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