compiler/simplCore/SimplUtils.lhs

   1 %
   2 % (c) The AQUA Project, Glasgow University, 1993-1998
   3 %
   4 \section[SimplUtils]{The simplifier utilities}
   5
   6 \begin{code}
   7 module SimplUtils (
   8         -- Rebuilding
   9         mkLam, mkCase, prepareAlts, bindCaseBndr,
  10
  11         -- Inlining,
  12         preInlineUnconditionally, postInlineUnconditionally,
  13         activeInline, activeRule, inlineMode,
  14
  15         -- The continuation type
  16         SimplCont(..), DupFlag(..), LetRhsFlag(..),
  17         contIsDupable, contResultType, contIsTrivial, contArgs, dropArgs,
  18         countValArgs, countArgs,
  19         mkBoringStop, mkLazyArgStop, mkRhsStop, contIsRhsOrArg,
  20         interestingCallContext, interestingArgContext,
  21
  22         interestingArg, mkArgInfo
  23     ) where
  24
  25 #include "HsVersions.h"
  26
  27 import SimplEnv
  28 import DynFlags
  29 import StaticFlags
  30 import CoreSyn
  31 import PprCore
  32 import CoreFVs
  33 import CoreUtils
  34 import Literal
  35 import CoreUnfold
  36 import MkId
  37 import Id
  38 import NewDemand
  39 import SimplMonad
  40 import Type
  41 import TyCon
  42 import DataCon
  43 import TcGadt   ( dataConCanMatch )
  44 import VarSet
  45 import BasicTypes
  46 import Util
  47 import Outputable
  48 import List( nub )
  49 \end{code}
  50
  51
  52 %************************************************************************
  53 %*                                                                      *
  54                 The SimplCont type
  55 %*                                                                      *
  56 %************************************************************************
  57
  58 A SimplCont allows the simplifier to traverse the expression in a
  59 zipper-like fashion.  The SimplCont represents the rest of the expression,
  60 "above" the point of interest.
  61
  62 You can also think of a SimplCont as an "evaluation context", using
  63 that term in the way it is used for operational semantics. This is the
  64 way I usually think of it, For example you'll often see a syntax for
  65 evaluation context looking like
  66         C ::= []  |  C e   |  case C of alts  |  C `cast` co
  67 That's the kind of thing we are doing here, and I use that syntax in
  68 the comments.
  69
  70
  71 Key points:
  72   * A SimplCont describes a *strict* context (just like
  73     evaluation contexts do).  E.g. Just [] is not a SimplCont
  74
  75   * A SimplCont describes a context that *does not* bind
  76     any variables.  E.g. \x. [] is not a SimplCont
  77
  78 \begin{code}
  79 data SimplCont
  80   = Stop                -- An empty context, or hole, []
  81         OutType         -- Type of the result
  82         LetRhsFlag
  83         Bool            -- True <=> There is something interesting about
  84                         --          the context, and hence the inliner
  85                         --          should be a bit keener (see interestingCallContext)
  86                         -- Two cases:
  87                         -- (a) This is the RHS of a thunk whose type suggests
  88                         --     that update-in-place would be possible
  89                         -- (b) This is an argument of a function that has RULES
  90                         --     Inlining the call might allow the rule to fire
  91
  92   | CoerceIt            -- C `cast` co
  93         OutCoercion             -- The coercion simplified
  94         SimplCont
  95
  96   | ApplyTo             -- C arg
  97         DupFlag
  98         InExpr SimplEnv         -- The argument and its static env
  99         SimplCont
 100
 101   | Select              -- case C of alts
 102         DupFlag
 103         InId [InAlt] SimplEnv   -- The case binder, alts, and subst-env
 104         SimplCont
 105
 106   -- The two strict forms have no DupFlag, because we never duplicate them
 107   | StrictBind          -- (\x* \xs. e) C
 108         InId [InBndr]           -- let x* = [] in e
 109         InExpr SimplEnv         --      is a special case
 110         SimplCont
 111
 112   | StrictArg           -- e C
 113         OutExpr OutType         -- e and its type
 114         (Bool,[Bool])           -- Whether the function at the head of e has rules,
 115         SimplCont               --     plus strictness flags for further args
 116
 117 data LetRhsFlag = AnArg         -- It's just an argument not a let RHS
 118                 | AnRhs         -- It's the RHS of a let (so please float lets out of big lambdas)
 119
 120 instance Outputable LetRhsFlag where
 121   ppr AnArg = ptext SLIT("arg")
 122   ppr AnRhs = ptext SLIT("rhs")
 123
 124 instance Outputable SimplCont where
 125   ppr (Stop ty is_rhs _)             = ptext SLIT("Stop") <> brackets (ppr is_rhs) <+> ppr ty
 126   ppr (ApplyTo dup arg se cont)      = ((ptext SLIT("ApplyTo") <+> ppr dup <+> pprParendExpr arg) $$
 127                                           nest 2 (pprSimplEnv se)) $$ ppr cont
 128   ppr (StrictBind b _ _ _ cont)      = (ptext SLIT("StrictBind") <+> ppr b) $$ ppr cont
 129   ppr (StrictArg f _ _ cont)         = (ptext SLIT("StrictArg") <+> ppr f) $$ ppr cont
 130   ppr (Select dup bndr alts se cont) = (ptext SLIT("Select") <+> ppr dup <+> ppr bndr) $$
 131                                        (nest 4 (ppr alts $$ pprSimplEnv se)) $$ ppr cont
 132   ppr (CoerceIt co cont)             = (ptext SLIT("CoerceIt") <+> ppr co) $$ ppr cont
 133
 134 data DupFlag = OkToDup | NoDup
 135
 136 instance Outputable DupFlag where
 137   ppr OkToDup = ptext SLIT("ok")
 138   ppr NoDup   = ptext SLIT("nodup")
 139
 140
 141
 142 -------------------
 143 mkBoringStop :: OutType -> SimplCont
 144 mkBoringStop ty = Stop ty AnArg False
 145
 146 mkLazyArgStop :: OutType -> Bool -> SimplCont
 147 mkLazyArgStop ty has_rules = Stop ty AnArg (canUpdateInPlace ty || has_rules)
 148
 149 mkRhsStop :: OutType -> SimplCont
 150 mkRhsStop ty = Stop ty AnRhs (canUpdateInPlace ty)
 151
 152 contIsRhsOrArg (Stop _ _ _)    = True
 153 contIsRhsOrArg (StrictBind {}) = True
 154 contIsRhsOrArg (StrictArg {})  = True
 155 contIsRhsOrArg other           = False
 156
 157 -------------------
 158 contIsDupable :: SimplCont -> Bool
 159 contIsDupable (Stop _ _ _)               = True
 160 contIsDupable (ApplyTo  OkToDup _ _ _)   = True
 161 contIsDupable (Select   OkToDup _ _ _ _) = True
 162 contIsDupable (CoerceIt _ cont)          = contIsDupable cont
 163 contIsDupable other                      = False
 164
 165 -------------------
 166 contIsTrivial :: SimplCont -> Bool
 167 contIsTrivial (Stop _ _ _)                = True
 168 contIsTrivial (ApplyTo _ (Type _) _ cont) = contIsTrivial cont
 169 contIsTrivial (CoerceIt _ cont)           = contIsTrivial cont
 170 contIsTrivial other                       = False
 171
 172 -------------------
 173 contResultType :: SimplCont -> OutType
 174 contResultType (Stop to_ty _ _)          = to_ty
 175 contResultType (StrictArg _ _ _ cont)    = contResultType cont
 176 contResultType (StrictBind _ _ _ _ cont) = contResultType cont
 177 contResultType (ApplyTo _ _ _ cont)      = contResultType cont
 178 contResultType (CoerceIt _ cont)         = contResultType cont
 179 contResultType (Select _ _ _ _ cont)     = contResultType cont
 180
 181 -------------------
 182 countValArgs :: SimplCont -> Int
 183 countValArgs (ApplyTo _ (Type ty) se cont) = countValArgs cont
 184 countValArgs (ApplyTo _ val_arg   se cont) = 1 + countValArgs cont
 185 countValArgs other                         = 0
 186
 187 countArgs :: SimplCont -> Int
 188 countArgs (ApplyTo _ arg se cont) = 1 + countArgs cont
 189 countArgs other                   = 0
 190
 191 contArgs :: SimplCont -> ([OutExpr], SimplCont)
 192 -- Uses substitution to turn each arg into an OutExpr
 193 contArgs cont = go [] cont
 194   where
 195     go args (ApplyTo _ arg se cont) = go (substExpr se arg : args) cont
 196     go args cont                    = (reverse args, cont)
 197
 198 dropArgs :: Int -> SimplCont -> SimplCont
 199 dropArgs 0 cont = cont
 200 dropArgs n (ApplyTo _ _ _ cont) = dropArgs (n-1) cont
 201 dropArgs n other                = pprPanic "dropArgs" (ppr n <+> ppr other)
 202 \end{code}
 203
 204
 205 \begin{code}
 206 interestingArg :: OutExpr -> Bool
 207         -- An argument is interesting if it has *some* structure
 208         -- We are here trying to avoid unfolding a function that
 209         -- is applied only to variables that have no unfolding
 210         -- (i.e. they are probably lambda bound): f x y z
 211         -- There is little point in inlining f here.
 212 interestingArg (Var v)           = hasSomeUnfolding (idUnfolding v)
 213                                         -- Was: isValueUnfolding (idUnfolding v')
 214                                         -- But that seems over-pessimistic
 215                                  || isDataConWorkId v
 216                                         -- This accounts for an argument like
 217                                         -- () or [], which is definitely interesting
 218 interestingArg (Type _)          = False
 219 interestingArg (App fn (Type _)) = interestingArg fn
 220 interestingArg (Note _ a)        = interestingArg a
 221
 222 -- Idea (from Sam B); I'm not sure if it's a good idea, so commented out for now
 223 -- interestingArg expr | isUnLiftedType (exprType expr)
 224 --        -- Unlifted args are only ever interesting if we know what they are
 225 --  =                  case expr of
 226 --                        Lit lit -> True
 227 --                        _       -> False
 228
 229 interestingArg other             = True
 230         -- Consider     let x = 3 in f x
 231         -- The substitution will contain (x -> ContEx 3), and we want to
 232         -- to say that x is an interesting argument.
 233         -- But consider also (\x. f x y) y
 234         -- The substitution will contain (x -> ContEx y), and we want to say
 235         -- that x is not interesting (assuming y has no unfolding)
 236 \end{code}
 237
 238
 239 Comment about interestingCallContext
 240 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 241 We want to avoid inlining an expression where there can't possibly be
 242 any gain, such as in an argument position.  Hence, if the continuation
 243 is interesting (eg. a case scrutinee, application etc.) then we
 244 inline, otherwise we don't.
 245
 246 Previously some_benefit used to return True only if the variable was
 247 applied to some value arguments.  This didn't work:
 248
 249         let x = _coerce_ (T Int) Int (I# 3) in
 250         case _coerce_ Int (T Int) x of
 251                 I# y -> ....
 252
 253 we want to inline x, but can't see that it's a constructor in a case
 254 scrutinee position, and some_benefit is False.
 255
 256 Another example:
 257
 258 dMonadST = _/\_ t -> :Monad (g1 _@_ t, g2 _@_ t, g3 _@_ t)
 259
 260 ....  case dMonadST _@_ x0 of (a,b,c) -> ....
 261
 262 we'd really like to inline dMonadST here, but we *don't* want to
 263 inline if the case expression is just
 264
 265         case x of y { DEFAULT -> ... }
 266
 267 since we can just eliminate this case instead (x is in WHNF).  Similar
 268 applies when x is bound to a lambda expression.  Hence
 269 contIsInteresting looks for case expressions with just a single
 270 default case.
 271
 272 \begin{code}
 273 interestingCallContext :: Bool          -- False <=> no args at all
 274                        -> Bool          -- False <=> no value args
 275                        -> SimplCont -> Bool
 276         -- The "lone-variable" case is important.  I spent ages
 277         -- messing about with unsatisfactory varaints, but this is nice.
 278         -- The idea is that if a variable appear all alone
 279         --      as an arg of lazy fn, or rhs    Stop
 280         --      as scrutinee of a case          Select
 281         --      as arg of a strict fn           ArgOf
 282         -- then we should not inline it (unless there is some other reason,
 283         -- e.g. is is the sole occurrence).  We achieve this by making
 284         -- interestingCallContext return False for a lone variable.
 285         --
 286         -- Why?  At least in the case-scrutinee situation, turning
 287         --      let x = (a,b) in case x of y -> ...
 288         -- into
 289         --      let x = (a,b) in case (a,b) of y -> ...
 290         -- and thence to
 291         --      let x = (a,b) in let y = (a,b) in ...
 292         -- is bad if the binding for x will remain.
 293         --
 294         -- Another example: I discovered that strings
 295         -- were getting inlined straight back into applications of 'error'
 296         -- because the latter is strict.
 297         --      s = "foo"
 298         --      f = \x -> ...(error s)...
 299
 300         -- Fundamentally such contexts should not ecourage inlining because
 301         -- the context can ``see'' the unfolding of the variable (e.g. case or a RULE)
 302         -- so there's no gain.
 303         --
 304         -- However, even a type application or coercion isn't a lone variable.
 305         -- Consider
 306         --      case $fMonadST @ RealWorld of { :DMonad a b c -> c }
 307         -- We had better inline that sucker!  The case won't see through it.
 308         --
 309         -- For now, I'm treating treating a variable applied to types
 310         -- in a *lazy* context "lone". The motivating example was
 311         --      f = /\a. \x. BIG
 312         --      g = /\a. \y.  h (f a)
 313         -- There's no advantage in inlining f here, and perhaps
 314         -- a significant disadvantage.  Hence some_val_args in the Stop case
 315
 316 interestingCallContext some_args some_val_args cont
 317   = interesting cont
 318   where
 319     interesting (Select {})              = some_args
 320     interesting (ApplyTo {})             = True -- Can happen if we have (coerce t (f x)) y
 321                                                 -- Perhaps True is a bit over-keen, but I've
 322                                                 -- seen (coerce f) x, where f has an INLINE prag,
 323                                                 -- So we have to give some motivaiton for inlining it
 324     interesting (StrictArg {})           = some_val_args
 325     interesting (StrictBind {})          = some_val_args        -- ??
 326     interesting (Stop ty _ interesting)  = some_val_args && interesting
 327     interesting (CoerceIt _ cont)        = interesting cont
 328         -- If this call is the arg of a strict function, the context
 329         -- is a bit interesting.  If we inline here, we may get useful
 330         -- evaluation information to avoid repeated evals: e.g.
 331         --      x + (y * z)
 332         -- Here the contIsInteresting makes the '*' keener to inline,
 333         -- which in turn exposes a constructor which makes the '+' inline.
 334         -- Assuming that +,* aren't small enough to inline regardless.
 335         --
 336         -- It's also very important to inline in a strict context for things
 337         -- like
 338         --              foldr k z (f x)
 339         -- Here, the context of (f x) is strict, and if f's unfolding is
 340         -- a build it's *great* to inline it here.  So we must ensure that
 341         -- the context for (f x) is not totally uninteresting.
 342
 343
 344 -------------------
 345 mkArgInfo :: Id
 346           -> Int        -- Number of value args
 347           -> SimplCont  -- Context of the cal
 348           -> (Bool, [Bool])     -- Arg info
 349 -- The arg info consists of
 350 --  * A Bool indicating if the function has rules (recursively)
 351 --  * A [Bool] indicating strictness for each arg
 352 -- The [Bool] is usually infinite, but if it is finite it
 353 -- guarantees that the function diverges after being given
 354 -- that number of args
 355
 356 mkArgInfo fun n_val_args call_cont
 357   = (interestingArgContext fun call_cont, fun_stricts)
 358   where
 359     vanilla_stricts, fun_stricts :: [Bool]
 360     vanilla_stricts  = repeat False
 361
 362     fun_stricts
 363       = case splitStrictSig (idNewStrictness fun) of
 364           (demands, result_info)
 365                 | not (demands `lengthExceeds` n_val_args)
 366                 ->      -- Enough args, use the strictness given.
 367                         -- For bottoming functions we used to pretend that the arg
 368                         -- is lazy, so that we don't treat the arg as an
 369                         -- interesting context.  This avoids substituting
 370                         -- top-level bindings for (say) strings into
 371                         -- calls to error.  But now we are more careful about
 372                         -- inlining lone variables, so its ok (see SimplUtils.analyseCont)
 373                    if isBotRes result_info then
 374                         map isStrictDmd demands         -- Finite => result is bottom
 375                    else
 376                         map isStrictDmd demands ++ vanilla_stricts
 377
 378           other -> vanilla_stricts      -- Not enough args, or no strictness
 379
 380 interestingArgContext :: Id -> SimplCont -> Bool
 381 -- If the argument has form (f x y), where x,y are boring,
 382 -- and f is marked INLINE, then we don't want to inline f.
 383 -- But if the context of the argument is
 384 --      g (f x y)
 385 -- where g has rules, then we *do* want to inline f, in case it
 386 -- exposes a rule that might fire.  Similarly, if the context is
 387 --      h (g (f x x))
 388 -- where h has rules, then we do want to inline f.
 389 -- The interesting_arg_ctxt flag makes this happen; if it's
 390 -- set, the inliner gets just enough keener to inline f
 391 -- regardless of how boring f's arguments are, if it's marked INLINE
 392 --
 393 -- The alternative would be to *always* inline an INLINE function,
 394 -- regardless of how boring its context is; but that seems overkill
 395 -- For example, it'd mean that wrapper functions were always inlined
 396 interestingArgContext fn cont
 397   = idHasRules fn || go cont
 398   where
 399     go (Select {})            = False
 400     go (ApplyTo {})           = False
 401     go (StrictArg {})         = True
 402     go (StrictBind {})        = False   -- ??
 403     go (CoerceIt _ c)         = go c
 404     go (Stop _ _ interesting) = interesting
 405
 406 -------------------
 407 canUpdateInPlace :: Type -> Bool
 408 -- Consider   let x = <wurble> in ...
 409 -- If <wurble> returns an explicit constructor, we might be able
 410 -- to do update in place.  So we treat even a thunk RHS context
 411 -- as interesting if update in place is possible.  We approximate
 412 -- this by seeing if the type has a single constructor with a
 413 -- small arity.  But arity zero isn't good -- we share the single copy
 414 -- for that case, so no point in sharing.
 415
 416 canUpdateInPlace ty
 417   | not opt_UF_UpdateInPlace = False
 418   | otherwise
 419   = case splitTyConApp_maybe ty of
 420         Nothing         -> False
 421         Just (tycon, _) -> case tyConDataCons_maybe tycon of
 422                                 Just [dc]  -> arity == 1 || arity == 2
 423                                            where
 424                                               arity = dataConRepArity dc
 425                                 other -> False
 426 \end{code}
 427
 428
 429
 430 %************************************************************************
 431 %*                                                                      *
 432 \subsection{Decisions about inlining}
 433 %*                                                                      *
 434 %************************************************************************
 435
 436 Inlining is controlled partly by the SimplifierMode switch.  This has two
 437 settings:
 438
 439         SimplGently     (a) Simplifying before specialiser/full laziness
 440                         (b) Simplifiying inside INLINE pragma
 441                         (c) Simplifying the LHS of a rule
 442                         (d) Simplifying a GHCi expression or Template
 443                                 Haskell splice
 444
 445         SimplPhase n    Used at all other times
 446
 447 The key thing about SimplGently is that it does no call-site inlining.
 448 Before full laziness we must be careful not to inline wrappers,
 449 because doing so inhibits floating
 450     e.g. ...(case f x of ...)...
 451     ==> ...(case (case x of I# x# -> fw x#) of ...)...
 452     ==> ...(case x of I# x# -> case fw x# of ...)...
 453 and now the redex (f x) isn't floatable any more.
 454
 455 The no-inlining thing is also important for Template Haskell.  You might be
 456 compiling in one-shot mode with -O2; but when TH compiles a splice before
 457 running it, we don't want to use -O2.  Indeed, we don't want to inline
 458 anything, because the byte-code interpreter might get confused about
 459 unboxed tuples and suchlike.
 460
 461 INLINE pragmas
 462 ~~~~~~~~~~~~~~
 463 SimplGently is also used as the mode to simplify inside an InlineMe note.
 464
 465 \begin{code}
 466 inlineMode :: SimplifierMode
 467 inlineMode = SimplGently
 468 \end{code}
 469
 470 It really is important to switch off inlinings inside such
 471 expressions.  Consider the following example
 472
 473         let f = \pq -> BIG
 474         in
 475         let g = \y -> f y y
 476             {-# INLINE g #-}
 477         in ...g...g...g...g...g...
 478
 479 Now, if that's the ONLY occurrence of f, it will be inlined inside g,
 480 and thence copied multiple times when g is inlined.
 481
 482
 483 This function may be inlinined in other modules, so we
 484 don't want to remove (by inlining) calls to functions that have
 485 specialisations, or that may have transformation rules in an importing
 486 scope.
 487
 488 E.g.    {-# INLINE f #-}
 489                 f x = ...g...
 490
 491 and suppose that g is strict *and* has specialisations.  If we inline
 492 g's wrapper, we deny f the chance of getting the specialised version
 493 of g when f is inlined at some call site (perhaps in some other
 494 module).
 495
 496 It's also important not to inline a worker back into a wrapper.
 497 A wrapper looks like
 498         wraper = inline_me (\x -> ...worker... )
 499 Normally, the inline_me prevents the worker getting inlined into
 500 the wrapper (initially, the worker's only call site!).  But,
 501 if the wrapper is sure to be called, the strictness analyser will
 502 mark it 'demanded', so when the RHS is simplified, it'll get an ArgOf
 503 continuation.  That's why the keep_inline predicate returns True for
 504 ArgOf continuations.  It shouldn't do any harm not to dissolve the
 505 inline-me note under these circumstances.
 506
 507 Note that the result is that we do very little simplification
 508 inside an InlineMe.
 509
 510         all xs = foldr (&&) True xs
 511         any p = all . map p  {-# INLINE any #-}
 512
 513 Problem: any won't get deforested, and so if it's exported and the
 514 importer doesn't use the inlining, (eg passes it as an arg) then we
 515 won't get deforestation at all.  We havn't solved this problem yet!
 516
 517
 518 preInlineUnconditionally
 519 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 520 @preInlineUnconditionally@ examines a bndr to see if it is used just
 521 once in a completely safe way, so that it is safe to discard the
 522 binding inline its RHS at the (unique) usage site, REGARDLESS of how
 523 big the RHS might be.  If this is the case we don't simplify the RHS
 524 first, but just inline it un-simplified.
 525
 526 This is much better than first simplifying a perhaps-huge RHS and then
 527 inlining and re-simplifying it.  Indeed, it can be at least quadratically
 528 better.  Consider
 529
 530         x1 = e1
 531         x2 = e2[x1]
 532         x3 = e3[x2]
 533         ...etc...
 534         xN = eN[xN-1]
 535
 536 We may end up simplifying e1 N times, e2 N-1 times, e3 N-3 times etc.
 537 This can happen with cascades of functions too:
 538
 539         f1 = \x1.e1
 540         f2 = \xs.e2[f1]
 541         f3 = \xs.e3[f3]
 542         ...etc...
 543
 544 THE MAIN INVARIANT is this:
 545
 546         ----  preInlineUnconditionally invariant -----
 547    IF preInlineUnconditionally chooses to inline x = <rhs>
 548    THEN doing the inlining should not change the occurrence
 549         info for the free vars of <rhs>
 550         ----------------------------------------------
 551
 552 For example, it's tempting to look at trivial binding like
 553         x = y
 554 and inline it unconditionally.  But suppose x is used many times,
 555 but this is the unique occurrence of y.  Then inlining x would change
 556 y's occurrence info, which breaks the invariant.  It matters: y
 557 might have a BIG rhs, which will now be dup'd at every occurrenc of x.
 558
 559
 560 Evne RHSs labelled InlineMe aren't caught here, because there might be
 561 no benefit from inlining at the call site.
 562
 563 [Sept 01] Don't unconditionally inline a top-level thing, because that
 564 can simply make a static thing into something built dynamically.  E.g.
 565         x = (a,b)
 566         main = \s -> h x
 567
 568 [Remember that we treat \s as a one-shot lambda.]  No point in
 569 inlining x unless there is something interesting about the call site.
 570
 571 But watch out: if you aren't careful, some useful foldr/build fusion
 572 can be lost (most notably in spectral/hartel/parstof) because the
 573 foldr didn't see the build.  Doing the dynamic allocation isn't a big
 574 deal, in fact, but losing the fusion can be.  But the right thing here
 575 seems to be to do a callSiteInline based on the fact that there is
 576 something interesting about the call site (it's strict).  Hmm.  That
 577 seems a bit fragile.
 578
 579 Conclusion: inline top level things gaily until Phase 0 (the last
 580 phase), at which point don't.
 581
 582 \begin{code}
 583 preInlineUnconditionally :: SimplEnv -> TopLevelFlag -> InId -> InExpr -> Bool
 584 preInlineUnconditionally env top_lvl bndr rhs
 585   | not active             = False
 586   | opt_SimplNoPreInlining = False
 587   | otherwise = case idOccInfo bndr of
 588                   IAmDead                    -> True    -- Happens in ((\x.1) v)
 589                   OneOcc in_lam True int_cxt -> try_once in_lam int_cxt
 590                   other                      -> False
 591   where
 592     phase = getMode env
 593     active = case phase of
 594                    SimplGently  -> isAlwaysActive prag
 595                    SimplPhase n -> isActive n prag
 596     prag = idInlinePragma bndr
 597
 598     try_once in_lam int_cxt     -- There's one textual occurrence
 599         | not in_lam = isNotTopLevel top_lvl || early_phase
 600         | otherwise  = int_cxt && canInlineInLam rhs
 601
 602 -- Be very careful before inlining inside a lambda, becuase (a) we must not
 603 -- invalidate occurrence information, and (b) we want to avoid pushing a
 604 -- single allocation (here) into multiple allocations (inside lambda).
 605 -- Inlining a *function* with a single *saturated* call would be ok, mind you.
 606 --      || (if is_cheap && not (canInlineInLam rhs) then pprTrace "preinline" (ppr bndr <+> ppr rhs) ok else ok)
 607 --      where
 608 --              is_cheap = exprIsCheap rhs
 609 --              ok = is_cheap && int_cxt
 610
 611         --      int_cxt         The context isn't totally boring
 612         -- E.g. let f = \ab.BIG in \y. map f xs
 613         --      Don't want to substitute for f, because then we allocate
 614         --      its closure every time the \y is called
 615         -- But: let f = \ab.BIG in \y. map (f y) xs
 616         --      Now we do want to substitute for f, even though it's not
 617         --      saturated, because we're going to allocate a closure for
 618         --      (f y) every time round the loop anyhow.
 619
 620         -- canInlineInLam => free vars of rhs are (Once in_lam) or Many,
 621         -- so substituting rhs inside a lambda doesn't change the occ info.
 622         -- Sadly, not quite the same as exprIsHNF.
 623     canInlineInLam (Lit l)              = True
 624     canInlineInLam (Lam b e)            = isRuntimeVar b || canInlineInLam e
 625     canInlineInLam (Note _ e)           = canInlineInLam e
 626     canInlineInLam _                    = False
 627
 628     early_phase = case phase of
 629                         SimplPhase 0 -> False
 630                         other        -> True
 631 -- If we don't have this early_phase test, consider
 632 --      x = length [1,2,3]
 633 -- The full laziness pass carefully floats all the cons cells to
 634 -- top level, and preInlineUnconditionally floats them all back in.
 635 -- Result is (a) static allocation replaced by dynamic allocation
 636 --           (b) many simplifier iterations because this tickles
 637 --               a related problem; only one inlining per pass
 638 --
 639 -- On the other hand, I have seen cases where top-level fusion is
 640 -- lost if we don't inline top level thing (e.g. string constants)
 641 -- Hence the test for phase zero (which is the phase for all the final
 642 -- simplifications).  Until phase zero we take no special notice of
 643 -- top level things, but then we become more leery about inlining
 644 -- them.
 645
 646 \end{code}
 647
 648 postInlineUnconditionally
 649 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 650 @postInlineUnconditionally@ decides whether to unconditionally inline
 651 a thing based on the form of its RHS; in particular if it has a
 652 trivial RHS.  If so, we can inline and discard the binding altogether.
 653
 654 NB: a loop breaker has must_keep_binding = True and non-loop-breakers
 655 only have *forward* references Hence, it's safe to discard the binding
 656
 657 NOTE: This isn't our last opportunity to inline.  We're at the binding
 658 site right now, and we'll get another opportunity when we get to the
 659 ocurrence(s)
 660
 661 Note that we do this unconditional inlining only for trival RHSs.
 662 Don't inline even WHNFs inside lambdas; doing so may simply increase
 663 allocation when the function is called. This isn't the last chance; see
 664 NOTE above.
 665
 666 NB: Even inline pragmas (e.g. IMustBeINLINEd) are ignored here Why?
 667 Because we don't even want to inline them into the RHS of constructor
 668 arguments. See NOTE above
 669
 670 NB: At one time even NOINLINE was ignored here: if the rhs is trivial
 671 it's best to inline it anyway.  We often get a=E; b=a from desugaring,
 672 with both a and b marked NOINLINE.  But that seems incompatible with
 673 our new view that inlining is like a RULE, so I'm sticking to the 'active'
 674 story for now.
 675
 676 \begin{code}
 677 postInlineUnconditionally
 678     :: SimplEnv -> TopLevelFlag
 679     -> InId             -- The binder (an OutId would be fine too)
 680     -> OccInfo          -- From the InId
 681     -> OutExpr
 682     -> Unfolding
 683     -> Bool
 684 postInlineUnconditionally env top_lvl bndr occ_info rhs unfolding
 685   | not active             = False
 686   | isLoopBreaker occ_info = False      -- If it's a loop-breaker of any kind, dont' inline
 687                                         -- because it might be referred to "earlier"
 688   | isExportedId bndr      = False
 689   | exprIsTrivial rhs      = True
 690   | otherwise
 691   = case occ_info of
 692         -- The point of examining occ_info here is that for *non-values*
 693         -- that occur outside a lambda, the call-site inliner won't have
 694         -- a chance (becuase it doesn't know that the thing
 695         -- only occurs once).   The pre-inliner won't have gotten
 696         -- it either, if the thing occurs in more than one branch
 697         -- So the main target is things like
 698         --      let x = f y in
 699         --      case v of
 700         --         True  -> case x of ...
 701         --         False -> case x of ...
 702         -- I'm not sure how important this is in practice
 703       OneOcc in_lam one_br int_cxt      -- OneOcc => no code-duplication issue
 704         ->     smallEnoughToInline unfolding    -- Small enough to dup
 705                         -- ToDo: consider discount on smallEnoughToInline if int_cxt is true
 706                         --
 707                         -- NB: Do NOT inline arbitrarily big things, even if one_br is True
 708                         -- Reason: doing so risks exponential behaviour.  We simplify a big
 709                         --         expression, inline it, and simplify it again.  But if the
 710                         --         very same thing happens in the big expression, we get
 711                         --         exponential cost!
 712                         -- PRINCIPLE: when we've already simplified an expression once,
 713                         -- make sure that we only inline it if it's reasonably small.
 714
 715            &&  ((isNotTopLevel top_lvl && not in_lam) ||
 716                         -- But outside a lambda, we want to be reasonably aggressive
 717                         -- about inlining into multiple branches of case
 718                         -- e.g. let x = <non-value>
 719                         --      in case y of { C1 -> ..x..; C2 -> ..x..; C3 -> ... }
 720                         -- Inlining can be a big win if C3 is the hot-spot, even if
 721                         -- the uses in C1, C2 are not 'interesting'
 722                         -- An example that gets worse if you add int_cxt here is 'clausify'
 723
 724                 (isCheapUnfolding unfolding && int_cxt))
 725                         -- isCheap => acceptable work duplication; in_lam may be true
 726                         -- int_cxt to prevent us inlining inside a lambda without some
 727                         -- good reason.  See the notes on int_cxt in preInlineUnconditionally
 728
 729       IAmDead -> True   -- This happens; for example, the case_bndr during case of
 730                         -- known constructor:  case (a,b) of x { (p,q) -> ... }
 731                         -- Here x isn't mentioned in the RHS, so we don't want to
 732                         -- create the (dead) let-binding  let x = (a,b) in ...
 733
 734       other -> False
 735
 736 -- Here's an example that we don't handle well:
 737 --      let f = if b then Left (\x.BIG) else Right (\y.BIG)
 738 --      in \y. ....case f of {...} ....
 739 -- Here f is used just once, and duplicating the case work is fine (exprIsCheap).
 740 -- But
 741 -- * We can't preInlineUnconditionally because that woud invalidate
 742 --   the occ info for b.
 743 -- * We can't postInlineUnconditionally because the RHS is big, and
 744 --   that risks exponential behaviour
 745 -- * We can't call-site inline, because the rhs is big
 746 -- Alas!
 747
 748   where
 749     active = case getMode env of
 750                    SimplGently  -> isAlwaysActive prag
 751                    SimplPhase n -> isActive n prag
 752     prag = idInlinePragma bndr
 753
 754 activeInline :: SimplEnv -> OutId -> Bool
 755 activeInline env id
 756   = case getMode env of
 757       SimplGently -> False
 758         -- No inlining at all when doing gentle stuff,
 759         -- except for local things that occur once
 760         -- The reason is that too little clean-up happens if you
 761         -- don't inline use-once things.   Also a bit of inlining is *good* for
 762         -- full laziness; it can expose constant sub-expressions.
 763         -- Example in spectral/mandel/Mandel.hs, where the mandelset
 764         -- function gets a useful let-float if you inline windowToViewport
 765
 766         -- NB: we used to have a second exception, for data con wrappers.
 767         -- On the grounds that we use gentle mode for rule LHSs, and
 768         -- they match better when data con wrappers are inlined.
 769         -- But that only really applies to the trivial wrappers (like (:)),
 770         -- and they are now constructed as Compulsory unfoldings (in MkId)
 771         -- so they'll happen anyway.
 772
 773       SimplPhase n -> isActive n prag
 774   where
 775     prag = idInlinePragma id
 776
 777 activeRule :: SimplEnv -> Maybe (Activation -> Bool)
 778 -- Nothing => No rules at all
 779 activeRule env
 780   | opt_RulesOff = Nothing
 781   | otherwise
 782   = case getMode env of
 783         SimplGently  -> Just isAlwaysActive
 784                         -- Used to be Nothing (no rules in gentle mode)
 785                         -- Main motivation for changing is that I wanted
 786                         --      lift String ===> ...
 787                         -- to work in Template Haskell when simplifying
 788                         -- splices, so we get simpler code for literal strings
 789         SimplPhase n -> Just (isActive n)
 790 \end{code}
 791
 792
 793 %************************************************************************
 794 %*                                                                      *
 795         Rebuilding a lambda
 796 %*                                                                      *
 797 %************************************************************************
 798
 799 \begin{code}
 800 mkLam :: [OutBndr] -> OutExpr -> SimplM OutExpr
 801 -- mkLam tries three things
 802 --      a) eta reduction, if that gives a trivial expression
 803 --      b) eta expansion [only if there are some value lambdas]
 804
 805 mkLam bndrs body
 806   = do  { dflags <- getDOptsSmpl
 807         ; mkLam' dflags bndrs body }
 808   where
 809     mkLam' :: DynFlags -> [OutBndr] -> OutExpr -> SimplM OutExpr
 810     mkLam' dflags bndrs (Cast body@(Lam _ _) co)
 811         -- Note [Casts and lambdas]
 812       = do { lam <- mkLam' dflags (bndrs ++ bndrs') body'
 813            ; return (mkCoerce (mkPiTypes bndrs co) lam) }
 814       where
 815         (bndrs',body') = collectBinders body
 816
 817     mkLam' dflags bndrs body
 818       | dopt Opt_DoEtaReduction dflags,
 819         Just etad_lam <- tryEtaReduce bndrs body
 820       = do { tick (EtaReduction (head bndrs))
 821            ; return etad_lam }
 822
 823       | dopt Opt_DoLambdaEtaExpansion dflags,
 824         any isRuntimeVar bndrs
 825       = do { body' <- tryEtaExpansion dflags body
 826            ; return (mkLams bndrs body') }
 827
 828       | otherwise
 829       = returnSmpl (mkLams bndrs body)
 830 \end{code}
 831
 832 Note [Casts and lambdas]
 833 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 834 Consider
 835         (\x. (\y. e) `cast` g1) `cast` g2
 836 There is a danger here that the two lambdas look separated, and the
 837 full laziness pass might float an expression to between the two.
 838
 839 So this equation in mkLam' floats the g1 out, thus:
 840         (\x. e `cast` g1)  -->  (\x.e) `cast` (tx -> g1)
 841 where x:tx.
 842
 843 In general, this floats casts outside lambdas, where (I hope) they might meet
 844 and cancel with some other cast.
 845
 846
 847 --      c) floating lets out through big lambdas
 848 --              [only if all tyvar lambdas, and only if this lambda
 849 --               is the RHS of a let]
 850
 851 {-      Sept 01: I'm experimenting with getting the
 852         full laziness pass to float out past big lambdsa
 853  | all isTyVar bndrs,   -- Only for big lambdas
 854    contIsRhs cont       -- Only try the rhs type-lambda floating
 855                         -- if this is indeed a right-hand side; otherwise
 856                         -- we end up floating the thing out, only for float-in
 857                         -- to float it right back in again!
 858  = tryRhsTyLam env bndrs body           `thenSmpl` \ (floats, body') ->
 859    returnSmpl (floats, mkLams bndrs body')
 860 -}
 861
 862
 863 %************************************************************************
 864 %*                                                                      *
 865 \subsection{Eta expansion and reduction}
 866 %*                                                                      *
 867 %************************************************************************
 868
 869 We try for eta reduction here, but *only* if we get all the
 870 way to an exprIsTrivial expression.
 871 We don't want to remove extra lambdas unless we are going
 872 to avoid allocating this thing altogether
 873
 874 \begin{code}
 875 tryEtaReduce :: [OutBndr] -> OutExpr -> Maybe OutExpr
 876 tryEtaReduce bndrs body
 877         -- We don't use CoreUtils.etaReduce, because we can be more
 878         -- efficient here:
 879         --  (a) we already have the binders
 880         --  (b) we can do the triviality test before computing the free vars
 881   = go (reverse bndrs) body
 882   where
 883     go (b : bs) (App fun arg) | ok_arg b arg = go bs fun        -- Loop round
 884     go []       fun           | ok_fun fun   = Just fun         -- Success!
 885     go _        _                            = Nothing          -- Failure!
 886
 887     ok_fun fun =  exprIsTrivial fun
 888                && not (any (`elemVarSet` (exprFreeVars fun)) bndrs)
 889                && (exprIsHNF fun || all ok_lam bndrs)
 890     ok_lam v = isTyVar v || isDictId v
 891         -- The exprIsHNF is because eta reduction is not
 892         -- valid in general:  \x. bot  /=  bot
 893         -- So we need to be sure that the "fun" is a value.
 894         --
 895         -- However, we always want to reduce (/\a -> f a) to f
 896         -- This came up in a RULE: foldr (build (/\a -> g a))
 897         --      did not match      foldr (build (/\b -> ...something complex...))
 898         -- The type checker can insert these eta-expanded versions,
 899         -- with both type and dictionary lambdas; hence the slightly
 900         -- ad-hoc isDictTy
 901
 902     ok_arg b arg = varToCoreExpr b `cheapEqExpr` arg
 903 \end{code}
 904
 905
 906         Try eta expansion for RHSs
 907
 908 We go for:
 909    f = \x1..xn -> N  ==>   f = \x1..xn y1..ym -> N y1..ym
 910                                  (n >= 0)
 911
 912 where (in both cases)
 913
 914         * The xi can include type variables
 915
 916         * The yi are all value variables
 917
 918         * N is a NORMAL FORM (i.e. no redexes anywhere)
 919           wanting a suitable number of extra args.
 920
 921 We may have to sandwich some coerces between the lambdas
 922 to make the types work.   exprEtaExpandArity looks through coerces
 923 when computing arity; and etaExpand adds the coerces as necessary when
 924 actually computing the expansion.
 925
 926 \begin{code}
 927 tryEtaExpansion :: DynFlags -> OutExpr -> SimplM OutExpr
 928 -- There is at least one runtime binder in the binders
 929 tryEtaExpansion dflags body
 930   = getUniquesSmpl                      `thenSmpl` \ us ->
 931     returnSmpl (etaExpand fun_arity us body (exprType body))
 932   where
 933     fun_arity = exprEtaExpandArity dflags body
 934 \end{code}
 935
 936
 937 %************************************************************************
 938 %*                                                                      *
 939 \subsection{Floating lets out of big lambdas}
 940 %*                                                                      *
 941 %************************************************************************
 942
 943 tryRhsTyLam tries this transformation, when the big lambda appears as
 944 the RHS of a let(rec) binding:
 945
 946         /\abc -> let(rec) x = e in b
 947    ==>
 948         let(rec) x' = /\abc -> let x = x' a b c in e
 949         in
 950         /\abc -> let x = x' a b c in b
 951
 952 This is good because it can turn things like:
 953
 954         let f = /\a -> letrec g = ... g ... in g
 955 into
 956         letrec g' = /\a -> ... g' a ...
 957         in
 958         let f = /\ a -> g' a
 959
 960 which is better.  In effect, it means that big lambdas don't impede
 961 let-floating.
 962
 963 This optimisation is CRUCIAL in eliminating the junk introduced by
 964 desugaring mutually recursive definitions.  Don't eliminate it lightly!
 965
 966 So far as the implementation is concerned:
 967
 968         Invariant: go F e = /\tvs -> F e
 969
 970         Equalities:
 971                 go F (Let x=e in b)
 972                 = Let x' = /\tvs -> F e
 973                   in
 974                   go G b
 975                 where
 976                     G = F . Let x = x' tvs
 977
 978                 go F (Letrec xi=ei in b)
 979                 = Letrec {xi' = /\tvs -> G ei}
 980                   in
 981                   go G b
 982                 where
 983                   G = F . Let {xi = xi' tvs}
 984
 985 [May 1999]  If we do this transformation *regardless* then we can
 986 end up with some pretty silly stuff.  For example,
 987
 988         let
 989             st = /\ s -> let { x1=r1 ; x2=r2 } in ...
 990         in ..
 991 becomes
 992         let y1 = /\s -> r1
 993             y2 = /\s -> r2
 994             st = /\s -> ...[y1 s/x1, y2 s/x2]
 995         in ..
 996
 997 Unless the "..." is a WHNF there is really no point in doing this.
 998 Indeed it can make things worse.  Suppose x1 is used strictly,
 999 and is of the form
1000
1001         x1* = case f y of { (a,b) -> e }
1002
1003 If we abstract this wrt the tyvar we then can't do the case inline
1004 as we would normally do.
1005
1006
1007 \begin{code}
1008 {-      Trying to do this in full laziness
1009
1010 tryRhsTyLam :: SimplEnv -> [OutTyVar] -> OutExpr -> SimplM FloatsWithExpr
1011 -- Call ensures that all the binders are type variables
1012
1013 tryRhsTyLam env tyvars body             -- Only does something if there's a let
1014   |  not (all isTyVar tyvars)
1015   || not (worth_it body)                -- inside a type lambda,
1016   = returnSmpl (emptyFloats env, body)  -- and a WHNF inside that
1017
1018   | otherwise
1019   = go env (\x -> x) body
1020
1021   where
1022     worth_it e@(Let _ _) = whnf_in_middle e
1023     worth_it e           = False
1024
1025     whnf_in_middle (Let (NonRec x rhs) e) | isUnLiftedType (idType x) = False
1026     whnf_in_middle (Let _ e) = whnf_in_middle e
1027     whnf_in_middle e         = exprIsCheap e
1028
1029     main_tyvar_set = mkVarSet tyvars
1030
1031     go env fn (Let bind@(NonRec var rhs) body)
1032       | exprIsTrivial rhs
1033       = go env (fn . Let bind) body
1034
1035     go env fn (Let (NonRec var rhs) body)
1036       = mk_poly tyvars_here var                                                 `thenSmpl` \ (var', rhs') ->
1037         addAuxiliaryBind env (NonRec var' (mkLams tyvars_here (fn rhs)))        $ \ env ->
1038         go env (fn . Let (mk_silly_bind var rhs')) body
1039
1040       where
1041
1042         tyvars_here = varSetElems (main_tyvar_set `intersectVarSet` exprSomeFreeVars isTyVar rhs)
1043                 -- Abstract only over the type variables free in the rhs
1044                 -- wrt which the new binding is abstracted.  But the naive
1045                 -- approach of abstract wrt the tyvars free in the Id's type
1046                 -- fails. Consider:
1047                 --      /\ a b -> let t :: (a,b) = (e1, e2)
1048                 --                    x :: a     = fst t
1049                 --                in ...
1050                 -- Here, b isn't free in x's type, but we must nevertheless
1051                 -- abstract wrt b as well, because t's type mentions b.
1052                 -- Since t is floated too, we'd end up with the bogus:
1053                 --      poly_t = /\ a b -> (e1, e2)
1054                 --      poly_x = /\ a   -> fst (poly_t a *b*)
1055                 -- So for now we adopt the even more naive approach of
1056                 -- abstracting wrt *all* the tyvars.  We'll see if that
1057                 -- gives rise to problems.   SLPJ June 98
1058
1059     go env fn (Let (Rec prs) body)
1060        = mapAndUnzipSmpl (mk_poly tyvars_here) vars     `thenSmpl` \ (vars', rhss') ->
1061          let
1062             gn body = fn (foldr Let body (zipWith mk_silly_bind vars rhss'))
1063             pairs   = vars' `zip` [mkLams tyvars_here (gn rhs) | rhs <- rhss]
1064          in
1065          addAuxiliaryBind env (Rec pairs)               $ \ env ->
1066          go env gn body
1067        where
1068          (vars,rhss) = unzip prs
1069          tyvars_here = varSetElems (main_tyvar_set `intersectVarSet` exprsSomeFreeVars isTyVar (map snd prs))
1070                 -- See notes with tyvars_here above
1071
1072     go env fn body = returnSmpl (emptyFloats env, fn body)
1073
1074     mk_poly tyvars_here var
1075       = getUniqueSmpl           `thenSmpl` \ uniq ->
1076         let
1077             poly_name = setNameUnique (idName var) uniq         -- Keep same name
1078             poly_ty   = mkForAllTys tyvars_here (idType var)    -- But new type of course
1079             poly_id   = mkLocalId poly_name poly_ty
1080
1081                 -- In the olden days, it was crucial to copy the occInfo of the original var,
1082                 -- because we were looking at occurrence-analysed but as yet unsimplified code!
1083                 -- In particular, we mustn't lose the loop breakers.  BUT NOW we are looking
1084                 -- at already simplified code, so it doesn't matter
1085                 --
1086                 -- It's even right to retain single-occurrence or dead-var info:
1087                 -- Suppose we started with  /\a -> let x = E in B
1088                 -- where x occurs once in B. Then we transform to:
1089                 --      let x' = /\a -> E in /\a -> let x* = x' a in B
1090                 -- where x* has an INLINE prag on it.  Now, once x* is inlined,
1091                 -- the occurrences of x' will be just the occurrences originally
1092                 -- pinned on x.
1093         in
1094         returnSmpl (poly_id, mkTyApps (Var poly_id) (mkTyVarTys tyvars_here))
1095
1096     mk_silly_bind var rhs = NonRec var (Note InlineMe rhs)
1097                 -- Suppose we start with:
1098                 --
1099                 --      x = /\ a -> let g = G in E
1100                 --
1101                 -- Then we'll float to get
1102                 --
1103                 --      x = let poly_g = /\ a -> G
1104                 --          in /\ a -> let g = poly_g a in E
1105                 --
1106                 -- But now the occurrence analyser will see just one occurrence
1107                 -- of poly_g, not inside a lambda, so the simplifier will
1108                 -- PreInlineUnconditionally poly_g back into g!  Badk to square 1!
1109                 -- (I used to think that the "don't inline lone occurrences" stuff
1110                 --  would stop this happening, but since it's the *only* occurrence,
1111                 --  PreInlineUnconditionally kicks in first!)
1112                 --
1113                 -- Solution: put an INLINE note on g's RHS, so that poly_g seems
1114                 --           to appear many times.  (NB: mkInlineMe eliminates
1115                 --           such notes on trivial RHSs, so do it manually.)
1116 -}
1117 \end{code}
1118
1119 %************************************************************************
1120 %*                                                                      *
1121                 prepareAlts
1122 %*                                                                      *
1123 %************************************************************************
1124
1125 prepareAlts tries these things:
1126
1127 1.  If several alternatives are identical, merge them into
1128     a single DEFAULT alternative.  I've occasionally seen this
1129     making a big difference:
1130
1131         case e of               =====>     case e of
1132           C _ -> f x                         D v -> ....v....
1133           D v -> ....v....                   DEFAULT -> f x
1134           DEFAULT -> f x
1135
1136    The point is that we merge common RHSs, at least for the DEFAULT case.
1137    [One could do something more elaborate but I've never seen it needed.]
1138    To avoid an expensive test, we just merge branches equal to the *first*
1139    alternative; this picks up the common cases
1140         a) all branches equal
1141         b) some branches equal to the DEFAULT (which occurs first)
1142
1143 2.  Case merging:
1144        case e of b {             ==>   case e of b {
1145          p1 -> rhs1                      p1 -> rhs1
1146          ...                             ...
1147          pm -> rhsm                      pm -> rhsm
1148          _  -> case b of b' {            pn -> let b'=b in rhsn
1149                      pn -> rhsn          ...
1150                      ...                 po -> let b'=b in rhso
1151                      po -> rhso          _  -> let b'=b in rhsd
1152                      _  -> rhsd
1153        }
1154
1155     which merges two cases in one case when -- the default alternative of
1156     the outer case scrutises the same variable as the outer case This
1157     transformation is called Case Merging.  It avoids that the same
1158     variable is scrutinised multiple times.
1159
1160
1161 The case where transformation (1) showed up was like this (lib/std/PrelCError.lhs):
1162
1163         x | p `is` 1 -> e1
1164           | p `is` 2 -> e2
1165         ...etc...
1166
1167 where @is@ was something like
1168
1169         p `is` n = p /= (-1) && p == n
1170
1171 This gave rise to a horrible sequence of cases
1172
1173         case p of
1174           (-1) -> $j p
1175           1    -> e1
1176           DEFAULT -> $j p
1177
1178 and similarly in cascade for all the join points!
1179
1180 Note [Dead binders]
1181 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1182 We do this *here*, looking at un-simplified alternatives, because we
1183 have to check that r doesn't mention the variables bound by the
1184 pattern in each alternative, so the binder-info is rather useful.
1185
1186 \begin{code}
1187 prepareAlts :: OutExpr -> OutId -> [InAlt] -> SimplM ([AltCon], [InAlt])
1188 prepareAlts scrut case_bndr' alts
1189   = do  { dflags <- getDOptsSmpl
1190         ; alts <- combineIdenticalAlts case_bndr' alts
1191
1192         ; let (alts_wo_default, maybe_deflt) = findDefault alts
1193               alt_cons = [con | (con,_,_) <- alts_wo_default]
1194               imposs_deflt_cons = nub (imposs_cons ++ alt_cons)
1195                 -- "imposs_deflt_cons" are handled either by the context,
1196                 -- OR by a branch in this case expression.
1197                 -- Don't include DEFAULT!!
1198
1199         ; default_alts <- prepareDefault dflags scrut case_bndr' mb_tc_app
1200                                          imposs_deflt_cons maybe_deflt
1201
1202         ; let trimmed_alts = filter possible_alt alts_wo_default
1203               merged_alts = mergeAlts default_alts trimmed_alts
1204                 -- We need the mergeAlts in case the new default_alt
1205                 -- has turned into a constructor alternative.
1206                 -- The merge keeps the inner DEFAULT at the front, if there is one
1207                 -- and eliminates any inner_alts that are shadowed by the outer_alts
1208
1209
1210         ; return (imposs_deflt_cons, merged_alts) }
1211   where
1212     mb_tc_app = splitTyConApp_maybe (idType case_bndr')
1213     Just (_, inst_tys) = mb_tc_app
1214
1215     imposs_cons = case scrut of
1216                     Var v -> otherCons (idUnfolding v)
1217                     other -> []
1218
1219     possible_alt :: CoreAlt -> Bool
1220     possible_alt (con, _, _) | con `elem` imposs_cons = False
1221     possible_alt (DataAlt con, _, _) = dataConCanMatch inst_tys con
1222     possible_alt alt                = True
1223
1224
1225 --------------------------------------------------
1226 --      1. Merge identical branches
1227 --------------------------------------------------
1228 combineIdenticalAlts :: OutId -> [InAlt] -> SimplM [InAlt]
1229
1230 combineIdenticalAlts case_bndr alts@((con1,bndrs1,rhs1) : con_alts)
1231   | all isDeadBinder bndrs1,                    -- Remember the default
1232     length filtered_alts < length con_alts      -- alternative comes first
1233         -- Also Note [Dead binders]
1234   = do  { tick (AltMerge case_bndr)
1235         ; return ((DEFAULT, [], rhs1) : filtered_alts) }
1236   where
1237     filtered_alts        = filter keep con_alts
1238     keep (con,bndrs,rhs) = not (all isDeadBinder bndrs && rhs `cheapEqExpr` rhs1)
1239
1240 combineIdenticalAlts case_bndr alts = return alts
1241
1242 -------------------------------------------------------------------------
1243 --                      Prepare the default alternative
1244 -------------------------------------------------------------------------
1245 prepareDefault :: DynFlags
1246                -> OutExpr       -- Scrutinee
1247                -> OutId         -- Case binder; need just for its type. Note that as an
1248                                 --   OutId, it has maximum information; this is important.
1249                                 --   Test simpl013 is an example
1250                -> Maybe (TyCon, [Type]) -- Type of scrutinee, decomposed
1251                -> [AltCon]      -- These cons can't happen when matching the default
1252                -> Maybe InExpr  -- Rhs
1253                -> SimplM [InAlt]        -- Still unsimplified
1254                                         -- We use a list because it's what mergeAlts expects,
1255                                         -- And becuase case-merging can cause many to show up
1256
1257 ------- Merge nested cases ----------
1258 prepareDefault dflags scrut outer_bndr bndr_ty imposs_cons (Just deflt_rhs)
1259   | dopt Opt_CaseMerge dflags
1260   , Case (Var scrut_var) inner_bndr _ inner_alts <- deflt_rhs
1261   , scruting_same_var scrut_var
1262   = do  { tick (CaseMerge outer_bndr)
1263
1264         ; let munge_rhs rhs = bindCaseBndr inner_bndr (Var outer_bndr) rhs
1265         ; return [(con, args, munge_rhs rhs) | (con, args, rhs) <- inner_alts] }
1266         -- Warning: don't call prepareAlts recursively!
1267         -- Firstly, there's no point, because inner alts have already had
1268         -- mkCase applied to them, so they won't have a case in their default
1269         -- Secondly, if you do, you get an infinite loop, because the bindCaseBndr
1270         -- in munge_rhs may put a case into the DEFAULT branch!
1271   where
1272         -- We are scrutinising the same variable if it's
1273         -- the outer case-binder, or if the outer case scrutinises a variable
1274         -- (and it's the same).  Testing both allows us not to replace the
1275         -- outer scrut-var with the outer case-binder (Simplify.simplCaseBinder).
1276     scruting_same_var = case scrut of
1277                           Var outer_scrut -> \ v -> v == outer_bndr || v == outer_scrut
1278                           other           -> \ v -> v == outer_bndr
1279
1280 --------- Fill in known constructor -----------
1281 prepareDefault dflags scrut case_bndr (Just (tycon, inst_tys)) imposs_cons (Just deflt_rhs)
1282   |     -- This branch handles the case where we are
1283         -- scrutinisng an algebraic data type
1284     isAlgTyCon tycon            -- It's a data type, tuple, or unboxed tuples.
1285   , not (isNewTyCon tycon)      -- We can have a newtype, if we are just doing an eval:
1286                                 --      case x of { DEFAULT -> e }
1287                                 -- and we don't want to fill in a default for them!
1288   , Just all_cons <- tyConDataCons_maybe tycon
1289   , not (null all_cons)         -- This is a tricky corner case.  If the data type has no constructors,
1290                                 -- which GHC allows, then the case expression will have at most a default
1291                                 -- alternative.  We don't want to eliminate that alternative, because the
1292                                 -- invariant is that there's always one alternative.  It's more convenient
1293                                 -- to leave
1294                                 --      case x of { DEFAULT -> e }
1295                                 -- as it is, rather than transform it to
1296                                 --      error "case cant match"
1297                                 -- which would be quite legitmate.  But it's a really obscure corner, and
1298                                 -- not worth wasting code on.
1299   , let imposs_data_cons = [con | DataAlt con <- imposs_cons]   -- We now know it's a data type
1300         is_possible con  = not (con `elem` imposs_data_cons)
1301                            && dataConCanMatch inst_tys con
1302   = case filter is_possible all_cons of
1303         []    -> return []      -- Eliminate the default alternative
1304                                 -- altogether if it can't match
1305
1306         [con] ->        -- It matches exactly one constructor, so fill it in
1307                  do { tick (FillInCaseDefault case_bndr)
1308                     ; us <- getUniquesSmpl
1309                     ; let (ex_tvs, co_tvs, arg_ids) =
1310                               dataConRepInstPat us con inst_tys
1311                     ; return [(DataAlt con, ex_tvs ++ co_tvs ++ arg_ids, deflt_rhs)] }
1312
1313         two_or_more -> return [(DEFAULT, [], deflt_rhs)]
1314
1315 --------- Catch-all cases -----------
1316 prepareDefault dflags scrut case_bndr bndr_ty imposs_cons (Just deflt_rhs)
1317   = return [(DEFAULT, [], deflt_rhs)]
1318
1319 prepareDefault dflags scrut case_bndr bndr_ty imposs_cons Nothing
1320   = return []   -- No default branch
1321 \end{code}
1322
1323
1324
1325 =================================================================================
1326
1327 mkCase tries these things
1328
1329 1.  Eliminate the case altogether if possible
1330
1331 2.  Case-identity:
1332
1333         case e of               ===> e
1334                 True  -> True;
1335                 False -> False
1336
1337     and similar friends.
1338
1339
1340 \begin{code}
1341 mkCase :: OutExpr -> OutId -> OutType
1342        -> [OutAlt]              -- Increasing order
1343        -> SimplM OutExpr
1344
1345 --------------------------------------------------
1346 --      1. Check for empty alternatives
1347 --------------------------------------------------
1348
1349 -- This isn't strictly an error.  It's possible that the simplifer might "see"
1350 -- that an inner case has no accessible alternatives before it "sees" that the
1351 -- entire branch of an outer case is inaccessible.  So we simply
1352 -- put an error case here insteadd
1353 mkCase scrut case_bndr ty []
1354   = pprTrace "mkCase: null alts" (ppr case_bndr <+> ppr scrut) $
1355     return (mkApps (Var eRROR_ID)
1356                    [Type ty, Lit (mkStringLit "Impossible alternative")])
1357
1358
1359 --------------------------------------------------
1360 --      2. Identity case
1361 --------------------------------------------------
1362
1363 mkCase scrut case_bndr ty alts  -- Identity case
1364   | all identity_alt alts
1365   = tick (CaseIdentity case_bndr)               `thenSmpl_`
1366     returnSmpl (re_cast scrut)
1367   where
1368     identity_alt (con, args, rhs) = check_eq con args (de_cast rhs)
1369
1370     check_eq DEFAULT       _    (Var v)   = v == case_bndr
1371     check_eq (LitAlt lit') _    (Lit lit) = lit == lit'
1372     check_eq (DataAlt con) args rhs       = rhs `cheapEqExpr` mkConApp con (arg_tys ++ varsToCoreExprs args)
1373                                          || rhs `cheapEqExpr` Var case_bndr
1374     check_eq con args rhs = False
1375
1376     arg_tys = map Type (tyConAppArgs (idType case_bndr))
1377
1378         -- We've seen this:
1379         --      case e of x { _ -> x `cast` c }
1380         -- And we definitely want to eliminate this case, to give
1381         --      e `cast` c
1382         -- So we throw away the cast from the RHS, and reconstruct
1383         -- it at the other end.  All the RHS casts must be the same
1384         -- if (all identity_alt alts) holds.
1385         --
1386         -- Don't worry about nested casts, because the simplifier combines them
1387     de_cast (Cast e _) = e
1388     de_cast e          = e
1389
1390     re_cast scrut = case head alts of
1391                         (_,_,Cast _ co) -> Cast scrut co
1392                         other           -> scrut
1393
1394
1395
1396 --------------------------------------------------
1397 --      Catch-all
1398 --------------------------------------------------
1399 mkCase scrut bndr ty alts = returnSmpl (Case scrut bndr ty alts)
1400 \end{code}
1401
1402
1403 When adding auxiliary bindings for the case binder, it's worth checking if
1404 its dead, because it often is, and occasionally these mkCase transformations
1405 cascade rather nicely.
1406
1407 \begin{code}
1408 bindCaseBndr bndr rhs body
1409   | isDeadBinder bndr = body
1410   | otherwise         = bindNonRec bndr rhs body
1411 \end{code}