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         mkLam, mkCase,
   9
  10         -- Inlining,
  11         preInlineUnconditionally, postInlineUnconditionally, activeInline, activeRule,
  12         inlineMode,
  13
  14         -- The continuation type
  15         SimplCont(..), DupFlag(..), LetRhsFlag(..),
  16         contIsDupable, contResultType,
  17         countValArgs, countArgs, pushContArgs,
  18         mkBoringStop, mkLazyArgStop, mkRhsStop, contIsRhs, contIsRhsOrArg,
  19         getContArgs, interestingCallContext, interestingArgContext,
  20         interestingArg, isStrictType
  21
  22     ) where
  23
  24 #include "HsVersions.h"
  25
  26 import SimplEnv
  27 import DynFlags         ( SimplifierSwitch(..), SimplifierMode(..),
  28                           DynFlags, DynFlag(..), dopt )
  29 import StaticFlags      ( opt_UF_UpdateInPlace, opt_SimplNoPreInlining,
  30                           opt_RulesOff )
  31 import CoreSyn
  32 import CoreFVs          ( exprFreeVars )
  33 import CoreUtils        ( cheapEqExpr, exprType, exprIsTrivial,
  34                           etaExpand, exprEtaExpandArity, bindNonRec, mkCoerce2,
  35                           findDefault, exprOkForSpeculation, exprIsHNF, mergeAlts
  36                         )
  37 import Literal          ( mkStringLit )
  38 import CoreUnfold       ( smallEnoughToInline )
  39 import MkId             ( eRROR_ID )
  40 import Id               ( Id, idType, isDataConWorkId, idOccInfo, isDictId,
  41                           isDeadBinder, idNewDemandInfo, isExportedId,
  42                           idUnfolding, idNewStrictness, idInlinePragma, idHasRules
  43                         )
  44 import NewDemand        ( isStrictDmd, isBotRes, splitStrictSig )
  45 import SimplMonad
  46 import Type             ( Type, splitFunTys, dropForAlls, isStrictType,
  47                           splitTyConApp_maybe, tyConAppArgs
  48                         )
  49 import TyCon            ( tyConDataCons_maybe )
  50 import DataCon          ( dataConRepArity )
  51 import VarSet
  52 import BasicTypes       ( TopLevelFlag(..), isNotTopLevel, OccInfo(..), isLoopBreaker, isOneOcc,
  53                           Activation, isAlwaysActive, isActive )
  54 import Util             ( lengthExceeds )
  55 import Outputable
  56 \end{code}
  57
  58
  59 %************************************************************************
  60 %*                                                                      *
  61 \subsection{The continuation data type}
  62 %*                                                                      *
  63 %************************************************************************
  64
  65 \begin{code}
  66 data SimplCont          -- Strict contexts
  67   = Stop     OutType    -- Type of the result
  68              LetRhsFlag
  69              Bool       -- True <=> There is something interesting about
  70                         --          the context, and hence the inliner
  71                         --          should be a bit keener (see interestingCallContext)
  72                         -- Two cases:
  73                         -- (a) This is the RHS of a thunk whose type suggests
  74                         --     that update-in-place would be possible
  75                         -- (b) This is an argument of a function that has RULES
  76                         --     Inlining the call might allow the rule to fire
  77
  78   | CoerceIt OutType                    -- The To-type, simplified
  79              SimplCont
  80
  81   | ApplyTo  DupFlag
  82              CoreExpr           -- The argument
  83              (Maybe SimplEnv)   -- (Just se) => the arg is un-simplified and this is its subst-env
  84                                 -- Nothing   => the arg is already simplified; don't repeatedly simplify it!
  85              SimplCont          -- and its environment
  86
  87   | Select   DupFlag
  88              InId [InAlt] SimplEnv      -- The case binder, alts, and subst-env
  89              SimplCont
  90
  91   | ArgOf    LetRhsFlag         -- An arbitrary strict context: the argument
  92                                 --      of a strict function, or a primitive-arg fn
  93                                 --      or a PrimOp
  94                                 -- No DupFlag, because we never duplicate it
  95              OutType            -- arg_ty: type of the argument itself
  96              OutType            -- cont_ty: the type of the expression being sought by the context
  97                                 --      f (error "foo") ==> coerce t (error "foo")
  98                                 -- when f is strict
  99                                 -- We need to know the type t, to which to coerce.
 100
 101              (SimplEnv -> OutExpr -> SimplM FloatsWithExpr)     -- What to do with the result
 102                                 -- The result expression in the OutExprStuff has type cont_ty
 103
 104 data LetRhsFlag = AnArg         -- It's just an argument not a let RHS
 105                 | AnRhs         -- It's the RHS of a let (so please float lets out of big lambdas)
 106
 107 instance Outputable LetRhsFlag where
 108   ppr AnArg = ptext SLIT("arg")
 109   ppr AnRhs = ptext SLIT("rhs")
 110
 111 instance Outputable SimplCont where
 112   ppr (Stop ty is_rhs _)             = ptext SLIT("Stop") <> brackets (ppr is_rhs) <+> ppr ty
 113   ppr (ApplyTo dup arg se cont)      = (ptext SLIT("ApplyTo") <+> ppr dup <+> ppr arg) $$ ppr cont
 114   ppr (ArgOf _ _ _ _)                = ptext SLIT("ArgOf...")
 115   ppr (Select dup bndr alts se cont) = (ptext SLIT("Select") <+> ppr dup <+> ppr bndr) $$
 116                                        (nest 4 (ppr alts)) $$ ppr cont
 117   ppr (CoerceIt ty cont)             = (ptext SLIT("CoerceIt") <+> ppr ty) $$ ppr cont
 118
 119 data DupFlag = OkToDup | NoDup
 120
 121 instance Outputable DupFlag where
 122   ppr OkToDup = ptext SLIT("ok")
 123   ppr NoDup   = ptext SLIT("nodup")
 124
 125
 126 -------------------
 127 mkBoringStop :: OutType -> SimplCont
 128 mkBoringStop ty = Stop ty AnArg False
 129
 130 mkLazyArgStop :: OutType -> Bool -> SimplCont
 131 mkLazyArgStop ty has_rules = Stop ty AnArg (canUpdateInPlace ty || has_rules)
 132
 133 mkRhsStop :: OutType -> SimplCont
 134 mkRhsStop ty = Stop ty AnRhs (canUpdateInPlace ty)
 135
 136 contIsRhs :: SimplCont -> Bool
 137 contIsRhs (Stop _ AnRhs _)    = True
 138 contIsRhs (ArgOf AnRhs _ _ _) = True
 139 contIsRhs other               = False
 140
 141 contIsRhsOrArg (Stop _ _ _)    = True
 142 contIsRhsOrArg (ArgOf _ _ _ _) = True
 143 contIsRhsOrArg other           = False
 144
 145 -------------------
 146 contIsDupable :: SimplCont -> Bool
 147 contIsDupable (Stop _ _ _)               = True
 148 contIsDupable (ApplyTo  OkToDup _ _ _)   = True
 149 contIsDupable (Select   OkToDup _ _ _ _) = True
 150 contIsDupable (CoerceIt _ cont)          = contIsDupable cont
 151 contIsDupable other                      = False
 152
 153 -------------------
 154 discardableCont :: SimplCont -> Bool
 155 discardableCont (Stop _ _ _)        = False
 156 discardableCont (CoerceIt _ cont)   = discardableCont cont
 157 discardableCont other               = True
 158
 159 discardCont :: SimplCont        -- A continuation, expecting
 160             -> SimplCont        -- Replace the continuation with a suitable coerce
 161 discardCont cont = case cont of
 162                      Stop to_ty is_rhs _ -> cont
 163                      other               -> CoerceIt to_ty (mkBoringStop to_ty)
 164                  where
 165                    to_ty = contResultType cont
 166
 167 -------------------
 168 contResultType :: SimplCont -> OutType
 169 contResultType (Stop to_ty _ _)      = to_ty
 170 contResultType (ArgOf _ _ to_ty _)   = to_ty
 171 contResultType (ApplyTo _ _ _ cont)  = contResultType cont
 172 contResultType (CoerceIt _ cont)     = contResultType cont
 173 contResultType (Select _ _ _ _ cont) = contResultType cont
 174
 175 -------------------
 176 countValArgs :: SimplCont -> Int
 177 countValArgs (ApplyTo _ (Type ty) se cont) = countValArgs cont
 178 countValArgs (ApplyTo _ val_arg   se cont) = 1 + countValArgs cont
 179 countValArgs other                         = 0
 180
 181 countArgs :: SimplCont -> Int
 182 countArgs (ApplyTo _ arg se cont) = 1 + countArgs cont
 183 countArgs other                   = 0
 184
 185 -------------------
 186 pushContArgs ::[OutArg] -> SimplCont -> SimplCont
 187 -- Pushes args with the specified environment
 188 pushContArgs []           cont = cont
 189 pushContArgs (arg : args) cont = ApplyTo NoDup arg Nothing (pushContArgs args cont)
 190 \end{code}
 191
 192
 193 \begin{code}
 194 getContArgs :: SwitchChecker
 195             -> OutId -> SimplCont
 196             -> ([(InExpr, Maybe SimplEnv, Bool)],       -- Arguments; the Bool is true for strict args
 197                 SimplCont)                              -- Remaining continuation
 198 -- getContArgs id k = (args, k', inl)
 199 --      args are the leading ApplyTo items in k
 200 --      (i.e. outermost comes first)
 201 --      augmented with demand info from the functionn
 202 getContArgs chkr fun orig_cont
 203   = let
 204                 -- Ignore strictness info if the no-case-of-case
 205                 -- flag is on.  Strictness changes evaluation order
 206                 -- and that can change full laziness
 207         stricts | switchIsOn chkr NoCaseOfCase = vanilla_stricts
 208                 | otherwise                    = computed_stricts
 209     in
 210     go [] stricts orig_cont
 211   where
 212     ----------------------------
 213
 214         -- Type argument
 215     go acc ss (ApplyTo _ arg@(Type _) se cont)
 216         = go ((arg,se,False) : acc) ss cont
 217                 -- NB: don't bother to instantiate the function type
 218
 219         -- Value argument
 220     go acc (s:ss) (ApplyTo _ arg se cont)
 221         = go ((arg,se,s) : acc) ss cont
 222
 223         -- We're run out of arguments, or else we've run out of demands
 224         -- The latter only happens if the result is guaranteed bottom
 225         -- This is the case for
 226         --      * case (error "hello") of { ... }
 227         --      * (error "Hello") arg
 228         --      * f (error "Hello") where f is strict
 229         --      etc
 230         -- Then, especially in the first of these cases, we'd like to discard
 231         -- the continuation, leaving just the bottoming expression.  But the
 232         -- type might not be right, so we may have to add a coerce.
 233     go acc ss cont
 234         | null ss && discardableCont cont = (reverse acc, discardCont cont)
 235         | otherwise                       = (reverse acc, cont)
 236
 237     ----------------------------
 238     vanilla_stricts, computed_stricts :: [Bool]
 239     vanilla_stricts  = repeat False
 240     computed_stricts = zipWith (||) fun_stricts arg_stricts
 241
 242     ----------------------------
 243     (val_arg_tys, _) = splitFunTys (dropForAlls (idType fun))
 244     arg_stricts      = map isStrictType val_arg_tys ++ repeat False
 245         -- These argument types are used as a cheap and cheerful way to find
 246         -- unboxed arguments, which must be strict.  But it's an InType
 247         -- and so there might be a type variable where we expect a function
 248         -- type (the substitution hasn't happened yet).  And we don't bother
 249         -- doing the type applications for a polymorphic function.
 250         -- Hence the splitFunTys*IgnoringForAlls*
 251
 252     ----------------------------
 253         -- If fun_stricts is finite, it means the function returns bottom
 254         -- after that number of value args have been consumed
 255         -- Otherwise it's infinite, extended with False
 256     fun_stricts
 257       = case splitStrictSig (idNewStrictness fun) of
 258           (demands, result_info)
 259                 | not (demands `lengthExceeds` countValArgs orig_cont)
 260                 ->      -- Enough args, use the strictness given.
 261                         -- For bottoming functions we used to pretend that the arg
 262                         -- is lazy, so that we don't treat the arg as an
 263                         -- interesting context.  This avoids substituting
 264                         -- top-level bindings for (say) strings into
 265                         -- calls to error.  But now we are more careful about
 266                         -- inlining lone variables, so its ok (see SimplUtils.analyseCont)
 267                    if isBotRes result_info then
 268                         map isStrictDmd demands         -- Finite => result is bottom
 269                    else
 270                         map isStrictDmd demands ++ vanilla_stricts
 271
 272           other -> vanilla_stricts      -- Not enough args, or no strictness
 273
 274 -------------------
 275 interestingArg :: OutExpr -> Bool
 276         -- An argument is interesting if it has *some* structure
 277         -- We are here trying to avoid unfolding a function that
 278         -- is applied only to variables that have no unfolding
 279         -- (i.e. they are probably lambda bound): f x y z
 280         -- There is little point in inlining f here.
 281 interestingArg (Var v)           = hasSomeUnfolding (idUnfolding v)
 282                                         -- Was: isValueUnfolding (idUnfolding v')
 283                                         -- But that seems over-pessimistic
 284                                  || isDataConWorkId v
 285                                         -- This accounts for an argument like
 286                                         -- () or [], which is definitely interesting
 287 interestingArg (Type _)          = False
 288 interestingArg (App fn (Type _)) = interestingArg fn
 289 interestingArg (Note _ a)        = interestingArg a
 290 interestingArg other             = True
 291         -- Consider     let x = 3 in f x
 292         -- The substitution will contain (x -> ContEx 3), and we want to
 293         -- to say that x is an interesting argument.
 294         -- But consider also (\x. f x y) y
 295         -- The substitution will contain (x -> ContEx y), and we want to say
 296         -- that x is not interesting (assuming y has no unfolding)
 297 \end{code}
 298
 299 Comment about interestingCallContext
 300 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 301 We want to avoid inlining an expression where there can't possibly be
 302 any gain, such as in an argument position.  Hence, if the continuation
 303 is interesting (eg. a case scrutinee, application etc.) then we
 304 inline, otherwise we don't.
 305
 306 Previously some_benefit used to return True only if the variable was
 307 applied to some value arguments.  This didn't work:
 308
 309         let x = _coerce_ (T Int) Int (I# 3) in
 310         case _coerce_ Int (T Int) x of
 311                 I# y -> ....
 312
 313 we want to inline x, but can't see that it's a constructor in a case
 314 scrutinee position, and some_benefit is False.
 315
 316 Another example:
 317
 318 dMonadST = _/\_ t -> :Monad (g1 _@_ t, g2 _@_ t, g3 _@_ t)
 319
 320 ....  case dMonadST _@_ x0 of (a,b,c) -> ....
 321
 322 we'd really like to inline dMonadST here, but we *don't* want to
 323 inline if the case expression is just
 324
 325         case x of y { DEFAULT -> ... }
 326
 327 since we can just eliminate this case instead (x is in WHNF).  Similar
 328 applies when x is bound to a lambda expression.  Hence
 329 contIsInteresting looks for case expressions with just a single
 330 default case.
 331
 332 \begin{code}
 333 interestingCallContext :: Bool          -- False <=> no args at all
 334                        -> Bool          -- False <=> no value args
 335                        -> SimplCont -> Bool
 336         -- The "lone-variable" case is important.  I spent ages
 337         -- messing about with unsatisfactory varaints, but this is nice.
 338         -- The idea is that if a variable appear all alone
 339         --      as an arg of lazy fn, or rhs    Stop
 340         --      as scrutinee of a case          Select
 341         --      as arg of a strict fn           ArgOf
 342         -- then we should not inline it (unless there is some other reason,
 343         -- e.g. is is the sole occurrence).  We achieve this by making
 344         -- interestingCallContext return False for a lone variable.
 345         --
 346         -- Why?  At least in the case-scrutinee situation, turning
 347         --      let x = (a,b) in case x of y -> ...
 348         -- into
 349         --      let x = (a,b) in case (a,b) of y -> ...
 350         -- and thence to
 351         --      let x = (a,b) in let y = (a,b) in ...
 352         -- is bad if the binding for x will remain.
 353         --
 354         -- Another example: I discovered that strings
 355         -- were getting inlined straight back into applications of 'error'
 356         -- because the latter is strict.
 357         --      s = "foo"
 358         --      f = \x -> ...(error s)...
 359
 360         -- Fundamentally such contexts should not ecourage inlining because
 361         -- the context can ``see'' the unfolding of the variable (e.g. case or a RULE)
 362         -- so there's no gain.
 363         --
 364         -- However, even a type application or coercion isn't a lone variable.
 365         -- Consider
 366         --      case $fMonadST @ RealWorld of { :DMonad a b c -> c }
 367         -- We had better inline that sucker!  The case won't see through it.
 368         --
 369         -- For now, I'm treating treating a variable applied to types
 370         -- in a *lazy* context "lone". The motivating example was
 371         --      f = /\a. \x. BIG
 372         --      g = /\a. \y.  h (f a)
 373         -- There's no advantage in inlining f here, and perhaps
 374         -- a significant disadvantage.  Hence some_val_args in the Stop case
 375
 376 interestingCallContext some_args some_val_args cont
 377   = interesting cont
 378   where
 379     interesting (Select {})              = some_args
 380     interesting (ApplyTo {})             = True -- Can happen if we have (coerce t (f x)) y
 381                                                 -- Perhaps True is a bit over-keen, but I've
 382                                                 -- seen (coerce f) x, where f has an INLINE prag,
 383                                                 -- So we have to give some motivaiton for inlining it
 384     interesting (ArgOf {})               = some_val_args
 385     interesting (Stop ty _ interesting)  = some_val_args && interesting
 386     interesting (CoerceIt _ cont)        = interesting cont
 387         -- If this call is the arg of a strict function, the context
 388         -- is a bit interesting.  If we inline here, we may get useful
 389         -- evaluation information to avoid repeated evals: e.g.
 390         --      x + (y * z)
 391         -- Here the contIsInteresting makes the '*' keener to inline,
 392         -- which in turn exposes a constructor which makes the '+' inline.
 393         -- Assuming that +,* aren't small enough to inline regardless.
 394         --
 395         -- It's also very important to inline in a strict context for things
 396         -- like
 397         --              foldr k z (f x)
 398         -- Here, the context of (f x) is strict, and if f's unfolding is
 399         -- a build it's *great* to inline it here.  So we must ensure that
 400         -- the context for (f x) is not totally uninteresting.
 401
 402
 403 -------------------
 404 interestingArgContext :: Id -> SimplCont -> Bool
 405 -- If the argument has form (f x y), where x,y are boring,
 406 -- and f is marked INLINE, then we don't want to inline f.
 407 -- But if the context of the argument is
 408 --      g (f x y)
 409 -- where g has rules, then we *do* want to inline f, in case it
 410 -- exposes a rule that might fire.  Similarly, if the context is
 411 --      h (g (f x x))
 412 -- where h has rules, then we do want to inline f.
 413 -- The interesting_arg_ctxt flag makes this happen; if it's
 414 -- set, the inliner gets just enough keener to inline f
 415 -- regardless of how boring f's arguments are, if it's marked INLINE
 416 --
 417 -- The alternative would be to *always* inline an INLINE function,
 418 -- regardless of how boring its context is; but that seems overkill
 419 -- For example, it'd mean that wrapper functions were always inlined
 420 interestingArgContext fn cont
 421   = idHasRules fn || go cont
 422   where
 423     go (Select {})            = False
 424     go (ApplyTo {})           = False
 425     go (ArgOf {})             = True
 426     go (CoerceIt _ c)         = go c
 427     go (Stop _ _ interesting) = interesting
 428
 429 -------------------
 430 canUpdateInPlace :: Type -> Bool
 431 -- Consider   let x = <wurble> in ...
 432 -- If <wurble> returns an explicit constructor, we might be able
 433 -- to do update in place.  So we treat even a thunk RHS context
 434 -- as interesting if update in place is possible.  We approximate
 435 -- this by seeing if the type has a single constructor with a
 436 -- small arity.  But arity zero isn't good -- we share the single copy
 437 -- for that case, so no point in sharing.
 438
 439 canUpdateInPlace ty
 440   | not opt_UF_UpdateInPlace = False
 441   | otherwise
 442   = case splitTyConApp_maybe ty of
 443         Nothing         -> False
 444         Just (tycon, _) -> case tyConDataCons_maybe tycon of
 445                                 Just [dc]  -> arity == 1 || arity == 2
 446                                            where
 447                                               arity = dataConRepArity dc
 448                                 other -> False
 449 \end{code}
 450
 451
 452
 453 %************************************************************************
 454 %*                                                                      *
 455 \subsection{Decisions about inlining}
 456 %*                                                                      *
 457 %************************************************************************
 458
 459 Inlining is controlled partly by the SimplifierMode switch.  This has two
 460 settings:
 461
 462         SimplGently     (a) Simplifying before specialiser/full laziness
 463                         (b) Simplifiying inside INLINE pragma
 464                         (c) Simplifying the LHS of a rule
 465                         (d) Simplifying a GHCi expression or Template
 466                                 Haskell splice
 467
 468         SimplPhase n    Used at all other times
 469
 470 The key thing about SimplGently is that it does no call-site inlining.
 471 Before full laziness we must be careful not to inline wrappers,
 472 because doing so inhibits floating
 473     e.g. ...(case f x of ...)...
 474     ==> ...(case (case x of I# x# -> fw x#) of ...)...
 475     ==> ...(case x of I# x# -> case fw x# of ...)...
 476 and now the redex (f x) isn't floatable any more.
 477
 478 The no-inlining thing is also important for Template Haskell.  You might be
 479 compiling in one-shot mode with -O2; but when TH compiles a splice before
 480 running it, we don't want to use -O2.  Indeed, we don't want to inline
 481 anything, because the byte-code interpreter might get confused about
 482 unboxed tuples and suchlike.
 483
 484 INLINE pragmas
 485 ~~~~~~~~~~~~~~
 486 SimplGently is also used as the mode to simplify inside an InlineMe note.
 487
 488 \begin{code}
 489 inlineMode :: SimplifierMode
 490 inlineMode = SimplGently
 491 \end{code}
 492
 493 It really is important to switch off inlinings inside such
 494 expressions.  Consider the following example
 495
 496         let f = \pq -> BIG
 497         in
 498         let g = \y -> f y y
 499             {-# INLINE g #-}
 500         in ...g...g...g...g...g...
 501
 502 Now, if that's the ONLY occurrence of f, it will be inlined inside g,
 503 and thence copied multiple times when g is inlined.
 504
 505
 506 This function may be inlinined in other modules, so we
 507 don't want to remove (by inlining) calls to functions that have
 508 specialisations, or that may have transformation rules in an importing
 509 scope.
 510
 511 E.g.    {-# INLINE f #-}
 512                 f x = ...g...
 513
 514 and suppose that g is strict *and* has specialisations.  If we inline
 515 g's wrapper, we deny f the chance of getting the specialised version
 516 of g when f is inlined at some call site (perhaps in some other
 517 module).
 518
 519 It's also important not to inline a worker back into a wrapper.
 520 A wrapper looks like
 521         wraper = inline_me (\x -> ...worker... )
 522 Normally, the inline_me prevents the worker getting inlined into
 523 the wrapper (initially, the worker's only call site!).  But,
 524 if the wrapper is sure to be called, the strictness analyser will
 525 mark it 'demanded', so when the RHS is simplified, it'll get an ArgOf
 526 continuation.  That's why the keep_inline predicate returns True for
 527 ArgOf continuations.  It shouldn't do any harm not to dissolve the
 528 inline-me note under these circumstances.
 529
 530 Note that the result is that we do very little simplification
 531 inside an InlineMe.
 532
 533         all xs = foldr (&&) True xs
 534         any p = all . map p  {-# INLINE any #-}
 535
 536 Problem: any won't get deforested, and so if it's exported and the
 537 importer doesn't use the inlining, (eg passes it as an arg) then we
 538 won't get deforestation at all.  We havn't solved this problem yet!
 539
 540
 541 preInlineUnconditionally
 542 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 543 @preInlineUnconditionally@ examines a bndr to see if it is used just
 544 once in a completely safe way, so that it is safe to discard the
 545 binding inline its RHS at the (unique) usage site, REGARDLESS of how
 546 big the RHS might be.  If this is the case we don't simplify the RHS
 547 first, but just inline it un-simplified.
 548
 549 This is much better than first simplifying a perhaps-huge RHS and then
 550 inlining and re-simplifying it.  Indeed, it can be at least quadratically
 551 better.  Consider
 552
 553         x1 = e1
 554         x2 = e2[x1]
 555         x3 = e3[x2]
 556         ...etc...
 557         xN = eN[xN-1]
 558
 559 We may end up simplifying e1 N times, e2 N-1 times, e3 N-3 times etc.
 560 This can happen with cascades of functions too:
 561
 562         f1 = \x1.e1
 563         f2 = \xs.e2[f1]
 564         f3 = \xs.e3[f3]
 565         ...etc...
 566
 567 THE MAIN INVARIANT is this:
 568
 569         ----  preInlineUnconditionally invariant -----
 570    IF preInlineUnconditionally chooses to inline x = <rhs>
 571    THEN doing the inlining should not change the occurrence
 572         info for the free vars of <rhs>
 573         ----------------------------------------------
 574
 575 For example, it's tempting to look at trivial binding like
 576         x = y
 577 and inline it unconditionally.  But suppose x is used many times,
 578 but this is the unique occurrence of y.  Then inlining x would change
 579 y's occurrence info, which breaks the invariant.  It matters: y
 580 might have a BIG rhs, which will now be dup'd at every occurrenc of x.
 581
 582
 583 Evne RHSs labelled InlineMe aren't caught here, because there might be
 584 no benefit from inlining at the call site.
 585
 586 [Sept 01] Don't unconditionally inline a top-level thing, because that
 587 can simply make a static thing into something built dynamically.  E.g.
 588         x = (a,b)
 589         main = \s -> h x
 590
 591 [Remember that we treat \s as a one-shot lambda.]  No point in
 592 inlining x unless there is something interesting about the call site.
 593
 594 But watch out: if you aren't careful, some useful foldr/build fusion
 595 can be lost (most notably in spectral/hartel/parstof) because the
 596 foldr didn't see the build.  Doing the dynamic allocation isn't a big
 597 deal, in fact, but losing the fusion can be.  But the right thing here
 598 seems to be to do a callSiteInline based on the fact that there is
 599 something interesting about the call site (it's strict).  Hmm.  That
 600 seems a bit fragile.
 601
 602 Conclusion: inline top level things gaily until Phase 0 (the last
 603 phase), at which point don't.
 604
 605 \begin{code}
 606 preInlineUnconditionally :: SimplEnv -> TopLevelFlag -> InId -> InExpr -> Bool
 607 preInlineUnconditionally env top_lvl bndr rhs
 608   | not active             = False
 609   | opt_SimplNoPreInlining = False
 610   | otherwise = case idOccInfo bndr of
 611                   IAmDead                    -> True    -- Happens in ((\x.1) v)
 612                   OneOcc in_lam True int_cxt -> try_once in_lam int_cxt
 613                   other                      -> False
 614   where
 615     phase = getMode env
 616     active = case phase of
 617                    SimplGently  -> isAlwaysActive prag
 618                    SimplPhase n -> isActive n prag
 619     prag = idInlinePragma bndr
 620
 621     try_once in_lam int_cxt     -- There's one textual occurrence
 622         | not in_lam = isNotTopLevel top_lvl || early_phase
 623         | otherwise  = int_cxt && canInlineInLam rhs
 624
 625 -- Be very careful before inlining inside a lambda, becuase (a) we must not
 626 -- invalidate occurrence information, and (b) we want to avoid pushing a
 627 -- single allocation (here) into multiple allocations (inside lambda).
 628 -- Inlining a *function* with a single *saturated* call would be ok, mind you.
 629 --      || (if is_cheap && not (canInlineInLam rhs) then pprTrace "preinline" (ppr bndr <+> ppr rhs) ok else ok)
 630 --      where
 631 --              is_cheap = exprIsCheap rhs
 632 --              ok = is_cheap && int_cxt
 633
 634         --      int_cxt         The context isn't totally boring
 635         -- E.g. let f = \ab.BIG in \y. map f xs
 636         --      Don't want to substitute for f, because then we allocate
 637         --      its closure every time the \y is called
 638         -- But: let f = \ab.BIG in \y. map (f y) xs
 639         --      Now we do want to substitute for f, even though it's not
 640         --      saturated, because we're going to allocate a closure for
 641         --      (f y) every time round the loop anyhow.
 642
 643         -- canInlineInLam => free vars of rhs are (Once in_lam) or Many,
 644         -- so substituting rhs inside a lambda doesn't change the occ info.
 645         -- Sadly, not quite the same as exprIsHNF.
 646     canInlineInLam (Lit l)              = True
 647     canInlineInLam (Lam b e)            = isRuntimeVar b || canInlineInLam e
 648     canInlineInLam (Note _ e)           = canInlineInLam e
 649     canInlineInLam _                    = False
 650
 651     early_phase = case phase of
 652                         SimplPhase 0 -> False
 653                         other        -> True
 654 -- If we don't have this early_phase test, consider
 655 --      x = length [1,2,3]
 656 -- The full laziness pass carefully floats all the cons cells to
 657 -- top level, and preInlineUnconditionally floats them all back in.
 658 -- Result is (a) static allocation replaced by dynamic allocation
 659 --           (b) many simplifier iterations because this tickles
 660 --               a related problem; only one inlining per pass
 661 --
 662 -- On the other hand, I have seen cases where top-level fusion is
 663 -- lost if we don't inline top level thing (e.g. string constants)
 664 -- Hence the test for phase zero (which is the phase for all the final
 665 -- simplifications).  Until phase zero we take no special notice of
 666 -- top level things, but then we become more leery about inlining
 667 -- them.
 668
 669 \end{code}
 670
 671 postInlineUnconditionally
 672 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 673 @postInlineUnconditionally@ decides whether to unconditionally inline
 674 a thing based on the form of its RHS; in particular if it has a
 675 trivial RHS.  If so, we can inline and discard the binding altogether.
 676
 677 NB: a loop breaker has must_keep_binding = True and non-loop-breakers
 678 only have *forward* references Hence, it's safe to discard the binding
 679
 680 NOTE: This isn't our last opportunity to inline.  We're at the binding
 681 site right now, and we'll get another opportunity when we get to the
 682 ocurrence(s)
 683
 684 Note that we do this unconditional inlining only for trival RHSs.
 685 Don't inline even WHNFs inside lambdas; doing so may simply increase
 686 allocation when the function is called. This isn't the last chance; see
 687 NOTE above.
 688
 689 NB: Even inline pragmas (e.g. IMustBeINLINEd) are ignored here Why?
 690 Because we don't even want to inline them into the RHS of constructor
 691 arguments. See NOTE above
 692
 693 NB: At one time even NOINLINE was ignored here: if the rhs is trivial
 694 it's best to inline it anyway.  We often get a=E; b=a from desugaring,
 695 with both a and b marked NOINLINE.  But that seems incompatible with
 696 our new view that inlining is like a RULE, so I'm sticking to the 'active'
 697 story for now.
 698
 699 \begin{code}
 700 postInlineUnconditionally
 701     :: SimplEnv -> TopLevelFlag
 702     -> InId             -- The binder (an OutId would be fine too)
 703     -> OccInfo          -- From the InId
 704     -> OutExpr
 705     -> Unfolding
 706     -> Bool
 707 postInlineUnconditionally env top_lvl bndr occ_info rhs unfolding
 708   | not active             = False
 709   | isLoopBreaker occ_info = False
 710   | isExportedId bndr      = False
 711   | exprIsTrivial rhs      = True
 712   | otherwise
 713   = case occ_info of
 714         -- The point of examining occ_info here is that for *non-values*
 715         -- that occur outside a lambda, the call-site inliner won't have
 716         -- a chance (becuase it doesn't know that the thing
 717         -- only occurs once).   The pre-inliner won't have gotten
 718         -- it either, if the thing occurs in more than one branch
 719         -- So the main target is things like
 720         --      let x = f y in
 721         --      case v of
 722         --         True  -> case x of ...
 723         --         False -> case x of ...
 724         -- I'm not sure how important this is in practice
 725       OneOcc in_lam one_br int_cxt      -- OneOcc => no work-duplication issue
 726         ->     smallEnoughToInline unfolding    -- Small enough to dup
 727                         -- ToDo: consider discount on smallEnoughToInline if int_cxt is true
 728                         --
 729                         -- NB: Do NOT inline arbitrarily big things, even if one_br is True
 730                         -- Reason: doing so risks exponential behaviour.  We simplify a big
 731                         --         expression, inline it, and simplify it again.  But if the
 732                         --         very same thing happens in the big expression, we get
 733                         --         exponential cost!
 734                         -- PRINCIPLE: when we've already simplified an expression once,
 735                         -- make sure that we only inline it if it's reasonably small.
 736
 737            &&  ((isNotTopLevel top_lvl && not in_lam) ||
 738                         -- But outside a lambda, we want to be reasonably aggressive
 739                         -- about inlining into multiple branches of case
 740                         -- e.g. let x = <non-value>
 741                         --      in case y of { C1 -> ..x..; C2 -> ..x..; C3 -> ... }
 742                         -- Inlining can be a big win if C3 is the hot-spot, even if
 743                         -- the uses in C1, C2 are not 'interesting'
 744                         -- An example that gets worse if you add int_cxt here is 'clausify'
 745
 746                 (isCheapUnfolding unfolding && int_cxt))
 747                         -- isCheap => acceptable work duplication; in_lam may be true
 748                         -- int_cxt to prevent us inlining inside a lambda without some
 749                         -- good reason.  See the notes on int_cxt in preInlineUnconditionally
 750
 751       IAmDead -> True   -- This happens; for example, the case_bndr during case of
 752                         -- known constructor:  case (a,b) of x { (p,q) -> ... }
 753                         -- Here x isn't mentioned in the RHS, so we don't want to
 754                         -- create the (dead) let-binding  let x = (a,b) in ...
 755
 756       other -> False
 757
 758 -- Here's an example that we don't handle well:
 759 --      let f = if b then Left (\x.BIG) else Right (\y.BIG)
 760 --      in \y. ....case f of {...} ....
 761 -- Here f is used just once, and duplicating the case work is fine (exprIsCheap).
 762 -- But
 763 -- * We can't preInlineUnconditionally because that woud invalidate
 764 --   the occ info for b.
 765 -- * We can't postInlineUnconditionally because the RHS is big, and
 766 --   that risks exponential behaviour
 767 -- * We can't call-site inline, because the rhs is big
 768 -- Alas!
 769
 770   where
 771     active = case getMode env of
 772                    SimplGently  -> isAlwaysActive prag
 773                    SimplPhase n -> isActive n prag
 774     prag = idInlinePragma bndr
 775
 776 activeInline :: SimplEnv -> OutId -> OccInfo -> Bool
 777 activeInline env id occ
 778   = case getMode env of
 779       SimplGently -> isOneOcc occ && isAlwaysActive prag
 780         -- No inlining at all when doing gentle stuff,
 781         -- except for local things that occur once
 782         -- The reason is that too little clean-up happens if you
 783         -- don't inline use-once things.   Also a bit of inlining is *good* for
 784         -- full laziness; it can expose constant sub-expressions.
 785         -- Example in spectral/mandel/Mandel.hs, where the mandelset
 786         -- function gets a useful let-float if you inline windowToViewport
 787
 788         -- NB: we used to have a second exception, for data con wrappers.
 789         -- On the grounds that we use gentle mode for rule LHSs, and
 790         -- they match better when data con wrappers are inlined.
 791         -- But that only really applies to the trivial wrappers (like (:)),
 792         -- and they are now constructed as Compulsory unfoldings (in MkId)
 793         -- so they'll happen anyway.
 794
 795       SimplPhase n -> isActive n prag
 796   where
 797     prag = idInlinePragma id
 798
 799 activeRule :: SimplEnv -> Maybe (Activation -> Bool)
 800 -- Nothing => No rules at all
 801 activeRule env
 802   | opt_RulesOff = Nothing
 803   | otherwise
 804   = case getMode env of
 805         SimplGently  -> Just isAlwaysActive
 806                         -- Used to be Nothing (no rules in gentle mode)
 807                         -- Main motivation for changing is that I wanted
 808                         --      lift String ===> ...
 809                         -- to work in Template Haskell when simplifying
 810                         -- splices, so we get simpler code for literal strings
 811         SimplPhase n -> Just (isActive n)
 812 \end{code}
 813
 814
 815 %************************************************************************
 816 %*                                                                      *
 817 \subsection{Rebuilding a lambda}
 818 %*                                                                      *
 819 %************************************************************************
 820
 821 \begin{code}
 822 mkLam :: SimplEnv -> [OutBinder] -> OutExpr -> SimplCont -> SimplM FloatsWithExpr
 823 \end{code}
 824
 825 Try three things
 826         a) eta reduction, if that gives a trivial expression
 827         b) eta expansion [only if there are some value lambdas]
 828         c) floating lets out through big lambdas
 829                 [only if all tyvar lambdas, and only if this lambda
 830                  is the RHS of a let]
 831
 832 \begin{code}
 833 mkLam env bndrs body cont
 834  = getDOptsSmpl  `thenSmpl` \dflags ->
 835    mkLam' dflags env bndrs body cont
 836  where
 837  mkLam' dflags env bndrs body cont
 838    | dopt Opt_DoEtaReduction dflags,
 839      Just etad_lam <- tryEtaReduce bndrs body
 840    = tick (EtaReduction (head bndrs))   `thenSmpl_`
 841      returnSmpl (emptyFloats env, etad_lam)
 842
 843    | dopt Opt_DoLambdaEtaExpansion dflags,
 844      any isRuntimeVar bndrs
 845    = tryEtaExpansion dflags body        `thenSmpl` \ body' ->
 846      returnSmpl (emptyFloats env, mkLams bndrs body')
 847
 848 {-      Sept 01: I'm experimenting with getting the
 849         full laziness pass to float out past big lambdsa
 850  | all isTyVar bndrs,   -- Only for big lambdas
 851    contIsRhs cont       -- Only try the rhs type-lambda floating
 852                         -- if this is indeed a right-hand side; otherwise
 853                         -- we end up floating the thing out, only for float-in
 854                         -- to float it right back in again!
 855  = tryRhsTyLam env bndrs body           `thenSmpl` \ (floats, body') ->
 856    returnSmpl (floats, mkLams bndrs body')
 857 -}
 858
 859    | otherwise
 860    = returnSmpl (emptyFloats env, mkLams bndrs body)
 861 \end{code}
 862
 863
 864 %************************************************************************
 865 %*                                                                      *
 866 \subsection{Eta expansion and reduction}
 867 %*                                                                      *
 868 %************************************************************************
 869
 870 We try for eta reduction here, but *only* if we get all the
 871 way to an exprIsTrivial expression.
 872 We don't want to remove extra lambdas unless we are going
 873 to avoid allocating this thing altogether
 874
 875 \begin{code}
 876 tryEtaReduce :: [OutBinder] -> OutExpr -> Maybe OutExpr
 877 tryEtaReduce bndrs body
 878         -- We don't use CoreUtils.etaReduce, because we can be more
 879         -- efficient here:
 880         --  (a) we already have the binders
 881         --  (b) we can do the triviality test before computing the free vars
 882   = go (reverse bndrs) body
 883   where
 884     go (b : bs) (App fun arg) | ok_arg b arg = go bs fun        -- Loop round
 885     go []       fun           | ok_fun fun   = Just fun         -- Success!
 886     go _        _                            = Nothing          -- Failure!
 887
 888     ok_fun fun =  exprIsTrivial fun
 889                && not (any (`elemVarSet` (exprFreeVars fun)) bndrs)
 890                && (exprIsHNF fun || all ok_lam bndrs)
 891     ok_lam v = isTyVar v || isDictId v
 892         -- The exprIsHNF is because eta reduction is not
 893         -- valid in general:  \x. bot  /=  bot
 894         -- So we need to be sure that the "fun" is a value.
 895         --
 896         -- However, we always want to reduce (/\a -> f a) to f
 897         -- This came up in a RULE: foldr (build (/\a -> g a))
 898         --      did not match      foldr (build (/\b -> ...something complex...))
 899         -- The type checker can insert these eta-expanded versions,
 900         -- with both type and dictionary lambdas; hence the slightly
 901         -- ad-hoc isDictTy
 902
 903     ok_arg b arg = varToCoreExpr b `cheapEqExpr` arg
 904 \end{code}
 905
 906
 907         Try eta expansion for RHSs
 908
 909 We go for:
 910    f = \x1..xn -> N  ==>   f = \x1..xn y1..ym -> N y1..ym
 911                                  (n >= 0)
 912
 913 where (in both cases)
 914
 915         * The xi can include type variables
 916
 917         * The yi are all value variables
 918
 919         * N is a NORMAL FORM (i.e. no redexes anywhere)
 920           wanting a suitable number of extra args.
 921
 922 We may have to sandwich some coerces between the lambdas
 923 to make the types work.   exprEtaExpandArity looks through coerces
 924 when computing arity; and etaExpand adds the coerces as necessary when
 925 actually computing the expansion.
 926
 927 \begin{code}
 928 tryEtaExpansion :: DynFlags -> OutExpr -> SimplM OutExpr
 929 -- There is at least one runtime binder in the binders
 930 tryEtaExpansion dflags body
 931   = getUniquesSmpl                      `thenSmpl` \ us ->
 932     returnSmpl (etaExpand fun_arity us body (exprType body))
 933   where
 934     fun_arity = exprEtaExpandArity dflags body
 935 \end{code}
 936
 937
 938 %************************************************************************
 939 %*                                                                      *
 940 \subsection{Floating lets out of big lambdas}
 941 %*                                                                      *
 942 %************************************************************************
 943
 944 tryRhsTyLam tries this transformation, when the big lambda appears as
 945 the RHS of a let(rec) binding:
 946
 947         /\abc -> let(rec) x = e in b
 948    ==>
 949         let(rec) x' = /\abc -> let x = x' a b c in e
 950         in
 951         /\abc -> let x = x' a b c in b
 952
 953 This is good because it can turn things like:
 954
 955         let f = /\a -> letrec g = ... g ... in g
 956 into
 957         letrec g' = /\a -> ... g' a ...
 958         in
 959         let f = /\ a -> g' a
 960
 961 which is better.  In effect, it means that big lambdas don't impede
 962 let-floating.
 963
 964 This optimisation is CRUCIAL in eliminating the junk introduced by
 965 desugaring mutually recursive definitions.  Don't eliminate it lightly!
 966
 967 So far as the implementation is concerned:
 968
 969         Invariant: go F e = /\tvs -> F e
 970
 971         Equalities:
 972                 go F (Let x=e in b)
 973                 = Let x' = /\tvs -> F e
 974                   in
 975                   go G b
 976                 where
 977                     G = F . Let x = x' tvs
 978
 979                 go F (Letrec xi=ei in b)
 980                 = Letrec {xi' = /\tvs -> G ei}
 981                   in
 982                   go G b
 983                 where
 984                   G = F . Let {xi = xi' tvs}
 985
 986 [May 1999]  If we do this transformation *regardless* then we can
 987 end up with some pretty silly stuff.  For example,
 988
 989         let
 990             st = /\ s -> let { x1=r1 ; x2=r2 } in ...
 991         in ..
 992 becomes
 993         let y1 = /\s -> r1
 994             y2 = /\s -> r2
 995             st = /\s -> ...[y1 s/x1, y2 s/x2]
 996         in ..
 997
 998 Unless the "..." is a WHNF there is really no point in doing this.
 999 Indeed it can make things worse.  Suppose x1 is used strictly,
1000 and is of the form
1001
1002         x1* = case f y of { (a,b) -> e }
1003
1004 If we abstract this wrt the tyvar we then can't do the case inline
1005 as we would normally do.
1006
1007
1008 \begin{code}
1009 {-      Trying to do this in full laziness
1010
1011 tryRhsTyLam :: SimplEnv -> [OutTyVar] -> OutExpr -> SimplM FloatsWithExpr
1012 -- Call ensures that all the binders are type variables
1013
1014 tryRhsTyLam env tyvars body             -- Only does something if there's a let
1015   |  not (all isTyVar tyvars)
1016   || not (worth_it body)                -- inside a type lambda,
1017   = returnSmpl (emptyFloats env, body)  -- and a WHNF inside that
1018
1019   | otherwise
1020   = go env (\x -> x) body
1021
1022   where
1023     worth_it e@(Let _ _) = whnf_in_middle e
1024     worth_it e           = False
1025
1026     whnf_in_middle (Let (NonRec x rhs) e) | isUnLiftedType (idType x) = False
1027     whnf_in_middle (Let _ e) = whnf_in_middle e
1028     whnf_in_middle e         = exprIsCheap e
1029
1030     main_tyvar_set = mkVarSet tyvars
1031
1032     go env fn (Let bind@(NonRec var rhs) body)
1033       | exprIsTrivial rhs
1034       = go env (fn . Let bind) body
1035
1036     go env fn (Let (NonRec var rhs) body)
1037       = mk_poly tyvars_here var                                                 `thenSmpl` \ (var', rhs') ->
1038         addAuxiliaryBind env (NonRec var' (mkLams tyvars_here (fn rhs)))        $ \ env ->
1039         go env (fn . Let (mk_silly_bind var rhs')) body
1040
1041       where
1042
1043         tyvars_here = varSetElems (main_tyvar_set `intersectVarSet` exprSomeFreeVars isTyVar rhs)
1044                 -- Abstract only over the type variables free in the rhs
1045                 -- wrt which the new binding is abstracted.  But the naive
1046                 -- approach of abstract wrt the tyvars free in the Id's type
1047                 -- fails. Consider:
1048                 --      /\ a b -> let t :: (a,b) = (e1, e2)
1049                 --                    x :: a     = fst t
1050                 --                in ...
1051                 -- Here, b isn't free in x's type, but we must nevertheless
1052                 -- abstract wrt b as well, because t's type mentions b.
1053                 -- Since t is floated too, we'd end up with the bogus:
1054                 --      poly_t = /\ a b -> (e1, e2)
1055                 --      poly_x = /\ a   -> fst (poly_t a *b*)
1056                 -- So for now we adopt the even more naive approach of
1057                 -- abstracting wrt *all* the tyvars.  We'll see if that
1058                 -- gives rise to problems.   SLPJ June 98
1059
1060     go env fn (Let (Rec prs) body)
1061        = mapAndUnzipSmpl (mk_poly tyvars_here) vars     `thenSmpl` \ (vars', rhss') ->
1062          let
1063             gn body = fn (foldr Let body (zipWith mk_silly_bind vars rhss'))
1064             pairs   = vars' `zip` [mkLams tyvars_here (gn rhs) | rhs <- rhss]
1065          in
1066          addAuxiliaryBind env (Rec pairs)               $ \ env ->
1067          go env gn body
1068        where
1069          (vars,rhss) = unzip prs
1070          tyvars_here = varSetElems (main_tyvar_set `intersectVarSet` exprsSomeFreeVars isTyVar (map snd prs))
1071                 -- See notes with tyvars_here above
1072
1073     go env fn body = returnSmpl (emptyFloats env, fn body)
1074
1075     mk_poly tyvars_here var
1076       = getUniqueSmpl           `thenSmpl` \ uniq ->
1077         let
1078             poly_name = setNameUnique (idName var) uniq         -- Keep same name
1079             poly_ty   = mkForAllTys tyvars_here (idType var)    -- But new type of course
1080             poly_id   = mkLocalId poly_name poly_ty
1081
1082                 -- In the olden days, it was crucial to copy the occInfo of the original var,
1083                 -- because we were looking at occurrence-analysed but as yet unsimplified code!
1084                 -- In particular, we mustn't lose the loop breakers.  BUT NOW we are looking
1085                 -- at already simplified code, so it doesn't matter
1086                 --
1087                 -- It's even right to retain single-occurrence or dead-var info:
1088                 -- Suppose we started with  /\a -> let x = E in B
1089                 -- where x occurs once in B. Then we transform to:
1090                 --      let x' = /\a -> E in /\a -> let x* = x' a in B
1091                 -- where x* has an INLINE prag on it.  Now, once x* is inlined,
1092                 -- the occurrences of x' will be just the occurrences originally
1093                 -- pinned on x.
1094         in
1095         returnSmpl (poly_id, mkTyApps (Var poly_id) (mkTyVarTys tyvars_here))
1096
1097     mk_silly_bind var rhs = NonRec var (Note InlineMe rhs)
1098                 -- Suppose we start with:
1099                 --
1100                 --      x = /\ a -> let g = G in E
1101                 --
1102                 -- Then we'll float to get
1103                 --
1104                 --      x = let poly_g = /\ a -> G
1105                 --          in /\ a -> let g = poly_g a in E
1106                 --
1107                 -- But now the occurrence analyser will see just one occurrence
1108                 -- of poly_g, not inside a lambda, so the simplifier will
1109                 -- PreInlineUnconditionally poly_g back into g!  Badk to square 1!
1110                 -- (I used to think that the "don't inline lone occurrences" stuff
1111                 --  would stop this happening, but since it's the *only* occurrence,
1112                 --  PreInlineUnconditionally kicks in first!)
1113                 --
1114                 -- Solution: put an INLINE note on g's RHS, so that poly_g seems
1115                 --           to appear many times.  (NB: mkInlineMe eliminates
1116                 --           such notes on trivial RHSs, so do it manually.)
1117 -}
1118 \end{code}
1119
1120 %************************************************************************
1121 %*                                                                      *
1122 \subsection{Case absorption and identity-case elimination}
1123 %*                                                                      *
1124 %************************************************************************
1125
1126 mkCase puts a case expression back together, trying various transformations first.
1127
1128 \begin{code}
1129 mkCase :: OutExpr -> OutId -> OutType
1130        -> [OutAlt]              -- Increasing order
1131        -> SimplM OutExpr
1132
1133 mkCase scrut case_bndr ty alts
1134   = getDOptsSmpl                        `thenSmpl` \dflags ->
1135     mkAlts dflags scrut case_bndr alts  `thenSmpl` \ better_alts ->
1136     mkCase1 scrut case_bndr ty better_alts
1137 \end{code}
1138
1139
1140 mkAlts tries these things:
1141
1142 1.  If several alternatives are identical, merge them into
1143     a single DEFAULT alternative.  I've occasionally seen this
1144     making a big difference:
1145
1146         case e of               =====>     case e of
1147           C _ -> f x                         D v -> ....v....
1148           D v -> ....v....                   DEFAULT -> f x
1149           DEFAULT -> f x
1150
1151    The point is that we merge common RHSs, at least for the DEFAULT case.
1152    [One could do something more elaborate but I've never seen it needed.]
1153    To avoid an expensive test, we just merge branches equal to the *first*
1154    alternative; this picks up the common cases
1155         a) all branches equal
1156         b) some branches equal to the DEFAULT (which occurs first)
1157
1158 2.  Case merging:
1159        case e of b {             ==>   case e of b {
1160          p1 -> rhs1                      p1 -> rhs1
1161          ...                             ...
1162          pm -> rhsm                      pm -> rhsm
1163          _  -> case b of b' {            pn -> let b'=b in rhsn
1164                      pn -> rhsn          ...
1165                      ...                 po -> let b'=b in rhso
1166                      po -> rhso          _  -> let b'=b in rhsd
1167                      _  -> rhsd
1168        }
1169
1170     which merges two cases in one case when -- the default alternative of
1171     the outer case scrutises the same variable as the outer case This
1172     transformation is called Case Merging.  It avoids that the same
1173     variable is scrutinised multiple times.
1174
1175
1176 The case where transformation (1) showed up was like this (lib/std/PrelCError.lhs):
1177
1178         x | p `is` 1 -> e1
1179           | p `is` 2 -> e2
1180         ...etc...
1181
1182 where @is@ was something like
1183
1184         p `is` n = p /= (-1) && p == n
1185
1186 This gave rise to a horrible sequence of cases
1187
1188         case p of
1189           (-1) -> $j p
1190           1    -> e1
1191           DEFAULT -> $j p
1192
1193 and similarly in cascade for all the join points!
1194
1195
1196
1197 \begin{code}
1198 --------------------------------------------------
1199 --      1. Merge identical branches
1200 --------------------------------------------------
1201 mkAlts dflags scrut case_bndr alts@((con1,bndrs1,rhs1) : con_alts)
1202   | all isDeadBinder bndrs1,                    -- Remember the default
1203     length filtered_alts < length con_alts      -- alternative comes first
1204   = tick (AltMerge case_bndr)                   `thenSmpl_`
1205     returnSmpl better_alts
1206   where
1207     filtered_alts        = filter keep con_alts
1208     keep (con,bndrs,rhs) = not (all isDeadBinder bndrs && rhs `cheapEqExpr` rhs1)
1209     better_alts          = (DEFAULT, [], rhs1) : filtered_alts
1210
1211
1212 --------------------------------------------------
1213 --      2.  Merge nested cases
1214 --------------------------------------------------
1215
1216 mkAlts dflags scrut outer_bndr outer_alts
1217   | dopt Opt_CaseMerge dflags,
1218     (outer_alts_without_deflt, maybe_outer_deflt)   <- findDefault outer_alts,
1219     Just (Case (Var scrut_var) inner_bndr _ inner_alts) <- maybe_outer_deflt,
1220     scruting_same_var scrut_var
1221   = let
1222         munged_inner_alts = [(con, args, munge_rhs rhs) | (con, args, rhs) <- inner_alts]
1223         munge_rhs rhs = bindCaseBndr inner_bndr (Var outer_bndr) rhs
1224
1225         new_alts = mergeAlts outer_alts_without_deflt munged_inner_alts
1226                 -- The merge keeps the inner DEFAULT at the front, if there is one
1227                 -- and eliminates any inner_alts that are shadowed by the outer_alts
1228     in
1229     tick (CaseMerge outer_bndr)                         `thenSmpl_`
1230     returnSmpl new_alts
1231         -- Warning: don't call mkAlts recursively!
1232         -- Firstly, there's no point, because inner alts have already had
1233         -- mkCase applied to them, so they won't have a case in their default
1234         -- Secondly, if you do, you get an infinite loop, because the bindCaseBndr
1235         -- in munge_rhs may put a case into the DEFAULT branch!
1236   where
1237         -- We are scrutinising the same variable if it's
1238         -- the outer case-binder, or if the outer case scrutinises a variable
1239         -- (and it's the same).  Testing both allows us not to replace the
1240         -- outer scrut-var with the outer case-binder (Simplify.simplCaseBinder).
1241     scruting_same_var = case scrut of
1242                           Var outer_scrut -> \ v -> v == outer_bndr || v == outer_scrut
1243                           other           -> \ v -> v == outer_bndr
1244
1245 ------------------------------------------------
1246 --      Catch-all
1247 ------------------------------------------------
1248
1249 mkAlts dflags scrut case_bndr other_alts = returnSmpl other_alts
1250 \end{code}
1251
1252
1253
1254 =================================================================================
1255
1256 mkCase1 tries these things
1257
1258 1.  Eliminate the case altogether if possible
1259
1260 2.  Case-identity:
1261
1262         case e of               ===> e
1263                 True  -> True;
1264                 False -> False
1265
1266     and similar friends.
1267
1268
1269 Start with a simple situation:
1270
1271         case x# of      ===>   e[x#/y#]
1272           y# -> e
1273
1274 (when x#, y# are of primitive type, of course).  We can't (in general)
1275 do this for algebraic cases, because we might turn bottom into
1276 non-bottom!
1277
1278 Actually, we generalise this idea to look for a case where we're
1279 scrutinising a variable, and we know that only the default case can
1280 match.  For example:
1281 \begin{verbatim}
1282         case x of
1283           0#    -> ...
1284           other -> ...(case x of
1285                          0#    -> ...
1286                          other -> ...) ...
1287 \end{code}
1288 Here the inner case can be eliminated.  This really only shows up in
1289 eliminating error-checking code.
1290
1291 We also make sure that we deal with this very common case:
1292
1293         case e of
1294           x -> ...x...
1295
1296 Here we are using the case as a strict let; if x is used only once
1297 then we want to inline it.  We have to be careful that this doesn't
1298 make the program terminate when it would have diverged before, so we
1299 check that
1300         - x is used strictly, or
1301         - e is already evaluated (it may so if e is a variable)
1302
1303 Lastly, we generalise the transformation to handle this:
1304
1305         case e of       ===> r
1306            True  -> r
1307            False -> r
1308
1309 We only do this for very cheaply compared r's (constructors, literals
1310 and variables).  If pedantic bottoms is on, we only do it when the
1311 scrutinee is a PrimOp which can't fail.
1312
1313 We do it *here*, looking at un-simplified alternatives, because we
1314 have to check that r doesn't mention the variables bound by the
1315 pattern in each alternative, so the binder-info is rather useful.
1316
1317 So the case-elimination algorithm is:
1318
1319         1. Eliminate alternatives which can't match
1320
1321         2. Check whether all the remaining alternatives
1322                 (a) do not mention in their rhs any of the variables bound in their pattern
1323            and  (b) have equal rhss
1324
1325         3. Check we can safely ditch the case:
1326                    * PedanticBottoms is off,
1327                 or * the scrutinee is an already-evaluated variable
1328                 or * the scrutinee is a primop which is ok for speculation
1329                         -- ie we want to preserve divide-by-zero errors, and
1330                         -- calls to error itself!
1331
1332                 or * [Prim cases] the scrutinee is a primitive variable
1333
1334                 or * [Alg cases] the scrutinee is a variable and
1335                      either * the rhs is the same variable
1336                         (eg case x of C a b -> x  ===>   x)
1337                      or     * there is only one alternative, the default alternative,
1338                                 and the binder is used strictly in its scope.
1339                                 [NB this is helped by the "use default binder where
1340                                  possible" transformation; see below.]
1341
1342
1343 If so, then we can replace the case with one of the rhss.
1344
1345 Further notes about case elimination
1346 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1347 Consider:       test :: Integer -> IO ()
1348                 test = print
1349
1350 Turns out that this compiles to:
1351     Print.test
1352       = \ eta :: Integer
1353           eta1 :: State# RealWorld ->
1354           case PrelNum.< eta PrelNum.zeroInteger of wild { __DEFAULT ->
1355           case hPutStr stdout
1356                  (PrelNum.jtos eta ($w[] @ Char))
1357                  eta1
1358           of wild1 { (# new_s, a4 #) -> PrelIO.lvl23 new_s  }}
1359
1360 Notice the strange '<' which has no effect at all. This is a funny one.
1361 It started like this:
1362
1363 f x y = if x < 0 then jtos x
1364           else if y==0 then "" else jtos x
1365
1366 At a particular call site we have (f v 1).  So we inline to get
1367
1368         if v < 0 then jtos x
1369         else if 1==0 then "" else jtos x
1370
1371 Now simplify the 1==0 conditional:
1372
1373         if v<0 then jtos v else jtos v
1374
1375 Now common-up the two branches of the case:
1376
1377         case (v<0) of DEFAULT -> jtos v
1378
1379 Why don't we drop the case?  Because it's strict in v.  It's technically
1380 wrong to drop even unnecessary evaluations, and in practice they
1381 may be a result of 'seq' so we *definitely* don't want to drop those.
1382 I don't really know how to improve this situation.
1383
1384
1385 \begin{code}
1386 --------------------------------------------------
1387 --      0. Check for empty alternatives
1388 --------------------------------------------------
1389
1390 -- This isn't strictly an error.  It's possible that the simplifer might "see"
1391 -- that an inner case has no accessible alternatives before it "sees" that the
1392 -- entire branch of an outer case is inaccessible.  So we simply
1393 -- put an error case here insteadd
1394 mkCase1 scrut case_bndr ty []
1395   = pprTrace "mkCase1: null alts" (ppr case_bndr <+> ppr scrut) $
1396     return (mkApps (Var eRROR_ID)
1397                    [Type ty, Lit (mkStringLit "Impossible alternative")])
1398
1399 --------------------------------------------------
1400 --      1. Eliminate the case altogether if poss
1401 --------------------------------------------------
1402
1403 mkCase1 scrut case_bndr ty [(con,bndrs,rhs)]
1404   -- See if we can get rid of the case altogether
1405   -- See the extensive notes on case-elimination above
1406   -- mkCase made sure that if all the alternatives are equal,
1407   -- then there is now only one (DEFAULT) rhs
1408  |  all isDeadBinder bndrs,
1409
1410         -- Check that the scrutinee can be let-bound instead of case-bound
1411     exprOkForSpeculation scrut
1412                 -- OK not to evaluate it
1413                 -- This includes things like (==# a# b#)::Bool
1414                 -- so that we simplify
1415                 --      case ==# a# b# of { True -> x; False -> x }
1416                 -- to just
1417                 --      x
1418                 -- This particular example shows up in default methods for
1419                 -- comparision operations (e.g. in (>=) for Int.Int32)
1420         || exprIsHNF scrut                      -- It's already evaluated
1421         || var_demanded_later scrut             -- It'll be demanded later
1422
1423 --      || not opt_SimplPedanticBottoms)        -- Or we don't care!
1424 --      We used to allow improving termination by discarding cases, unless -fpedantic-bottoms was on,
1425 --      but that breaks badly for the dataToTag# primop, which relies on a case to evaluate
1426 --      its argument:  case x of { y -> dataToTag# y }
1427 --      Here we must *not* discard the case, because dataToTag# just fetches the tag from
1428 --      the info pointer.  So we'll be pedantic all the time, and see if that gives any
1429 --      other problems
1430 --      Also we don't want to discard 'seq's
1431   = tick (CaseElim case_bndr)                   `thenSmpl_`
1432     returnSmpl (bindCaseBndr case_bndr scrut rhs)
1433
1434   where
1435         -- The case binder is going to be evaluated later,
1436         -- and the scrutinee is a simple variable
1437     var_demanded_later (Var v) = isStrictDmd (idNewDemandInfo case_bndr)
1438     var_demanded_later other   = False
1439
1440
1441 --------------------------------------------------
1442 --      2. Identity case
1443 --------------------------------------------------
1444
1445 mkCase1 scrut case_bndr ty alts -- Identity case
1446   | all identity_alt alts
1447   = tick (CaseIdentity case_bndr)               `thenSmpl_`
1448     returnSmpl (re_note scrut)
1449   where
1450     identity_alt (con, args, rhs) = de_note rhs `cheapEqExpr` identity_rhs con args
1451
1452     identity_rhs (DataAlt con) args = mkConApp con (arg_tys ++ map varToCoreExpr args)
1453     identity_rhs (LitAlt lit)  _    = Lit lit
1454     identity_rhs DEFAULT       _    = Var case_bndr
1455
1456     arg_tys = map Type (tyConAppArgs (idType case_bndr))
1457
1458         -- We've seen this:
1459         --      case coerce T e of x { _ -> coerce T' x }
1460         -- And we definitely want to eliminate this case!
1461         -- So we throw away notes from the RHS, and reconstruct
1462         -- (at least an approximation) at the other end
1463     de_note (Note _ e) = de_note e
1464     de_note e          = e
1465
1466         -- re_note wraps a coerce if it might be necessary
1467     re_note scrut = case head alts of
1468                         (_,_,rhs1@(Note _ _)) -> mkCoerce2 (exprType rhs1) (idType case_bndr) scrut
1469                         other                 -> scrut
1470
1471
1472 --------------------------------------------------
1473 --      Catch-all
1474 --------------------------------------------------
1475 mkCase1 scrut bndr ty alts = returnSmpl (Case scrut bndr ty alts)
1476 \end{code}
1477
1478
1479 When adding auxiliary bindings for the case binder, it's worth checking if
1480 its dead, because it often is, and occasionally these mkCase transformations
1481 cascade rather nicely.
1482
1483 \begin{code}
1484 bindCaseBndr bndr rhs body
1485   | isDeadBinder bndr = body
1486   | otherwise         = bindNonRec bndr rhs body
1487 \end{code}