Bottom extraction: float out bottoming expressions to top level
[ghc-hetmet.git] / 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, 
10
11         -- Inlining,
12         preInlineUnconditionally, postInlineUnconditionally, 
13         activeUnfolding, activeUnfInRule, activeRule, 
14         simplEnvForGHCi, simplEnvForRules, updModeForInlineRules,
15
16         -- The continuation type
17         SimplCont(..), DupFlag(..), ArgInfo(..),
18         contIsDupable, contResultType, contIsTrivial, contArgs, dropArgs, 
19         pushArgs, countValArgs, countArgs, addArgTo,
20         mkBoringStop, mkRhsStop, mkLazyArgStop, contIsRhsOrArg,
21         interestingCallContext, 
22
23         interestingArg, mkArgInfo,
24         
25         abstractFloats
26     ) where
27
28 #include "HsVersions.h"
29
30 import SimplEnv
31 import DynFlags
32 import StaticFlags
33 import CoreSyn
34 import qualified CoreSubst
35 import PprCore
36 import CoreFVs
37 import CoreUtils
38 import CoreArity        ( etaExpand, exprEtaExpandArity )
39 import CoreUnfold
40 import Name
41 import Id
42 import Var      ( isCoVar )
43 import Demand
44 import SimplMonad
45 import Type     hiding( substTy )
46 import Coercion ( coercionKind )
47 import TyCon
48 import Unify    ( dataConCannotMatch )
49 import VarSet
50 import BasicTypes
51 import Util
52 import MonadUtils
53 import Outputable
54 import FastString
55
56 import Data.List
57 \end{code}
58
59
60 %************************************************************************
61 %*                                                                      *
62                 The SimplCont type
63 %*                                                                      *
64 %************************************************************************
65
66 A SimplCont allows the simplifier to traverse the expression in a 
67 zipper-like fashion.  The SimplCont represents the rest of the expression,
68 "above" the point of interest.
69
70 You can also think of a SimplCont as an "evaluation context", using
71 that term in the way it is used for operational semantics. This is the
72 way I usually think of it, For example you'll often see a syntax for
73 evaluation context looking like
74         C ::= []  |  C e   |  case C of alts  |  C `cast` co
75 That's the kind of thing we are doing here, and I use that syntax in
76 the comments.
77
78
79 Key points:
80   * A SimplCont describes a *strict* context (just like 
81     evaluation contexts do).  E.g. Just [] is not a SimplCont
82
83   * A SimplCont describes a context that *does not* bind
84     any variables.  E.g. \x. [] is not a SimplCont
85
86 \begin{code}
87 data SimplCont  
88   = Stop                -- An empty context, or hole, []     
89         CallCtxt        -- True <=> There is something interesting about
90                         --          the context, and hence the inliner
91                         --          should be a bit keener (see interestingCallContext)
92                         -- Specifically:
93                         --     This is an argument of a function that has RULES
94                         --     Inlining the call might allow the rule to fire
95
96   | CoerceIt            -- C `cast` co
97         OutCoercion             -- The coercion simplified
98         SimplCont
99
100   | ApplyTo             -- C arg
101         DupFlag 
102         InExpr StaticEnv                -- The argument and its static env
103         SimplCont
104
105   | Select              -- case C of alts
106         DupFlag 
107         InId [InAlt] StaticEnv  -- The case binder, alts, and subst-env
108         SimplCont
109
110   -- The two strict forms have no DupFlag, because we never duplicate them
111   | StrictBind          -- (\x* \xs. e) C
112         InId [InBndr]           -- let x* = [] in e     
113         InExpr StaticEnv        --      is a special case 
114         SimplCont       
115
116   | StrictArg           -- f e1 ..en C
117         ArgInfo         -- Specifies f, e1..en, Whether f has rules, etc
118                         --     plus strictness flags for *further* args
119         CallCtxt        -- Whether *this* argument position is interesting
120         SimplCont               
121
122 data ArgInfo 
123   = ArgInfo {
124         ai_fun   :: Id,         -- The function
125         ai_args  :: [OutExpr],  -- ...applied to these args (which are in *reverse* order)
126         ai_rules :: [CoreRule], -- Rules for this function
127
128         ai_encl :: Bool,        -- Flag saying whether this function 
129                                 -- or an enclosing one has rules (recursively)
130                                 --      True => be keener to inline in all args
131         
132         ai_strs :: [Bool],      -- Strictness of remaining arguments
133                                 --   Usually infinite, but if it is finite it guarantees
134                                 --   that the function diverges after being given
135                                 --   that number of args
136         ai_discs :: [Int]       -- Discounts for remaining arguments; non-zero => be keener to inline
137                                 --   Always infinite
138     }
139
140 addArgTo :: ArgInfo -> OutExpr -> ArgInfo
141 addArgTo ai arg = ai { ai_args = arg : ai_args ai }
142
143 instance Outputable SimplCont where
144   ppr (Stop interesting)             = ptext (sLit "Stop") <> brackets (ppr interesting)
145   ppr (ApplyTo dup arg _ cont)       = ((ptext (sLit "ApplyTo") <+> ppr dup <+> pprParendExpr arg)
146                                           {-  $$ nest 2 (pprSimplEnv se) -}) $$ ppr cont
147   ppr (StrictBind b _ _ _ cont)      = (ptext (sLit "StrictBind") <+> ppr b) $$ ppr cont
148   ppr (StrictArg ai _ cont)          = (ptext (sLit "StrictArg") <+> ppr (ai_fun ai)) $$ ppr cont
149   ppr (Select dup bndr alts _ cont)  = (ptext (sLit "Select") <+> ppr dup <+> ppr bndr) $$ 
150                                        (nest 4 (ppr alts)) $$ ppr cont 
151   ppr (CoerceIt co cont)             = (ptext (sLit "CoerceIt") <+> ppr co) $$ ppr cont
152
153 data DupFlag = OkToDup | NoDup
154
155 instance Outputable DupFlag where
156   ppr OkToDup = ptext (sLit "ok")
157   ppr NoDup   = ptext (sLit "nodup")
158
159
160
161 -------------------
162 mkBoringStop :: SimplCont
163 mkBoringStop = Stop BoringCtxt
164
165 mkRhsStop :: SimplCont  -- See Note [RHS of lets] in CoreUnfold
166 mkRhsStop = Stop (ArgCtxt False)
167
168 mkLazyArgStop :: CallCtxt -> SimplCont
169 mkLazyArgStop cci = Stop cci
170
171 -------------------
172 contIsRhsOrArg :: SimplCont -> Bool
173 contIsRhsOrArg (Stop {})       = True
174 contIsRhsOrArg (StrictBind {}) = True
175 contIsRhsOrArg (StrictArg {})  = True
176 contIsRhsOrArg _               = False
177
178 -------------------
179 contIsDupable :: SimplCont -> Bool
180 contIsDupable (Stop {})                  = True
181 contIsDupable (ApplyTo  OkToDup _ _ _)   = True
182 contIsDupable (Select   OkToDup _ _ _ _) = True
183 contIsDupable (CoerceIt _ cont)          = contIsDupable cont
184 contIsDupable _                          = False
185
186 -------------------
187 contIsTrivial :: SimplCont -> Bool
188 contIsTrivial (Stop {})                   = True
189 contIsTrivial (ApplyTo _ (Type _) _ cont) = contIsTrivial cont
190 contIsTrivial (CoerceIt _ cont)           = contIsTrivial cont
191 contIsTrivial _                           = False
192
193 -------------------
194 contResultType :: SimplEnv -> OutType -> SimplCont -> OutType
195 contResultType env ty cont
196   = go cont ty
197   where
198     subst_ty se ty = substTy (se `setInScope` env) ty
199
200     go (Stop {})                      ty = ty
201     go (CoerceIt co cont)             _  = go cont (snd (coercionKind co))
202     go (StrictBind _ bs body se cont) _  = go cont (subst_ty se (exprType (mkLams bs body)))
203     go (StrictArg ai _ cont)          _  = go cont (funResultTy (argInfoResultTy ai))
204     go (Select _ _ alts se cont)      _  = go cont (subst_ty se (coreAltsType alts))
205     go (ApplyTo _ arg se cont)        ty = go cont (apply_to_arg ty arg se)
206
207     apply_to_arg ty (Type ty_arg) se = applyTy ty (subst_ty se ty_arg)
208     apply_to_arg ty _             _  = funResultTy ty
209
210 argInfoResultTy :: ArgInfo -> OutType
211 argInfoResultTy (ArgInfo { ai_fun = fun, ai_args = args })
212   = foldr (\arg fn_ty -> applyTypeToArg fn_ty arg) (idType fun) args
213
214 -------------------
215 countValArgs :: SimplCont -> Int
216 countValArgs (ApplyTo _ (Type _) _ cont) = countValArgs cont
217 countValArgs (ApplyTo _ _        _ cont) = 1 + countValArgs cont
218 countValArgs _                           = 0
219
220 countArgs :: SimplCont -> Int
221 countArgs (ApplyTo _ _ _ cont) = 1 + countArgs cont
222 countArgs _                    = 0
223
224 contArgs :: SimplCont -> ([OutExpr], SimplCont)
225 -- Uses substitution to turn each arg into an OutExpr
226 contArgs cont = go [] cont
227   where
228     go args (ApplyTo _ arg se cont) = go (substExpr se arg : args) cont
229     go args cont                    = (reverse args, cont)
230
231 pushArgs :: SimplEnv -> [CoreExpr] -> SimplCont -> SimplCont
232 pushArgs _env []         cont = cont
233 pushArgs env  (arg:args) cont = ApplyTo NoDup arg env (pushArgs env args cont)
234
235 dropArgs :: Int -> SimplCont -> SimplCont
236 dropArgs 0 cont = cont
237 dropArgs n (ApplyTo _ _ _ cont) = dropArgs (n-1) cont
238 dropArgs n other                = pprPanic "dropArgs" (ppr n <+> ppr other)
239 \end{code}
240
241
242 Note [Interesting call context]
243 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
244 We want to avoid inlining an expression where there can't possibly be
245 any gain, such as in an argument position.  Hence, if the continuation
246 is interesting (eg. a case scrutinee, application etc.) then we
247 inline, otherwise we don't.  
248
249 Previously some_benefit used to return True only if the variable was
250 applied to some value arguments.  This didn't work:
251
252         let x = _coerce_ (T Int) Int (I# 3) in
253         case _coerce_ Int (T Int) x of
254                 I# y -> ....
255
256 we want to inline x, but can't see that it's a constructor in a case
257 scrutinee position, and some_benefit is False.
258
259 Another example:
260
261 dMonadST = _/\_ t -> :Monad (g1 _@_ t, g2 _@_ t, g3 _@_ t)
262
263 ....  case dMonadST _@_ x0 of (a,b,c) -> ....
264
265 we'd really like to inline dMonadST here, but we *don't* want to
266 inline if the case expression is just
267
268         case x of y { DEFAULT -> ... }
269
270 since we can just eliminate this case instead (x is in WHNF).  Similar
271 applies when x is bound to a lambda expression.  Hence
272 contIsInteresting looks for case expressions with just a single
273 default case.
274
275
276 \begin{code}
277 interestingCallContext :: SimplCont -> CallCtxt
278 -- See Note [Interesting call context]
279 interestingCallContext cont
280   = interesting cont
281   where
282     interesting (Select _ bndr _ _ _)
283         | isDeadBinder bndr = CaseCtxt
284         | otherwise         = ArgCtxt False     -- If the binder is used, this
285                                                 -- is like a strict let
286                                                 -- See Note [RHS of lets] in CoreUnfold
287                 
288     interesting (ApplyTo _ arg _ cont)
289         | isTypeArg arg = interesting cont
290         | otherwise     = ValAppCtxt    -- Can happen if we have (f Int |> co) y
291                                         -- If f has an INLINE prag we need to give it some
292                                         -- motivation to inline. See Note [Cast then apply]
293                                         -- in CoreUnfold
294
295     interesting (StrictArg _ cci _) = cci
296     interesting (StrictBind {})     = BoringCtxt
297     interesting (Stop cci)          = cci
298     interesting (CoerceIt _ cont)   = interesting cont
299         -- If this call is the arg of a strict function, the context
300         -- is a bit interesting.  If we inline here, we may get useful
301         -- evaluation information to avoid repeated evals: e.g.
302         --      x + (y * z)
303         -- Here the contIsInteresting makes the '*' keener to inline,
304         -- which in turn exposes a constructor which makes the '+' inline.
305         -- Assuming that +,* aren't small enough to inline regardless.
306         --
307         -- It's also very important to inline in a strict context for things
308         -- like
309         --              foldr k z (f x)
310         -- Here, the context of (f x) is strict, and if f's unfolding is
311         -- a build it's *great* to inline it here.  So we must ensure that
312         -- the context for (f x) is not totally uninteresting.
313
314
315 -------------------
316 mkArgInfo :: Id
317           -> [CoreRule] -- Rules for function
318           -> Int        -- Number of value args
319           -> SimplCont  -- Context of the call
320           -> ArgInfo
321
322 mkArgInfo fun rules n_val_args call_cont
323   | n_val_args < idArity fun            -- Note [Unsaturated functions]
324   = ArgInfo { ai_fun = fun, ai_args = [], ai_rules = rules
325             , ai_encl = False
326             , ai_strs = vanilla_stricts 
327             , ai_discs = vanilla_discounts }
328   | otherwise
329   = ArgInfo { ai_fun = fun, ai_args = [], ai_rules = rules
330             , ai_encl = interestingArgContext rules call_cont
331             , ai_strs  = add_type_str (idType fun) arg_stricts
332             , ai_discs = arg_discounts }
333   where
334     vanilla_discounts, arg_discounts :: [Int]
335     vanilla_discounts = repeat 0
336     arg_discounts = case idUnfolding fun of
337                         CoreUnfolding {uf_guidance = UnfIfGoodArgs {ug_args = discounts}}
338                               -> discounts ++ vanilla_discounts
339                         _     -> vanilla_discounts
340
341     vanilla_stricts, arg_stricts :: [Bool]
342     vanilla_stricts  = repeat False
343
344     arg_stricts
345       = case splitStrictSig (idStrictness fun) of
346           (demands, result_info)
347                 | not (demands `lengthExceeds` n_val_args)
348                 ->      -- Enough args, use the strictness given.
349                         -- For bottoming functions we used to pretend that the arg
350                         -- is lazy, so that we don't treat the arg as an
351                         -- interesting context.  This avoids substituting
352                         -- top-level bindings for (say) strings into 
353                         -- calls to error.  But now we are more careful about
354                         -- inlining lone variables, so its ok (see SimplUtils.analyseCont)
355                    if isBotRes result_info then
356                         map isStrictDmd demands         -- Finite => result is bottom
357                    else
358                         map isStrictDmd demands ++ vanilla_stricts
359                | otherwise
360                -> WARN( True, text "More demands than arity" <+> ppr fun <+> ppr (idArity fun) 
361                                 <+> ppr n_val_args <+> ppr demands ) 
362                    vanilla_stricts      -- Not enough args, or no strictness
363
364     add_type_str :: Type -> [Bool] -> [Bool]
365     -- If the function arg types are strict, record that in the 'strictness bits'
366     -- No need to instantiate because unboxed types (which dominate the strict
367     -- types) can't instantiate type variables.
368     -- add_type_str is done repeatedly (for each call); might be better 
369     -- once-for-all in the function
370     -- But beware primops/datacons with no strictness
371     add_type_str _ [] = []
372     add_type_str fun_ty strs            -- Look through foralls
373         | Just (_, fun_ty') <- splitForAllTy_maybe fun_ty       -- Includes coercions
374         = add_type_str fun_ty' strs
375     add_type_str fun_ty (str:strs)      -- Add strict-type info
376         | Just (arg_ty, fun_ty') <- splitFunTy_maybe fun_ty
377         = (str || isStrictType arg_ty) : add_type_str fun_ty' strs
378     add_type_str _ strs
379         = strs
380
381 {- Note [Unsaturated functions]
382   ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
383 Consider (test eyeball/inline4)
384         x = a:as
385         y = f x
386 where f has arity 2.  Then we do not want to inline 'x', because
387 it'll just be floated out again.  Even if f has lots of discounts
388 on its first argument -- it must be saturated for these to kick in
389 -}
390
391 interestingArgContext :: [CoreRule] -> SimplCont -> Bool
392 -- If the argument has form (f x y), where x,y are boring,
393 -- and f is marked INLINE, then we don't want to inline f.
394 -- But if the context of the argument is
395 --      g (f x y) 
396 -- where g has rules, then we *do* want to inline f, in case it
397 -- exposes a rule that might fire.  Similarly, if the context is
398 --      h (g (f x x))
399 -- where h has rules, then we do want to inline f; hence the
400 -- call_cont argument to interestingArgContext
401 --
402 -- The ai-rules flag makes this happen; if it's
403 -- set, the inliner gets just enough keener to inline f 
404 -- regardless of how boring f's arguments are, if it's marked INLINE
405 --
406 -- The alternative would be to *always* inline an INLINE function,
407 -- regardless of how boring its context is; but that seems overkill
408 -- For example, it'd mean that wrapper functions were always inlined
409 interestingArgContext rules call_cont
410   = notNull rules || enclosing_fn_has_rules
411   where
412     enclosing_fn_has_rules = go call_cont
413
414     go (Select {})         = False
415     go (ApplyTo {})        = False
416     go (StrictArg _ cci _) = interesting cci
417     go (StrictBind {})     = False      -- ??
418     go (CoerceIt _ c)      = go c
419     go (Stop cci)          = interesting cci
420
421     interesting (ArgCtxt rules) = rules
422     interesting _               = False
423 \end{code}
424
425
426
427 %************************************************************************
428 %*                                                                      *
429 \subsection{Decisions about inlining}
430 %*                                                                      *
431 %************************************************************************
432
433 \begin{code}
434 simplEnvForGHCi :: SimplEnv
435 simplEnvForGHCi = mkSimplEnv allOffSwitchChecker $
436                   SimplGently { sm_rules = False, sm_inline = False }
437    -- Do not do any inlining, in case we expose some unboxed
438    -- tuple stuff that confuses the bytecode interpreter
439
440 simplEnvForRules :: SimplEnv
441 simplEnvForRules = mkSimplEnv allOffSwitchChecker $
442                    SimplGently { sm_rules = True, sm_inline = False }
443
444 updModeForInlineRules :: SimplifierMode -> SimplifierMode
445 updModeForInlineRules mode
446   = case mode of      
447       SimplGently {} -> mode    -- Don't modify mode if we already gentle
448       SimplPhase  {} -> SimplGently { sm_rules = True, sm_inline = True }
449         -- Simplify as much as possible, subject to the usual "gentle" rules
450 \end{code}
451
452 Inlining is controlled partly by the SimplifierMode switch.  This has two
453 settings
454         
455         SimplGently     (a) Simplifying before specialiser/full laziness
456                         (b) Simplifiying inside InlineRules
457                         (c) Simplifying the LHS of a rule
458                         (d) Simplifying a GHCi expression or Template 
459                                 Haskell splice
460
461         SimplPhase n _   Used at all other times
462
463 Note [Gentle mode]
464 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~
465 Gentle mode has a separate boolean flag to control
466         a) inlining (sm_inline flag)
467         b) rules    (sm_rules  flag)
468 A key invariant about Gentle mode is that it is treated as the EARLIEST
469 phase.  Something is inlined if the sm_inline flag is on AND the thing
470 is inlinable in the earliest phase.  This is important. Example
471
472   {-# INLINE [~1] g #-}
473   g = ...
474   
475   {-# INLINE f #-}
476   f x = g (g x)
477
478 If we were to inline g into f's inlining, then an importing module would
479 never be able to do
480         f e --> g (g e) ---> RULE fires
481 because the InlineRule for f has had g inlined into it.
482
483 On the other hand, it is bad not to do ANY inlining into an
484 InlineRule, because then recursive knots in instance declarations
485 don't get unravelled.
486
487 However, *sometimes* SimplGently must do no call-site inlining at all.
488 Before full laziness we must be careful not to inline wrappers,
489 because doing so inhibits floating
490     e.g. ...(case f x of ...)...
491     ==> ...(case (case x of I# x# -> fw x#) of ...)...
492     ==> ...(case x of I# x# -> case fw x# of ...)...
493 and now the redex (f x) isn't floatable any more.
494
495 The no-inlining thing is also important for Template Haskell.  You might be 
496 compiling in one-shot mode with -O2; but when TH compiles a splice before
497 running it, we don't want to use -O2.  Indeed, we don't want to inline
498 anything, because the byte-code interpreter might get confused about 
499 unboxed tuples and suchlike.
500
501 Note [RULEs enabled in SimplGently]
502 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
503 RULES are enabled when doing "gentle" simplification.  Two reasons:
504
505   * We really want the class-op cancellation to happen:
506         op (df d1 d2) --> $cop3 d1 d2
507     because this breaks the mutual recursion between 'op' and 'df'
508
509   * I wanted the RULE
510         lift String ===> ...
511     to work in Template Haskell when simplifying
512     splices, so we get simpler code for literal strings
513
514 Note [Simplifying gently inside InlineRules]
515 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
516 We don't do much simplification inside InlineRules (which come from
517 INLINE pragmas).  It really is important to switch off inlinings
518 inside such expressions.  Consider the following example
519
520         let f = \pq -> BIG
521         in
522         let g = \y -> f y y
523             {-# INLINE g #-}
524         in ...g...g...g...g...g...
525
526 Now, if that's the ONLY occurrence of f, it will be inlined inside g,
527 and thence copied multiple times when g is inlined.  
528
529 This function may be inlinined in other modules, so we don't want to
530 remove (by inlining) calls to functions that have specialisations, or
531 that may have transformation rules in an importing scope.
532
533 E.g.    {-# INLINE f #-}
534         f x = ...g...
535
536 and suppose that g is strict *and* has specialisations.  If we inline
537 g's wrapper, we deny f the chance of getting the specialised version
538 of g when f is inlined at some call site (perhaps in some other
539 module).
540
541 It's also important not to inline a worker back into a wrapper.
542 A wrapper looks like
543         wraper = inline_me (\x -> ...worker... )
544 Normally, the inline_me prevents the worker getting inlined into
545 the wrapper (initially, the worker's only call site!).  But,
546 if the wrapper is sure to be called, the strictness analyser will
547 mark it 'demanded', so when the RHS is simplified, it'll get an ArgOf
548 continuation.  That's why the keep_inline predicate returns True for
549 ArgOf continuations.  It shouldn't do any harm not to dissolve the
550 inline-me note under these circumstances.
551
552 Although we do very little simplification inside an InlineRule,
553 the RHS is simplified as normal.  For example:
554
555         all xs = foldr (&&) True xs
556         any p = all . map p  {-# INLINE any #-}
557
558 The RHS of 'any' will get optimised and deforested; but the InlineRule
559 will still mention the original RHS.
560
561
562 preInlineUnconditionally
563 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
564 @preInlineUnconditionally@ examines a bndr to see if it is used just
565 once in a completely safe way, so that it is safe to discard the
566 binding inline its RHS at the (unique) usage site, REGARDLESS of how
567 big the RHS might be.  If this is the case we don't simplify the RHS
568 first, but just inline it un-simplified.
569
570 This is much better than first simplifying a perhaps-huge RHS and then
571 inlining and re-simplifying it.  Indeed, it can be at least quadratically
572 better.  Consider
573
574         x1 = e1
575         x2 = e2[x1]
576         x3 = e3[x2]
577         ...etc...
578         xN = eN[xN-1]
579
580 We may end up simplifying e1 N times, e2 N-1 times, e3 N-3 times etc.
581 This can happen with cascades of functions too:
582
583         f1 = \x1.e1
584         f2 = \xs.e2[f1]
585         f3 = \xs.e3[f3]
586         ...etc...
587
588 THE MAIN INVARIANT is this:
589
590         ----  preInlineUnconditionally invariant -----
591    IF preInlineUnconditionally chooses to inline x = <rhs>
592    THEN doing the inlining should not change the occurrence
593         info for the free vars of <rhs>
594         ----------------------------------------------
595
596 For example, it's tempting to look at trivial binding like
597         x = y
598 and inline it unconditionally.  But suppose x is used many times,
599 but this is the unique occurrence of y.  Then inlining x would change
600 y's occurrence info, which breaks the invariant.  It matters: y
601 might have a BIG rhs, which will now be dup'd at every occurrenc of x.
602
603
604 Even RHSs labelled InlineMe aren't caught here, because there might be
605 no benefit from inlining at the call site.
606
607 [Sept 01] Don't unconditionally inline a top-level thing, because that
608 can simply make a static thing into something built dynamically.  E.g.
609         x = (a,b)
610         main = \s -> h x
611
612 [Remember that we treat \s as a one-shot lambda.]  No point in
613 inlining x unless there is something interesting about the call site.
614
615 But watch out: if you aren't careful, some useful foldr/build fusion
616 can be lost (most notably in spectral/hartel/parstof) because the
617 foldr didn't see the build.  Doing the dynamic allocation isn't a big
618 deal, in fact, but losing the fusion can be.  But the right thing here
619 seems to be to do a callSiteInline based on the fact that there is
620 something interesting about the call site (it's strict).  Hmm.  That
621 seems a bit fragile.
622
623 Conclusion: inline top level things gaily until Phase 0 (the last
624 phase), at which point don't.
625
626 Note [pre/postInlineUnconditionally in gentle mode]
627 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
628 Even in gentle mode we want to do preInlineUnconditionally.  The
629 reason is that too little clean-up happens if you don't inline
630 use-once things.  Also a bit of inlining is *good* for full laziness;
631 it can expose constant sub-expressions.  Example in
632 spectral/mandel/Mandel.hs, where the mandelset function gets a useful
633 let-float if you inline windowToViewport
634
635 However, as usual for Gentle mode, do not inline things that are
636 inactive in the intial stages.  See Note [Gentle mode].
637
638 Note [Top-level botomming Ids]
639 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
640 Don't inline top-level Ids that are bottoming, even if they are used just
641 once, because FloatOut has gone to some trouble to extract them out.
642 Inlining them won't make the program run faster!
643
644 \begin{code}
645 preInlineUnconditionally :: SimplEnv -> TopLevelFlag -> InId -> InExpr -> Bool
646 preInlineUnconditionally env top_lvl bndr rhs
647   | not active                               = False
648   | isTopLevel top_lvl && isBottomingId bndr = False    -- Note [Top-level bottoming Ids]
649   | opt_SimplNoPreInlining                   = False
650   | otherwise = case idOccInfo bndr of
651                   IAmDead                    -> True    -- Happens in ((\x.1) v)
652                   OneOcc in_lam True int_cxt -> try_once in_lam int_cxt
653                   _                          -> False
654   where
655     phase = getMode env
656     active = case phase of
657                    SimplGently {} -> isEarlyActive act
658                         -- See Note [pre/postInlineUnconditionally in gentle mode]
659                    SimplPhase n _ -> isActive n act
660     act = idInlineActivation bndr
661     try_once in_lam int_cxt     -- There's one textual occurrence
662         | not in_lam = isNotTopLevel top_lvl || early_phase
663         | otherwise  = int_cxt && canInlineInLam rhs
664
665 -- Be very careful before inlining inside a lambda, because (a) we must not 
666 -- invalidate occurrence information, and (b) we want to avoid pushing a
667 -- single allocation (here) into multiple allocations (inside lambda).  
668 -- Inlining a *function* with a single *saturated* call would be ok, mind you.
669 --      || (if is_cheap && not (canInlineInLam rhs) then pprTrace "preinline" (ppr bndr <+> ppr rhs) ok else ok)
670 --      where 
671 --              is_cheap = exprIsCheap rhs
672 --              ok = is_cheap && int_cxt
673
674         --      int_cxt         The context isn't totally boring
675         -- E.g. let f = \ab.BIG in \y. map f xs
676         --      Don't want to substitute for f, because then we allocate
677         --      its closure every time the \y is called
678         -- But: let f = \ab.BIG in \y. map (f y) xs
679         --      Now we do want to substitute for f, even though it's not 
680         --      saturated, because we're going to allocate a closure for 
681         --      (f y) every time round the loop anyhow.
682
683         -- canInlineInLam => free vars of rhs are (Once in_lam) or Many,
684         -- so substituting rhs inside a lambda doesn't change the occ info.
685         -- Sadly, not quite the same as exprIsHNF.
686     canInlineInLam (Lit _)              = True
687     canInlineInLam (Lam b e)            = isRuntimeVar b || canInlineInLam e
688     canInlineInLam (Note _ e)           = canInlineInLam e
689     canInlineInLam _                    = False
690
691     early_phase = case phase of
692                         SimplPhase 0 _ -> False
693                         _              -> True
694 -- If we don't have this early_phase test, consider
695 --      x = length [1,2,3]
696 -- The full laziness pass carefully floats all the cons cells to
697 -- top level, and preInlineUnconditionally floats them all back in.
698 -- Result is (a) static allocation replaced by dynamic allocation
699 --           (b) many simplifier iterations because this tickles
700 --               a related problem; only one inlining per pass
701 -- 
702 -- On the other hand, I have seen cases where top-level fusion is
703 -- lost if we don't inline top level thing (e.g. string constants)
704 -- Hence the test for phase zero (which is the phase for all the final
705 -- simplifications).  Until phase zero we take no special notice of
706 -- top level things, but then we become more leery about inlining
707 -- them.  
708
709 \end{code}
710
711 postInlineUnconditionally
712 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
713 @postInlineUnconditionally@ decides whether to unconditionally inline
714 a thing based on the form of its RHS; in particular if it has a
715 trivial RHS.  If so, we can inline and discard the binding altogether.
716
717 NB: a loop breaker has must_keep_binding = True and non-loop-breakers
718 only have *forward* references Hence, it's safe to discard the binding
719         
720 NOTE: This isn't our last opportunity to inline.  We're at the binding
721 site right now, and we'll get another opportunity when we get to the
722 ocurrence(s)
723
724 Note that we do this unconditional inlining only for trival RHSs.
725 Don't inline even WHNFs inside lambdas; doing so may simply increase
726 allocation when the function is called. This isn't the last chance; see
727 NOTE above.
728
729 NB: Even inline pragmas (e.g. IMustBeINLINEd) are ignored here Why?
730 Because we don't even want to inline them into the RHS of constructor
731 arguments. See NOTE above
732
733 NB: At one time even NOINLINE was ignored here: if the rhs is trivial
734 it's best to inline it anyway.  We often get a=E; b=a from desugaring,
735 with both a and b marked NOINLINE.  But that seems incompatible with
736 our new view that inlining is like a RULE, so I'm sticking to the 'active'
737 story for now.
738
739 \begin{code}
740 postInlineUnconditionally 
741     :: SimplEnv -> TopLevelFlag
742     -> OutId            -- The binder (an InId would be fine too)
743     -> OccInfo          -- From the InId
744     -> OutExpr
745     -> Unfolding
746     -> Bool
747 postInlineUnconditionally env top_lvl bndr occ_info rhs unfolding
748   | not active                  = False
749   | isLoopBreaker occ_info      = False -- If it's a loop-breaker of any kind, don't inline
750                                         -- because it might be referred to "earlier"
751   | isExportedId bndr           = False
752   | isStableUnfolding unfolding = False -- Note [InlineRule and postInlineUnconditionally]
753   | exprIsTrivial rhs           = True
754   | isTopLevel top_lvl          = False -- Note [Top level and postInlineUnconditionally]
755   | otherwise
756   = case occ_info of
757         -- The point of examining occ_info here is that for *non-values* 
758         -- that occur outside a lambda, the call-site inliner won't have
759         -- a chance (becuase it doesn't know that the thing
760         -- only occurs once).   The pre-inliner won't have gotten
761         -- it either, if the thing occurs in more than one branch
762         -- So the main target is things like
763         --      let x = f y in
764         --      case v of
765         --         True  -> case x of ...
766         --         False -> case x of ...
767         -- This is very important in practice; e.g. wheel-seive1 doubles 
768         -- in allocation if you miss this out
769       OneOcc in_lam _one_br int_cxt     -- OneOcc => no code-duplication issue
770         ->     smallEnoughToInline unfolding    -- Small enough to dup
771                         -- ToDo: consider discount on smallEnoughToInline if int_cxt is true
772                         --
773                         -- NB: Do NOT inline arbitrarily big things, even if one_br is True
774                         -- Reason: doing so risks exponential behaviour.  We simplify a big
775                         --         expression, inline it, and simplify it again.  But if the
776                         --         very same thing happens in the big expression, we get 
777                         --         exponential cost!
778                         -- PRINCIPLE: when we've already simplified an expression once, 
779                         -- make sure that we only inline it if it's reasonably small.
780
781            && (not in_lam || 
782                         -- Outside a lambda, we want to be reasonably aggressive
783                         -- about inlining into multiple branches of case
784                         -- e.g. let x = <non-value> 
785                         --      in case y of { C1 -> ..x..; C2 -> ..x..; C3 -> ... } 
786                         -- Inlining can be a big win if C3 is the hot-spot, even if
787                         -- the uses in C1, C2 are not 'interesting'
788                         -- An example that gets worse if you add int_cxt here is 'clausify'
789
790                 (isCheapUnfolding unfolding && int_cxt))
791                         -- isCheap => acceptable work duplication; in_lam may be true
792                         -- int_cxt to prevent us inlining inside a lambda without some 
793                         -- good reason.  See the notes on int_cxt in preInlineUnconditionally
794
795       IAmDead -> True   -- This happens; for example, the case_bndr during case of
796                         -- known constructor:  case (a,b) of x { (p,q) -> ... }
797                         -- Here x isn't mentioned in the RHS, so we don't want to
798                         -- create the (dead) let-binding  let x = (a,b) in ...
799
800       _ -> False
801
802 -- Here's an example that we don't handle well:
803 --      let f = if b then Left (\x.BIG) else Right (\y.BIG)
804 --      in \y. ....case f of {...} ....
805 -- Here f is used just once, and duplicating the case work is fine (exprIsCheap).
806 -- But
807 --  - We can't preInlineUnconditionally because that woud invalidate
808 --    the occ info for b.
809 --  - We can't postInlineUnconditionally because the RHS is big, and
810 --    that risks exponential behaviour
811 --  - We can't call-site inline, because the rhs is big
812 -- Alas!
813
814   where
815     active = case getMode env of
816                    SimplGently {} -> isEarlyActive act
817                         -- See Note [pre/postInlineUnconditionally in gentle mode]
818                    SimplPhase n _ -> isActive n act
819     act = idInlineActivation bndr
820
821 activeUnfolding :: SimplEnv -> IdUnfoldingFun
822 activeUnfolding env
823   = case getMode env of
824       SimplGently { sm_inline = False } -> active_unfolding_minimal
825       SimplGently { sm_inline = True  } -> active_unfolding_gentle
826       SimplPhase n _                    -> active_unfolding n
827
828 activeUnfInRule :: SimplEnv -> IdUnfoldingFun
829 -- When matching in RULE, we want to "look through" an unfolding
830 -- if *rules* are on, even if *inlinings* are not.  A notable example
831 -- is DFuns, which really we want to match in rules like (op dfun)
832 -- in gentle mode.
833 activeUnfInRule env
834   = case getMode env of
835       SimplGently { sm_rules = False } -> active_unfolding_minimal
836       SimplGently { sm_rules = True  } -> active_unfolding_gentle
837       SimplPhase n _                   -> active_unfolding n
838
839 active_unfolding_minimal :: IdUnfoldingFun
840 -- Compuslory unfoldings only
841 -- Ignore SimplGently, because we want to inline regardless;
842 -- the Id has no top-level binding at all
843 --
844 -- NB: we used to have a second exception, for data con wrappers.
845 -- On the grounds that we use gentle mode for rule LHSs, and 
846 -- they match better when data con wrappers are inlined.
847 -- But that only really applies to the trivial wrappers (like (:)),
848 -- and they are now constructed as Compulsory unfoldings (in MkId)
849 -- so they'll happen anyway.
850 active_unfolding_minimal id
851   | isCompulsoryUnfolding unf = unf
852   | otherwise                 = NoUnfolding
853   where
854     unf = realIdUnfolding id    -- Never a loop breaker
855
856 active_unfolding_gentle :: IdUnfoldingFun
857 -- Anything that is early-active
858 -- See Note [Gentle mode]
859 active_unfolding_gentle id
860   | isEarlyActive (idInlineActivation id) = idUnfolding id
861   | otherwise                             = NoUnfolding
862       -- idUnfolding checks for loop-breakers
863       -- Things with an INLINE pragma may have 
864       -- an unfolding *and* be a loop breaker  
865       -- (maybe the knot is not yet untied)
866
867 active_unfolding :: CompilerPhase -> IdUnfoldingFun
868 active_unfolding n id
869   | isActive n (idInlineActivation id) = idUnfolding id
870   | otherwise                          = NoUnfolding
871
872 activeRule :: DynFlags -> SimplEnv -> Maybe (Activation -> Bool)
873 -- Nothing => No rules at all
874 activeRule dflags env
875   | not (dopt Opt_EnableRewriteRules dflags)
876   = Nothing     -- Rewriting is off
877   | otherwise
878   = case getMode env of
879       SimplGently { sm_rules = rules_on } 
880         | rules_on  -> Just isEarlyActive       -- Note [RULEs enabled in SimplGently]
881         | otherwise -> Nothing
882       SimplPhase n _ -> Just (isActive n)
883 \end{code}
884
885 Note [Top level and postInlineUnconditionally]
886 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
887 We don't do postInlineUnconditionally for top-level things (except
888 ones that are trivial).  There is no point, because the main goal is
889 to get rid of local bindings used in multiple case branches. And
890 doing so risks replacing a single global allocation with local allocations.
891
892
893 Note [InlineRule and postInlineUnconditionally]
894 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
895 Do not do postInlineUnconditionally if the Id has an InlineRule, otherwise
896 we lose the unfolding.  Example
897
898      -- f has InlineRule with rhs (e |> co)
899      --   where 'e' is big
900      f = e |> co
901
902 Then there's a danger we'll optimise to
903
904      f' = e
905      f = f' |> co
906
907 and now postInlineUnconditionally, losing the InlineRule on f.  Now f'
908 won't inline because 'e' is too big.
909
910
911 %************************************************************************
912 %*                                                                      *
913         Rebuilding a lambda
914 %*                                                                      *
915 %************************************************************************
916
917 \begin{code}
918 mkLam :: SimplEnv -> [OutBndr] -> OutExpr -> SimplM OutExpr
919 -- mkLam tries three things
920 --      a) eta reduction, if that gives a trivial expression
921 --      b) eta expansion [only if there are some value lambdas]
922
923 mkLam _b [] body 
924   = return body
925 mkLam env bndrs body
926   = do  { dflags <- getDOptsSmpl
927         ; mkLam' dflags bndrs body }
928   where
929     mkLam' :: DynFlags -> [OutBndr] -> OutExpr -> SimplM OutExpr
930     mkLam' dflags bndrs (Cast body co)
931       | not (any bad bndrs)
932         -- Note [Casts and lambdas]
933       = do { lam <- mkLam' dflags bndrs body
934            ; return (mkCoerce (mkPiTypes bndrs co) lam) }
935       where
936         co_vars  = tyVarsOfType co
937         bad bndr = isCoVar bndr && bndr `elemVarSet` co_vars      
938
939     mkLam' dflags bndrs body
940       | dopt Opt_DoEtaReduction dflags,
941         Just etad_lam <- tryEtaReduce bndrs body
942       = do { tick (EtaReduction (head bndrs))
943            ; return etad_lam }
944
945       | dopt Opt_DoLambdaEtaExpansion dflags,
946         not (inGentleMode env),       -- In gentle mode don't eta-expansion
947         any isRuntimeVar bndrs        -- because it can clutter up the code
948                                       -- with casts etc that may not be removed
949       = do { let body' = tryEtaExpansion dflags body
950            ; return (mkLams bndrs body') }
951    
952       | otherwise 
953       = return (mkLams bndrs body)
954 \end{code}
955
956 Note [Casts and lambdas]
957 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
958 Consider 
959         (\x. (\y. e) `cast` g1) `cast` g2
960 There is a danger here that the two lambdas look separated, and the 
961 full laziness pass might float an expression to between the two.
962
963 So this equation in mkLam' floats the g1 out, thus:
964         (\x. e `cast` g1)  -->  (\x.e) `cast` (tx -> g1)
965 where x:tx.
966
967 In general, this floats casts outside lambdas, where (I hope) they
968 might meet and cancel with some other cast:
969         \x. e `cast` co   ===>   (\x. e) `cast` (tx -> co)
970         /\a. e `cast` co  ===>   (/\a. e) `cast` (/\a. co)
971         /\g. e `cast` co  ===>   (/\g. e) `cast` (/\g. co)
972                           (if not (g `in` co))
973
974 Notice that it works regardless of 'e'.  Originally it worked only
975 if 'e' was itself a lambda, but in some cases that resulted in 
976 fruitless iteration in the simplifier.  A good example was when
977 compiling Text.ParserCombinators.ReadPrec, where we had a definition 
978 like    (\x. Get `cast` g)
979 where Get is a constructor with nonzero arity.  Then mkLam eta-expanded
980 the Get, and the next iteration eta-reduced it, and then eta-expanded 
981 it again.
982
983 Note also the side condition for the case of coercion binders.
984 It does not make sense to transform
985         /\g. e `cast` g  ==>  (/\g.e) `cast` (/\g.g)
986 because the latter is not well-kinded.
987
988 --      c) floating lets out through big lambdas 
989 --              [only if all tyvar lambdas, and only if this lambda
990 --               is the RHS of a let]
991
992 {-      Sept 01: I'm experimenting with getting the
993         full laziness pass to float out past big lambdsa
994  | all isTyVar bndrs,   -- Only for big lambdas
995    contIsRhs cont       -- Only try the rhs type-lambda floating
996                         -- if this is indeed a right-hand side; otherwise
997                         -- we end up floating the thing out, only for float-in
998                         -- to float it right back in again!
999  = do (floats, body') <- tryRhsTyLam env bndrs body
1000       return (floats, mkLams bndrs body')
1001 -}
1002
1003
1004 %************************************************************************
1005 %*                                                                      *
1006                 Eta reduction
1007 %*                                                                      *
1008 %************************************************************************
1009
1010 Note [Eta reduction conditions]
1011 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1012 We try for eta reduction here, but *only* if we get all the way to an
1013 trivial expression.  We don't want to remove extra lambdas unless we
1014 are going to avoid allocating this thing altogether.
1015
1016 There are some particularly delicate points here:
1017
1018 * Eta reduction is not valid in general:  
1019         \x. bot  /=  bot
1020   This matters, partly for old-fashioned correctness reasons but,
1021   worse, getting it wrong can yield a seg fault. Consider
1022         f = \x.f x
1023         h y = case (case y of { True -> f `seq` True; False -> False }) of
1024                 True -> ...; False -> ...
1025
1026   If we (unsoundly) eta-reduce f to get f=f, the strictness analyser
1027   says f=bottom, and replaces the (f `seq` True) with just
1028   (f `cast` unsafe-co).  BUT, as thing stand, 'f' got arity 1, and it
1029   *keeps* arity 1 (perhaps also wrongly).  So CorePrep eta-expands 
1030   the definition again, so that it does not termninate after all.
1031   Result: seg-fault because the boolean case actually gets a function value.
1032   See Trac #1947.
1033
1034   So it's important to to the right thing.
1035
1036 * Note [Arity care]: we need to be careful if we just look at f's
1037   arity. Currently (Dec07), f's arity is visible in its own RHS (see
1038   Note [Arity robustness] in SimplEnv) so we must *not* trust the
1039   arity when checking that 'f' is a value.  Otherwise we will
1040   eta-reduce
1041       f = \x. f x
1042   to
1043       f = f
1044   Which might change a terminiating program (think (f `seq` e)) to a 
1045   non-terminating one.  So we check for being a loop breaker first.
1046
1047   However for GlobalIds we can look at the arity; and for primops we
1048   must, since they have no unfolding.  
1049
1050 * Regardless of whether 'f' is a value, we always want to 
1051   reduce (/\a -> f a) to f
1052   This came up in a RULE: foldr (build (/\a -> g a))
1053   did not match           foldr (build (/\b -> ...something complex...))
1054   The type checker can insert these eta-expanded versions,
1055   with both type and dictionary lambdas; hence the slightly 
1056   ad-hoc isDictId
1057
1058 * Never *reduce* arity. For example
1059       f = \xy. g x y
1060   Then if h has arity 1 we don't want to eta-reduce because then
1061   f's arity would decrease, and that is bad
1062
1063 These delicacies are why we don't use exprIsTrivial and exprIsHNF here.
1064 Alas.
1065
1066 \begin{code}
1067 tryEtaReduce :: [OutBndr] -> OutExpr -> Maybe OutExpr
1068 tryEtaReduce bndrs body 
1069   = go (reverse bndrs) body
1070   where
1071     incoming_arity = count isId bndrs
1072
1073     go (b : bs) (App fun arg) | ok_arg b arg = go bs fun        -- Loop round
1074     go []       fun           | ok_fun fun   = Just fun         -- Success!
1075     go _        _                            = Nothing          -- Failure!
1076
1077         -- Note [Eta reduction conditions]
1078     ok_fun (App fun (Type ty)) 
1079         | not (any (`elemVarSet` tyVarsOfType ty) bndrs)
1080         =  ok_fun fun
1081     ok_fun (Var fun_id)
1082         =  not (fun_id `elem` bndrs)
1083         && (ok_fun_id fun_id || all ok_lam bndrs)
1084     ok_fun _fun = False
1085
1086     ok_fun_id fun = fun_arity fun >= incoming_arity
1087
1088     fun_arity fun             -- See Note [Arity care]
1089        | isLocalId fun && isLoopBreaker (idOccInfo fun) = 0
1090        | otherwise = idArity fun              
1091
1092     ok_lam v = isTyVar v || isDictId v
1093
1094     ok_arg b arg = varToCoreExpr b `cheapEqExpr` arg
1095 \end{code}
1096
1097
1098 %************************************************************************
1099 %*                                                                      *
1100                 Eta expansion
1101 %*                                                                      *
1102 %************************************************************************
1103
1104
1105 We go for:
1106    f = \x1..xn -> N  ==>   f = \x1..xn y1..ym -> N y1..ym
1107                                  (n >= 0)
1108
1109 where (in both cases) 
1110
1111         * The xi can include type variables
1112
1113         * The yi are all value variables
1114
1115         * N is a NORMAL FORM (i.e. no redexes anywhere)
1116           wanting a suitable number of extra args.
1117
1118 The biggest reason for doing this is for cases like
1119
1120         f = \x -> case x of
1121                     True  -> \y -> e1
1122                     False -> \y -> e2
1123
1124 Here we want to get the lambdas together.  A good exmaple is the nofib
1125 program fibheaps, which gets 25% more allocation if you don't do this
1126 eta-expansion.
1127
1128 We may have to sandwich some coerces between the lambdas
1129 to make the types work.   exprEtaExpandArity looks through coerces
1130 when computing arity; and etaExpand adds the coerces as necessary when
1131 actually computing the expansion.
1132
1133 \begin{code}
1134 tryEtaExpansion :: DynFlags -> OutExpr -> OutExpr
1135 -- There is at least one runtime binder in the binders
1136 tryEtaExpansion dflags body
1137   = etaExpand fun_arity body
1138   where
1139     fun_arity = exprEtaExpandArity dflags body
1140 \end{code}
1141
1142
1143 %************************************************************************
1144 %*                                                                      *
1145 \subsection{Floating lets out of big lambdas}
1146 %*                                                                      *
1147 %************************************************************************
1148
1149 Note [Floating and type abstraction]
1150 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1151 Consider this:
1152         x = /\a. C e1 e2
1153 We'd like to float this to 
1154         y1 = /\a. e1
1155         y2 = /\a. e2
1156         x  = /\a. C (y1 a) (y2 a)
1157 for the usual reasons: we want to inline x rather vigorously.
1158
1159 You may think that this kind of thing is rare.  But in some programs it is
1160 common.  For example, if you do closure conversion you might get:
1161
1162         data a :-> b = forall e. (e -> a -> b) :$ e
1163
1164         f_cc :: forall a. a :-> a
1165         f_cc = /\a. (\e. id a) :$ ()
1166
1167 Now we really want to inline that f_cc thing so that the
1168 construction of the closure goes away. 
1169
1170 So I have elaborated simplLazyBind to understand right-hand sides that look
1171 like
1172         /\ a1..an. body
1173
1174 and treat them specially. The real work is done in SimplUtils.abstractFloats,
1175 but there is quite a bit of plumbing in simplLazyBind as well.
1176
1177 The same transformation is good when there are lets in the body:
1178
1179         /\abc -> let(rec) x = e in b
1180    ==>
1181         let(rec) x' = /\abc -> let x = x' a b c in e
1182         in 
1183         /\abc -> let x = x' a b c in b
1184
1185 This is good because it can turn things like:
1186
1187         let f = /\a -> letrec g = ... g ... in g
1188 into
1189         letrec g' = /\a -> ... g' a ...
1190         in
1191         let f = /\ a -> g' a
1192
1193 which is better.  In effect, it means that big lambdas don't impede
1194 let-floating.
1195
1196 This optimisation is CRUCIAL in eliminating the junk introduced by
1197 desugaring mutually recursive definitions.  Don't eliminate it lightly!
1198
1199 [May 1999]  If we do this transformation *regardless* then we can
1200 end up with some pretty silly stuff.  For example, 
1201
1202         let 
1203             st = /\ s -> let { x1=r1 ; x2=r2 } in ...
1204         in ..
1205 becomes
1206         let y1 = /\s -> r1
1207             y2 = /\s -> r2
1208             st = /\s -> ...[y1 s/x1, y2 s/x2]
1209         in ..
1210
1211 Unless the "..." is a WHNF there is really no point in doing this.
1212 Indeed it can make things worse.  Suppose x1 is used strictly,
1213 and is of the form
1214
1215         x1* = case f y of { (a,b) -> e }
1216
1217 If we abstract this wrt the tyvar we then can't do the case inline
1218 as we would normally do.
1219
1220 That's why the whole transformation is part of the same process that
1221 floats let-bindings and constructor arguments out of RHSs.  In particular,
1222 it is guarded by the doFloatFromRhs call in simplLazyBind.
1223
1224
1225 \begin{code}
1226 abstractFloats :: [OutTyVar] -> SimplEnv -> OutExpr -> SimplM ([OutBind], OutExpr)
1227 abstractFloats main_tvs body_env body
1228   = ASSERT( notNull body_floats )
1229     do  { (subst, float_binds) <- mapAccumLM abstract empty_subst body_floats
1230         ; return (float_binds, CoreSubst.substExpr subst body) }
1231   where
1232     main_tv_set = mkVarSet main_tvs
1233     body_floats = getFloats body_env
1234     empty_subst = CoreSubst.mkEmptySubst (seInScope body_env)
1235
1236     abstract :: CoreSubst.Subst -> OutBind -> SimplM (CoreSubst.Subst, OutBind)
1237     abstract subst (NonRec id rhs)
1238       = do { (poly_id, poly_app) <- mk_poly tvs_here id
1239            ; let poly_rhs = mkLams tvs_here rhs'
1240                  subst'   = CoreSubst.extendIdSubst subst id poly_app
1241            ; return (subst', (NonRec poly_id poly_rhs)) }
1242       where
1243         rhs' = CoreSubst.substExpr subst rhs
1244         tvs_here | any isCoVar main_tvs = main_tvs      -- Note [Abstract over coercions]
1245                  | otherwise 
1246                  = varSetElems (main_tv_set `intersectVarSet` exprSomeFreeVars isTyVar rhs')
1247         
1248                 -- Abstract only over the type variables free in the rhs
1249                 -- wrt which the new binding is abstracted.  But the naive
1250                 -- approach of abstract wrt the tyvars free in the Id's type
1251                 -- fails. Consider:
1252                 --      /\ a b -> let t :: (a,b) = (e1, e2)
1253                 --                    x :: a     = fst t
1254                 --                in ...
1255                 -- Here, b isn't free in x's type, but we must nevertheless
1256                 -- abstract wrt b as well, because t's type mentions b.
1257                 -- Since t is floated too, we'd end up with the bogus:
1258                 --      poly_t = /\ a b -> (e1, e2)
1259                 --      poly_x = /\ a   -> fst (poly_t a *b*)
1260                 -- So for now we adopt the even more naive approach of
1261                 -- abstracting wrt *all* the tyvars.  We'll see if that
1262                 -- gives rise to problems.   SLPJ June 98
1263
1264     abstract subst (Rec prs)
1265        = do { (poly_ids, poly_apps) <- mapAndUnzipM (mk_poly tvs_here) ids
1266             ; let subst' = CoreSubst.extendSubstList subst (ids `zip` poly_apps)
1267                   poly_rhss = [mkLams tvs_here (CoreSubst.substExpr subst' rhs) | rhs <- rhss]
1268             ; return (subst', Rec (poly_ids `zip` poly_rhss)) }
1269        where
1270          (ids,rhss) = unzip prs
1271                 -- For a recursive group, it's a bit of a pain to work out the minimal
1272                 -- set of tyvars over which to abstract:
1273                 --      /\ a b c.  let x = ...a... in
1274                 --                 letrec { p = ...x...q...
1275                 --                          q = .....p...b... } in
1276                 --                 ...
1277                 -- Since 'x' is abstracted over 'a', the {p,q} group must be abstracted
1278                 -- over 'a' (because x is replaced by (poly_x a)) as well as 'b'.  
1279                 -- Since it's a pain, we just use the whole set, which is always safe
1280                 -- 
1281                 -- If you ever want to be more selective, remember this bizarre case too:
1282                 --      x::a = x
1283                 -- Here, we must abstract 'x' over 'a'.
1284          tvs_here = main_tvs
1285
1286     mk_poly tvs_here var
1287       = do { uniq <- getUniqueM
1288            ; let  poly_name = setNameUnique (idName var) uniq           -- Keep same name
1289                   poly_ty   = mkForAllTys tvs_here (idType var) -- But new type of course
1290                   poly_id   = transferPolyIdInfo var tvs_here $ -- Note [transferPolyIdInfo] in Id.lhs
1291                               mkLocalId poly_name poly_ty 
1292            ; return (poly_id, mkTyApps (Var poly_id) (mkTyVarTys tvs_here)) }
1293                 -- In the olden days, it was crucial to copy the occInfo of the original var, 
1294                 -- because we were looking at occurrence-analysed but as yet unsimplified code!
1295                 -- In particular, we mustn't lose the loop breakers.  BUT NOW we are looking
1296                 -- at already simplified code, so it doesn't matter
1297                 -- 
1298                 -- It's even right to retain single-occurrence or dead-var info:
1299                 -- Suppose we started with  /\a -> let x = E in B
1300                 -- where x occurs once in B. Then we transform to:
1301                 --      let x' = /\a -> E in /\a -> let x* = x' a in B
1302                 -- where x* has an INLINE prag on it.  Now, once x* is inlined,
1303                 -- the occurrences of x' will be just the occurrences originally
1304                 -- pinned on x.
1305 \end{code}
1306
1307 Note [Abstract over coercions]
1308 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1309 If a coercion variable (g :: a ~ Int) is free in the RHS, then so is the
1310 type variable a.  Rather than sort this mess out, we simply bale out and abstract
1311 wrt all the type variables if any of them are coercion variables.
1312
1313
1314 Historical note: if you use let-bindings instead of a substitution, beware of this:
1315
1316                 -- Suppose we start with:
1317                 --
1318                 --      x = /\ a -> let g = G in E
1319                 --
1320                 -- Then we'll float to get
1321                 --
1322                 --      x = let poly_g = /\ a -> G
1323                 --          in /\ a -> let g = poly_g a in E
1324                 --
1325                 -- But now the occurrence analyser will see just one occurrence
1326                 -- of poly_g, not inside a lambda, so the simplifier will
1327                 -- PreInlineUnconditionally poly_g back into g!  Badk to square 1!
1328                 -- (I used to think that the "don't inline lone occurrences" stuff
1329                 --  would stop this happening, but since it's the *only* occurrence,
1330                 --  PreInlineUnconditionally kicks in first!)
1331                 --
1332                 -- Solution: put an INLINE note on g's RHS, so that poly_g seems
1333                 --           to appear many times.  (NB: mkInlineMe eliminates
1334                 --           such notes on trivial RHSs, so do it manually.)
1335
1336 %************************************************************************
1337 %*                                                                      *
1338                 prepareAlts
1339 %*                                                                      *
1340 %************************************************************************
1341
1342 prepareAlts tries these things:
1343
1344 1.  Eliminate alternatives that cannot match, including the
1345     DEFAULT alternative.
1346
1347 2.  If the DEFAULT alternative can match only one possible constructor,
1348     then make that constructor explicit.
1349     e.g.
1350         case e of x { DEFAULT -> rhs }
1351      ===>
1352         case e of x { (a,b) -> rhs }
1353     where the type is a single constructor type.  This gives better code
1354     when rhs also scrutinises x or e.
1355
1356 3. Returns a list of the constructors that cannot holds in the
1357    DEFAULT alternative (if there is one)
1358
1359 Here "cannot match" includes knowledge from GADTs
1360
1361 It's a good idea do do this stuff before simplifying the alternatives, to
1362 avoid simplifying alternatives we know can't happen, and to come up with
1363 the list of constructors that are handled, to put into the IdInfo of the
1364 case binder, for use when simplifying the alternatives.
1365
1366 Eliminating the default alternative in (1) isn't so obvious, but it can
1367 happen:
1368
1369 data Colour = Red | Green | Blue
1370
1371 f x = case x of
1372         Red -> ..
1373         Green -> ..
1374         DEFAULT -> h x
1375
1376 h y = case y of
1377         Blue -> ..
1378         DEFAULT -> [ case y of ... ]
1379
1380 If we inline h into f, the default case of the inlined h can't happen.
1381 If we don't notice this, we may end up filtering out *all* the cases
1382 of the inner case y, which give us nowhere to go!
1383
1384 \begin{code}
1385 prepareAlts :: OutExpr -> OutId -> [InAlt] -> SimplM ([AltCon], [InAlt])
1386 prepareAlts scrut case_bndr' alts
1387   = do  { let (alts_wo_default, maybe_deflt) = findDefault alts
1388               alt_cons = [con | (con,_,_) <- alts_wo_default]
1389               imposs_deflt_cons = nub (imposs_cons ++ alt_cons)
1390                 -- "imposs_deflt_cons" are handled 
1391                 --   EITHER by the context, 
1392                 --   OR by a non-DEFAULT branch in this case expression.
1393
1394         ; default_alts <- prepareDefault case_bndr' mb_tc_app 
1395                                          imposs_deflt_cons maybe_deflt
1396
1397         ; let trimmed_alts = filterOut impossible_alt alts_wo_default
1398               merged_alts  = mergeAlts trimmed_alts default_alts
1399                 -- We need the mergeAlts in case the new default_alt 
1400                 -- has turned into a constructor alternative.
1401                 -- The merge keeps the inner DEFAULT at the front, if there is one
1402                 -- and interleaves the alternatives in the right order
1403
1404         ; return (imposs_deflt_cons, merged_alts) }
1405   where
1406     mb_tc_app = splitTyConApp_maybe (idType case_bndr')
1407     Just (_, inst_tys) = mb_tc_app 
1408
1409     imposs_cons = case scrut of
1410                     Var v -> otherCons (idUnfolding v)
1411                     _     -> []
1412
1413     impossible_alt :: CoreAlt -> Bool
1414     impossible_alt (con, _, _) | con `elem` imposs_cons = True
1415     impossible_alt (DataAlt con, _, _) = dataConCannotMatch inst_tys con
1416     impossible_alt _                   = False
1417
1418
1419 prepareDefault :: OutId         -- Case binder; need just for its type. Note that as an
1420                                 --   OutId, it has maximum information; this is important.
1421                                 --   Test simpl013 is an example
1422                -> Maybe (TyCon, [Type]) -- Type of scrutinee, decomposed
1423                -> [AltCon]      -- These cons can't happen when matching the default
1424                -> Maybe InExpr  -- Rhs
1425                -> SimplM [InAlt]        -- Still unsimplified
1426                                         -- We use a list because it's what mergeAlts expects,
1427
1428 --------- Fill in known constructor -----------
1429 prepareDefault case_bndr (Just (tycon, inst_tys)) imposs_cons (Just deflt_rhs)
1430   |     -- This branch handles the case where we are 
1431         -- scrutinisng an algebraic data type
1432     isAlgTyCon tycon            -- It's a data type, tuple, or unboxed tuples.  
1433   , not (isNewTyCon tycon)      -- We can have a newtype, if we are just doing an eval:
1434                                 --      case x of { DEFAULT -> e }
1435                                 -- and we don't want to fill in a default for them!
1436   , Just all_cons <- tyConDataCons_maybe tycon
1437   , not (null all_cons)         -- This is a tricky corner case.  If the data type has no constructors,
1438                                 -- which GHC allows, then the case expression will have at most a default
1439                                 -- alternative.  We don't want to eliminate that alternative, because the
1440                                 -- invariant is that there's always one alternative.  It's more convenient
1441                                 -- to leave     
1442                                 --      case x of { DEFAULT -> e }     
1443                                 -- as it is, rather than transform it to
1444                                 --      error "case cant match"
1445                                 -- which would be quite legitmate.  But it's a really obscure corner, and
1446                                 -- not worth wasting code on.
1447   , let imposs_data_cons = [con | DataAlt con <- imposs_cons]   -- We now know it's a data type 
1448         impossible con   = con `elem` imposs_data_cons || dataConCannotMatch inst_tys con
1449   = case filterOut impossible all_cons of
1450         []    -> return []      -- Eliminate the default alternative
1451                                 -- altogether if it can't match
1452
1453         [con] ->        -- It matches exactly one constructor, so fill it in
1454                  do { tick (FillInCaseDefault case_bndr)
1455                     ; us <- getUniquesM
1456                     ; let (ex_tvs, co_tvs, arg_ids) =
1457                               dataConRepInstPat us con inst_tys
1458                     ; return [(DataAlt con, ex_tvs ++ co_tvs ++ arg_ids, deflt_rhs)] }
1459
1460         _ -> return [(DEFAULT, [], deflt_rhs)]
1461
1462   | debugIsOn, isAlgTyCon tycon, not (isOpenTyCon tycon), null (tyConDataCons tycon)
1463         -- Check for no data constructors
1464         -- This can legitimately happen for type families, so don't report that
1465   = pprTrace "prepareDefault" (ppr case_bndr <+> ppr tycon)
1466         $ return [(DEFAULT, [], deflt_rhs)]
1467
1468 --------- Catch-all cases -----------
1469 prepareDefault _case_bndr _bndr_ty _imposs_cons (Just deflt_rhs)
1470   = return [(DEFAULT, [], deflt_rhs)]
1471
1472 prepareDefault _case_bndr _bndr_ty _imposs_cons Nothing
1473   = return []   -- No default branch
1474 \end{code}
1475
1476
1477
1478 %************************************************************************
1479 %*                                                                      *
1480                 mkCase
1481 %*                                                                      *
1482 %************************************************************************
1483
1484 mkCase tries these things
1485
1486 1.  Merge Nested Cases
1487
1488        case e of b {             ==>   case e of b {
1489          p1 -> rhs1                      p1 -> rhs1
1490          ...                             ...
1491          pm -> rhsm                      pm -> rhsm
1492          _  -> case b of b' {            pn -> let b'=b in rhsn
1493                      pn -> rhsn          ...
1494                      ...                 po -> let b'=b in rhso
1495                      po -> rhso          _  -> let b'=b in rhsd
1496                      _  -> rhsd
1497        }  
1498     
1499     which merges two cases in one case when -- the default alternative of
1500     the outer case scrutises the same variable as the outer case. This
1501     transformation is called Case Merging.  It avoids that the same
1502     variable is scrutinised multiple times.
1503
1504 2.  Eliminate Identity Case
1505
1506         case e of               ===> e
1507                 True  -> True;
1508                 False -> False
1509
1510     and similar friends.
1511
1512 3.  Merge identical alternatives.
1513     If several alternatives are identical, merge them into
1514     a single DEFAULT alternative.  I've occasionally seen this 
1515     making a big difference:
1516
1517         case e of               =====>     case e of
1518           C _ -> f x                         D v -> ....v....
1519           D v -> ....v....                   DEFAULT -> f x
1520           DEFAULT -> f x
1521
1522    The point is that we merge common RHSs, at least for the DEFAULT case.
1523    [One could do something more elaborate but I've never seen it needed.]
1524    To avoid an expensive test, we just merge branches equal to the *first*
1525    alternative; this picks up the common cases
1526         a) all branches equal
1527         b) some branches equal to the DEFAULT (which occurs first)
1528
1529 The case where Merge Identical Alternatives transformation showed up
1530 was like this (base/Foreign/C/Err/Error.lhs):
1531
1532         x | p `is` 1 -> e1
1533           | p `is` 2 -> e2
1534         ...etc...
1535
1536 where @is@ was something like
1537         
1538         p `is` n = p /= (-1) && p == n
1539
1540 This gave rise to a horrible sequence of cases
1541
1542         case p of
1543           (-1) -> $j p
1544           1    -> e1
1545           DEFAULT -> $j p
1546
1547 and similarly in cascade for all the join points!
1548
1549
1550 \begin{code}
1551 mkCase, mkCase1, mkCase2 
1552    :: DynFlags 
1553    -> OutExpr -> OutId
1554    -> [OutAlt]          -- Alternatives in standard (increasing) order
1555    -> SimplM OutExpr
1556
1557 --------------------------------------------------
1558 --      1. Merge Nested Cases
1559 --------------------------------------------------
1560
1561 mkCase dflags scrut outer_bndr ((DEFAULT, _, deflt_rhs) : outer_alts)
1562   | dopt Opt_CaseMerge dflags
1563   , Case (Var inner_scrut_var) inner_bndr _ inner_alts <- deflt_rhs
1564   , inner_scrut_var == outer_bndr
1565   = do  { tick (CaseMerge outer_bndr)
1566
1567         ; let wrap_alt (con, args, rhs) = ASSERT( outer_bndr `notElem` args )
1568                                           (con, args, wrap_rhs rhs)
1569                 -- Simplifier's no-shadowing invariant should ensure
1570                 -- that outer_bndr is not shadowed by the inner patterns
1571               wrap_rhs rhs = Let (NonRec inner_bndr (Var outer_bndr)) rhs
1572                 -- The let is OK even for unboxed binders, 
1573
1574               wrapped_alts | isDeadBinder inner_bndr = inner_alts
1575                            | otherwise               = map wrap_alt inner_alts
1576
1577               merged_alts = mergeAlts outer_alts wrapped_alts
1578                 -- NB: mergeAlts gives priority to the left
1579                 --      case x of 
1580                 --        A -> e1
1581                 --        DEFAULT -> case x of 
1582                 --                      A -> e2
1583                 --                      B -> e3
1584                 -- When we merge, we must ensure that e1 takes 
1585                 -- precedence over e2 as the value for A!  
1586
1587         ; mkCase1 dflags scrut outer_bndr merged_alts
1588         }
1589         -- Warning: don't call mkCase recursively!
1590         -- Firstly, there's no point, because inner alts have already had
1591         -- mkCase applied to them, so they won't have a case in their default
1592         -- Secondly, if you do, you get an infinite loop, because the bindCaseBndr
1593         -- in munge_rhs may put a case into the DEFAULT branch!
1594
1595 mkCase dflags scrut bndr alts = mkCase1 dflags scrut bndr alts
1596
1597 --------------------------------------------------
1598 --      2. Eliminate Identity Case
1599 --------------------------------------------------
1600
1601 mkCase1 _dflags scrut case_bndr alts    -- Identity case
1602   | all identity_alt alts
1603   = do { tick (CaseIdentity case_bndr)
1604        ; return (re_cast scrut) }
1605   where
1606     identity_alt (con, args, rhs) = check_eq con args (de_cast rhs)
1607
1608     check_eq DEFAULT       _    (Var v)   = v == case_bndr
1609     check_eq (LitAlt lit') _    (Lit lit) = lit == lit'
1610     check_eq (DataAlt con) args rhs       = rhs `cheapEqExpr` mkConApp con (arg_tys ++ varsToCoreExprs args)
1611                                          || rhs `cheapEqExpr` Var case_bndr
1612     check_eq _ _ _ = False
1613
1614     arg_tys = map Type (tyConAppArgs (idType case_bndr))
1615
1616         -- We've seen this:
1617         --      case e of x { _ -> x `cast` c }
1618         -- And we definitely want to eliminate this case, to give
1619         --      e `cast` c
1620         -- So we throw away the cast from the RHS, and reconstruct
1621         -- it at the other end.  All the RHS casts must be the same
1622         -- if (all identity_alt alts) holds.
1623         -- 
1624         -- Don't worry about nested casts, because the simplifier combines them
1625     de_cast (Cast e _) = e
1626     de_cast e          = e
1627
1628     re_cast scrut = case head alts of
1629                         (_,_,Cast _ co) -> Cast scrut co
1630                         _               -> scrut
1631
1632 --------------------------------------------------
1633 --      3. Merge Identical Alternatives
1634 --------------------------------------------------
1635 mkCase1 dflags scrut case_bndr ((_con1,bndrs1,rhs1) : con_alts)
1636   | all isDeadBinder bndrs1                     -- Remember the default 
1637   , length filtered_alts < length con_alts      -- alternative comes first
1638         -- Also Note [Dead binders]
1639   = do  { tick (AltMerge case_bndr)
1640         ; mkCase2 dflags scrut case_bndr alts' }
1641   where
1642     alts' = (DEFAULT, [], rhs1) : filtered_alts
1643     filtered_alts         = filter keep con_alts
1644     keep (_con,bndrs,rhs) = not (all isDeadBinder bndrs && rhs `cheapEqExpr` rhs1)
1645
1646 mkCase1 dflags scrut bndr alts = mkCase2 dflags scrut bndr alts
1647
1648 --------------------------------------------------
1649 --      Catch-all
1650 --------------------------------------------------
1651 mkCase2 _dflags scrut bndr alts 
1652   = return (Case scrut bndr (coreAltsType alts) alts)
1653 \end{code}
1654
1655 Note [Dead binders]
1656 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1657 Note that dead-ness is maintained by the simplifier, so that it is
1658 accurate after simplification as well as before.
1659
1660
1661 Note [Cascading case merge]
1662 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1663 Case merging should cascade in one sweep, because it
1664 happens bottom-up
1665
1666       case e of a {
1667         DEFAULT -> case a of b 
1668                       DEFAULT -> case b of c {
1669                                      DEFAULT -> e
1670                                      A -> ea
1671                       B -> eb
1672         C -> ec
1673 ==>
1674       case e of a {
1675         DEFAULT -> case a of b 
1676                       DEFAULT -> let c = b in e
1677                       A -> let c = b in ea
1678                       B -> eb
1679         C -> ec
1680 ==>
1681       case e of a {
1682         DEFAULT -> let b = a in let c = b in e
1683         A -> let b = a in let c = b in ea
1684         B -> let b = a in eb
1685         C -> ec
1686
1687
1688 However here's a tricky case that we still don't catch, and I don't
1689 see how to catch it in one pass:
1690
1691   case x of c1 { I# a1 ->
1692   case a1 of c2 ->
1693     0 -> ...
1694     DEFAULT -> case x of c3 { I# a2 ->
1695                case a2 of ...
1696
1697 After occurrence analysis (and its binder-swap) we get this
1698  
1699   case x of c1 { I# a1 -> 
1700   let x = c1 in         -- Binder-swap addition
1701   case a1 of c2 -> 
1702     0 -> ...
1703     DEFAULT -> case x of c3 { I# a2 ->
1704                case a2 of ...
1705
1706 When we simplify the inner case x, we'll see that
1707 x=c1=I# a1.  So we'll bind a2 to a1, and get
1708
1709   case x of c1 { I# a1 -> 
1710   case a1 of c2 -> 
1711     0 -> ...
1712     DEFAULT -> case a1 of ...
1713
1714 This is corect, but we can't do a case merge in this sweep
1715 because c2 /= a1.  Reason: the binding c1=I# a1 went inwards
1716 without getting changed to c1=I# c2.  
1717
1718 I don't think this is worth fixing, even if I knew how. It'll
1719 all come out in the next pass anyway.
1720
1721