Another refactoring on the shape of an Unfolding
[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, bindCaseBndr,
10
11         -- Inlining,
12         preInlineUnconditionally, postInlineUnconditionally, 
13         activeInline, activeRule, 
14
15         -- The continuation type
16         SimplCont(..), DupFlag(..), ArgInfo(..),
17         contIsDupable, contResultType, contIsTrivial, contArgs, dropArgs, 
18         countValArgs, countArgs, 
19         mkBoringStop, mkLazyArgStop, contIsRhsOrArg,
20         interestingCallContext, 
21
22         interestingArg, mkArgInfo,
23         
24         abstractFloats
25     ) where
26
27 #include "HsVersions.h"
28
29 import SimplEnv
30 import DynFlags
31 import StaticFlags
32 import CoreSyn
33 import qualified CoreSubst
34 import PprCore
35 import CoreFVs
36 import CoreUtils
37 import CoreArity        ( etaExpand, exprEtaExpandArity )
38 import CoreUnfold
39 import Name
40 import Id
41 import Var      ( isCoVar )
42 import NewDemand
43 import SimplMonad
44 import Type     hiding( substTy )
45 import Coercion ( coercionKind )
46 import TyCon
47 import Unify    ( dataConCannotMatch )
48 import VarSet
49 import BasicTypes
50 import Util
51 import MonadUtils
52 import Outputable
53 import FastString
54
55 import Data.List
56 \end{code}
57
58
59 %************************************************************************
60 %*                                                                      *
61                 The SimplCont type
62 %*                                                                      *
63 %************************************************************************
64
65 A SimplCont allows the simplifier to traverse the expression in a 
66 zipper-like fashion.  The SimplCont represents the rest of the expression,
67 "above" the point of interest.
68
69 You can also think of a SimplCont as an "evaluation context", using
70 that term in the way it is used for operational semantics. This is the
71 way I usually think of it, For example you'll often see a syntax for
72 evaluation context looking like
73         C ::= []  |  C e   |  case C of alts  |  C `cast` co
74 That's the kind of thing we are doing here, and I use that syntax in
75 the comments.
76
77
78 Key points:
79   * A SimplCont describes a *strict* context (just like 
80     evaluation contexts do).  E.g. Just [] is not a SimplCont
81
82   * A SimplCont describes a context that *does not* bind
83     any variables.  E.g. \x. [] is not a SimplCont
84
85 \begin{code}
86 data SimplCont  
87   = Stop                -- An empty context, or hole, []     
88         CallCtxt        -- True <=> There is something interesting about
89                         --          the context, and hence the inliner
90                         --          should be a bit keener (see interestingCallContext)
91                         -- Specifically:
92                         --     This is an argument of a function that has RULES
93                         --     Inlining the call might allow the rule to fire
94
95   | CoerceIt            -- C `cast` co
96         OutCoercion             -- The coercion simplified
97         SimplCont
98
99   | ApplyTo             -- C arg
100         DupFlag 
101         InExpr SimplEnv         -- The argument and its static env
102         SimplCont
103
104   | Select              -- case C of alts
105         DupFlag 
106         InId [InAlt] SimplEnv   -- The case binder, alts, and subst-env
107         SimplCont
108
109   -- The two strict forms have no DupFlag, because we never duplicate them
110   | StrictBind          -- (\x* \xs. e) C
111         InId [InBndr]           -- let x* = [] in e     
112         InExpr SimplEnv         --      is a special case 
113         SimplCont       
114
115   | StrictArg           -- e C
116         OutExpr                 -- e; *always* of form (Var v `App1` e1 .. `App` en)
117         CallCtxt                -- Whether *this* argument position is interesting
118         ArgInfo                 -- Whether the function at the head of e has rules, etc
119         SimplCont               --     plus strictness flags for *further* args
120
121 data ArgInfo 
122   = ArgInfo {
123         ai_rules :: Bool,       -- Function has rules (recursively)
124                                 --      => be keener to inline in all args
125         ai_strs :: [Bool],      -- Strictness of arguments
126                                 --   Usually infinite, but if it is finite it guarantees
127                                 --   that the function diverges after being given
128                                 --   that number of args
129         ai_discs :: [Int]       -- Discounts for arguments; non-zero => be keener to inline
130                                 --   Always infinite
131     }
132
133 instance Outputable SimplCont where
134   ppr (Stop interesting)             = ptext (sLit "Stop") <> brackets (ppr interesting)
135   ppr (ApplyTo dup arg _ cont)       = ((ptext (sLit "ApplyTo") <+> ppr dup <+> pprParendExpr arg)
136                                           {-  $$ nest 2 (pprSimplEnv se) -}) $$ ppr cont
137   ppr (StrictBind b _ _ _ cont)      = (ptext (sLit "StrictBind") <+> ppr b) $$ ppr cont
138   ppr (StrictArg f _ _ cont)         = (ptext (sLit "StrictArg") <+> ppr f) $$ ppr cont
139   ppr (Select dup bndr alts _ cont)  = (ptext (sLit "Select") <+> ppr dup <+> ppr bndr) $$ 
140                                        (nest 4 (ppr alts)) $$ ppr cont 
141   ppr (CoerceIt co cont)             = (ptext (sLit "CoerceIt") <+> ppr co) $$ ppr cont
142
143 data DupFlag = OkToDup | NoDup
144
145 instance Outputable DupFlag where
146   ppr OkToDup = ptext (sLit "ok")
147   ppr NoDup   = ptext (sLit "nodup")
148
149
150
151 -------------------
152 mkBoringStop :: SimplCont
153 mkBoringStop = Stop BoringCtxt
154
155 mkLazyArgStop :: CallCtxt -> SimplCont
156 mkLazyArgStop cci = Stop cci
157
158 -------------------
159 contIsRhsOrArg :: SimplCont -> Bool
160 contIsRhsOrArg (Stop {})       = True
161 contIsRhsOrArg (StrictBind {}) = True
162 contIsRhsOrArg (StrictArg {})  = True
163 contIsRhsOrArg _               = False
164
165 -------------------
166 contIsDupable :: SimplCont -> Bool
167 contIsDupable (Stop {})                  = True
168 contIsDupable (ApplyTo  OkToDup _ _ _)   = True
169 contIsDupable (Select   OkToDup _ _ _ _) = True
170 contIsDupable (CoerceIt _ cont)          = contIsDupable cont
171 contIsDupable _                          = False
172
173 -------------------
174 contIsTrivial :: SimplCont -> Bool
175 contIsTrivial (Stop {})                   = True
176 contIsTrivial (ApplyTo _ (Type _) _ cont) = contIsTrivial cont
177 contIsTrivial (CoerceIt _ cont)           = contIsTrivial cont
178 contIsTrivial _                           = False
179
180 -------------------
181 contResultType :: SimplEnv -> OutType -> SimplCont -> OutType
182 contResultType env ty cont
183   = go cont ty
184   where
185     subst_ty se ty = substTy (se `setInScope` env) ty
186
187     go (Stop {})                      ty = ty
188     go (CoerceIt co cont)             _  = go cont (snd (coercionKind co))
189     go (StrictBind _ bs body se cont) _  = go cont (subst_ty se (exprType (mkLams bs body)))
190     go (StrictArg fn _ _ cont)        _  = go cont (funResultTy (exprType fn))
191     go (Select _ _ alts se cont)      _  = go cont (subst_ty se (coreAltsType alts))
192     go (ApplyTo _ arg se cont)        ty = go cont (apply_to_arg ty arg se)
193
194     apply_to_arg ty (Type ty_arg) se = applyTy ty (subst_ty se ty_arg)
195     apply_to_arg ty _             _  = funResultTy ty
196
197 -------------------
198 countValArgs :: SimplCont -> Int
199 countValArgs (ApplyTo _ (Type _) _ cont) = countValArgs cont
200 countValArgs (ApplyTo _ _        _ cont) = 1 + countValArgs cont
201 countValArgs _                           = 0
202
203 countArgs :: SimplCont -> Int
204 countArgs (ApplyTo _ _ _ cont) = 1 + countArgs cont
205 countArgs _                    = 0
206
207 contArgs :: SimplCont -> ([OutExpr], SimplCont)
208 -- Uses substitution to turn each arg into an OutExpr
209 contArgs cont = go [] cont
210   where
211     go args (ApplyTo _ arg se cont) = go (substExpr se arg : args) cont
212     go args cont                    = (reverse args, cont)
213
214 dropArgs :: Int -> SimplCont -> SimplCont
215 dropArgs 0 cont = cont
216 dropArgs n (ApplyTo _ _ _ cont) = dropArgs (n-1) cont
217 dropArgs n other                = pprPanic "dropArgs" (ppr n <+> ppr other)
218 \end{code}
219
220
221 Note [Interesting call context]
222 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
223 We want to avoid inlining an expression where there can't possibly be
224 any gain, such as in an argument position.  Hence, if the continuation
225 is interesting (eg. a case scrutinee, application etc.) then we
226 inline, otherwise we don't.  
227
228 Previously some_benefit used to return True only if the variable was
229 applied to some value arguments.  This didn't work:
230
231         let x = _coerce_ (T Int) Int (I# 3) in
232         case _coerce_ Int (T Int) x of
233                 I# y -> ....
234
235 we want to inline x, but can't see that it's a constructor in a case
236 scrutinee position, and some_benefit is False.
237
238 Another example:
239
240 dMonadST = _/\_ t -> :Monad (g1 _@_ t, g2 _@_ t, g3 _@_ t)
241
242 ....  case dMonadST _@_ x0 of (a,b,c) -> ....
243
244 we'd really like to inline dMonadST here, but we *don't* want to
245 inline if the case expression is just
246
247         case x of y { DEFAULT -> ... }
248
249 since we can just eliminate this case instead (x is in WHNF).  Similar
250 applies when x is bound to a lambda expression.  Hence
251 contIsInteresting looks for case expressions with just a single
252 default case.
253
254
255 \begin{code}
256 interestingCallContext :: SimplCont -> CallCtxt
257 -- See Note [Interesting call context]
258 interestingCallContext cont
259   = interesting cont
260   where
261     interesting (Select _ bndr _ _ _)
262         | isDeadBinder bndr = CaseCtxt
263         | otherwise         = ArgCtxt False 2   -- If the binder is used, this
264                                                 -- is like a strict let
265                 
266     interesting (ApplyTo _ arg _ cont)
267         | isTypeArg arg = interesting cont
268         | otherwise     = ValAppCtxt    -- Can happen if we have (f Int |> co) y
269                                         -- If f has an INLINE prag we need to give it some
270                                         -- motivation to inline. See Note [Cast then apply]
271                                         -- in CoreUnfold
272
273     interesting (StrictArg _ cci _ _)   = cci
274     interesting (StrictBind {})         = BoringCtxt
275     interesting (Stop cci)              = cci
276     interesting (CoerceIt _ cont)       = interesting cont
277         -- If this call is the arg of a strict function, the context
278         -- is a bit interesting.  If we inline here, we may get useful
279         -- evaluation information to avoid repeated evals: e.g.
280         --      x + (y * z)
281         -- Here the contIsInteresting makes the '*' keener to inline,
282         -- which in turn exposes a constructor which makes the '+' inline.
283         -- Assuming that +,* aren't small enough to inline regardless.
284         --
285         -- It's also very important to inline in a strict context for things
286         -- like
287         --              foldr k z (f x)
288         -- Here, the context of (f x) is strict, and if f's unfolding is
289         -- a build it's *great* to inline it here.  So we must ensure that
290         -- the context for (f x) is not totally uninteresting.
291
292
293 -------------------
294 mkArgInfo :: Id
295           -> [CoreRule] -- Rules for function
296           -> Int        -- Number of value args
297           -> SimplCont  -- Context of the call
298           -> ArgInfo
299
300 mkArgInfo fun rules n_val_args call_cont
301   | n_val_args < idArity fun            -- Note [Unsaturated functions]
302   = ArgInfo { ai_rules = False
303             , ai_strs = vanilla_stricts 
304             , ai_discs = vanilla_discounts }
305   | otherwise
306   = ArgInfo { ai_rules = interestingArgContext rules call_cont
307             , ai_strs  = add_type_str (idType fun) arg_stricts
308             , ai_discs = arg_discounts }
309   where
310     vanilla_discounts, arg_discounts :: [Int]
311     vanilla_discounts = repeat 0
312     arg_discounts = case idUnfolding fun of
313                         CoreUnfolding {uf_guidance = UnfoldIfGoodArgs {ug_args = discounts}}
314                               -> discounts ++ vanilla_discounts
315                         _     -> vanilla_discounts
316
317     vanilla_stricts, arg_stricts :: [Bool]
318     vanilla_stricts  = repeat False
319
320     arg_stricts
321       = case splitStrictSig (idNewStrictness fun) of
322           (demands, result_info)
323                 | not (demands `lengthExceeds` n_val_args)
324                 ->      -- Enough args, use the strictness given.
325                         -- For bottoming functions we used to pretend that the arg
326                         -- is lazy, so that we don't treat the arg as an
327                         -- interesting context.  This avoids substituting
328                         -- top-level bindings for (say) strings into 
329                         -- calls to error.  But now we are more careful about
330                         -- inlining lone variables, so its ok (see SimplUtils.analyseCont)
331                    if isBotRes result_info then
332                         map isStrictDmd demands         -- Finite => result is bottom
333                    else
334                         map isStrictDmd demands ++ vanilla_stricts
335                | otherwise
336                -> WARN( True, text "More demands than arity" <+> ppr fun <+> ppr (idArity fun) 
337                                 <+> ppr n_val_args <+> ppr demands ) 
338                    vanilla_stricts      -- Not enough args, or no strictness
339
340     add_type_str :: Type -> [Bool] -> [Bool]
341     -- If the function arg types are strict, record that in the 'strictness bits'
342     -- No need to instantiate because unboxed types (which dominate the strict
343     -- types) can't instantiate type variables.
344     -- add_type_str is done repeatedly (for each call); might be better 
345     -- once-for-all in the function
346     -- But beware primops/datacons with no strictness
347     add_type_str _ [] = []
348     add_type_str fun_ty strs            -- Look through foralls
349         | Just (_, fun_ty') <- splitForAllTy_maybe fun_ty       -- Includes coercions
350         = add_type_str fun_ty' strs
351     add_type_str fun_ty (str:strs)      -- Add strict-type info
352         | Just (arg_ty, fun_ty') <- splitFunTy_maybe fun_ty
353         = (str || isStrictType arg_ty) : add_type_str fun_ty' strs
354     add_type_str _ strs
355         = strs
356
357 {- Note [Unsaturated functions]
358   ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
359 Consider (test eyeball/inline4)
360         x = a:as
361         y = f x
362 where f has arity 2.  Then we do not want to inline 'x', because
363 it'll just be floated out again.  Even if f has lots of discounts
364 on its first argument -- it must be saturated for these to kick in
365 -}
366
367 interestingArgContext :: [CoreRule] -> SimplCont -> Bool
368 -- If the argument has form (f x y), where x,y are boring,
369 -- and f is marked INLINE, then we don't want to inline f.
370 -- But if the context of the argument is
371 --      g (f x y) 
372 -- where g has rules, then we *do* want to inline f, in case it
373 -- exposes a rule that might fire.  Similarly, if the context is
374 --      h (g (f x x))
375 -- where h has rules, then we do want to inline f; hence the
376 -- call_cont argument to interestingArgContext
377 --
378 -- The ai-rules flag makes this happen; if it's
379 -- set, the inliner gets just enough keener to inline f 
380 -- regardless of how boring f's arguments are, if it's marked INLINE
381 --
382 -- The alternative would be to *always* inline an INLINE function,
383 -- regardless of how boring its context is; but that seems overkill
384 -- For example, it'd mean that wrapper functions were always inlined
385 interestingArgContext rules call_cont
386   = notNull rules || enclosing_fn_has_rules
387   where
388     enclosing_fn_has_rules = go call_cont
389
390     go (Select {})           = False
391     go (ApplyTo {})          = False
392     go (StrictArg _ cci _ _) = interesting cci
393     go (StrictBind {})       = False    -- ??
394     go (CoerceIt _ c)        = go c
395     go (Stop cci)            = interesting cci
396
397     interesting (ArgCtxt rules _) = rules
398     interesting _                 = False
399 \end{code}
400
401
402
403 %************************************************************************
404 %*                                                                      *
405 \subsection{Decisions about inlining}
406 %*                                                                      *
407 %************************************************************************
408
409 Inlining is controlled partly by the SimplifierMode switch.  This has two
410 settings:
411
412         SimplGently     (a) Simplifying before specialiser/full laziness
413                         (b) Simplifiying inside InlineRules
414                         (c) Simplifying the LHS of a rule
415                         (d) Simplifying a GHCi expression or Template 
416                                 Haskell splice
417
418         SimplPhase n _   Used at all other times
419
420 The key thing about SimplGently is that it does no call-site inlining.
421 Before full laziness we must be careful not to inline wrappers,
422 because doing so inhibits floating
423     e.g. ...(case f x of ...)...
424     ==> ...(case (case x of I# x# -> fw x#) of ...)...
425     ==> ...(case x of I# x# -> case fw x# of ...)...
426 and now the redex (f x) isn't floatable any more.
427
428 The no-inlining thing is also important for Template Haskell.  You might be 
429 compiling in one-shot mode with -O2; but when TH compiles a splice before
430 running it, we don't want to use -O2.  Indeed, we don't want to inline
431 anything, because the byte-code interpreter might get confused about 
432 unboxed tuples and suchlike.
433
434 Note [Simplifying gently inside InlineRules]
435 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
436 We don't do much simplification inside InlineRules (which come from
437 INLINE pragmas).  It really is important to switch off inlinings
438 inside such expressions.  Consider the following example
439
440         let f = \pq -> BIG
441         in
442         let g = \y -> f y y
443             {-# INLINE g #-}
444         in ...g...g...g...g...g...
445
446 Now, if that's the ONLY occurrence of f, it will be inlined inside g,
447 and thence copied multiple times when g is inlined.  
448
449 This function may be inlinined in other modules, so we don't want to
450 remove (by inlining) calls to functions that have specialisations, or
451 that may have transformation rules in an importing scope.
452
453 E.g.    {-# INLINE f #-}
454         f x = ...g...
455
456 and suppose that g is strict *and* has specialisations.  If we inline
457 g's wrapper, we deny f the chance of getting the specialised version
458 of g when f is inlined at some call site (perhaps in some other
459 module).
460
461 It's also important not to inline a worker back into a wrapper.
462 A wrapper looks like
463         wraper = inline_me (\x -> ...worker... )
464 Normally, the inline_me prevents the worker getting inlined into
465 the wrapper (initially, the worker's only call site!).  But,
466 if the wrapper is sure to be called, the strictness analyser will
467 mark it 'demanded', so when the RHS is simplified, it'll get an ArgOf
468 continuation.  That's why the keep_inline predicate returns True for
469 ArgOf continuations.  It shouldn't do any harm not to dissolve the
470 inline-me note under these circumstances.
471
472 Although we do very little simplification inside an InlineRule,
473 the RHS is simplified as normal.  For example:
474
475         all xs = foldr (&&) True xs
476         any p = all . map p  {-# INLINE any #-}
477
478 The RHS of 'any' will get optimised and deforested; but the InlineRule
479 will still mention the original RHS.
480
481
482 preInlineUnconditionally
483 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
484 @preInlineUnconditionally@ examines a bndr to see if it is used just
485 once in a completely safe way, so that it is safe to discard the
486 binding inline its RHS at the (unique) usage site, REGARDLESS of how
487 big the RHS might be.  If this is the case we don't simplify the RHS
488 first, but just inline it un-simplified.
489
490 This is much better than first simplifying a perhaps-huge RHS and then
491 inlining and re-simplifying it.  Indeed, it can be at least quadratically
492 better.  Consider
493
494         x1 = e1
495         x2 = e2[x1]
496         x3 = e3[x2]
497         ...etc...
498         xN = eN[xN-1]
499
500 We may end up simplifying e1 N times, e2 N-1 times, e3 N-3 times etc.
501 This can happen with cascades of functions too:
502
503         f1 = \x1.e1
504         f2 = \xs.e2[f1]
505         f3 = \xs.e3[f3]
506         ...etc...
507
508 THE MAIN INVARIANT is this:
509
510         ----  preInlineUnconditionally invariant -----
511    IF preInlineUnconditionally chooses to inline x = <rhs>
512    THEN doing the inlining should not change the occurrence
513         info for the free vars of <rhs>
514         ----------------------------------------------
515
516 For example, it's tempting to look at trivial binding like
517         x = y
518 and inline it unconditionally.  But suppose x is used many times,
519 but this is the unique occurrence of y.  Then inlining x would change
520 y's occurrence info, which breaks the invariant.  It matters: y
521 might have a BIG rhs, which will now be dup'd at every occurrenc of x.
522
523
524 Even RHSs labelled InlineMe aren't caught here, because there might be
525 no benefit from inlining at the call site.
526
527 [Sept 01] Don't unconditionally inline a top-level thing, because that
528 can simply make a static thing into something built dynamically.  E.g.
529         x = (a,b)
530         main = \s -> h x
531
532 [Remember that we treat \s as a one-shot lambda.]  No point in
533 inlining x unless there is something interesting about the call site.
534
535 But watch out: if you aren't careful, some useful foldr/build fusion
536 can be lost (most notably in spectral/hartel/parstof) because the
537 foldr didn't see the build.  Doing the dynamic allocation isn't a big
538 deal, in fact, but losing the fusion can be.  But the right thing here
539 seems to be to do a callSiteInline based on the fact that there is
540 something interesting about the call site (it's strict).  Hmm.  That
541 seems a bit fragile.
542
543 Conclusion: inline top level things gaily until Phase 0 (the last
544 phase), at which point don't.
545
546 \begin{code}
547 preInlineUnconditionally :: SimplEnv -> TopLevelFlag -> InId -> InExpr -> Bool
548 preInlineUnconditionally env top_lvl bndr rhs
549   | not active             = False
550   | opt_SimplNoPreInlining = False
551   | otherwise = case idOccInfo bndr of
552                   IAmDead                    -> True    -- Happens in ((\x.1) v)
553                   OneOcc in_lam True int_cxt -> try_once in_lam int_cxt
554                   _                          -> False
555   where
556     phase = getMode env
557     active = case phase of
558                    SimplGently    -> isEarlyActive act
559                    SimplPhase n _ -> isActive n act
560     act = idInlineActivation bndr
561
562     try_once in_lam int_cxt     -- There's one textual occurrence
563         | not in_lam = isNotTopLevel top_lvl || early_phase
564         | otherwise  = int_cxt && canInlineInLam rhs
565
566 -- Be very careful before inlining inside a lambda, becuase (a) we must not 
567 -- invalidate occurrence information, and (b) we want to avoid pushing a
568 -- single allocation (here) into multiple allocations (inside lambda).  
569 -- Inlining a *function* with a single *saturated* call would be ok, mind you.
570 --      || (if is_cheap && not (canInlineInLam rhs) then pprTrace "preinline" (ppr bndr <+> ppr rhs) ok else ok)
571 --      where 
572 --              is_cheap = exprIsCheap rhs
573 --              ok = is_cheap && int_cxt
574
575         --      int_cxt         The context isn't totally boring
576         -- E.g. let f = \ab.BIG in \y. map f xs
577         --      Don't want to substitute for f, because then we allocate
578         --      its closure every time the \y is called
579         -- But: let f = \ab.BIG in \y. map (f y) xs
580         --      Now we do want to substitute for f, even though it's not 
581         --      saturated, because we're going to allocate a closure for 
582         --      (f y) every time round the loop anyhow.
583
584         -- canInlineInLam => free vars of rhs are (Once in_lam) or Many,
585         -- so substituting rhs inside a lambda doesn't change the occ info.
586         -- Sadly, not quite the same as exprIsHNF.
587     canInlineInLam (Lit _)              = True
588     canInlineInLam (Lam b e)            = isRuntimeVar b || canInlineInLam e
589     canInlineInLam (Note _ e)           = canInlineInLam e
590     canInlineInLam _                    = False
591
592     early_phase = case phase of
593                         SimplPhase 0 _ -> False
594                         _              -> True
595 -- If we don't have this early_phase test, consider
596 --      x = length [1,2,3]
597 -- The full laziness pass carefully floats all the cons cells to
598 -- top level, and preInlineUnconditionally floats them all back in.
599 -- Result is (a) static allocation replaced by dynamic allocation
600 --           (b) many simplifier iterations because this tickles
601 --               a related problem; only one inlining per pass
602 -- 
603 -- On the other hand, I have seen cases where top-level fusion is
604 -- lost if we don't inline top level thing (e.g. string constants)
605 -- Hence the test for phase zero (which is the phase for all the final
606 -- simplifications).  Until phase zero we take no special notice of
607 -- top level things, but then we become more leery about inlining
608 -- them.  
609
610 \end{code}
611
612 postInlineUnconditionally
613 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
614 @postInlineUnconditionally@ decides whether to unconditionally inline
615 a thing based on the form of its RHS; in particular if it has a
616 trivial RHS.  If so, we can inline and discard the binding altogether.
617
618 NB: a loop breaker has must_keep_binding = True and non-loop-breakers
619 only have *forward* references Hence, it's safe to discard the binding
620         
621 NOTE: This isn't our last opportunity to inline.  We're at the binding
622 site right now, and we'll get another opportunity when we get to the
623 ocurrence(s)
624
625 Note that we do this unconditional inlining only for trival RHSs.
626 Don't inline even WHNFs inside lambdas; doing so may simply increase
627 allocation when the function is called. This isn't the last chance; see
628 NOTE above.
629
630 NB: Even inline pragmas (e.g. IMustBeINLINEd) are ignored here Why?
631 Because we don't even want to inline them into the RHS of constructor
632 arguments. See NOTE above
633
634 NB: At one time even NOINLINE was ignored here: if the rhs is trivial
635 it's best to inline it anyway.  We often get a=E; b=a from desugaring,
636 with both a and b marked NOINLINE.  But that seems incompatible with
637 our new view that inlining is like a RULE, so I'm sticking to the 'active'
638 story for now.
639
640 \begin{code}
641 postInlineUnconditionally 
642     :: SimplEnv -> TopLevelFlag
643     -> OutId            -- The binder (an InId would be fine too)
644     -> OccInfo          -- From the InId
645     -> OutExpr
646     -> Unfolding
647     -> Bool
648 postInlineUnconditionally env top_lvl bndr occ_info rhs unfolding
649   | not active             = False
650   | isLoopBreaker occ_info = False      -- If it's a loop-breaker of any kind, don't inline
651                                         -- because it might be referred to "earlier"
652   | isExportedId bndr      = False
653   | isInlineRule unfolding = False      -- Note [InlineRule and postInlineUnconditionally]
654   | exprIsTrivial rhs      = True
655   | otherwise
656   = case occ_info of
657         -- The point of examining occ_info here is that for *non-values* 
658         -- that occur outside a lambda, the call-site inliner won't have
659         -- a chance (becuase it doesn't know that the thing
660         -- only occurs once).   The pre-inliner won't have gotten
661         -- it either, if the thing occurs in more than one branch
662         -- So the main target is things like
663         --      let x = f y in
664         --      case v of
665         --         True  -> case x of ...
666         --         False -> case x of ...
667         -- I'm not sure how important this is in practice
668       OneOcc in_lam _one_br int_cxt     -- OneOcc => no code-duplication issue
669         ->     smallEnoughToInline unfolding    -- Small enough to dup
670                         -- ToDo: consider discount on smallEnoughToInline if int_cxt is true
671                         --
672                         -- NB: Do NOT inline arbitrarily big things, even if one_br is True
673                         -- Reason: doing so risks exponential behaviour.  We simplify a big
674                         --         expression, inline it, and simplify it again.  But if the
675                         --         very same thing happens in the big expression, we get 
676                         --         exponential cost!
677                         -- PRINCIPLE: when we've already simplified an expression once, 
678                         -- make sure that we only inline it if it's reasonably small.
679
680            &&  ((isNotTopLevel top_lvl && not in_lam) || 
681                         -- But outside a lambda, we want to be reasonably aggressive
682                         -- about inlining into multiple branches of case
683                         -- e.g. let x = <non-value> 
684                         --      in case y of { C1 -> ..x..; C2 -> ..x..; C3 -> ... } 
685                         -- Inlining can be a big win if C3 is the hot-spot, even if
686                         -- the uses in C1, C2 are not 'interesting'
687                         -- An example that gets worse if you add int_cxt here is 'clausify'
688
689                 (isCheapUnfolding unfolding && int_cxt))
690                         -- isCheap => acceptable work duplication; in_lam may be true
691                         -- int_cxt to prevent us inlining inside a lambda without some 
692                         -- good reason.  See the notes on int_cxt in preInlineUnconditionally
693
694       IAmDead -> True   -- This happens; for example, the case_bndr during case of
695                         -- known constructor:  case (a,b) of x { (p,q) -> ... }
696                         -- Here x isn't mentioned in the RHS, so we don't want to
697                         -- create the (dead) let-binding  let x = (a,b) in ...
698
699       _ -> False
700
701 -- Here's an example that we don't handle well:
702 --      let f = if b then Left (\x.BIG) else Right (\y.BIG)
703 --      in \y. ....case f of {...} ....
704 -- Here f is used just once, and duplicating the case work is fine (exprIsCheap).
705 -- But
706 --  - We can't preInlineUnconditionally because that woud invalidate
707 --    the occ info for b.
708 --  - We can't postInlineUnconditionally because the RHS is big, and
709 --    that risks exponential behaviour
710 --  - We can't call-site inline, because the rhs is big
711 -- Alas!
712
713   where
714     active = case getMode env of
715                    SimplGently    -> isAlwaysActive act
716                    SimplPhase n _ -> isActive n act
717     act = idInlineActivation bndr
718
719 activeInline :: SimplEnv -> OutId -> Bool
720 activeInline env id
721   = case getMode env of
722       SimplGently -> False
723         -- No inlining at all when doing gentle stuff,
724         -- except for local things that occur once (pre/postInlineUnconditionally)
725         -- The reason is that too little clean-up happens if you 
726         -- don't inline use-once things.   Also a bit of inlining is *good* for
727         -- full laziness; it can expose constant sub-expressions.
728         -- Example in spectral/mandel/Mandel.hs, where the mandelset 
729         -- function gets a useful let-float if you inline windowToViewport
730
731         -- NB: we used to have a second exception, for data con wrappers.
732         -- On the grounds that we use gentle mode for rule LHSs, and 
733         -- they match better when data con wrappers are inlined.
734         -- But that only really applies to the trivial wrappers (like (:)),
735         -- and they are now constructed as Compulsory unfoldings (in MkId)
736         -- so they'll happen anyway.
737
738       SimplPhase n _ -> isActive n act
739   where
740     act = idInlineActivation id
741
742 activeRule :: DynFlags -> SimplEnv -> Maybe (Activation -> Bool)
743 -- Nothing => No rules at all
744 activeRule dflags env
745   | not (dopt Opt_EnableRewriteRules dflags)
746   = Nothing     -- Rewriting is off
747   | otherwise
748   = case getMode env of
749         SimplGently    -> Just isAlwaysActive
750                         -- Used to be Nothing (no rules in gentle mode)
751                         -- Main motivation for changing is that I wanted
752                         --      lift String ===> ...
753                         -- to work in Template Haskell when simplifying
754                         -- splices, so we get simpler code for literal strings
755         SimplPhase n _ -> Just (isActive n)
756 \end{code}
757
758 Note [InlineRule and postInlineUnconditionally]
759 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
760 Do not do postInlineUnconditionally if the Id has an InlineRule, otherwise
761 we lose the unfolding.  Example
762
763      -- f has InlineRule with rhs (e |> co)
764      --   where 'e' is big
765      f = e |> co
766
767 Then there's a danger we'll optimise to
768
769      f' = e
770      f = f' |> co
771
772 and now postInlineUnconditionally, losing the InlineRule on f.  Now f'
773 won't inline because 'e' is too big.
774
775
776 %************************************************************************
777 %*                                                                      *
778         Rebuilding a lambda
779 %*                                                                      *
780 %************************************************************************
781
782 \begin{code}
783 mkLam :: SimplEnv -> [OutBndr] -> OutExpr -> SimplM OutExpr
784 -- mkLam tries three things
785 --      a) eta reduction, if that gives a trivial expression
786 --      b) eta expansion [only if there are some value lambdas]
787
788 mkLam _b [] body 
789   = return body
790 mkLam env bndrs body
791   = do  { dflags <- getDOptsSmpl
792         ; mkLam' dflags bndrs body }
793   where
794     mkLam' :: DynFlags -> [OutBndr] -> OutExpr -> SimplM OutExpr
795     mkLam' dflags bndrs (Cast body co)
796       | not (any bad bndrs)
797         -- Note [Casts and lambdas]
798       = do { lam <- mkLam' dflags bndrs body
799            ; return (mkCoerce (mkPiTypes bndrs co) lam) }
800       where
801         co_vars  = tyVarsOfType co
802         bad bndr = isCoVar bndr && bndr `elemVarSet` co_vars      
803
804     mkLam' dflags bndrs body
805       | dopt Opt_DoEtaReduction dflags,
806         Just etad_lam <- tryEtaReduce bndrs body
807       = do { tick (EtaReduction (head bndrs))
808            ; return etad_lam }
809
810       | dopt Opt_DoLambdaEtaExpansion dflags,
811         not (inGentleMode env),       -- In gentle mode don't eta-expansion
812         any isRuntimeVar bndrs        -- because it can clutter up the code
813                                       -- with casts etc that may not be removed
814       = do { let body' = tryEtaExpansion dflags body
815            ; return (mkLams bndrs body') }
816    
817       | otherwise 
818       = return (mkLams bndrs body)
819 \end{code}
820
821 Note [Casts and lambdas]
822 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
823 Consider 
824         (\x. (\y. e) `cast` g1) `cast` g2
825 There is a danger here that the two lambdas look separated, and the 
826 full laziness pass might float an expression to between the two.
827
828 So this equation in mkLam' floats the g1 out, thus:
829         (\x. e `cast` g1)  -->  (\x.e) `cast` (tx -> g1)
830 where x:tx.
831
832 In general, this floats casts outside lambdas, where (I hope) they
833 might meet and cancel with some other cast:
834         \x. e `cast` co   ===>   (\x. e) `cast` (tx -> co)
835         /\a. e `cast` co  ===>   (/\a. e) `cast` (/\a. co)
836         /\g. e `cast` co  ===>   (/\g. e) `cast` (/\g. co)
837                           (if not (g `in` co))
838
839 Notice that it works regardless of 'e'.  Originally it worked only
840 if 'e' was itself a lambda, but in some cases that resulted in 
841 fruitless iteration in the simplifier.  A good example was when
842 compiling Text.ParserCombinators.ReadPrec, where we had a definition 
843 like    (\x. Get `cast` g)
844 where Get is a constructor with nonzero arity.  Then mkLam eta-expanded
845 the Get, and the next iteration eta-reduced it, and then eta-expanded 
846 it again.
847
848 Note also the side condition for the case of coercion binders.
849 It does not make sense to transform
850         /\g. e `cast` g  ==>  (/\g.e) `cast` (/\g.g)
851 because the latter is not well-kinded.
852
853 --      c) floating lets out through big lambdas 
854 --              [only if all tyvar lambdas, and only if this lambda
855 --               is the RHS of a let]
856
857 {-      Sept 01: I'm experimenting with getting the
858         full laziness pass to float out past big lambdsa
859  | all isTyVar bndrs,   -- Only for big lambdas
860    contIsRhs cont       -- Only try the rhs type-lambda floating
861                         -- if this is indeed a right-hand side; otherwise
862                         -- we end up floating the thing out, only for float-in
863                         -- to float it right back in again!
864  = do (floats, body') <- tryRhsTyLam env bndrs body
865       return (floats, mkLams bndrs body')
866 -}
867
868
869 %************************************************************************
870 %*                                                                      *
871                 Eta reduction
872 %*                                                                      *
873 %************************************************************************
874
875 Note [Eta reduction conditions]
876 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
877 We try for eta reduction here, but *only* if we get all the way to an
878 trivial expression.  We don't want to remove extra lambdas unless we
879 are going to avoid allocating this thing altogether.
880
881 There are some particularly delicate points here:
882
883 * Eta reduction is not valid in general:  
884         \x. bot  /=  bot
885   This matters, partly for old-fashioned correctness reasons but,
886   worse, getting it wrong can yield a seg fault. Consider
887         f = \x.f x
888         h y = case (case y of { True -> f `seq` True; False -> False }) of
889                 True -> ...; False -> ...
890
891   If we (unsoundly) eta-reduce f to get f=f, the strictness analyser
892   says f=bottom, and replaces the (f `seq` True) with just
893   (f `cast` unsafe-co).  BUT, as thing stand, 'f' got arity 1, and it
894   *keeps* arity 1 (perhaps also wrongly).  So CorePrep eta-expands 
895   the definition again, so that it does not termninate after all.
896   Result: seg-fault because the boolean case actually gets a function value.
897   See Trac #1947.
898
899   So it's important to to the right thing.
900
901 * Note [Arity care]: we need to be careful if we just look at f's
902   arity. Currently (Dec07), f's arity is visible in its own RHS (see
903   Note [Arity robustness] in SimplEnv) so we must *not* trust the
904   arity when checking that 'f' is a value.  Otherwise we will
905   eta-reduce
906       f = \x. f x
907   to
908       f = f
909   Which might change a terminiating program (think (f `seq` e)) to a 
910   non-terminating one.  So we check for being a loop breaker first.
911
912   However for GlobalIds we can look at the arity; and for primops we
913   must, since they have no unfolding.  
914
915 * Regardless of whether 'f' is a value, we always want to 
916   reduce (/\a -> f a) to f
917   This came up in a RULE: foldr (build (/\a -> g a))
918   did not match           foldr (build (/\b -> ...something complex...))
919   The type checker can insert these eta-expanded versions,
920   with both type and dictionary lambdas; hence the slightly 
921   ad-hoc isDictId
922
923 * Never *reduce* arity. For example
924       f = \xy. g x y
925   Then if h has arity 1 we don't want to eta-reduce because then
926   f's arity would decrease, and that is bad
927
928 These delicacies are why we don't use exprIsTrivial and exprIsHNF here.
929 Alas.
930
931 \begin{code}
932 tryEtaReduce :: [OutBndr] -> OutExpr -> Maybe OutExpr
933 tryEtaReduce bndrs body 
934   = go (reverse bndrs) body
935   where
936     incoming_arity = count isId bndrs
937
938     go (b : bs) (App fun arg) | ok_arg b arg = go bs fun        -- Loop round
939     go []       fun           | ok_fun fun   = Just fun         -- Success!
940     go _        _                            = Nothing          -- Failure!
941
942         -- Note [Eta reduction conditions]
943     ok_fun (App fun (Type ty)) 
944         | not (any (`elemVarSet` tyVarsOfType ty) bndrs)
945         =  ok_fun fun
946     ok_fun (Var fun_id)
947         =  not (fun_id `elem` bndrs)
948         && (ok_fun_id fun_id || all ok_lam bndrs)
949     ok_fun _fun = False
950
951     ok_fun_id fun = fun_arity fun >= incoming_arity
952
953     fun_arity fun             -- See Note [Arity care]
954        | isLocalId fun && isLoopBreaker (idOccInfo fun) = 0
955        | otherwise = idArity fun              
956
957     ok_lam v = isTyVar v || isDictId v
958
959     ok_arg b arg = varToCoreExpr b `cheapEqExpr` arg
960 \end{code}
961
962
963 %************************************************************************
964 %*                                                                      *
965                 Eta expansion
966 %*                                                                      *
967 %************************************************************************
968
969
970 We go for:
971    f = \x1..xn -> N  ==>   f = \x1..xn y1..ym -> N y1..ym
972                                  (n >= 0)
973
974 where (in both cases) 
975
976         * The xi can include type variables
977
978         * The yi are all value variables
979
980         * N is a NORMAL FORM (i.e. no redexes anywhere)
981           wanting a suitable number of extra args.
982
983 The biggest reason for doing this is for cases like
984
985         f = \x -> case x of
986                     True  -> \y -> e1
987                     False -> \y -> e2
988
989 Here we want to get the lambdas together.  A good exmaple is the nofib
990 program fibheaps, which gets 25% more allocation if you don't do this
991 eta-expansion.
992
993 We may have to sandwich some coerces between the lambdas
994 to make the types work.   exprEtaExpandArity looks through coerces
995 when computing arity; and etaExpand adds the coerces as necessary when
996 actually computing the expansion.
997
998 \begin{code}
999 tryEtaExpansion :: DynFlags -> OutExpr -> OutExpr
1000 -- There is at least one runtime binder in the binders
1001 tryEtaExpansion dflags body
1002   = etaExpand fun_arity body
1003   where
1004     fun_arity = exprEtaExpandArity dflags body
1005 \end{code}
1006
1007
1008 %************************************************************************
1009 %*                                                                      *
1010 \subsection{Floating lets out of big lambdas}
1011 %*                                                                      *
1012 %************************************************************************
1013
1014 Note [Floating and type abstraction]
1015 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1016 Consider this:
1017         x = /\a. C e1 e2
1018 We'd like to float this to 
1019         y1 = /\a. e1
1020         y2 = /\a. e2
1021         x  = /\a. C (y1 a) (y2 a)
1022 for the usual reasons: we want to inline x rather vigorously.
1023
1024 You may think that this kind of thing is rare.  But in some programs it is
1025 common.  For example, if you do closure conversion you might get:
1026
1027         data a :-> b = forall e. (e -> a -> b) :$ e
1028
1029         f_cc :: forall a. a :-> a
1030         f_cc = /\a. (\e. id a) :$ ()
1031
1032 Now we really want to inline that f_cc thing so that the
1033 construction of the closure goes away. 
1034
1035 So I have elaborated simplLazyBind to understand right-hand sides that look
1036 like
1037         /\ a1..an. body
1038
1039 and treat them specially. The real work is done in SimplUtils.abstractFloats,
1040 but there is quite a bit of plumbing in simplLazyBind as well.
1041
1042 The same transformation is good when there are lets in the body:
1043
1044         /\abc -> let(rec) x = e in b
1045    ==>
1046         let(rec) x' = /\abc -> let x = x' a b c in e
1047         in 
1048         /\abc -> let x = x' a b c in b
1049
1050 This is good because it can turn things like:
1051
1052         let f = /\a -> letrec g = ... g ... in g
1053 into
1054         letrec g' = /\a -> ... g' a ...
1055         in
1056         let f = /\ a -> g' a
1057
1058 which is better.  In effect, it means that big lambdas don't impede
1059 let-floating.
1060
1061 This optimisation is CRUCIAL in eliminating the junk introduced by
1062 desugaring mutually recursive definitions.  Don't eliminate it lightly!
1063
1064 [May 1999]  If we do this transformation *regardless* then we can
1065 end up with some pretty silly stuff.  For example, 
1066
1067         let 
1068             st = /\ s -> let { x1=r1 ; x2=r2 } in ...
1069         in ..
1070 becomes
1071         let y1 = /\s -> r1
1072             y2 = /\s -> r2
1073             st = /\s -> ...[y1 s/x1, y2 s/x2]
1074         in ..
1075
1076 Unless the "..." is a WHNF there is really no point in doing this.
1077 Indeed it can make things worse.  Suppose x1 is used strictly,
1078 and is of the form
1079
1080         x1* = case f y of { (a,b) -> e }
1081
1082 If we abstract this wrt the tyvar we then can't do the case inline
1083 as we would normally do.
1084
1085 That's why the whole transformation is part of the same process that
1086 floats let-bindings and constructor arguments out of RHSs.  In particular,
1087 it is guarded by the doFloatFromRhs call in simplLazyBind.
1088
1089
1090 \begin{code}
1091 abstractFloats :: [OutTyVar] -> SimplEnv -> OutExpr -> SimplM ([OutBind], OutExpr)
1092 abstractFloats main_tvs body_env body
1093   = ASSERT( notNull body_floats )
1094     do  { (subst, float_binds) <- mapAccumLM abstract empty_subst body_floats
1095         ; return (float_binds, CoreSubst.substExpr subst body) }
1096   where
1097     main_tv_set = mkVarSet main_tvs
1098     body_floats = getFloats body_env
1099     empty_subst = CoreSubst.mkEmptySubst (seInScope body_env)
1100
1101     abstract :: CoreSubst.Subst -> OutBind -> SimplM (CoreSubst.Subst, OutBind)
1102     abstract subst (NonRec id rhs)
1103       = do { (poly_id, poly_app) <- mk_poly tvs_here id
1104            ; let poly_rhs = mkLams tvs_here rhs'
1105                  subst'   = CoreSubst.extendIdSubst subst id poly_app
1106            ; return (subst', (NonRec poly_id poly_rhs)) }
1107       where
1108         rhs' = CoreSubst.substExpr subst rhs
1109         tvs_here | any isCoVar main_tvs = main_tvs      -- Note [Abstract over coercions]
1110                  | otherwise 
1111                  = varSetElems (main_tv_set `intersectVarSet` exprSomeFreeVars isTyVar rhs')
1112         
1113                 -- Abstract only over the type variables free in the rhs
1114                 -- wrt which the new binding is abstracted.  But the naive
1115                 -- approach of abstract wrt the tyvars free in the Id's type
1116                 -- fails. Consider:
1117                 --      /\ a b -> let t :: (a,b) = (e1, e2)
1118                 --                    x :: a     = fst t
1119                 --                in ...
1120                 -- Here, b isn't free in x's type, but we must nevertheless
1121                 -- abstract wrt b as well, because t's type mentions b.
1122                 -- Since t is floated too, we'd end up with the bogus:
1123                 --      poly_t = /\ a b -> (e1, e2)
1124                 --      poly_x = /\ a   -> fst (poly_t a *b*)
1125                 -- So for now we adopt the even more naive approach of
1126                 -- abstracting wrt *all* the tyvars.  We'll see if that
1127                 -- gives rise to problems.   SLPJ June 98
1128
1129     abstract subst (Rec prs)
1130        = do { (poly_ids, poly_apps) <- mapAndUnzipM (mk_poly tvs_here) ids
1131             ; let subst' = CoreSubst.extendSubstList subst (ids `zip` poly_apps)
1132                   poly_rhss = [mkLams tvs_here (CoreSubst.substExpr subst' rhs) | rhs <- rhss]
1133             ; return (subst', Rec (poly_ids `zip` poly_rhss)) }
1134        where
1135          (ids,rhss) = unzip prs
1136                 -- For a recursive group, it's a bit of a pain to work out the minimal
1137                 -- set of tyvars over which to abstract:
1138                 --      /\ a b c.  let x = ...a... in
1139                 --                 letrec { p = ...x...q...
1140                 --                          q = .....p...b... } in
1141                 --                 ...
1142                 -- Since 'x' is abstracted over 'a', the {p,q} group must be abstracted
1143                 -- over 'a' (because x is replaced by (poly_x a)) as well as 'b'.  
1144                 -- Since it's a pain, we just use the whole set, which is always safe
1145                 -- 
1146                 -- If you ever want to be more selective, remember this bizarre case too:
1147                 --      x::a = x
1148                 -- Here, we must abstract 'x' over 'a'.
1149          tvs_here = main_tvs
1150
1151     mk_poly tvs_here var
1152       = do { uniq <- getUniqueM
1153            ; let  poly_name = setNameUnique (idName var) uniq           -- Keep same name
1154                   poly_ty   = mkForAllTys tvs_here (idType var) -- But new type of course
1155                   poly_id   = transferPolyIdInfo var tvs_here $ -- Note [transferPolyIdInfo] in Id.lhs
1156                               mkLocalId poly_name poly_ty 
1157            ; return (poly_id, mkTyApps (Var poly_id) (mkTyVarTys tvs_here)) }
1158                 -- In the olden days, it was crucial to copy the occInfo of the original var, 
1159                 -- because we were looking at occurrence-analysed but as yet unsimplified code!
1160                 -- In particular, we mustn't lose the loop breakers.  BUT NOW we are looking
1161                 -- at already simplified code, so it doesn't matter
1162                 -- 
1163                 -- It's even right to retain single-occurrence or dead-var info:
1164                 -- Suppose we started with  /\a -> let x = E in B
1165                 -- where x occurs once in B. Then we transform to:
1166                 --      let x' = /\a -> E in /\a -> let x* = x' a in B
1167                 -- where x* has an INLINE prag on it.  Now, once x* is inlined,
1168                 -- the occurrences of x' will be just the occurrences originally
1169                 -- pinned on x.
1170 \end{code}
1171
1172 Note [Abstract over coercions]
1173 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1174 If a coercion variable (g :: a ~ Int) is free in the RHS, then so is the
1175 type variable a.  Rather than sort this mess out, we simply bale out and abstract
1176 wrt all the type variables if any of them are coercion variables.
1177
1178
1179 Historical note: if you use let-bindings instead of a substitution, beware of this:
1180
1181                 -- Suppose we start with:
1182                 --
1183                 --      x = /\ a -> let g = G in E
1184                 --
1185                 -- Then we'll float to get
1186                 --
1187                 --      x = let poly_g = /\ a -> G
1188                 --          in /\ a -> let g = poly_g a in E
1189                 --
1190                 -- But now the occurrence analyser will see just one occurrence
1191                 -- of poly_g, not inside a lambda, so the simplifier will
1192                 -- PreInlineUnconditionally poly_g back into g!  Badk to square 1!
1193                 -- (I used to think that the "don't inline lone occurrences" stuff
1194                 --  would stop this happening, but since it's the *only* occurrence,
1195                 --  PreInlineUnconditionally kicks in first!)
1196                 --
1197                 -- Solution: put an INLINE note on g's RHS, so that poly_g seems
1198                 --           to appear many times.  (NB: mkInlineMe eliminates
1199                 --           such notes on trivial RHSs, so do it manually.)
1200
1201 %************************************************************************
1202 %*                                                                      *
1203                 prepareAlts
1204 %*                                                                      *
1205 %************************************************************************
1206
1207 prepareAlts tries these things:
1208
1209 1.  If several alternatives are identical, merge them into
1210     a single DEFAULT alternative.  I've occasionally seen this 
1211     making a big difference:
1212
1213         case e of               =====>     case e of
1214           C _ -> f x                         D v -> ....v....
1215           D v -> ....v....                   DEFAULT -> f x
1216           DEFAULT -> f x
1217
1218    The point is that we merge common RHSs, at least for the DEFAULT case.
1219    [One could do something more elaborate but I've never seen it needed.]
1220    To avoid an expensive test, we just merge branches equal to the *first*
1221    alternative; this picks up the common cases
1222         a) all branches equal
1223         b) some branches equal to the DEFAULT (which occurs first)
1224
1225 2.  Case merging:
1226        case e of b {             ==>   case e of b {
1227          p1 -> rhs1                      p1 -> rhs1
1228          ...                             ...
1229          pm -> rhsm                      pm -> rhsm
1230          _  -> case b of b' {            pn -> let b'=b in rhsn
1231                      pn -> rhsn          ...
1232                      ...                 po -> let b'=b in rhso
1233                      po -> rhso          _  -> let b'=b in rhsd
1234                      _  -> rhsd
1235        }  
1236     
1237     which merges two cases in one case when -- the default alternative of
1238     the outer case scrutises the same variable as the outer case This
1239     transformation is called Case Merging.  It avoids that the same
1240     variable is scrutinised multiple times.
1241
1242
1243 The case where transformation (1) showed up was like this (lib/std/PrelCError.lhs):
1244
1245         x | p `is` 1 -> e1
1246           | p `is` 2 -> e2
1247         ...etc...
1248
1249 where @is@ was something like
1250         
1251         p `is` n = p /= (-1) && p == n
1252
1253 This gave rise to a horrible sequence of cases
1254
1255         case p of
1256           (-1) -> $j p
1257           1    -> e1
1258           DEFAULT -> $j p
1259
1260 and similarly in cascade for all the join points!
1261
1262 Note [Dead binders]
1263 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1264 We do this *here*, looking at un-simplified alternatives, because we
1265 have to check that r doesn't mention the variables bound by the
1266 pattern in each alternative, so the binder-info is rather useful.
1267
1268 \begin{code}
1269 prepareAlts :: SimplEnv -> OutExpr -> OutId -> [InAlt] -> SimplM ([AltCon], [InAlt])
1270 prepareAlts env scrut case_bndr' alts
1271   = do  { dflags <- getDOptsSmpl
1272         ; alts <- combineIdenticalAlts case_bndr' alts
1273
1274         ; let (alts_wo_default, maybe_deflt) = findDefault alts
1275               alt_cons = [con | (con,_,_) <- alts_wo_default]
1276               imposs_deflt_cons = nub (imposs_cons ++ alt_cons)
1277                 -- "imposs_deflt_cons" are handled 
1278                 --   EITHER by the context, 
1279                 --   OR by a non-DEFAULT branch in this case expression.
1280
1281         ; default_alts <- prepareDefault dflags env case_bndr' mb_tc_app 
1282                                          imposs_deflt_cons maybe_deflt
1283
1284         ; let trimmed_alts = filterOut impossible_alt alts_wo_default
1285               merged_alts = mergeAlts trimmed_alts default_alts
1286                 -- We need the mergeAlts in case the new default_alt 
1287                 -- has turned into a constructor alternative.
1288                 -- The merge keeps the inner DEFAULT at the front, if there is one
1289                 -- and interleaves the alternatives in the right order
1290
1291         ; return (imposs_deflt_cons, merged_alts) }
1292   where
1293     mb_tc_app = splitTyConApp_maybe (idType case_bndr')
1294     Just (_, inst_tys) = mb_tc_app 
1295
1296     imposs_cons = case scrut of
1297                     Var v -> otherCons (idUnfolding v)
1298                     _     -> []
1299
1300     impossible_alt :: CoreAlt -> Bool
1301     impossible_alt (con, _, _) | con `elem` imposs_cons = True
1302     impossible_alt (DataAlt con, _, _) = dataConCannotMatch inst_tys con
1303     impossible_alt _                   = False
1304
1305
1306 --------------------------------------------------
1307 --      1. Merge identical branches
1308 --------------------------------------------------
1309 combineIdenticalAlts :: OutId -> [InAlt] -> SimplM [InAlt]
1310
1311 combineIdenticalAlts case_bndr ((_con1,bndrs1,rhs1) : con_alts)
1312   | all isDeadBinder bndrs1,                    -- Remember the default 
1313     length filtered_alts < length con_alts      -- alternative comes first
1314         -- Also Note [Dead binders]
1315   = do  { tick (AltMerge case_bndr)
1316         ; return ((DEFAULT, [], rhs1) : filtered_alts) }
1317   where
1318     filtered_alts        = filter keep con_alts
1319     keep (_con,bndrs,rhs) = not (all isDeadBinder bndrs && rhs `cheapEqExpr` rhs1)
1320
1321 combineIdenticalAlts _ alts = return alts
1322
1323 -------------------------------------------------------------------------
1324 --                      Prepare the default alternative
1325 -------------------------------------------------------------------------
1326 prepareDefault :: DynFlags
1327                -> SimplEnv
1328                -> OutId         -- Case binder; need just for its type. Note that as an
1329                                 --   OutId, it has maximum information; this is important.
1330                                 --   Test simpl013 is an example
1331                -> Maybe (TyCon, [Type]) -- Type of scrutinee, decomposed
1332                -> [AltCon]      -- These cons can't happen when matching the default
1333                -> Maybe InExpr  -- Rhs
1334                -> SimplM [InAlt]        -- Still unsimplified
1335                                         -- We use a list because it's what mergeAlts expects,
1336                                         -- And becuase case-merging can cause many to show up
1337
1338 ------- Merge nested cases ----------
1339 prepareDefault dflags env outer_bndr _bndr_ty imposs_cons (Just deflt_rhs)
1340   | dopt Opt_CaseMerge dflags
1341   , Case (Var inner_scrut_var) inner_bndr _ inner_alts <- deflt_rhs
1342   , DoneId inner_scrut_var' <- substId env inner_scrut_var
1343         -- Remember, inner_scrut_var is an InId, but outer_bndr is an OutId
1344   , inner_scrut_var' == outer_bndr
1345         -- NB: the substId means that if the outer scrutinee was a 
1346         --     variable, and inner scrutinee is the same variable, 
1347         --     then inner_scrut_var' will be outer_bndr
1348         --     via the magic of simplCaseBinder
1349   = do  { tick (CaseMerge outer_bndr)
1350
1351         ; let munge_rhs rhs = bindCaseBndr inner_bndr (Var outer_bndr) rhs
1352         ; return [(con, args, munge_rhs rhs) | (con, args, rhs) <- inner_alts,
1353                                                not (con `elem` imposs_cons) ]
1354                 -- NB: filter out any imposs_cons.  Example:
1355                 --      case x of 
1356                 --        A -> e1
1357                 --        DEFAULT -> case x of 
1358                 --                      A -> e2
1359                 --                      B -> e3
1360                 -- When we merge, we must ensure that e1 takes 
1361                 -- precedence over e2 as the value for A!  
1362         }
1363         -- Warning: don't call prepareAlts recursively!
1364         -- Firstly, there's no point, because inner alts have already had
1365         -- mkCase applied to them, so they won't have a case in their default
1366         -- Secondly, if you do, you get an infinite loop, because the bindCaseBndr
1367         -- in munge_rhs may put a case into the DEFAULT branch!
1368
1369
1370 --------- Fill in known constructor -----------
1371 prepareDefault _ _ case_bndr (Just (tycon, inst_tys)) imposs_cons (Just deflt_rhs)
1372   |     -- This branch handles the case where we are 
1373         -- scrutinisng an algebraic data type
1374     isAlgTyCon tycon            -- It's a data type, tuple, or unboxed tuples.  
1375   , not (isNewTyCon tycon)      -- We can have a newtype, if we are just doing an eval:
1376                                 --      case x of { DEFAULT -> e }
1377                                 -- and we don't want to fill in a default for them!
1378   , Just all_cons <- tyConDataCons_maybe tycon
1379   , not (null all_cons)         -- This is a tricky corner case.  If the data type has no constructors,
1380                                 -- which GHC allows, then the case expression will have at most a default
1381                                 -- alternative.  We don't want to eliminate that alternative, because the
1382                                 -- invariant is that there's always one alternative.  It's more convenient
1383                                 -- to leave     
1384                                 --      case x of { DEFAULT -> e }     
1385                                 -- as it is, rather than transform it to
1386                                 --      error "case cant match"
1387                                 -- which would be quite legitmate.  But it's a really obscure corner, and
1388                                 -- not worth wasting code on.
1389   , let imposs_data_cons = [con | DataAlt con <- imposs_cons]   -- We now know it's a data type 
1390         impossible con  = con `elem` imposs_data_cons || dataConCannotMatch inst_tys con
1391   = case filterOut impossible all_cons of
1392         []    -> return []      -- Eliminate the default alternative
1393                                 -- altogether if it can't match
1394
1395         [con] ->        -- It matches exactly one constructor, so fill it in
1396                  do { tick (FillInCaseDefault case_bndr)
1397                     ; us <- getUniquesM
1398                     ; let (ex_tvs, co_tvs, arg_ids) =
1399                               dataConRepInstPat us con inst_tys
1400                     ; return [(DataAlt con, ex_tvs ++ co_tvs ++ arg_ids, deflt_rhs)] }
1401
1402         _ -> return [(DEFAULT, [], deflt_rhs)]
1403
1404   | debugIsOn, isAlgTyCon tycon, not (isOpenTyCon tycon), null (tyConDataCons tycon)
1405         -- This can legitimately happen for type families, so don't report that
1406   = pprTrace "prepareDefault" (ppr case_bndr <+> ppr tycon)
1407         $ return [(DEFAULT, [], deflt_rhs)]
1408
1409 --------- Catch-all cases -----------
1410 prepareDefault _dflags _env _case_bndr _bndr_ty _imposs_cons (Just deflt_rhs)
1411   = return [(DEFAULT, [], deflt_rhs)]
1412
1413 prepareDefault _dflags _env _case_bndr _bndr_ty _imposs_cons Nothing
1414   = return []   -- No default branch
1415 \end{code}
1416
1417
1418
1419 =================================================================================
1420
1421 mkCase tries these things
1422
1423 1.  Eliminate the case altogether if possible
1424
1425 2.  Case-identity:
1426
1427         case e of               ===> e
1428                 True  -> True;
1429                 False -> False
1430
1431     and similar friends.
1432
1433
1434 \begin{code}
1435 mkCase :: OutExpr -> OutId -> [OutAlt]  -- Increasing order
1436        -> SimplM OutExpr
1437
1438 --------------------------------------------------
1439 --      2. Identity case
1440 --------------------------------------------------
1441
1442 mkCase scrut case_bndr alts     -- Identity case
1443   | all identity_alt alts
1444   = do tick (CaseIdentity case_bndr)
1445        return (re_cast scrut)
1446   where
1447     identity_alt (con, args, rhs) = check_eq con args (de_cast rhs)
1448
1449     check_eq DEFAULT       _    (Var v)   = v == case_bndr
1450     check_eq (LitAlt lit') _    (Lit lit) = lit == lit'
1451     check_eq (DataAlt con) args rhs       = rhs `cheapEqExpr` mkConApp con (arg_tys ++ varsToCoreExprs args)
1452                                          || rhs `cheapEqExpr` Var case_bndr
1453     check_eq _ _ _ = False
1454
1455     arg_tys = map Type (tyConAppArgs (idType case_bndr))
1456
1457         -- We've seen this:
1458         --      case e of x { _ -> x `cast` c }
1459         -- And we definitely want to eliminate this case, to give
1460         --      e `cast` c
1461         -- So we throw away the cast from the RHS, and reconstruct
1462         -- it at the other end.  All the RHS casts must be the same
1463         -- if (all identity_alt alts) holds.
1464         -- 
1465         -- Don't worry about nested casts, because the simplifier combines them
1466     de_cast (Cast e _) = e
1467     de_cast e          = e
1468
1469     re_cast scrut = case head alts of
1470                         (_,_,Cast _ co) -> Cast scrut co
1471                         _               -> scrut
1472
1473
1474
1475 --------------------------------------------------
1476 --      Catch-all
1477 --------------------------------------------------
1478 mkCase scrut bndr alts = return (Case scrut bndr (coreAltsType alts) alts)
1479 \end{code}
1480
1481
1482 When adding auxiliary bindings for the case binder, it's worth checking if
1483 its dead, because it often is, and occasionally these mkCase transformations
1484 cascade rather nicely.
1485
1486 \begin{code}
1487 bindCaseBndr :: Id -> CoreExpr -> CoreExpr -> CoreExpr
1488 bindCaseBndr bndr rhs body
1489   | isDeadBinder bndr = body
1490   | otherwise         = bindNonRec bndr rhs body
1491 \end{code}