropping dead code for recursive bindings is done in a very simple way:
108
109         the entire set of bindings is dropped if none of its binders are
110         mentioned in its body; otherwise none are.
111
112 This seems to miss an obvious improvement.
113
114         letrec  f = ...g...
115                 g = ...f...
116         in
117         ...g...
118 ===>
119         letrec f = ...g...
120                g = ...(...g...)...
121         in
122         ...g...
123
124 Now 'f' is unused! But it's OK!  Dependency analysis will sort this
125 out into a letrec for 'g' and a 'let' for 'f', and then 'f' will get
126 dropped.  It isn't easy to do a perfect job in one blow.  Consider
127
128         letrec f = ...g...
129                g = ...h...
130                h = ...k...
131                k = ...m...
132                m = ...m...
133         in
134         ...m...
135
136
137 Note [Loop breaking and RULES]
138 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
139 Loop breaking is surprisingly subtle.  First read the section 4 of 
140 "Secrets of the GHC inliner".  This describes our basic plan.
141
142 However things are made quite a bit more complicated by RULES.  Remember
143
144   * Note [Rules are extra RHSs]
145     ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
146     A RULE for 'f' is like an extra RHS for 'f'. That way the "parent"
147     keeps the specialised "children" alive.  If the parent dies
148     (because it isn't referenced any more), then the children will die
149     too (unless they are already referenced directly).
150
151     To that end, we build a Rec group for each cyclic strongly
152     connected component,
153         *treating f's rules as extra RHSs for 'f'*.
154
155     When we make the Rec groups we include variables free in *either*
156     LHS *or* RHS of the rule.  The former might seems silly, but see
157     Note [Rule dependency info].
158  
159     So in Example [eftInt], eftInt and eftIntFB will be put in the
160     same Rec, even though their 'main' RHSs are both non-recursive.
161
162   * Note [Rules are visible in their own rec group]
163     ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
164     We want the rules for 'f' to be visible in f's right-hand side.
165     And we'd like them to be visible in other functions in f's Rec
166     group.  E.g. in Example [Specialisation rules] we want f' rule
167     to be visible in both f's RHS, and fs's RHS.
168
169     This means that we must simplify the RULEs first, before looking
170     at any of the definitions.  This is done by Simplify.simplRecBind,
171     when it calls addLetIdInfo.
172
173   * Note [Choosing loop breakers]
174     ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
175     We avoid infinite inlinings by choosing loop breakers, and
176     ensuring that a loop breaker cuts each loop.  But what is a
177     "loop"?  In particular, a RULES is like an equation for 'f' that
178     is *always* inlined if it are applicable.  We do *not* disable
179     rules for loop-breakers.  It's up to whoever makes the rules to
180     make sure that the rules themselves alwasys terminate.  See Note
181     [Rules for recursive functions] in Simplify.lhs
182
183     Hence, if 
184         f's RHS mentions g, and
185         g has a RULE that mentions h, and
186         h has a RULE that mentions f
187
188     then we *must* choose f to be a loop breaker.  In general, take the
189     free variables of f's RHS, and augment it with all the variables
190     reachable by RULES from those starting points.  That is the whole
191     reason for computing rule_fv_env in occAnalBind.  (Of course we
192     only consider free vars that are also binders in this Rec group.)
193
194     Note that when we compute this rule_fv_env, we only consider variables
195     free in the *RHS* of the rule, in contrast to the way we build the 
196     Rec group in the first place (Note [Rule dependency info])
197
198     Note that in Example [eftInt], *neither* eftInt *nor* eftIntFB is
199     chosen as a loop breaker, because their RHSs don't mention each other.
200     And indeed both can be inlined safely.
201
202     Note that the edges of the graph we use for computing loop breakers
203     are not the same as the edges we use for computing the Rec blocks.
204     That's why we compute 
205         rec_edges          for the Rec block analysis
206         loop_breaker_edges for the loop breaker analysis
207
208
209   * Note [Weak loop breakers]
210     ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
211     There is a last nasty wrinkle.  Suppose we have
212
213         Rec { f = f_rhs
214               RULE f [] = g
215             
216               h = h_rhs
217               g = h 
218               ...more...
219         }
220
221     Remmber that we simplify the RULES before any RHS (see Note
222     [Rules are visible in their own rec group] above).
223
224     So we must *not* postInlineUnconditinoally 'g', even though
225     its RHS turns out to be trivial.  (I'm assuming that 'g' is
226     not choosen as a loop breaker.)
227
228     We "solve" this by making g a "weak" or "rules-only" loop breaker,
229     with OccInfo = IAmLoopBreaker True.  A normal "strong" loop breaker
230     has IAmLoopBreaker False.  So
231
232                                 Inline  postInlineUnconditinoally
233         IAmLoopBreaker False    no      no
234         IAmLoopBreaker True     yes     no
235         other                   yes     yes
236
237     The **sole** reason for this kind of loop breaker is so that
238     postInlineUnconditioanlly does not fire.  Ugh.
239
240   * Note [Rule dependency info]
241     ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
242     The VarSet in a SpecInfo is used for dependency analysis in the 
243     occurrence analyser.  We must track free vars in *both* lhs and rhs.  Why both?  
244     Consider
245         x = y
246         RULE f x = 4
247     Then if we substitute y for x, we'd better do so in the
248     rule's LHS too, so we'd better ensure the dependency is respected
249
250
251 Example [eftInt]
252 ~~~~~~~~~~~~~~~
253 Example (from GHC.Enum):
254
255   eftInt :: Int# -> Int# -> [Int]
256   eftInt x y = ...(non-recursive)...
257
258   {-# INLINE [0] eftIntFB #-}
259   eftIntFB :: (Int -> r -> r) -> r -> Int# -> Int# -> r
260   eftIntFB c n x y = ...(non-recursive)...
261
262   {-# RULES
263   "eftInt"  [~1] forall x y. eftInt x y = build (\ c n -> eftIntFB c n x y)
264   "eftIntList"  [1] eftIntFB  (:) [] = eftInt
265    #-}
266
267 Example [Specialisation rules]
268 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
269 Consider this group, which is typical of what SpecConstr builds:
270
271    fs a = ....f (C a)....
272    f  x = ....f (C a)....
273    {-# RULE f (C a) = fs a #-}
274
275 So 'f' and 'fs' are in the same Rec group (since f refers to fs via its RULE).
276
277 But watch out!  If 'fs' is not chosen as a loop breaker, we may get an infinite loop:
278         - the RULE is applied in f's RHS (see Note [Self-recursive rules] in Simplify
279         - fs is inlined (say it's small)
280         - now there's another opportunity to apply the RULE
281
282 This showed up when compiling Control.Concurrent.Chan.getChanContents.
283
284
285 \begin{code}
286 occAnalBind env (Rec pairs) body_usage
287   | not (any (`usedIn` body_usage) bndrs)       -- NB: look at body_usage, not total_usage
288   = (body_usage, [])                            -- Dead code
289   | otherwise
290   = (final_usage, map ({-# SCC "occAnalBind.dofinal" #-} do_final_bind) sccs)
291   where
292     bndrs    = map fst pairs
293     bndr_set = mkVarSet bndrs
294
295         ---------------------------------------
296         -- See Note [Loop breaking]
297         ---------------------------------------
298
299     -------------Dependency analysis ------------------------------
300     occ_anald :: [(Id, (UsageDetails, CoreExpr))]
301         -- The UsageDetails here are strictly those arising from the RHS
302         -- *not* from any rules in the Id
303     occ_anald = [(bndr, occAnalRhs env bndr rhs) | (bndr,rhs) <- pairs]
304
305     total_usage        = foldl add_usage body_usage occ_anald
306     add_usage body_usage (bndr, (rhs_usage, _))
307         = body_usage +++ addRuleUsage rhs_usage bndr
308
309     (final_usage, tagged_bndrs) = tagBinders total_usage bndrs
310     final_bndrs | no_rules  = tagged_bndrs
311                 | otherwise = map tag_rule_var tagged_bndrs
312     tag_rule_var bndr | bndr `elemVarSet` all_rule_fvs = makeLoopBreaker True bndr
313                       | otherwise                      = bndr
314
315     ---- stuff for dependency analysis of binds -------------------------------
316     sccs :: [SCC (Node Details)]
317     sccs = {-# SCC "occAnalBind.scc" #-} stronglyConnCompR rec_edges
318
319     rec_edges :: [Node Details] -- The binders are tagged with correct occ-info
320     rec_edges = {-# SCC "occAnalBind.assoc" #-} zipWith make_node final_bndrs occ_anald
321     make_node tagged_bndr (_bndr, (rhs_usage, rhs))
322         = ((tagged_bndr, rhs, rhs_fvs), idUnique tagged_bndr, out_edges)
323         where
324           rhs_fvs = intersectUFM_C (\b _ -> b) bndr_set rhs_usage
325           out_edges = keysUFM (rhs_fvs `unionVarSet` idRuleVars tagged_bndr)
326         
327
328         -- (a -> b) means a mentions b
329         -- Given the usage details (a UFM that gives occ info for each free var of
330         -- the RHS) we can get the list of free vars -- or rather their Int keys --
331         -- by just extracting the keys from the finite map.  Grimy, but fast.
332         -- Previously we had this:
333         --      [ bndr | bndr <- bndrs,
334         --               maybeToBool (lookupVarEnv rhs_usage bndr)]
335         -- which has n**2 cost, and this meant that edges_from alone 
336         -- consumed 10% of total runtime!
337
338     ---- Stuff to "re-constitute" bindings from dependency-analysis info ------
339     do_final_bind (AcyclicSCC ((bndr, rhs, _), _, _)) = NonRec bndr rhs
340     do_final_bind (CyclicSCC cycle)
341         | no_rules  = Rec (reOrderCycle cycle)
342         | otherwise = Rec (concatMap reOrderRec (stronglyConnCompR loop_breaker_edges))
343         where   -- See Note [Choosing loop breakers] for looop_breker_edges
344           loop_breaker_edges = map mk_node cycle
345           mk_node (details@(bndr, rhs, rhs_fvs), k, _) = (details, k, new_ks)
346                 where
347                   new_ks = keysUFM (extendFvs rule_fv_env rhs_fvs rhs_fvs)
348
349         
350     ------------------------------------
351     rule_fv_env :: IdEnv IdSet  -- Variables from this group mentioned in RHS of rules
352                                 -- Domain is *subset* of bound vars (others have no rule fvs)
353     rule_fv_env = rule_loop init_rule_fvs
354
355     no_rules      = null init_rule_fvs
356     all_rule_fvs  = foldr (unionVarSet . snd) emptyVarSet init_rule_fvs
357     init_rule_fvs = [(b, rule_fvs)
358                     | b <- bndrs 
359                     , let rule_fvs = idRuleRhsVars b `intersectVarSet` bndr_set
360                     , not (isEmptyVarSet rule_fvs)]
361
362     rule_loop :: [(Id,IdSet)] -> IdEnv IdSet    -- Finds fixpoint
363     rule_loop fv_list 
364         | no_change = env
365         | otherwise = rule_loop new_fv_list
366         where
367           env = mkVarEnv init_rule_fvs
368           (no_change, new_fv_list) = mapAccumL bump True fv_list
369           bump no_change (b,fvs) 
370                 | new_fvs `subVarSet` fvs = (no_change, (b,fvs))
371                 | otherwise               = (False,     (b,new_fvs `unionVarSet` fvs))
372                 where
373                   new_fvs = extendFvs env emptyVarSet fvs
374
375 idRuleRhsVars :: Id -> VarSet
376 -- Just the variables free on the *rhs* of a rule
377 -- See Note [Choosing loop breakers]
378 idRuleRhsVars id = foldr (unionVarSet . ruleRhsFreeVars) emptyVarSet (idCoreRules id)
379
380 extendFvs :: IdEnv IdSet -> IdSet -> IdSet -> IdSet
381 -- (extendFVs env fvs s) returns (fvs `union` env(s))
382 extendFvs env fvs id_set
383   = foldUFM_Directly add fvs id_set
384   where
385     add uniq _ fvs 
386         = case lookupVarEnv_Directly env uniq  of
387             Just fvs' -> fvs' `unionVarSet` fvs
388             Nothing   -> fvs
389 \end{code}
390
391 @reOrderRec@ is applied to the list of (binder,rhs) pairs for a cyclic
392 strongly connected component (there's guaranteed to be a cycle).  It returns the
393 same pairs, but 
394         a) in a better order,
395         b) with some of the Ids having a IAmALoopBreaker pragma
396
397 The "loop-breaker" Ids are sufficient to break all cycles in the SCC.  This means
398 that the simplifier can guarantee not to loop provided it never records an inlining
399 for these no-inline guys.
400
401 Furthermore, the order of the binds is such that if we neglect dependencies
402 on the no-inline Ids then the binds are topologically sorted.  This means
403 that the simplifier will generally do a good job if it works from top bottom,
404 recording inlinings for any Ids which aren't marked as "no-inline" as it goes.
405
406 ==============
407 [June 98: I don't understand the following paragraphs, and I've 
408           changed the a=b case again so that it isn't a special case any more.]
409
410 Here's a case that bit me:
411
412         letrec
413                 a = b
414                 b = \x. BIG
415         in
416         ...a...a...a....
417
418 Re-ordering doesn't change the order of bindings, but there was no loop-breaker.
419
420 My solution was to make a=b bindings record b as Many, rather like INLINE bindings.
421 Perhaps something cleverer would suffice.
422 ===============
423
424
425 \begin{code}
426 type Node details = (details, Unique, [Unique]) -- The Ints are gotten from the Unique,
427                                                 -- which is gotten from the Id.
428 type Details = (Id,             -- Binder
429                 CoreExpr,       -- RHS
430                 IdSet)          -- RHS free vars (*not* include rules)
431
432 reOrderRec :: SCC (Node Details)
433            -> [(Id,CoreExpr)]
434 -- Sorted into a plausible order.  Enough of the Ids have
435 --      IAmALoopBreaker pragmas that there are no loops left.
436 reOrderRec (AcyclicSCC ((bndr, rhs, _), _, _)) = [(bndr, rhs)]
437 reOrderRec (CyclicSCC cycle)                   = reOrderCycle cycle
438
439 reOrderCycle :: [Node Details] -> [(Id,CoreExpr)]
440 reOrderCycle []
441   = panic "reOrderCycle"
442 reOrderCycle [bind]     -- Common case of simple self-recursion
443   = [(makeLoopBreaker False bndr, rhs)]
444   where
445     ((bndr, rhs, _), _, _) = bind
446
447 reOrderCycle (bind : binds)
448   =     -- Choose a loop breaker, mark it no-inline,
449         -- do SCC analysis on the rest, and recursively sort them out
450     concatMap reOrderRec (stronglyConnCompR unchosen) ++
451     [(makeLoopBreaker False bndr, rhs)]
452
453   where
454     (chosen_bind, unchosen) = choose_loop_breaker bind (score bind) [] binds
455     (bndr, rhs, _)  = chosen_bind
456
457         -- This loop looks for the bind with the lowest score
458         -- to pick as the loop  breaker.  The rest accumulate in 
459     choose_loop_breaker (details,_,_) loop_sc acc []
460         = (details, acc)        -- Done
461
462     choose_loop_breaker loop_bind loop_sc acc (bind : binds)
463         | sc < loop_sc  -- Lower score so pick this new one
464         = choose_loop_breaker bind sc (loop_bind : acc) binds
465
466         | otherwise     -- No lower so don't pick it
467         = choose_loop_breaker loop_bind loop_sc (bind : acc) binds
468         where
469           sc = score bind
470           
471     score :: Node Details -> Int        -- Higher score => less likely to be picked as loop breaker
472     score ((bndr, rhs, _), _, _)
473         | workerExists (idWorkerInfo bndr)      = 10
474                 -- Note [Worker inline loop]
475
476         | exprIsTrivial rhs        = 4  -- Practically certain to be inlined
477                 -- Used to have also: && not (isExportedId bndr)
478                 -- But I found this sometimes cost an extra iteration when we have
479                 --      rec { d = (a,b); a = ...df...; b = ...df...; df = d }
480                 -- where df is the exported dictionary. Then df makes a really
481                 -- bad choice for loop breaker
482           
483         | is_con_app rhs = 2    -- Data types help with cases
484                 -- Note [conapp]
485
486         | inlineCandidate bndr rhs = 1  -- Likely to be inlined
487                 -- Note [Inline candidates]
488
489         | otherwise = 0
490
491     inlineCandidate :: Id -> CoreExpr -> Bool
492     inlineCandidate id (Note InlineMe _) = True
493     inlineCandidate id rhs               = isOneOcc (idOccInfo id)
494
495         -- Note [conapp]
496         --
497         -- It's really really important to inline dictionaries.  Real
498         -- example (the Enum Ordering instance from GHC.Base):
499         --
500         --      rec     f = \ x -> case d of (p,q,r) -> p x
501         --              g = \ x -> case d of (p,q,r) -> q x
502         --              d = (v, f, g)
503         --
504         -- Here, f and g occur just once; but we can't inline them into d.
505         -- On the other hand we *could* simplify those case expressions if
506         -- we didn't stupidly choose d as the loop breaker.
507         -- But we won't because constructor args are marked "Many".
508         -- Inlining dictionaries is really essential to unravelling
509         -- the loops in static numeric dictionaries, see GHC.Float.
510
511         -- Cheap and cheerful; the simplifer moves casts out of the way
512         -- The lambda case is important to spot x = /\a. C (f a)
513         -- which comes up when C is a dictionary constructor and
514         -- f is a default method.  
515         -- Example: the instance for Show (ST s a) in GHC.ST
516         --
517         -- However we *also* treat (\x. C p q) as a con-app-like thing, 
518         --      Note [Closure conversion]
519     is_con_app (Var v)    = isDataConWorkId v
520     is_con_app (App f _)  = is_con_app f
521     is_con_app (Lam b e)  = is_con_app e
522     is_con_app (Note _ e) = is_con_app e
523     is_con_app other      = False
524
525 makeLoopBreaker :: Bool -> Id -> Id
526 -- Set the loop-breaker flag
527 -- See Note [Weak loop breakers]
528 makeLoopBreaker weak bndr = setIdOccInfo bndr (IAmALoopBreaker weak)
529 \end{code}
530
531 Note [Worker inline loop]
532 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
533 Never choose a wrapper as the loop breaker!  Because
534 wrappers get auto-generated inlinings when importing, and
535 that can lead to an infinite inlining loop.  For example:
536   rec {
537         $wfoo x = ....foo x....
538         
539         {-loop brk-} foo x = ...$wfoo x...
540   }
541
542 The interface file sees the unfolding for $wfoo, and sees that foo is
543 strict (and hence it gets an auto-generated wrapper).  Result: an
544 infinite inlining in the importing scope.  So be a bit careful if you
545 change this.  A good example is Tree.repTree in
546 nofib/spectral/minimax. If the repTree wrapper is chosen as the loop
547 breaker then compiling Game.hs goes into an infinite loop (this
548 happened when we gave is_con_app a lower score than inline candidates).
549
550 Note [Closure conversion]
551 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
552 We treat (\x. C p q) as a high-score candidate in the letrec scoring algorithm.
553 The immediate motivation came from the result of a closure-conversion transformation
554 which generated code like this:
555
556     data Clo a b = forall c. Clo (c -> a -> b) c
557
558     ($:) :: Clo a b -> a -> b
559     Clo f env $: x = f env x
560
561     rec { plus = Clo plus1 ()
562
563         ; plus1 _ n = Clo plus2 n
564
565         ; plus2 Zero     n = n
566         ; plus2 (Succ m) n = Succ (plus $: m $: n) }
567
568 If we inline 'plus' and 'plus1', everything unravels nicely.  But if
569 we choose 'plus1' as the loop breaker (which is entirely possible
570 otherwise), the loop does not unravel nicely.
571
572
573 @occAnalRhs@ deals with the question of bindings where the Id is marked
574 by an INLINE pragma.  For these we record that anything which occurs
575 in its RHS occurs many times.  This pessimistically assumes that ths
576 inlined binder also occurs many times in its scope, but if it doesn't
577 we'll catch it next time round.  At worst this costs an extra simplifier pass.
578 ToDo: try using the occurrence info for the inline'd binder.
579
580 [March 97] We do the same for atomic RHSs.  Reason: see notes with reOrderRec.
581 [June 98, SLPJ]  I've undone this change; I don't understand it.  See notes with reOrderRec.
582
583
584 \begin{code}
585 occAnalRhs :: OccEnv
586            -> Id -> CoreExpr    -- Binder and rhs
587                                 -- For non-recs the binder is alrady tagged
588                                 -- with occurrence info
589            -> (UsageDetails, CoreExpr)
590
591 occAnalRhs env id rhs
592   = occAnal ctxt rhs
593   where
594     ctxt | certainly_inline id = env
595          | otherwise           = rhsCtxt
596         -- Note that we generally use an rhsCtxt.  This tells the occ anal n
597         -- that it's looking at an RHS, which has an effect in occAnalApp
598         --
599         -- But there's a problem.  Consider
600         --      x1 = a0 : []
601         --      x2 = a1 : x1
602         --      x3 = a2 : x2
603         --      g  = f x3
604         -- First time round, it looks as if x1 and x2 occur as an arg of a 
605         -- let-bound constructor ==> give them a many-occurrence.
606         -- But then x3 is inlined (unconditionally as it happens) and
607         -- next time round, x2 will be, and the next time round x1 will be
608         -- Result: multiple simplifier iterations.  Sigh.  
609         -- Crude solution: use rhsCtxt for things that occur just once...
610
611     certainly_inline id = case idOccInfo id of
612                             OneOcc in_lam one_br _ -> not in_lam && one_br
613                             other                  -> False
614 \end{code}
615
616
617
618 \begin{code}
619 addRuleUsage :: UsageDetails -> Id -> UsageDetails
620 -- Add the usage from RULES in Id to the usage
621 addRuleUsage usage id
622   = foldVarSet add usage (idRuleVars id)
623   where
624     add v u = addOneOcc u v NoOccInfo           -- Give a non-committal binder info
625                                                 -- (i.e manyOcc) because many copies
626                                                 -- of the specialised thing can appear
627 \end{code}
628
629 Expressions
630 ~~~~~~~~~~~
631 \begin{code}
632 occAnal :: OccEnv
633         -> CoreExpr
634         -> (UsageDetails,       -- Gives info only about the "interesting" Ids
635             CoreExpr)
636
637 occAnal env (Type t)  = (emptyDetails, Type t)
638 occAnal env (Var v)   = (mkOneOcc env v False, Var v)
639     -- At one stage, I gathered the idRuleVars for v here too,
640     -- which in a way is the right thing to do.
641     -- Btu that went wrong right after specialisation, when
642     -- the *occurrences* of the overloaded function didn't have any
643     -- rules in them, so the *specialised* versions looked as if they
644     -- weren't used at all.
645 \end{code}
646
647 We regard variables that occur as constructor arguments as "dangerousToDup":
648
649 \begin{verbatim}
650 module A where
651 f x = let y = expensive x in 
652       let z = (True,y) in 
653       (case z of {(p,q)->q}, case z of {(p,q)->q})
654 \end{verbatim}
655
656 We feel free to duplicate the WHNF (True,y), but that means
657 that y may be duplicated thereby.
658
659 If we aren't careful we duplicate the (expensive x) call!
660 Constructors are rather like lambdas in this way.
661
662 \begin{code}
663 occAnal env expr@(Lit lit) = (emptyDetails, expr)
664 \end{code}
665
666 \begin{code}
667 occAnal env (Note InlineMe body)
668   = case occAnal env body of { (usage, body') -> 
669     (mapVarEnv markMany usage, Note InlineMe body')
670     }
671
672 occAnal env (Note note@(SCC cc) body)
673   = case occAnal env body of { (usage, body') ->
674     (mapVarEnv markInsideSCC usage, Note note body')
675     }
676
677 occAnal env (Note note body)
678   = case occAnal env body of { (usage, body') ->
679     (usage, Note note body')
680     }
681
682 occAnal env (Cast expr co)
683   = case occAnal env expr of { (usage, expr') ->
684     (markRhsUds env True usage, Cast expr' co)
685         -- If we see let x = y `cast` co
686         -- then mark y as 'Many' so that we don't
687         -- immediately inline y again. 
688     }
689 \end{code}
690
691 \begin{code}
692 occAnal env app@(App fun arg)
693   = occAnalApp env (collectArgs app) False
694
695 -- Ignore type variables altogether
696 --   (a) occurrences inside type lambdas only not marked as InsideLam
697 --   (b) type variables not in environment
698
699 occAnal env expr@(Lam x body) | isTyVar x
700   = case occAnal env body of { (body_usage, body') ->
701     (body_usage, Lam x body')
702     }
703
704 -- For value lambdas we do a special hack.  Consider
705 --      (\x. \y. ...x...)
706 -- If we did nothing, x is used inside the \y, so would be marked
707 -- as dangerous to dup.  But in the common case where the abstraction
708 -- is applied to two arguments this is over-pessimistic.
709 -- So instead, we just mark each binder with its occurrence
710 -- info in the *body* of the multiple lambda.
711 -- Then, the simplifier is careful when partially applying lambdas.
712
713 occAnal env expr@(Lam _ _)
714   = case occAnal env_body body of { (body_usage, body') ->
715     let
716         (final_usage, tagged_binders) = tagBinders body_usage binders
717         --      URGH!  Sept 99: we don't seem to be able to use binders' here, because
718         --      we get linear-typed things in the resulting program that we can't handle yet.
719         --      (e.g. PrelShow)  TODO 
720
721         really_final_usage = if linear then
722                                 final_usage
723                              else
724                                 mapVarEnv markInsideLam final_usage
725     in
726     (really_final_usage,
727      mkLams tagged_binders body') }
728   where
729     env_body        = vanillaCtxt                       -- Body is (no longer) an RhsContext
730     (binders, body) = collectBinders expr
731     binders'        = oneShotGroup env binders
732     linear          = all is_one_shot binders'
733     is_one_shot b   = isId b && isOneShotBndr b
734
735 occAnal env (Case scrut bndr ty alts)
736   = case occ_anal_scrut scrut alts                  of { (scrut_usage, scrut') ->
737     case mapAndUnzip (occAnalAlt alt_env bndr) alts of { (alts_usage_s, alts')   -> 
738     let
739         alts_usage  = foldr1 combineAltsUsageDetails alts_usage_s
740         alts_usage' = addCaseBndrUsage alts_usage
741         (alts_usage1, tagged_bndr) = tagBinder alts_usage' bndr
742         total_usage = scrut_usage +++ alts_usage1
743     in
744     total_usage `seq` (total_usage, Case scrut' tagged_bndr ty alts') }}
745   where
746         -- The case binder gets a usage of either "many" or "dead", never "one".
747         -- Reason: we like to inline single occurrences, to eliminate a binding,
748         -- but inlining a case binder *doesn't* eliminate a binding.
749         -- We *don't* want to transform
750         --      case x of w { (p,q) -> f w }
751         -- into
752         --      case x of w { (p,q) -> f (p,q) }
753     addCaseBndrUsage usage = case lookupVarEnv usage bndr of
754                                 Nothing  -> usage
755                                 Just occ -> extendVarEnv usage bndr (markMany occ)
756
757     alt_env = setVanillaCtxt env
758         -- Consider     x = case v of { True -> (p,q); ... }
759         -- Then it's fine to inline p and q
760
761     occ_anal_scrut (Var v) (alt1 : other_alts)
762                                 | not (null other_alts) || not (isDefaultAlt alt1)
763                                 = (mkOneOcc env v True, Var v)
764     occ_anal_scrut scrut alts   = occAnal vanillaCtxt scrut
765                                         -- No need for rhsCtxt
766
767 occAnal env (Let bind body)
768   = case occAnal env body                of { (body_usage, body') ->
769     case occAnalBind env bind body_usage of { (final_usage, new_binds) ->
770        (final_usage, mkLets new_binds body') }}
771
772 occAnalArgs env args
773   = case mapAndUnzip (occAnal arg_env) args of  { (arg_uds_s, args') ->
774     (foldr (+++) emptyDetails arg_uds_s, args')}
775   where
776     arg_env = vanillaCtxt
777 \end{code}
778
779 Applications are dealt with specially because we want
780 the "build hack" to work.
781
782 \begin{code}
783 occAnalApp env (Var fun, args) is_rhs
784   = case args_stuff of { (args_uds, args') ->
785     let
786         final_args_uds = markRhsUds env is_pap args_uds
787     in
788     (fun_uds +++ final_args_uds, mkApps (Var fun) args') }
789   where
790     fun_uniq = idUnique fun
791     fun_uds  = mkOneOcc env fun (valArgCount args > 0)
792     is_pap = isDataConWorkId fun || valArgCount args < idArity fun
793
794                 -- Hack for build, fold, runST
795     args_stuff  | fun_uniq == buildIdKey    = appSpecial env 2 [True,True]  args
796                 | fun_uniq == augmentIdKey  = appSpecial env 2 [True,True]  args
797                 | fun_uniq == foldrIdKey    = appSpecial env 3 [False,True] args
798                 | fun_uniq == runSTRepIdKey = appSpecial env 2 [True]       args
799                         -- (foldr k z xs) may call k many times, but it never
800                         -- shares a partial application of k; hence [False,True]
801                         -- This means we can optimise
802                         --      foldr (\x -> let v = ...x... in \y -> ...v...) z xs
803                         -- by floating in the v
804
805                 | otherwise = occAnalArgs env args
806
807
808 occAnalApp env (fun, args) is_rhs
809   = case occAnal (addAppCtxt env args) fun of   { (fun_uds, fun') ->
810         -- The addAppCtxt is a bit cunning.  One iteration of the simplifier
811         -- often leaves behind beta redexs like
812         --      (\x y -> e) a1 a2
813         -- Here we would like to mark x,y as one-shot, and treat the whole
814         -- thing much like a let.  We do this by pushing some True items
815         -- onto the context stack.
816
817     case occAnalArgs env args of        { (args_uds, args') ->
818     let
819         final_uds = fun_uds +++ args_uds
820     in
821     (final_uds, mkApps fun' args') }}
822     
823
824 markRhsUds :: OccEnv            -- Check if this is a RhsEnv
825            -> Bool              -- and this is true
826            -> UsageDetails      -- The do markMany on this
827            -> UsageDetails
828 -- We mark the free vars of the argument of a constructor or PAP 
829 -- as "many", if it is the RHS of a let(rec).
830 -- This means that nothing gets inlined into a constructor argument
831 -- position, which is what we want.  Typically those constructor
832 -- arguments are just variables, or trivial expressions.
833 --
834 -- This is the *whole point* of the isRhsEnv predicate
835 markRhsUds env is_pap arg_uds
836   | isRhsEnv env && is_pap = mapVarEnv markMany arg_uds
837   | otherwise              = arg_uds
838
839
840 appSpecial :: OccEnv 
841            -> Int -> CtxtTy     -- Argument number, and context to use for it
842            -> [CoreExpr]
843            -> (UsageDetails, [CoreExpr])
844 appSpecial env n ctxt args
845   = go n args
846   where
847     arg_env = vanillaCtxt
848
849     go n [] = (emptyDetails, [])        -- Too few args
850
851     go 1 (arg:args)                     -- The magic arg
852       = case occAnal (setCtxt arg_env ctxt) arg of      { (arg_uds, arg') ->
853         case occAnalArgs env args of                    { (args_uds, args') ->
854         (arg_uds +++ args_uds, arg':args') }}
855     
856     go n (arg:args)
857       = case occAnal arg_env arg of     { (arg_uds, arg') ->
858         case go (n-1) args of           { (args_uds, args') ->
859         (arg_uds +++ args_uds, arg':args') }}
860 \end{code}
861
862     
863 Case alternatives
864 ~~~~~~~~~~~~~~~~~
865 If the case binder occurs at all, the other binders effectively do too.  
866 For example
867         case e of x { (a,b) -> rhs }
868 is rather like
869         let x = (a,b) in rhs
870 If e turns out to be (e1,e2) we indeed get something like
871         let a = e1; b = e2; x = (a,b) in rhs
872
873 Note [Aug 06]: I don't think this is necessary any more, and it helpe
874                to know when binders are unused.  See esp the call to
875                isDeadBinder in Simplify.mkDupableAlt
876
877 \begin{code}
878 occAnalAlt env case_bndr (con, bndrs, rhs)
879   = case occAnal env rhs of { (rhs_usage, rhs') ->
880     let
881         (final_usage, tagged_bndrs) = tagBinders rhs_usage bndrs
882         final_bndrs = tagged_bndrs      -- See Note [Aug06] above
883 {-
884         final_bndrs | case_bndr `elemVarEnv` final_usage = bndrs
885                     | otherwise                         = tagged_bndrs
886                 -- Leave the binders untagged if the case 
887                 -- binder occurs at all; see note above
888 -}
889     in
890     (final_usage, (con, final_bndrs, rhs')) }
891 \end{code}
892
893
894 %************************************************************************
895 %*                                                                      *
896 \subsection[OccurAnal-types]{OccEnv}
897 %*                                                                      *
898 %************************************************************************
899
900 \begin{code}
901 data OccEnv
902   = OccEnv OccEncl      -- Enclosing context information
903            CtxtTy       -- Tells about linearity
904
905 -- OccEncl is used to control whether to inline into constructor arguments
906 -- For example:
907 --      x = (p,q)               -- Don't inline p or q
908 --      y = /\a -> (p a, q a)   -- Still don't inline p or q
909 --      z = f (p,q)             -- Do inline p,q; it may make a rule fire
910 -- So OccEncl tells enought about the context to know what to do when
911 -- we encounter a contructor application or PAP.
912
913 data OccEncl
914   = OccRhs              -- RHS of let(rec), albeit perhaps inside a type lambda
915                         -- Don't inline into constructor args here
916   | OccVanilla          -- Argument of function, body of lambda, scruintee of case etc.
917                         -- Do inline into constructor args here
918
919 type CtxtTy = [Bool]
920         -- []           No info
921         --
922         -- True:ctxt    Analysing a function-valued expression that will be
923         --                      applied just once
924         --
925         -- False:ctxt   Analysing a function-valued expression that may
926         --                      be applied many times; but when it is, 
927         --                      the CtxtTy inside applies
928
929 initOccEnv :: OccEnv
930 initOccEnv = OccEnv OccRhs []
931
932 vanillaCtxt = OccEnv OccVanilla []
933 rhsCtxt     = OccEnv OccRhs     []
934
935 isRhsEnv (OccEnv OccRhs     _) = True
936 isRhsEnv (OccEnv OccVanilla _) = False
937
938 setVanillaCtxt :: OccEnv -> OccEnv
939 setVanillaCtxt (OccEnv OccRhs ctxt_ty) = OccEnv OccVanilla ctxt_ty
940 setVanillaCtxt other_env               = other_env
941
942 setCtxt :: OccEnv -> CtxtTy -> OccEnv
943 setCtxt (OccEnv encl _) ctxt = OccEnv encl ctxt
944
945 oneShotGroup :: OccEnv -> [CoreBndr] -> [CoreBndr]
946         -- The result binders have one-shot-ness set that they might not have had originally.
947         -- This happens in (build (\cn -> e)).  Here the occurrence analyser
948         -- linearity context knows that c,n are one-shot, and it records that fact in
949         -- the binder. This is useful to guide subsequent float-in/float-out tranformations
950
951 oneShotGroup (OccEnv encl ctxt) bndrs 
952   = go ctxt bndrs []
953   where
954     go ctxt [] rev_bndrs = reverse rev_bndrs
955
956     go (lin_ctxt:ctxt) (bndr:bndrs) rev_bndrs
957         | isId bndr = go ctxt bndrs (bndr':rev_bndrs)
958         where
959           bndr' | lin_ctxt  = setOneShotLambda bndr
960                 | otherwise = bndr
961
962     go ctxt (bndr:bndrs) rev_bndrs = go ctxt bndrs (bndr:rev_bndrs)
963
964 addAppCtxt (OccEnv encl ctxt) args 
965   = OccEnv encl (replicate (valArgCount args) True ++ ctxt)
966 \end{code}
967
968 %************************************************************************
969 %*                                                                      *
970 \subsection[OccurAnal-types]{OccEnv}
971 %*                                                                      *
972 %************************************************************************
973
974 \begin{code}
975 type UsageDetails = IdEnv OccInfo       -- A finite map from ids to their usage
976
977 (+++), combineAltsUsageDetails
978         :: UsageDetails -> UsageDetails -> UsageDetails
979
980 (+++) usage1 usage2
981   = plusVarEnv_C addOccInfo usage1 usage2
982
983 combineAltsUsageDetails usage1 usage2
984   = plusVarEnv_C orOccInfo usage1 usage2
985
986 addOneOcc :: UsageDetails -> Id -> OccInfo -> UsageDetails
987 addOneOcc usage id info
988   = plusVarEnv_C addOccInfo usage (unitVarEnv id info)
989         -- ToDo: make this more efficient
990
991 emptyDetails = (emptyVarEnv :: UsageDetails)
992
993 usedIn :: Id -> UsageDetails -> Bool
994 v `usedIn` details =  isExportedId v || v `elemVarEnv` details
995
996 type IdWithOccInfo = Id
997
998 tagBinders :: UsageDetails          -- Of scope
999            -> [Id]                  -- Binders
1000            -> (UsageDetails,        -- Details with binders removed
1001               [IdWithOccInfo])    -- Tagged binders
1002
1003 tagBinders usage binders
1004  = let
1005      usage' = usage `delVarEnvList` binders
1006      uss    = map (setBinderOcc usage) binders
1007    in
1008    usage' `seq` (usage', uss)
1009
1010 tagBinder :: UsageDetails           -- Of scope
1011           -> Id                     -- Binders
1012           -> (UsageDetails,         -- Details with binders removed
1013               IdWithOccInfo)        -- Tagged binders
1014
1015 tagBinder usage binder
1016  = let
1017      usage'  = usage `delVarEnv` binder
1018      binder' = setBinderOcc usage binder
1019    in
1020    usage' `seq` (usage', binder')
1021
1022 setBinderOcc :: UsageDetails -> CoreBndr -> CoreBndr
1023 setBinderOcc usage bndr
1024   | isTyVar bndr      = bndr
1025   | isExportedId bndr = case idOccInfo bndr of
1026                           NoOccInfo -> bndr
1027                           other     -> setIdOccInfo bndr NoOccInfo
1028             -- Don't use local usage info for visible-elsewhere things
1029             -- BUT *do* erase any IAmALoopBreaker annotation, because we're
1030             -- about to re-generate it and it shouldn't be "sticky"
1031                           
1032   | otherwise = setIdOccInfo bndr occ_info
1033   where
1034     occ_info = lookupVarEnv usage bndr `orElse` IAmDead
1035 \end{code}
1036
1037
1038 %************************************************************************
1039 %*                                                                      *
1040 \subsection{Operations over OccInfo}
1041 %*                                                                      *
1042 %************************************************************************
1043
1044 \begin{code}
1045 mkOneOcc :: OccEnv -> Id -> InterestingCxt -> UsageDetails
1046 mkOneOcc env id int_cxt
1047   | isLocalId id = unitVarEnv id (OneOcc False True int_cxt)
1048   | otherwise    = emptyDetails
1049
1050 markMany, markInsideLam, markInsideSCC :: OccInfo -> OccInfo
1051
1052 markMany IAmDead = IAmDead
1053 markMany other   = NoOccInfo
1054
1055 markInsideSCC occ = markMany occ
1056
1057 markInsideLam (OneOcc _ one_br int_cxt) = OneOcc True one_br int_cxt
1058 markInsideLam occ                       = occ
1059
1060 addOccInfo, orOccInfo :: OccInfo -> OccInfo -> OccInfo
1061
1062 addOccInfo IAmDead info2       = info2
1063 addOccInfo info1 IAmDead       = info1
1064 addOccInfo info1 info2         = NoOccInfo
1065
1066 -- (orOccInfo orig new) is used
1067 -- when combining occurrence info from branches of a case
1068
1069 orOccInfo IAmDead info2 = info2
1070 orOccInfo info1 IAmDead = info1
1071 orOccInfo (OneOcc in_lam1 one_branch1 int_cxt1)
1072           (OneOcc in_lam2 one_branch2 int_cxt2)
1073   = OneOcc (in_lam1 || in_lam2)
1074            False        -- False, because it occurs in both branches
1075            (int_cxt1 && int_cxt2)
1076 orOccInfo info1 info2 = NoOccInfo
1077 \end{code}