18b3fc66b2e28f0b018b263915662608e8a9bbdb
[ghc-hetmet.git] / compiler / simplCore / Simplify.lhs
1 %
2 % (c) The AQUA Project, Glasgow University, 1993-1998
3 %
4 \section[Simplify]{The main module of the simplifier}
5
6 \begin{code}
7 module Simplify ( simplTopBinds, simplExpr ) where
8
9 #include "HsVersions.h"
10
11 import DynFlags
12 import SimplMonad
13 import Type hiding      ( substTy, extendTvSubst )
14 import SimplEnv
15 import SimplUtils
16 import FamInstEnv       ( FamInstEnv )
17 import Id
18 import MkId             ( mkImpossibleExpr, seqId )
19 import Var
20 import IdInfo
21 import Coercion
22 import FamInstEnv       ( topNormaliseType )
23 import DataCon          ( dataConRepStrictness, dataConUnivTyVars )
24 import CoreSyn
25 import NewDemand        ( isStrictDmd, splitStrictSig )
26 import PprCore          ( pprParendExpr, pprCoreExpr )
27 import CoreUnfold       ( mkUnfolding, callSiteInline, CallCtxt(..) )
28 import CoreUtils
29 import CoreArity        ( exprArity )
30 import Rules            ( lookupRule, getRules )
31 import BasicTypes       ( isMarkedStrict, Arity )
32 import CostCentre       ( currentCCS, pushCCisNop )
33 import TysPrim          ( realWorldStatePrimTy )
34 import PrelInfo         ( realWorldPrimId )
35 import BasicTypes       ( TopLevelFlag(..), isTopLevel,
36                           RecFlag(..), isNonRuleLoopBreaker )
37 import Maybes           ( orElse )
38 import Data.List        ( mapAccumL )
39 import Outputable
40 import FastString
41 \end{code}
42
43
44 The guts of the simplifier is in this module, but the driver loop for
45 the simplifier is in SimplCore.lhs.
46
47
48 -----------------------------------------
49         *** IMPORTANT NOTE ***
50 -----------------------------------------
51 The simplifier used to guarantee that the output had no shadowing, but
52 it does not do so any more.   (Actually, it never did!)  The reason is
53 documented with simplifyArgs.
54
55
56 -----------------------------------------
57         *** IMPORTANT NOTE ***
58 -----------------------------------------
59 Many parts of the simplifier return a bunch of "floats" as well as an
60 expression. This is wrapped as a datatype SimplUtils.FloatsWith.
61
62 All "floats" are let-binds, not case-binds, but some non-rec lets may
63 be unlifted (with RHS ok-for-speculation).
64
65
66
67 -----------------------------------------
68         ORGANISATION OF FUNCTIONS
69 -----------------------------------------
70 simplTopBinds
71   - simplify all top-level binders
72   - for NonRec, call simplRecOrTopPair
73   - for Rec,    call simplRecBind
74
75
76         ------------------------------
77 simplExpr (applied lambda)      ==> simplNonRecBind
78 simplExpr (Let (NonRec ...) ..) ==> simplNonRecBind
79 simplExpr (Let (Rec ...)    ..) ==> simplify binders; simplRecBind
80
81         ------------------------------
82 simplRecBind    [binders already simplfied]
83   - use simplRecOrTopPair on each pair in turn
84
85 simplRecOrTopPair [binder already simplified]
86   Used for: recursive bindings (top level and nested)
87             top-level non-recursive bindings
88   Returns:
89   - check for PreInlineUnconditionally
90   - simplLazyBind
91
92 simplNonRecBind
93   Used for: non-top-level non-recursive bindings
94             beta reductions (which amount to the same thing)
95   Because it can deal with strict arts, it takes a
96         "thing-inside" and returns an expression
97
98   - check for PreInlineUnconditionally
99   - simplify binder, including its IdInfo
100   - if strict binding
101         simplStrictArg
102         mkAtomicArgs
103         completeNonRecX
104     else
105         simplLazyBind
106         addFloats
107
108 simplNonRecX:   [given a *simplified* RHS, but an *unsimplified* binder]
109   Used for: binding case-binder and constr args in a known-constructor case
110   - check for PreInLineUnconditionally
111   - simplify binder
112   - completeNonRecX
113
114         ------------------------------
115 simplLazyBind:  [binder already simplified, RHS not]
116   Used for: recursive bindings (top level and nested)
117             top-level non-recursive bindings
118             non-top-level, but *lazy* non-recursive bindings
119         [must not be strict or unboxed]
120   Returns floats + an augmented environment, not an expression
121   - substituteIdInfo and add result to in-scope
122         [so that rules are available in rec rhs]
123   - simplify rhs
124   - mkAtomicArgs
125   - float if exposes constructor or PAP
126   - completeBind
127
128
129 completeNonRecX:        [binder and rhs both simplified]
130   - if the the thing needs case binding (unlifted and not ok-for-spec)
131         build a Case
132    else
133         completeBind
134         addFloats
135
136 completeBind:   [given a simplified RHS]
137         [used for both rec and non-rec bindings, top level and not]
138   - try PostInlineUnconditionally
139   - add unfolding [this is the only place we add an unfolding]
140   - add arity
141
142
143
144 Right hand sides and arguments
145 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
146 In many ways we want to treat
147         (a) the right hand side of a let(rec), and
148         (b) a function argument
149 in the same way.  But not always!  In particular, we would
150 like to leave these arguments exactly as they are, so they
151 will match a RULE more easily.
152
153         f (g x, h x)
154         g (+ x)
155
156 It's harder to make the rule match if we ANF-ise the constructor,
157 or eta-expand the PAP:
158
159         f (let { a = g x; b = h x } in (a,b))
160         g (\y. + x y)
161
162 On the other hand if we see the let-defns
163
164         p = (g x, h x)
165         q = + x
166
167 then we *do* want to ANF-ise and eta-expand, so that p and q
168 can be safely inlined.
169
170 Even floating lets out is a bit dubious.  For let RHS's we float lets
171 out if that exposes a value, so that the value can be inlined more vigorously.
172 For example
173
174         r = let x = e in (x,x)
175
176 Here, if we float the let out we'll expose a nice constructor. We did experiments
177 that showed this to be a generally good thing.  But it was a bad thing to float
178 lets out unconditionally, because that meant they got allocated more often.
179
180 For function arguments, there's less reason to expose a constructor (it won't
181 get inlined).  Just possibly it might make a rule match, but I'm pretty skeptical.
182 So for the moment we don't float lets out of function arguments either.
183
184
185 Eta expansion
186 ~~~~~~~~~~~~~~
187 For eta expansion, we want to catch things like
188
189         case e of (a,b) -> \x -> case a of (p,q) -> \y -> r
190
191 If the \x was on the RHS of a let, we'd eta expand to bring the two
192 lambdas together.  And in general that's a good thing to do.  Perhaps
193 we should eta expand wherever we find a (value) lambda?  Then the eta
194 expansion at a let RHS can concentrate solely on the PAP case.
195
196
197 %************************************************************************
198 %*                                                                      *
199 \subsection{Bindings}
200 %*                                                                      *
201 %************************************************************************
202
203 \begin{code}
204 simplTopBinds :: SimplEnv -> [InBind] -> SimplM [OutBind]
205
206 simplTopBinds env0 binds0
207   = do  {       -- Put all the top-level binders into scope at the start
208                 -- so that if a transformation rule has unexpectedly brought
209                 -- anything into scope, then we don't get a complaint about that.
210                 -- It's rather as if the top-level binders were imported.
211         ; env1 <- simplRecBndrs env0 (bindersOfBinds binds0)
212         ; dflags <- getDOptsSmpl
213         ; let dump_flag = dopt Opt_D_dump_inlinings dflags ||
214                           dopt Opt_D_dump_rule_firings dflags
215         ; env2 <- simpl_binds dump_flag env1 binds0
216         ; freeTick SimplifierDone
217         ; return (getFloats env2) }
218   where
219         -- We need to track the zapped top-level binders, because
220         -- they should have their fragile IdInfo zapped (notably occurrence info)
221         -- That's why we run down binds and bndrs' simultaneously.
222         --
223         -- The dump-flag emits a trace for each top-level binding, which
224         -- helps to locate the tracing for inlining and rule firing
225     simpl_binds :: Bool -> SimplEnv -> [InBind] -> SimplM SimplEnv
226     simpl_binds _    env []           = return env
227     simpl_binds dump env (bind:binds) = do { env' <- trace_bind dump bind $
228                                                      simpl_bind env bind
229                                            ; simpl_binds dump env' binds }
230
231     trace_bind True  bind = pprTrace "SimplBind" (ppr (bindersOf bind))
232     trace_bind False _    = \x -> x
233
234     simpl_bind env (Rec pairs)  = simplRecBind      env  TopLevel pairs
235     simpl_bind env (NonRec b r) = simplRecOrTopPair env' TopLevel b b' r
236         where
237           (env', b') = addBndrRules env b (lookupRecBndr env b)
238 \end{code}
239
240
241 %************************************************************************
242 %*                                                                      *
243 \subsection{Lazy bindings}
244 %*                                                                      *
245 %************************************************************************
246
247 simplRecBind is used for
248         * recursive bindings only
249
250 \begin{code}
251 simplRecBind :: SimplEnv -> TopLevelFlag
252              -> [(InId, InExpr)]
253              -> SimplM SimplEnv
254 simplRecBind env0 top_lvl pairs0
255   = do  { let (env_with_info, triples) = mapAccumL add_rules env0 pairs0
256         ; env1 <- go (zapFloats env_with_info) triples
257         ; return (env0 `addRecFloats` env1) }
258         -- addFloats adds the floats from env1,
259         -- _and_ updates env0 with the in-scope set from env1
260   where
261     add_rules :: SimplEnv -> (InBndr,InExpr) -> (SimplEnv, (InBndr, OutBndr, InExpr))
262         -- Add the (substituted) rules to the binder
263     add_rules env (bndr, rhs) = (env', (bndr, bndr', rhs))
264         where
265           (env', bndr') = addBndrRules env bndr (lookupRecBndr env bndr)
266
267     go env [] = return env
268
269     go env ((old_bndr, new_bndr, rhs) : pairs)
270         = do { env' <- simplRecOrTopPair env top_lvl old_bndr new_bndr rhs
271              ; go env' pairs }
272 \end{code}
273
274 simplOrTopPair is used for
275         * recursive bindings (whether top level or not)
276         * top-level non-recursive bindings
277
278 It assumes the binder has already been simplified, but not its IdInfo.
279
280 \begin{code}
281 simplRecOrTopPair :: SimplEnv
282                   -> TopLevelFlag
283                   -> InId -> OutBndr -> InExpr  -- Binder and rhs
284                   -> SimplM SimplEnv    -- Returns an env that includes the binding
285
286 simplRecOrTopPair env top_lvl old_bndr new_bndr rhs
287   | preInlineUnconditionally env top_lvl old_bndr rhs   -- Check for unconditional inline
288   = do  { tick (PreInlineUnconditionally old_bndr)
289         ; return (extendIdSubst env old_bndr (mkContEx env rhs)) }
290
291   | otherwise
292   = simplLazyBind env top_lvl Recursive old_bndr new_bndr rhs env
293         -- May not actually be recursive, but it doesn't matter
294 \end{code}
295
296
297 simplLazyBind is used for
298   * [simplRecOrTopPair] recursive bindings (whether top level or not)
299   * [simplRecOrTopPair] top-level non-recursive bindings
300   * [simplNonRecE]      non-top-level *lazy* non-recursive bindings
301
302 Nota bene:
303     1. It assumes that the binder is *already* simplified,
304        and is in scope, and its IdInfo too, except unfolding
305
306     2. It assumes that the binder type is lifted.
307
308     3. It does not check for pre-inline-unconditionallly;
309        that should have been done already.
310
311 \begin{code}
312 simplLazyBind :: SimplEnv
313               -> TopLevelFlag -> RecFlag
314               -> InId -> OutId          -- Binder, both pre-and post simpl
315                                         -- The OutId has IdInfo, except arity, unfolding
316               -> InExpr -> SimplEnv     -- The RHS and its environment
317               -> SimplM SimplEnv
318
319 simplLazyBind env top_lvl is_rec bndr bndr1 rhs rhs_se
320   = do  { let   rhs_env     = rhs_se `setInScope` env
321                 (tvs, body) = case collectTyBinders rhs of
322                                 (tvs, body) | not_lam body -> (tvs,body)
323                                             | otherwise    -> ([], rhs)
324                 not_lam (Lam _ _) = False
325                 not_lam _         = True
326                         -- Do not do the "abstract tyyvar" thing if there's
327                         -- a lambda inside, becuase it defeats eta-reduction
328                         --    f = /\a. \x. g a x  
329                         -- should eta-reduce
330
331         ; (body_env, tvs') <- simplBinders rhs_env tvs
332                 -- See Note [Floating and type abstraction] in SimplUtils
333
334         -- Simplify the RHS
335         ; (body_env1, body1) <- simplExprF body_env body mkBoringStop
336
337         -- ANF-ise a constructor or PAP rhs
338         ; (body_env2, body2) <- prepareRhs body_env1 body1
339
340         ; (env', rhs')
341             <-  if not (doFloatFromRhs top_lvl is_rec False body2 body_env2)
342                 then                            -- No floating, just wrap up!
343                      do { rhs' <- mkLam env tvs' (wrapFloats body_env2 body2)
344                         ; return (env, rhs') }
345
346                 else if null tvs then           -- Simple floating
347                      do { tick LetFloatFromLet
348                         ; return (addFloats env body_env2, body2) }
349
350                 else                            -- Do type-abstraction first
351                      do { tick LetFloatFromLet
352                         ; (poly_binds, body3) <- abstractFloats tvs' body_env2 body2
353                         ; rhs' <- mkLam env tvs' body3
354                         ; let env' = foldl (addPolyBind top_lvl) env poly_binds
355                         ; return (env', rhs') }
356
357         ; completeBind env' top_lvl bndr bndr1 rhs' }
358 \end{code}
359
360 A specialised variant of simplNonRec used when the RHS is already simplified,
361 notably in knownCon.  It uses case-binding where necessary.
362
363 \begin{code}
364 simplNonRecX :: SimplEnv
365              -> InId            -- Old binder
366              -> OutExpr         -- Simplified RHS
367              -> SimplM SimplEnv
368
369 simplNonRecX env bndr new_rhs
370   | isDeadBinder bndr   -- Not uncommon; e.g. case (a,b) of b { (p,q) -> p }
371   = return env          --               Here b is dead, and we avoid creating
372   | otherwise           --               the binding b = (a,b)
373   = do  { (env', bndr') <- simplBinder env bndr
374         ; completeNonRecX env' (isStrictId bndr) bndr bndr' new_rhs }
375
376 completeNonRecX :: SimplEnv
377                 -> Bool
378                 -> InId                 -- Old binder
379                 -> OutId                -- New binder
380                 -> OutExpr              -- Simplified RHS
381                 -> SimplM SimplEnv
382
383 completeNonRecX env is_strict old_bndr new_bndr new_rhs
384   = do  { (env1, rhs1) <- prepareRhs (zapFloats env) new_rhs
385         ; (env2, rhs2) <-
386                 if doFloatFromRhs NotTopLevel NonRecursive is_strict rhs1 env1
387                 then do { tick LetFloatFromLet
388                         ; return (addFloats env env1, rhs1) }   -- Add the floats to the main env
389                 else return (env, wrapFloats env1 rhs1)         -- Wrap the floats around the RHS
390         ; completeBind env2 NotTopLevel old_bndr new_bndr rhs2 }
391 \end{code}
392
393 {- No, no, no!  Do not try preInlineUnconditionally in completeNonRecX
394    Doing so risks exponential behaviour, because new_rhs has been simplified once already
395    In the cases described by the folowing commment, postInlineUnconditionally will
396    catch many of the relevant cases.
397         -- This happens; for example, the case_bndr during case of
398         -- known constructor:  case (a,b) of x { (p,q) -> ... }
399         -- Here x isn't mentioned in the RHS, so we don't want to
400         -- create the (dead) let-binding  let x = (a,b) in ...
401         --
402         -- Similarly, single occurrences can be inlined vigourously
403         -- e.g.  case (f x, g y) of (a,b) -> ....
404         -- If a,b occur once we can avoid constructing the let binding for them.
405
406    Furthermore in the case-binding case preInlineUnconditionally risks extra thunks
407         -- Consider     case I# (quotInt# x y) of
408         --                I# v -> let w = J# v in ...
409         -- If we gaily inline (quotInt# x y) for v, we end up building an
410         -- extra thunk:
411         --                let w = J# (quotInt# x y) in ...
412         -- because quotInt# can fail.
413
414   | preInlineUnconditionally env NotTopLevel bndr new_rhs
415   = thing_inside (extendIdSubst env bndr (DoneEx new_rhs))
416 -}
417
418 ----------------------------------
419 prepareRhs takes a putative RHS, checks whether it's a PAP or
420 constructor application and, if so, converts it to ANF, so that the
421 resulting thing can be inlined more easily.  Thus
422         x = (f a, g b)
423 becomes
424         t1 = f a
425         t2 = g b
426         x = (t1,t2)
427
428 We also want to deal well cases like this
429         v = (f e1 `cast` co) e2
430 Here we want to make e1,e2 trivial and get
431         x1 = e1; x2 = e2; v = (f x1 `cast` co) v2
432 That's what the 'go' loop in prepareRhs does
433
434 \begin{code}
435 prepareRhs :: SimplEnv -> OutExpr -> SimplM (SimplEnv, OutExpr)
436 -- Adds new floats to the env iff that allows us to return a good RHS
437 prepareRhs env (Cast rhs co)    -- Note [Float coercions]
438   | (ty1, _ty2) <- coercionKind co       -- Do *not* do this if rhs has an unlifted type
439   , not (isUnLiftedType ty1)            -- see Note [Float coercions (unlifted)]
440   = do  { (env', rhs') <- makeTrivial env rhs
441         ; return (env', Cast rhs' co) }
442
443 prepareRhs env0 rhs0
444   = do  { (_is_val, env1, rhs1) <- go 0 env0 rhs0
445         ; return (env1, rhs1) }
446   where
447     go n_val_args env (Cast rhs co)
448         = do { (is_val, env', rhs') <- go n_val_args env rhs
449              ; return (is_val, env', Cast rhs' co) }
450     go n_val_args env (App fun (Type ty))
451         = do { (is_val, env', rhs') <- go n_val_args env fun
452              ; return (is_val, env', App rhs' (Type ty)) }
453     go n_val_args env (App fun arg)
454         = do { (is_val, env', fun') <- go (n_val_args+1) env fun
455              ; case is_val of
456                 True -> do { (env'', arg') <- makeTrivial env' arg
457                            ; return (True, env'', App fun' arg') }
458                 False -> return (False, env, App fun arg) }
459     go n_val_args env (Var fun)
460         = return (is_val, env, Var fun)
461         where
462           is_val = n_val_args > 0       -- There is at least one arg
463                                         -- ...and the fun a constructor or PAP
464                  && (isConLikeId fun || n_val_args < idArity fun)
465     go _ env other
466         = return (False, env, other)
467 \end{code}
468
469
470 Note [Float coercions]
471 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
472 When we find the binding
473         x = e `cast` co
474 we'd like to transform it to
475         x' = e
476         x = x `cast` co         -- A trivial binding
477 There's a chance that e will be a constructor application or function, or something
478 like that, so moving the coerion to the usage site may well cancel the coersions
479 and lead to further optimisation.  Example:
480
481      data family T a :: *
482      data instance T Int = T Int
483
484      foo :: Int -> Int -> Int
485      foo m n = ...
486         where
487           x = T m
488           go 0 = 0
489           go n = case x of { T m -> go (n-m) }
490                 -- This case should optimise
491
492 Note [Float coercions (unlifted)]
493 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
494 BUT don't do [Float coercions] if 'e' has an unlifted type.
495 This *can* happen:
496
497      foo :: Int = (error (# Int,Int #) "urk")
498                   `cast` CoUnsafe (# Int,Int #) Int
499
500 If do the makeTrivial thing to the error call, we'll get
501     foo = case error (# Int,Int #) "urk" of v -> v `cast` ...
502 But 'v' isn't in scope!
503
504 These strange casts can happen as a result of case-of-case
505         bar = case (case x of { T -> (# 2,3 #); F -> error "urk" }) of
506                 (# p,q #) -> p+q
507
508
509 \begin{code}
510 makeTrivial :: SimplEnv -> OutExpr -> SimplM (SimplEnv, OutExpr)
511 -- Binds the expression to a variable, if it's not trivial, returning the variable
512 makeTrivial env expr
513   | exprIsTrivial expr
514   = return (env, expr)
515   | otherwise           -- See Note [Take care] below
516   = do  { var <- newId (fsLit "a") (exprType expr)
517         ; env' <- completeNonRecX env False var var expr
518 --        pprTrace "makeTrivial" (vcat [ppr var <+> ppr (exprArity (substExpr env' (Var var)))
519 --                                     , ppr expr
520 --                                     , ppr (substExpr env' (Var var))
521 --                                     , ppr (idArity (fromJust (lookupInScope (seInScope env') var))) ]) $
522         ; return (env', substExpr env' (Var var)) }
523         -- The substitution is needed becase we're constructing a new binding
524         --     a = rhs
525         -- And if rhs is of form (rhs1 |> co), then we might get
526         --     a1 = rhs1
527         --     a = a1 |> co
528         -- and now a's RHS is trivial and can be substituted out, and that
529         -- is what completeNonRecX will do
530 \end{code}
531
532
533 %************************************************************************
534 %*                                                                      *
535 \subsection{Completing a lazy binding}
536 %*                                                                      *
537 %************************************************************************
538
539 completeBind
540   * deals only with Ids, not TyVars
541   * takes an already-simplified binder and RHS
542   * is used for both recursive and non-recursive bindings
543   * is used for both top-level and non-top-level bindings
544
545 It does the following:
546   - tries discarding a dead binding
547   - tries PostInlineUnconditionally
548   - add unfolding [this is the only place we add an unfolding]
549   - add arity
550
551 It does *not* attempt to do let-to-case.  Why?  Because it is used for
552   - top-level bindings (when let-to-case is impossible)
553   - many situations where the "rhs" is known to be a WHNF
554                 (so let-to-case is inappropriate).
555
556 Nor does it do the atomic-argument thing
557
558 \begin{code}
559 completeBind :: SimplEnv
560              -> TopLevelFlag            -- Flag stuck into unfolding
561              -> InId                    -- Old binder
562              -> OutId -> OutExpr        -- New binder and RHS
563              -> SimplM SimplEnv
564 -- completeBind may choose to do its work
565 --      * by extending the substitution (e.g. let x = y in ...)
566 --      * or by adding to the floats in the envt
567
568 completeBind env top_lvl old_bndr new_bndr new_rhs
569   | postInlineUnconditionally env top_lvl new_bndr occ_info new_rhs unfolding
570                 -- Inline and discard the binding
571   = do  { tick (PostInlineUnconditionally old_bndr)
572         ; -- pprTrace "postInlineUnconditionally" (ppr old_bndr <+> ppr new_bndr <+> ppr new_rhs) $
573           return (extendIdSubst env old_bndr (DoneEx new_rhs)) }
574         -- Use the substitution to make quite, quite sure that the
575         -- substitution will happen, since we are going to discard the binding
576
577   | otherwise
578   = return (addNonRecWithUnf env new_bndr new_rhs unfolding wkr)
579   where
580     unfolding | omit_unfolding = NoUnfolding
581               | otherwise      = mkUnfolding (isTopLevel top_lvl) new_rhs
582     old_info    = idInfo old_bndr
583     occ_info    = occInfo old_info
584     wkr         = substWorker env (workerInfo old_info)
585     omit_unfolding = isNonRuleLoopBreaker occ_info 
586                    --       or not (activeInline env old_bndr)
587                    -- Do *not* trim the unfolding in SimplGently, else
588                    -- the specialiser can't see it!
589
590 -----------------
591 addPolyBind :: TopLevelFlag -> SimplEnv -> OutBind -> SimplEnv
592 -- Add a new binding to the environment, complete with its unfolding
593 -- but *do not* do postInlineUnconditionally, because we have already
594 -- processed some of the scope of the binding
595 -- We still want the unfolding though.  Consider
596 --      let 
597 --            x = /\a. let y = ... in Just y
598 --      in body
599 -- Then we float the y-binding out (via abstractFloats and addPolyBind)
600 -- but 'x' may well then be inlined in 'body' in which case we'd like the 
601 -- opportunity to inline 'y' too.
602
603 addPolyBind top_lvl env (NonRec poly_id rhs)
604   = addNonRecWithUnf env poly_id rhs unfolding NoWorker
605   where
606     unfolding | not (activeInline env poly_id) = NoUnfolding
607               | otherwise                      = mkUnfolding (isTopLevel top_lvl) rhs
608                 -- addNonRecWithInfo adds the new binding in the
609                 -- proper way (ie complete with unfolding etc),
610                 -- and extends the in-scope set
611
612 addPolyBind _ env bind@(Rec _) = extendFloats env bind
613                 -- Hack: letrecs are more awkward, so we extend "by steam"
614                 -- without adding unfoldings etc.  At worst this leads to
615                 -- more simplifier iterations
616
617 -----------------
618 addNonRecWithUnf :: SimplEnv
619                   -> OutId -> OutExpr        -- New binder and RHS
620                   -> Unfolding -> WorkerInfo -- and unfolding
621                   -> SimplEnv
622 -- Add suitable IdInfo to the Id, add the binding to the floats, and extend the in-scope set
623 addNonRecWithUnf env new_bndr rhs unfolding wkr
624   = ASSERT( isId new_bndr )
625     WARN( new_arity < old_arity || new_arity < dmd_arity, 
626           (ptext (sLit "Arity decrease:") <+> ppr final_id <+> ppr old_arity
627                 <+> ppr new_arity <+> ppr dmd_arity) $$ ppr rhs )
628         -- Note [Arity decrease]
629     final_id `seq`      -- This seq forces the Id, and hence its IdInfo,
630                         -- and hence any inner substitutions
631     addNonRec env final_id rhs
632         -- The addNonRec adds it to the in-scope set too
633   where
634         dmd_arity = length $ fst $ splitStrictSig $ idNewStrictness new_bndr
635         old_arity = idArity new_bndr
636
637         --      Arity info
638         new_arity = exprArity rhs
639         new_bndr_info = idInfo new_bndr `setArityInfo` new_arity
640
641         --      Unfolding info
642         -- Add the unfolding *only* for non-loop-breakers
643         -- Making loop breakers not have an unfolding at all
644         -- means that we can avoid tests in exprIsConApp, for example.
645         -- This is important: if exprIsConApp says 'yes' for a recursive
646         -- thing, then we can get into an infinite loop
647
648         --      Demand info
649         -- If the unfolding is a value, the demand info may
650         -- go pear-shaped, so we nuke it.  Example:
651         --      let x = (a,b) in
652         --      case x of (p,q) -> h p q x
653         -- Here x is certainly demanded. But after we've nuked
654         -- the case, we'll get just
655         --      let x = (a,b) in h a b x
656         -- and now x is not demanded (I'm assuming h is lazy)
657         -- This really happens.  Similarly
658         --      let f = \x -> e in ...f..f...
659         -- After inlining f at some of its call sites the original binding may
660         -- (for example) be no longer strictly demanded.
661         -- The solution here is a bit ad hoc...
662         info_w_unf = new_bndr_info `setUnfoldingInfo` unfolding
663                                    `setWorkerInfo`    wkr
664
665         final_info | isEvaldUnfolding unfolding = zapDemandInfo info_w_unf `orElse` info_w_unf
666                    | otherwise                  = info_w_unf
667         
668         final_id = new_bndr `setIdInfo` final_info
669 \end{code}
670
671 Note [Arity decrease]
672 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
673 Generally speaking the arity of a binding should not decrease.  But it *can* 
674 legitimately happen becuase of RULES.  Eg
675         f = g Int
676 where g has arity 2, will have arity 2.  But if there's a rewrite rule
677         g Int --> h
678 where h has arity 1, then f's arity will decrease.  Here's a real-life example,
679 which is in the output of Specialise:
680
681      Rec {
682         $dm {Arity 2} = \d.\x. op d
683         {-# RULES forall d. $dm Int d = $s$dm #-}
684         
685         dInt = MkD .... opInt ...
686         opInt {Arity 1} = $dm dInt
687
688         $s$dm {Arity 0} = \x. op dInt }
689
690 Here opInt has arity 1; but when we apply the rule its arity drops to 0.
691 That's why Specialise goes to a little trouble to pin the right arity
692 on specialised functions too.
693
694
695 %************************************************************************
696 %*                                                                      *
697 \subsection[Simplify-simplExpr]{The main function: simplExpr}
698 %*                                                                      *
699 %************************************************************************
700
701 The reason for this OutExprStuff stuff is that we want to float *after*
702 simplifying a RHS, not before.  If we do so naively we get quadratic
703 behaviour as things float out.
704
705 To see why it's important to do it after, consider this (real) example:
706
707         let t = f x
708         in fst t
709 ==>
710         let t = let a = e1
711                     b = e2
712                 in (a,b)
713         in fst t
714 ==>
715         let a = e1
716             b = e2
717             t = (a,b)
718         in
719         a       -- Can't inline a this round, cos it appears twice
720 ==>
721         e1
722
723 Each of the ==> steps is a round of simplification.  We'd save a
724 whole round if we float first.  This can cascade.  Consider
725
726         let f = g d
727         in \x -> ...f...
728 ==>
729         let f = let d1 = ..d.. in \y -> e
730         in \x -> ...f...
731 ==>
732         let d1 = ..d..
733         in \x -> ...(\y ->e)...
734
735 Only in this second round can the \y be applied, and it
736 might do the same again.
737
738
739 \begin{code}
740 simplExpr :: SimplEnv -> CoreExpr -> SimplM CoreExpr
741 simplExpr env expr = simplExprC env expr mkBoringStop
742
743 simplExprC :: SimplEnv -> CoreExpr -> SimplCont -> SimplM CoreExpr
744         -- Simplify an expression, given a continuation
745 simplExprC env expr cont
746   = -- pprTrace "simplExprC" (ppr expr $$ ppr cont {- $$ ppr (seIdSubst env) -} $$ ppr (seFloats env) ) $
747     do  { (env', expr') <- simplExprF (zapFloats env) expr cont
748         ; -- pprTrace "simplExprC ret" (ppr expr $$ ppr expr') $
749           -- pprTrace "simplExprC ret3" (ppr (seInScope env')) $
750           -- pprTrace "simplExprC ret4" (ppr (seFloats env')) $
751           return (wrapFloats env' expr') }
752
753 --------------------------------------------------
754 simplExprF :: SimplEnv -> InExpr -> SimplCont
755            -> SimplM (SimplEnv, OutExpr)
756
757 simplExprF env e cont
758   = -- pprTrace "simplExprF" (ppr e $$ ppr cont $$ ppr (seTvSubst env) $$ ppr (seIdSubst env) {- $$ ppr (seFloats env) -} ) $
759     simplExprF' env e cont
760
761 simplExprF' :: SimplEnv -> InExpr -> SimplCont
762             -> SimplM (SimplEnv, OutExpr)
763 simplExprF' env (Var v)        cont = simplVar env v cont
764 simplExprF' env (Lit lit)      cont = rebuild env (Lit lit) cont
765 simplExprF' env (Note n expr)  cont = simplNote env n expr cont
766 simplExprF' env (Cast body co) cont = simplCast env body co cont
767 simplExprF' env (App fun arg)  cont = simplExprF env fun $
768                                       ApplyTo NoDup arg env cont
769
770 simplExprF' env expr@(Lam _ _) cont
771   = simplLam env (map zap bndrs) body cont
772         -- The main issue here is under-saturated lambdas
773         --   (\x1. \x2. e) arg1
774         -- Here x1 might have "occurs-once" occ-info, because occ-info
775         -- is computed assuming that a group of lambdas is applied
776         -- all at once.  If there are too few args, we must zap the
777         -- occ-info.
778   where
779     n_args   = countArgs cont
780     n_params = length bndrs
781     (bndrs, body) = collectBinders expr
782     zap | n_args >= n_params = \b -> b
783         | otherwise          = \b -> if isTyVar b then b
784                                      else zapLamIdInfo b
785         -- NB: we count all the args incl type args
786         -- so we must count all the binders (incl type lambdas)
787
788 simplExprF' env (Type ty) cont
789   = ASSERT( contIsRhsOrArg cont )
790     do  { ty' <- simplType env ty
791         ; rebuild env (Type ty') cont }
792
793 simplExprF' env (Case scrut bndr _ alts) cont
794   | not (switchIsOn (getSwitchChecker env) NoCaseOfCase)
795   =     -- Simplify the scrutinee with a Select continuation
796     simplExprF env scrut (Select NoDup bndr alts env cont)
797
798   | otherwise
799   =     -- If case-of-case is off, simply simplify the case expression
800         -- in a vanilla Stop context, and rebuild the result around it
801     do  { case_expr' <- simplExprC env scrut case_cont
802         ; rebuild env case_expr' cont }
803   where
804     case_cont = Select NoDup bndr alts env mkBoringStop
805
806 simplExprF' env (Let (Rec pairs) body) cont
807   = do  { env' <- simplRecBndrs env (map fst pairs)
808                 -- NB: bndrs' don't have unfoldings or rules
809                 -- We add them as we go down
810
811         ; env'' <- simplRecBind env' NotTopLevel pairs
812         ; simplExprF env'' body cont }
813
814 simplExprF' env (Let (NonRec bndr rhs) body) cont
815   = simplNonRecE env bndr (rhs, env) ([], body) cont
816
817 ---------------------------------
818 simplType :: SimplEnv -> InType -> SimplM OutType
819         -- Kept monadic just so we can do the seqType
820 simplType env ty
821   = -- pprTrace "simplType" (ppr ty $$ ppr (seTvSubst env)) $
822     seqType new_ty   `seq`   return new_ty
823   where
824     new_ty = substTy env ty
825
826 ---------------------------------
827 simplCoercion :: SimplEnv -> InType -> SimplM OutType
828 simplCoercion env co
829   = do { co' <- simplType env co
830        ; return (optCoercion co') }
831 \end{code}
832
833
834 %************************************************************************
835 %*                                                                      *
836 \subsection{The main rebuilder}
837 %*                                                                      *
838 %************************************************************************
839
840 \begin{code}
841 rebuild :: SimplEnv -> OutExpr -> SimplCont -> SimplM (SimplEnv, OutExpr)
842 -- At this point the substitution in the SimplEnv should be irrelevant
843 -- only the in-scope set and floats should matter
844 rebuild env expr cont0
845   = -- pprTrace "rebuild" (ppr expr $$ ppr cont0 $$ ppr (seFloats env)) $
846     case cont0 of
847       Stop {}                      -> return (env, expr)
848       CoerceIt co cont             -> rebuild env (mkCoerce co expr) cont
849       Select _ bndr alts se cont   -> rebuildCase (se `setFloats` env) expr bndr alts cont
850       StrictArg fun _ info cont    -> rebuildCall env (fun `App` expr) info cont
851       StrictBind b bs body se cont -> do { env' <- simplNonRecX (se `setFloats` env) b expr
852                                          ; simplLam env' bs body cont }
853       ApplyTo _ arg se cont        -> do { arg' <- simplExpr (se `setInScope` env) arg
854                                          ; rebuild env (App expr arg') cont }
855 \end{code}
856
857
858 %************************************************************************
859 %*                                                                      *
860 \subsection{Lambdas}
861 %*                                                                      *
862 %************************************************************************
863
864 \begin{code}
865 simplCast :: SimplEnv -> InExpr -> Coercion -> SimplCont
866           -> SimplM (SimplEnv, OutExpr)
867 simplCast env body co0 cont0
868   = do  { co1 <- simplCoercion env co0
869         ; simplExprF env body (addCoerce co1 cont0) }
870   where
871        addCoerce co cont = add_coerce co (coercionKind co) cont
872
873        add_coerce _co (s1, k1) cont     -- co :: ty~ty
874          | s1 `coreEqType` k1 = cont    -- is a no-op
875
876        add_coerce co1 (s1, _k2) (CoerceIt co2 cont)
877          | (_l1, t1) <- coercionKind co2
878                 --      e |> (g1 :: S1~L) |> (g2 :: L~T1)
879                 -- ==>
880                 --      e,                       if S1=T1
881                 --      e |> (g1 . g2 :: S1~T1)  otherwise
882                 --
883                 -- For example, in the initial form of a worker
884                 -- we may find  (coerce T (coerce S (\x.e))) y
885                 -- and we'd like it to simplify to e[y/x] in one round
886                 -- of simplification
887          , s1 `coreEqType` t1  = cont            -- The coerces cancel out
888          | otherwise           = CoerceIt (mkTransCoercion co1 co2) cont
889
890        add_coerce co (s1s2, _t1t2) (ApplyTo dup (Type arg_ty) arg_se cont)
891                 -- (f |> g) ty  --->   (f ty) |> (g @ ty)
892                 -- This implements the PushT rule from the paper
893          | Just (tyvar,_) <- splitForAllTy_maybe s1s2
894          , not (isCoVar tyvar)
895          = ApplyTo dup (Type ty') (zapSubstEnv env) (addCoerce (mkInstCoercion co ty') cont)
896          where
897            ty' = substTy (arg_se `setInScope` env) arg_ty
898
899         -- ToDo: the PushC rule is not implemented at all
900
901        add_coerce co (s1s2, _t1t2) (ApplyTo dup arg arg_se cont)
902          | not (isTypeArg arg)  -- This implements the Push rule from the paper
903          , isFunTy s1s2   -- t1t2 must be a function type, becuase it's applied
904                 --      (e |> (g :: s1s2 ~ t1->t2)) f
905                 -- ===>
906                 --      (e (f |> (arg g :: t1~s1))
907                 --      |> (res g :: s2->t2)
908                 --
909                 -- t1t2 must be a function type, t1->t2, because it's applied
910                 -- to something but s1s2 might conceivably not be
911                 --
912                 -- When we build the ApplyTo we can't mix the out-types
913                 -- with the InExpr in the argument, so we simply substitute
914                 -- to make it all consistent.  It's a bit messy.
915                 -- But it isn't a common case.
916                 --
917                 -- Example of use: Trac #995
918          = ApplyTo dup new_arg (zapSubstEnv env) (addCoerce co2 cont)
919          where
920            -- we split coercion t1->t2 ~ s1->s2 into t1 ~ s1 and
921            -- t2 ~ s2 with left and right on the curried form:
922            --    (->) t1 t2 ~ (->) s1 s2
923            [co1, co2] = decomposeCo 2 co
924            new_arg    = mkCoerce (mkSymCoercion co1) arg'
925            arg'       = substExpr (arg_se `setInScope` env) arg
926
927        add_coerce co _ cont = CoerceIt co cont
928 \end{code}
929
930
931 %************************************************************************
932 %*                                                                      *
933 \subsection{Lambdas}
934 %*                                                                      *
935 %************************************************************************
936
937 \begin{code}
938 simplLam :: SimplEnv -> [InId] -> InExpr -> SimplCont
939          -> SimplM (SimplEnv, OutExpr)
940
941 simplLam env [] body cont = simplExprF env body cont
942
943         -- Beta reduction
944 simplLam env (bndr:bndrs) body (ApplyTo _ arg arg_se cont)
945   = do  { tick (BetaReduction bndr)
946         ; simplNonRecE env bndr (arg, arg_se) (bndrs, body) cont }
947
948         -- Not enough args, so there are real lambdas left to put in the result
949 simplLam env bndrs body cont
950   = do  { (env', bndrs') <- simplLamBndrs env bndrs
951         ; body' <- simplExpr env' body
952         ; new_lam <- mkLam env' bndrs' body'
953         ; rebuild env' new_lam cont }
954
955 ------------------
956 simplNonRecE :: SimplEnv
957              -> InId                    -- The binder
958              -> (InExpr, SimplEnv)      -- Rhs of binding (or arg of lambda)
959              -> ([InBndr], InExpr)      -- Body of the let/lambda
960                                         --      \xs.e
961              -> SimplCont
962              -> SimplM (SimplEnv, OutExpr)
963
964 -- simplNonRecE is used for
965 --  * non-top-level non-recursive lets in expressions
966 --  * beta reduction
967 --
968 -- It deals with strict bindings, via the StrictBind continuation,
969 -- which may abort the whole process
970 --
971 -- The "body" of the binding comes as a pair of ([InId],InExpr)
972 -- representing a lambda; so we recurse back to simplLam
973 -- Why?  Because of the binder-occ-info-zapping done before
974 --       the call to simplLam in simplExprF (Lam ...)
975
976         -- First deal with type applications and type lets
977         --   (/\a. e) (Type ty)   and   (let a = Type ty in e)
978 simplNonRecE env bndr (Type ty_arg, rhs_se) (bndrs, body) cont
979   = ASSERT( isTyVar bndr )
980     do  { ty_arg' <- simplType (rhs_se `setInScope` env) ty_arg
981         ; simplLam (extendTvSubst env bndr ty_arg') bndrs body cont }
982
983 simplNonRecE env bndr (rhs, rhs_se) (bndrs, body) cont
984   | preInlineUnconditionally env NotTopLevel bndr rhs
985   = do  { tick (PreInlineUnconditionally bndr)
986         ; simplLam (extendIdSubst env bndr (mkContEx rhs_se rhs)) bndrs body cont }
987
988   | isStrictId bndr
989   = do  { simplExprF (rhs_se `setFloats` env) rhs
990                      (StrictBind bndr bndrs body env cont) }
991
992   | otherwise
993   = ASSERT( not (isTyVar bndr) )
994     do  { (env1, bndr1) <- simplNonRecBndr env bndr
995         ; let (env2, bndr2) = addBndrRules env1 bndr bndr1
996         ; env3 <- simplLazyBind env2 NotTopLevel NonRecursive bndr bndr2 rhs rhs_se
997         ; simplLam env3 bndrs body cont }
998 \end{code}
999
1000
1001 %************************************************************************
1002 %*                                                                      *
1003 \subsection{Notes}
1004 %*                                                                      *
1005 %************************************************************************
1006
1007 \begin{code}
1008 -- Hack alert: we only distinguish subsumed cost centre stacks for the
1009 -- purposes of inlining.  All other CCCSs are mapped to currentCCS.
1010 simplNote :: SimplEnv -> Note -> CoreExpr -> SimplCont
1011           -> SimplM (SimplEnv, OutExpr)
1012 simplNote env (SCC cc) e cont
1013   | pushCCisNop cc (getEnclosingCC env)  -- scc "f" (...(scc "f" e)...) 
1014   = simplExprF env e cont                -- ==>  scc "f" (...e...)
1015   | otherwise
1016   = do  { e' <- simplExpr (setEnclosingCC env currentCCS) e
1017         ; rebuild env (mkSCC cc e') cont }
1018
1019 -- See notes with SimplMonad.inlineMode
1020 simplNote env InlineMe e cont
1021   | Just (inside, outside) <- splitInlineCont cont  -- Boring boring continuation; see notes above
1022   = do  {                       -- Don't inline inside an INLINE expression
1023           e' <- simplExprC (setMode inlineMode env) e inside
1024         ; rebuild env (mkInlineMe e') outside }
1025
1026   | otherwise   -- Dissolve the InlineMe note if there's
1027                 -- an interesting context of any kind to combine with
1028                 -- (even a type application -- anything except Stop)
1029   = simplExprF env e cont
1030
1031 simplNote env (CoreNote s) e cont = do
1032     e' <- simplExpr env e
1033     rebuild env (Note (CoreNote s) e') cont
1034 \end{code}
1035
1036
1037 %************************************************************************
1038 %*                                                                      *
1039 \subsection{Dealing with calls}
1040 %*                                                                      *
1041 %************************************************************************
1042
1043 \begin{code}
1044 simplVar :: SimplEnv -> Id -> SimplCont -> SimplM (SimplEnv, OutExpr)
1045 simplVar env var cont
1046   = case substId env var of
1047         DoneEx e         -> simplExprF (zapSubstEnv env) e cont
1048         ContEx tvs ids e -> simplExprF (setSubstEnv env tvs ids) e cont
1049         DoneId var1      -> completeCall (zapSubstEnv env) var1 cont
1050                 -- Note [zapSubstEnv]
1051                 -- The template is already simplified, so don't re-substitute.
1052                 -- This is VITAL.  Consider
1053                 --      let x = e in
1054                 --      let y = \z -> ...x... in
1055                 --      \ x -> ...y...
1056                 -- We'll clone the inner \x, adding x->x' in the id_subst
1057                 -- Then when we inline y, we must *not* replace x by x' in
1058                 -- the inlined copy!!
1059
1060 ---------------------------------------------------------
1061 --      Dealing with a call site
1062
1063 completeCall :: SimplEnv -> Id -> SimplCont -> SimplM (SimplEnv, OutExpr)
1064 completeCall env var cont
1065   = do  { let   (args,call_cont) = contArgs cont
1066                 -- The args are OutExprs, obtained by *lazily* substituting
1067                 -- in the args found in cont.  These args are only examined
1068                 -- to limited depth (unless a rule fires).  But we must do
1069                 -- the substitution; rule matching on un-simplified args would
1070                 -- be bogus
1071
1072         ------------- First try rules ----------------
1073         -- Do this before trying inlining.  Some functions have
1074         -- rules *and* are strict; in this case, we don't want to
1075         -- inline the wrapper of the non-specialised thing; better
1076         -- to call the specialised thing instead.
1077         --
1078         -- We used to use the black-listing mechanism to ensure that inlining of
1079         -- the wrapper didn't occur for things that have specialisations till a
1080         -- later phase, so but now we just try RULES first
1081         -- 
1082         -- See also Note [Rules for recursive functions]
1083         ; mb_rule <- tryRules env var args call_cont
1084         ; case mb_rule of {
1085              Just (n_args, rule_rhs) -> simplExprF env rule_rhs (dropArgs n_args cont) ;
1086                  -- The ruleArity says how many args the rule consumed
1087            ; Nothing -> do       -- No rules
1088
1089
1090         ------------- Next try inlining ----------------
1091         { dflags <- getDOptsSmpl
1092         ; let   arg_infos = [interestingArg arg | arg <- args, isValArg arg]
1093                 n_val_args = length arg_infos
1094                 interesting_cont = interestingCallContext call_cont
1095                 active_inline = activeInline env var
1096                 maybe_inline  = callSiteInline dflags active_inline var
1097                                                (null args) arg_infos interesting_cont
1098         ; case maybe_inline of {
1099             Just unfolding      -- There is an inlining!
1100               ->  do { tick (UnfoldingDone var)
1101                      ; (if dopt Opt_D_dump_inlinings dflags then
1102                            pprTrace ("Inlining done: " ++ showSDoc (ppr var)) (vcat [
1103                                 text "Before:" <+> ppr var <+> sep (map pprParendExpr args),
1104                                 text "Inlined fn: " <+> nest 2 (ppr unfolding),
1105                                 text "Cont:  " <+> ppr call_cont])
1106                          else
1107                                 id)
1108                        simplExprF env unfolding cont }
1109
1110             ; Nothing ->                -- No inlining!
1111
1112         ------------- No inlining! ----------------
1113         -- Next, look for rules or specialisations that match
1114         --
1115         rebuildCall env (Var var)
1116                     (mkArgInfo var n_val_args call_cont) cont
1117     }}}}
1118
1119 rebuildCall :: SimplEnv
1120             -> OutExpr       -- Function 
1121             -> ArgInfo
1122             -> SimplCont
1123             -> SimplM (SimplEnv, OutExpr)
1124 rebuildCall env fun (ArgInfo { ai_strs = [] }) cont
1125   -- When we run out of strictness args, it means
1126   -- that the call is definitely bottom; see SimplUtils.mkArgInfo
1127   -- Then we want to discard the entire strict continuation.  E.g.
1128   --    * case (error "hello") of { ... }
1129   --    * (error "Hello") arg
1130   --    * f (error "Hello") where f is strict
1131   --    etc
1132   -- Then, especially in the first of these cases, we'd like to discard
1133   -- the continuation, leaving just the bottoming expression.  But the
1134   -- type might not be right, so we may have to add a coerce.
1135   | not (contIsTrivial cont)     -- Only do this if there is a non-trivial
1136   = return (env, mk_coerce fun)  -- contination to discard, else we do it
1137   where                          -- again and again!
1138     fun_ty  = exprType fun
1139     cont_ty = contResultType env fun_ty cont
1140     co      = mkUnsafeCoercion fun_ty cont_ty
1141     mk_coerce expr | cont_ty `coreEqType` fun_ty = expr
1142                    | otherwise = mkCoerce co expr
1143
1144 rebuildCall env fun info (ApplyTo _ (Type arg_ty) se cont)
1145   = do  { ty' <- simplType (se `setInScope` env) arg_ty
1146         ; rebuildCall env (fun `App` Type ty') info cont }
1147
1148 rebuildCall env fun 
1149            (ArgInfo { ai_rules = has_rules, ai_strs = str:strs, ai_discs = disc:discs })
1150            (ApplyTo _ arg arg_se cont)
1151   | str                 -- Strict argument
1152   = -- pprTrace "Strict Arg" (ppr arg $$ ppr (seIdSubst env) $$ ppr (seInScope env)) $
1153     simplExprF (arg_se `setFloats` env) arg
1154                (StrictArg fun cci arg_info' cont)
1155                 -- Note [Shadowing]
1156
1157   | otherwise                           -- Lazy argument
1158         -- DO NOT float anything outside, hence simplExprC
1159         -- There is no benefit (unlike in a let-binding), and we'd
1160         -- have to be very careful about bogus strictness through
1161         -- floating a demanded let.
1162   = do  { arg' <- simplExprC (arg_se `setInScope` env) arg
1163                              (mkLazyArgStop cci)
1164         ; rebuildCall env (fun `App` arg') arg_info' cont }
1165   where
1166     arg_info' = ArgInfo { ai_rules = has_rules, ai_strs = strs, ai_discs = discs }
1167     cci | has_rules || disc > 0 = ArgCtxt has_rules disc  -- Be keener here
1168         | otherwise             = BoringCtxt              -- Nothing interesting
1169
1170 rebuildCall env fun _ cont
1171   = rebuild env fun cont
1172 \end{code}
1173
1174 Note [Shadowing]
1175 ~~~~~~~~~~~~~~~~
1176 This part of the simplifier may break the no-shadowing invariant
1177 Consider
1178         f (...(\a -> e)...) (case y of (a,b) -> e')
1179 where f is strict in its second arg
1180 If we simplify the innermost one first we get (...(\a -> e)...)
1181 Simplifying the second arg makes us float the case out, so we end up with
1182         case y of (a,b) -> f (...(\a -> e)...) e'
1183 So the output does not have the no-shadowing invariant.  However, there is
1184 no danger of getting name-capture, because when the first arg was simplified
1185 we used an in-scope set that at least mentioned all the variables free in its
1186 static environment, and that is enough.
1187
1188 We can't just do innermost first, or we'd end up with a dual problem:
1189         case x of (a,b) -> f e (...(\a -> e')...)
1190
1191 I spent hours trying to recover the no-shadowing invariant, but I just could
1192 not think of an elegant way to do it.  The simplifier is already knee-deep in
1193 continuations.  We have to keep the right in-scope set around; AND we have
1194 to get the effect that finding (error "foo") in a strict arg position will
1195 discard the entire application and replace it with (error "foo").  Getting
1196 all this at once is TOO HARD!
1197
1198
1199 %************************************************************************
1200 %*                                                                      *
1201                 Rewrite rules
1202 %*                                                                      *
1203 %************************************************************************
1204
1205 \begin{code}
1206 tryRules :: SimplEnv -> Id -> [OutExpr] -> SimplCont 
1207          -> SimplM (Maybe (Arity, CoreExpr))         -- The arity is the number of
1208                                                      -- args consumed by the rule
1209 tryRules env fn args call_cont
1210   = do {  dflags <- getDOptsSmpl
1211         ; rule_base <- getSimplRules
1212         ; let   in_scope   = getInScope env
1213                 rules      = getRules rule_base fn
1214                 maybe_rule = case activeRule dflags env of
1215                                 Nothing     -> Nothing  -- No rules apply
1216                                 Just act_fn -> lookupRule act_fn in_scope
1217                                                           fn args rules 
1218         ; case (rules, maybe_rule) of {
1219             ([], _)                     -> return Nothing ;
1220             (_,  Nothing)               -> return Nothing ;
1221             (_,  Just (rule, rule_rhs)) -> do
1222
1223         { tick (RuleFired (ru_name rule))
1224         ; (if dopt Opt_D_dump_rule_firings dflags then
1225                    pprTrace "Rule fired" (vcat [
1226                         text "Rule:" <+> ftext (ru_name rule),
1227                         text "Before:" <+> ppr fn <+> sep (map pprParendExpr args),
1228                         text "After: " <+> pprCoreExpr rule_rhs,
1229                         text "Cont:  " <+> ppr call_cont])
1230                  else
1231                         id)             $
1232            return (Just (ruleArity rule, rule_rhs)) }}}
1233 \end{code}
1234
1235 Note [Rules for recursive functions]
1236 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1237 You might think that we shouldn't apply rules for a loop breaker:
1238 doing so might give rise to an infinite loop, because a RULE is
1239 rather like an extra equation for the function:
1240      RULE:           f (g x) y = x+y
1241      Eqn:            f a     y = a-y
1242
1243 But it's too drastic to disable rules for loop breakers.
1244 Even the foldr/build rule would be disabled, because foldr
1245 is recursive, and hence a loop breaker:
1246      foldr k z (build g) = g k z
1247 So it's up to the programmer: rules can cause divergence
1248
1249
1250 %************************************************************************
1251 %*                                                                      *
1252                 Rebuilding a cse expression
1253 %*                                                                      *
1254 %************************************************************************
1255
1256 Note [Case elimination]
1257 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1258 The case-elimination transformation discards redundant case expressions.
1259 Start with a simple situation:
1260
1261         case x# of      ===>   e[x#/y#]
1262           y# -> e
1263
1264 (when x#, y# are of primitive type, of course).  We can't (in general)
1265 do this for algebraic cases, because we might turn bottom into
1266 non-bottom!
1267
1268 The code in SimplUtils.prepareAlts has the effect of generalise this
1269 idea to look for a case where we're scrutinising a variable, and we
1270 know that only the default case can match.  For example:
1271
1272         case x of
1273           0#      -> ...
1274           DEFAULT -> ...(case x of
1275                          0#      -> ...
1276                          DEFAULT -> ...) ...
1277
1278 Here the inner case is first trimmed to have only one alternative, the
1279 DEFAULT, after which it's an instance of the previous case.  This
1280 really only shows up in eliminating error-checking code.
1281
1282 We also make sure that we deal with this very common case:
1283
1284         case e of
1285           x -> ...x...
1286
1287 Here we are using the case as a strict let; if x is used only once
1288 then we want to inline it.  We have to be careful that this doesn't
1289 make the program terminate when it would have diverged before, so we
1290 check that
1291         - e is already evaluated (it may so if e is a variable)
1292         - x is used strictly, or
1293
1294 Lastly, the code in SimplUtils.mkCase combines identical RHSs.  So
1295
1296         case e of       ===> case e of DEFAULT -> r
1297            True  -> r
1298            False -> r
1299
1300 Now again the case may be elminated by the CaseElim transformation.
1301
1302
1303 Further notes about case elimination
1304 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1305 Consider:       test :: Integer -> IO ()
1306                 test = print
1307
1308 Turns out that this compiles to:
1309     Print.test
1310       = \ eta :: Integer
1311           eta1 :: State# RealWorld ->
1312           case PrelNum.< eta PrelNum.zeroInteger of wild { __DEFAULT ->
1313           case hPutStr stdout
1314                  (PrelNum.jtos eta ($w[] @ Char))
1315                  eta1
1316           of wild1 { (# new_s, a4 #) -> PrelIO.lvl23 new_s  }}
1317
1318 Notice the strange '<' which has no effect at all. This is a funny one.
1319 It started like this:
1320
1321 f x y = if x < 0 then jtos x
1322           else if y==0 then "" else jtos x
1323
1324 At a particular call site we have (f v 1).  So we inline to get
1325
1326         if v < 0 then jtos x
1327         else if 1==0 then "" else jtos x
1328
1329 Now simplify the 1==0 conditional:
1330
1331         if v<0 then jtos v else jtos v
1332
1333 Now common-up the two branches of the case:
1334
1335         case (v<0) of DEFAULT -> jtos v
1336
1337 Why don't we drop the case?  Because it's strict in v.  It's technically
1338 wrong to drop even unnecessary evaluations, and in practice they
1339 may be a result of 'seq' so we *definitely* don't want to drop those.
1340 I don't really know how to improve this situation.
1341
1342 \begin{code}
1343 ---------------------------------------------------------
1344 --      Eliminate the case if possible
1345
1346 rebuildCase, reallyRebuildCase
1347    :: SimplEnv
1348    -> OutExpr          -- Scrutinee
1349    -> InId             -- Case binder
1350    -> [InAlt]          -- Alternatives (inceasing order)
1351    -> SimplCont
1352    -> SimplM (SimplEnv, OutExpr)
1353
1354 --------------------------------------------------
1355 --      1. Eliminate the case if there's a known constructor
1356 --------------------------------------------------
1357
1358 rebuildCase env scrut case_bndr alts cont
1359   | Just (con,args) <- exprIsConApp_maybe scrut
1360         -- Works when the scrutinee is a variable with a known unfolding
1361         -- as well as when it's an explicit constructor application
1362   = knownCon env scrut (DataAlt con) args case_bndr alts cont
1363
1364   | Lit lit <- scrut    -- No need for same treatment as constructors
1365                         -- because literals are inlined more vigorously
1366   = knownCon env scrut (LitAlt lit) [] case_bndr alts cont
1367
1368
1369 --------------------------------------------------
1370 --      2. Eliminate the case if scrutinee is evaluated
1371 --------------------------------------------------
1372
1373 rebuildCase env scrut case_bndr [(_, bndrs, rhs)] cont
1374   -- See if we can get rid of the case altogether
1375   -- See Note [Case eliminiation] 
1376   -- mkCase made sure that if all the alternatives are equal,
1377   -- then there is now only one (DEFAULT) rhs
1378  | all isDeadBinder bndrs       -- bndrs are [InId]
1379
1380         -- Check that the scrutinee can be let-bound instead of case-bound
1381  , exprOkForSpeculation scrut
1382                 -- OK not to evaluate it
1383                 -- This includes things like (==# a# b#)::Bool
1384                 -- so that we simplify
1385                 --      case ==# a# b# of { True -> x; False -> x }
1386                 -- to just
1387                 --      x
1388                 -- This particular example shows up in default methods for
1389                 -- comparision operations (e.g. in (>=) for Int.Int32)
1390         || exprIsHNF scrut                      -- It's already evaluated
1391         || var_demanded_later scrut             -- It'll be demanded later
1392
1393 --      || not opt_SimplPedanticBottoms)        -- Or we don't care!
1394 --      We used to allow improving termination by discarding cases, unless -fpedantic-bottoms was on,
1395 --      but that breaks badly for the dataToTag# primop, which relies on a case to evaluate
1396 --      its argument:  case x of { y -> dataToTag# y }
1397 --      Here we must *not* discard the case, because dataToTag# just fetches the tag from
1398 --      the info pointer.  So we'll be pedantic all the time, and see if that gives any
1399 --      other problems
1400 --      Also we don't want to discard 'seq's
1401   = do  { tick (CaseElim case_bndr)
1402         ; env' <- simplNonRecX env case_bndr scrut
1403         ; simplExprF env' rhs cont }
1404   where
1405         -- The case binder is going to be evaluated later,
1406         -- and the scrutinee is a simple variable
1407     var_demanded_later (Var v) = isStrictDmd (idNewDemandInfo case_bndr)
1408                                  && not (isTickBoxOp v)
1409                                     -- ugly hack; covering this case is what
1410                                     -- exprOkForSpeculation was intended for.
1411     var_demanded_later _       = False
1412
1413 rebuildCase env scrut case_bndr alts@[(_, bndrs, rhs)] cont
1414   | all isDeadBinder (case_bndr : bndrs)  -- So this is just 'seq'
1415   =     -- For this case, see Note [Rules for seq] in MkId
1416     do { let rhs' = substExpr env rhs
1417              out_args = [Type (substTy env (idType case_bndr)), 
1418                          Type (exprType rhs'), scrut, rhs']
1419                       -- Lazily evaluated, so we don't do most of this
1420        ; mb_rule <- tryRules env seqId out_args cont
1421        ; case mb_rule of 
1422            Just (n_args, res) -> simplExprF (zapSubstEnv env) 
1423                                             (mkApps res (drop n_args out_args))
1424                                             cont
1425            Nothing -> reallyRebuildCase env scrut case_bndr alts cont }
1426
1427 rebuildCase env scrut case_bndr alts cont
1428   = reallyRebuildCase env scrut case_bndr alts cont
1429
1430 --------------------------------------------------
1431 --      3. Catch-all case
1432 --------------------------------------------------
1433
1434 reallyRebuildCase env scrut case_bndr alts cont
1435   = do  {       -- Prepare the continuation;
1436                 -- The new subst_env is in place
1437           (env', dup_cont, nodup_cont) <- prepareCaseCont env alts cont
1438
1439         -- Simplify the alternatives
1440         ; (scrut', case_bndr', alts') <- simplAlts env' scrut case_bndr alts dup_cont
1441
1442         -- Check for empty alternatives
1443         ; if null alts' then missingAlt env case_bndr alts cont
1444           else do
1445         { case_expr <- mkCase scrut' case_bndr' alts'
1446
1447         -- Notice that rebuild gets the in-scope set from env, not alt_env
1448         -- The case binder *not* scope over the whole returned case-expression
1449         ; rebuild env' case_expr nodup_cont } }
1450 \end{code}
1451
1452 simplCaseBinder checks whether the scrutinee is a variable, v.  If so,
1453 try to eliminate uses of v in the RHSs in favour of case_bndr; that
1454 way, there's a chance that v will now only be used once, and hence
1455 inlined.
1456
1457 Historical note: we use to do the "case binder swap" in the Simplifier
1458 so there were additional complications if the scrutinee was a variable.
1459 Now the binder-swap stuff is done in the occurrence analyer; see
1460 OccurAnal Note [Binder swap].
1461
1462 Note [zapOccInfo]
1463 ~~~~~~~~~~~~~~~~~
1464 If the case binder is not dead, then neither are the pattern bound
1465 variables:  
1466         case <any> of x { (a,b) ->
1467         case x of { (p,q) -> p } }
1468 Here (a,b) both look dead, but come alive after the inner case is eliminated.
1469 The point is that we bring into the envt a binding
1470         let x = (a,b)
1471 after the outer case, and that makes (a,b) alive.  At least we do unless
1472 the case binder is guaranteed dead.
1473
1474 Note [Improving seq]
1475 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1476 Consider
1477         type family F :: * -> *
1478         type instance F Int = Int
1479
1480         ... case e of x { DEFAULT -> rhs } ...
1481
1482 where x::F Int.  Then we'd like to rewrite (F Int) to Int, getting
1483
1484         case e `cast` co of x'::Int
1485            I# x# -> let x = x' `cast` sym co
1486                     in rhs
1487
1488 so that 'rhs' can take advantage of the form of x'.  Notice that Note
1489 [Case of cast] may then apply to the result.
1490
1491 This showed up in Roman's experiments.  Example:
1492   foo :: F Int -> Int -> Int
1493   foo t n = t `seq` bar n
1494      where
1495        bar 0 = 0
1496        bar n = bar (n - case t of TI i -> i)
1497 Here we'd like to avoid repeated evaluating t inside the loop, by
1498 taking advantage of the `seq`.
1499
1500 At one point I did transformation in LiberateCase, but it's more robust here.
1501 (Otherwise, there's a danger that we'll simply drop the 'seq' altogether, before
1502 LiberateCase gets to see it.)
1503
1504
1505
1506
1507 \begin{code}
1508 improveSeq :: (FamInstEnv, FamInstEnv) -> SimplEnv
1509            -> OutExpr -> InId -> OutId -> [InAlt]
1510            -> SimplM (SimplEnv, OutExpr, OutId)
1511 -- Note [Improving seq]
1512 improveSeq fam_envs env scrut case_bndr case_bndr1 [(DEFAULT,_,_)]
1513   | Just (co, ty2) <- topNormaliseType fam_envs (idType case_bndr1)
1514   =  do { case_bndr2 <- newId (fsLit "nt") ty2
1515         ; let rhs  = DoneEx (Var case_bndr2 `Cast` mkSymCoercion co)
1516               env2 = extendIdSubst env case_bndr rhs
1517         ; return (env2, scrut `Cast` co, case_bndr2) }
1518
1519 improveSeq _ env scrut _ case_bndr1 _
1520   = return (env, scrut, case_bndr1)
1521
1522 {-
1523     improve_case_bndr env scrut case_bndr
1524         -- See Note [no-case-of-case]
1525         --  | switchIsOn (getSwitchChecker env) NoCaseOfCase
1526         --  = (env, case_bndr)
1527
1528         | otherwise     -- Failed try; see Note [Suppressing the case binder-swap]
1529                         --     not (isEvaldUnfolding (idUnfolding v))
1530         = case scrut of
1531             Var v -> (modifyInScope env1 v case_bndr', case_bndr')
1532                 -- Note about using modifyInScope for v here
1533                 -- We could extend the substitution instead, but it would be
1534                 -- a hack because then the substitution wouldn't be idempotent
1535                 -- any more (v is an OutId).  And this does just as well.
1536
1537             Cast (Var v) co -> (addBinderUnfolding env1 v rhs, case_bndr')
1538                             where
1539                                 rhs = Cast (Var case_bndr') (mkSymCoercion co)
1540
1541             _ -> (env, case_bndr)
1542         where
1543           case_bndr' = zapIdOccInfo case_bndr
1544           env1       = modifyInScope env case_bndr case_bndr'
1545 -}
1546 \end{code}
1547
1548
1549 simplAlts does two things:
1550
1551 1.  Eliminate alternatives that cannot match, including the
1552     DEFAULT alternative.
1553
1554 2.  If the DEFAULT alternative can match only one possible constructor,
1555     then make that constructor explicit.
1556     e.g.
1557         case e of x { DEFAULT -> rhs }
1558      ===>
1559         case e of x { (a,b) -> rhs }
1560     where the type is a single constructor type.  This gives better code
1561     when rhs also scrutinises x or e.
1562
1563 Here "cannot match" includes knowledge from GADTs
1564
1565 It's a good idea do do this stuff before simplifying the alternatives, to
1566 avoid simplifying alternatives we know can't happen, and to come up with
1567 the list of constructors that are handled, to put into the IdInfo of the
1568 case binder, for use when simplifying the alternatives.
1569
1570 Eliminating the default alternative in (1) isn't so obvious, but it can
1571 happen:
1572
1573 data Colour = Red | Green | Blue
1574
1575 f x = case x of
1576         Red -> ..
1577         Green -> ..
1578         DEFAULT -> h x
1579
1580 h y = case y of
1581         Blue -> ..
1582         DEFAULT -> [ case y of ... ]
1583
1584 If we inline h into f, the default case of the inlined h can't happen.
1585 If we don't notice this, we may end up filtering out *all* the cases
1586 of the inner case y, which give us nowhere to go!
1587
1588
1589 \begin{code}
1590 simplAlts :: SimplEnv
1591           -> OutExpr
1592           -> InId                       -- Case binder
1593           -> [InAlt]                    -- Non-empty
1594           -> SimplCont
1595           -> SimplM (OutExpr, OutId, [OutAlt])  -- Includes the continuation
1596 -- Like simplExpr, this just returns the simplified alternatives;
1597 -- it not return an environment
1598
1599 simplAlts env scrut case_bndr alts cont'
1600   = -- pprTrace "simplAlts" (ppr alts $$ ppr (seIdSubst env)) $
1601     do  { let env0 = zapFloats env
1602
1603         ; (env1, case_bndr1) <- simplBinder env0 case_bndr
1604
1605         ; fam_envs <- getFamEnvs
1606         ; (alt_env', scrut', case_bndr') <- improveSeq fam_envs env1 scrut 
1607                                                        case_bndr case_bndr1 alts
1608
1609         ; (imposs_deflt_cons, in_alts) <- prepareAlts alt_env' scrut' case_bndr' alts
1610
1611         ; alts' <- mapM (simplAlt alt_env' imposs_deflt_cons case_bndr' cont') in_alts
1612         ; return (scrut', case_bndr', alts') }
1613
1614 ------------------------------------
1615 simplAlt :: SimplEnv
1616          -> [AltCon]    -- These constructors can't be present when
1617                         -- matching the DEFAULT alternative
1618          -> OutId       -- The case binder
1619          -> SimplCont
1620          -> InAlt
1621          -> SimplM OutAlt
1622
1623 simplAlt env imposs_deflt_cons case_bndr' cont' (DEFAULT, bndrs, rhs)
1624   = ASSERT( null bndrs )
1625     do  { let env' = addBinderOtherCon env case_bndr' imposs_deflt_cons
1626                 -- Record the constructors that the case-binder *can't* be.
1627         ; rhs' <- simplExprC env' rhs cont'
1628         ; return (DEFAULT, [], rhs') }
1629
1630 simplAlt env _ case_bndr' cont' (LitAlt lit, bndrs, rhs)
1631   = ASSERT( null bndrs )
1632     do  { let env' = addBinderUnfolding env case_bndr' (Lit lit)
1633         ; rhs' <- simplExprC env' rhs cont'
1634         ; return (LitAlt lit, [], rhs') }
1635
1636 simplAlt env _ case_bndr' cont' (DataAlt con, vs, rhs)
1637   = do  {       -- Deal with the pattern-bound variables
1638                 -- Mark the ones that are in ! positions in the
1639                 -- data constructor as certainly-evaluated.
1640                 -- NB: simplLamBinders preserves this eval info
1641           let vs_with_evals = add_evals (dataConRepStrictness con)
1642         ; (env', vs') <- simplLamBndrs env vs_with_evals
1643
1644                 -- Bind the case-binder to (con args)
1645         ; let inst_tys' = tyConAppArgs (idType case_bndr')
1646               con_args  = map Type inst_tys' ++ varsToCoreExprs vs'
1647               env''     = addBinderUnfolding env' case_bndr'
1648                                              (mkConApp con con_args)
1649
1650         ; rhs' <- simplExprC env'' rhs cont'
1651         ; return (DataAlt con, vs', rhs') }
1652   where
1653         -- add_evals records the evaluated-ness of the bound variables of
1654         -- a case pattern.  This is *important*.  Consider
1655         --      data T = T !Int !Int
1656         --
1657         --      case x of { T a b -> T (a+1) b }
1658         --
1659         -- We really must record that b is already evaluated so that we don't
1660         -- go and re-evaluate it when constructing the result.
1661         -- See Note [Data-con worker strictness] in MkId.lhs
1662     add_evals the_strs
1663         = go vs the_strs
1664         where
1665           go [] [] = []
1666           go (v:vs') strs | isTyVar v = v : go vs' strs
1667           go (v:vs') (str:strs)
1668             | isMarkedStrict str = evald_v  : go vs' strs
1669             | otherwise          = zapped_v : go vs' strs
1670             where
1671               zapped_v = zap_occ_info v
1672               evald_v  = zapped_v `setIdUnfolding` evaldUnfolding
1673           go _ _ = pprPanic "cat_evals" (ppr con $$ ppr vs $$ ppr the_strs)
1674
1675         -- See Note [zapOccInfo]
1676         -- zap_occ_info: if the case binder is alive, then we add the unfolding
1677         --      case_bndr = C vs
1678         -- to the envt; so vs are now very much alive
1679         -- Note [Aug06] I can't see why this actually matters, but it's neater
1680         --        case e of t { (a,b) -> ...(case t of (p,q) -> p)... }
1681         --   ==>  case e of t { (a,b) -> ...(a)... }
1682         -- Look, Ma, a is alive now.
1683     zap_occ_info = zapCasePatIdOcc case_bndr'
1684
1685 addBinderUnfolding :: SimplEnv -> Id -> CoreExpr -> SimplEnv
1686 addBinderUnfolding env bndr rhs
1687   = modifyInScope env (bndr `setIdUnfolding` mkUnfolding False rhs)
1688
1689 addBinderOtherCon :: SimplEnv -> Id -> [AltCon] -> SimplEnv
1690 addBinderOtherCon env bndr cons
1691   = modifyInScope env (bndr `setIdUnfolding` mkOtherCon cons)
1692
1693 zapCasePatIdOcc :: Id -> Id -> Id
1694 -- Consider  case e of b { (a,b) -> ... }
1695 -- Then if we bind b to (a,b) in "...", and b is not dead,
1696 -- then we must zap the deadness info on a,b
1697 zapCasePatIdOcc case_bndr
1698   | isDeadBinder case_bndr = \ pat_id -> pat_id
1699   | otherwise              = \ pat_id -> zapIdOccInfo pat_id
1700 \end{code}
1701
1702
1703 %************************************************************************
1704 %*                                                                      *
1705 \subsection{Known constructor}
1706 %*                                                                      *
1707 %************************************************************************
1708
1709 We are a bit careful with occurrence info.  Here's an example
1710
1711         (\x* -> case x of (a*, b) -> f a) (h v, e)
1712
1713 where the * means "occurs once".  This effectively becomes
1714         case (h v, e) of (a*, b) -> f a)
1715 and then
1716         let a* = h v; b = e in f a
1717 and then
1718         f (h v)
1719
1720 All this should happen in one sweep.
1721
1722 \begin{code}
1723 knownCon :: SimplEnv -> OutExpr -> AltCon
1724          -> [OutExpr]           -- Args *including* the universal args
1725          -> InId -> [InAlt] -> SimplCont
1726          -> SimplM (SimplEnv, OutExpr)
1727
1728 knownCon env scrut con args bndr alts cont
1729   = do  { tick (KnownBranch bndr)
1730         ; case findAlt con alts of
1731             Nothing  -> missingAlt env bndr alts cont
1732             Just alt -> knownAlt env scrut args bndr alt cont
1733         }
1734
1735 -------------------
1736 knownAlt :: SimplEnv -> OutExpr -> [OutExpr]
1737          -> InId -> InAlt -> SimplCont
1738          -> SimplM (SimplEnv, OutExpr)
1739
1740 knownAlt env scrut the_args bndr (DataAlt dc, bs, rhs) cont
1741   = do  { let n_drop_tys = length (dataConUnivTyVars dc)
1742         ; env' <- bind_args env bs (drop n_drop_tys the_args)
1743         ; let
1744                 -- It's useful to bind bndr to scrut, rather than to a fresh
1745                 -- binding      x = Con arg1 .. argn
1746                 -- because very often the scrut is a variable, so we avoid
1747                 -- creating, and then subsequently eliminating, a let-binding
1748                 -- BUT, if scrut is a not a variable, we must be careful
1749                 -- about duplicating the arg redexes; in that case, make
1750                 -- a new con-app from the args
1751                 bndr_rhs  = case scrut of
1752                                 Var _ -> scrut
1753                                 _     -> con_app
1754                 con_app = mkConApp dc (take n_drop_tys the_args ++ con_args)
1755                 con_args = [substExpr env' (varToCoreExpr b) | b <- bs]
1756                                 -- args are aready OutExprs, but bs are InIds
1757
1758         ; env'' <- simplNonRecX env' bndr bndr_rhs
1759         ; simplExprF env'' rhs cont }
1760   where
1761     zap_occ = zapCasePatIdOcc bndr    -- bndr is an InId
1762
1763                   -- Ugh!
1764     bind_args env' [] _  = return env'
1765
1766     bind_args env' (b:bs') (Type ty : args)
1767       = ASSERT( isTyVar b )
1768         bind_args (extendTvSubst env' b ty) bs' args
1769
1770     bind_args env' (b:bs') (arg : args)
1771       = ASSERT( isId b )
1772         do { let b' = zap_occ b
1773              -- Note that the binder might be "dead", because it doesn't
1774              -- occur in the RHS; and simplNonRecX may therefore discard
1775              -- it via postInlineUnconditionally.
1776              -- Nevertheless we must keep it if the case-binder is alive,
1777              -- because it may be used in the con_app.  See Note [zapOccInfo]
1778            ; env'' <- simplNonRecX env' b' arg
1779            ; bind_args env'' bs' args }
1780
1781     bind_args _ _ _ =
1782       pprPanic "bind_args" $ ppr dc $$ ppr bs $$ ppr the_args $$
1783                              text "scrut:" <+> ppr scrut
1784
1785 knownAlt env scrut _ bndr (_, bs, rhs) cont
1786   = ASSERT( null bs )     -- Works for LitAlt and DEFAULT
1787     do  { env' <- simplNonRecX env bndr scrut
1788         ; simplExprF env' rhs cont }
1789
1790
1791 -------------------
1792 missingAlt :: SimplEnv -> Id -> [InAlt] -> SimplCont -> SimplM (SimplEnv, OutExpr)
1793                 -- This isn't strictly an error, although it is unusual. 
1794                 -- It's possible that the simplifer might "see" that 
1795                 -- an inner case has no accessible alternatives before 
1796                 -- it "sees" that the entire branch of an outer case is 
1797                 -- inaccessible.  So we simply put an error case here instead.
1798 missingAlt env case_bndr alts cont
1799   = WARN( True, ptext (sLit "missingAlt") <+> ppr case_bndr )
1800     return (env, mkImpossibleExpr res_ty)
1801   where
1802     res_ty = contResultType env (substTy env (coreAltsType alts)) cont
1803 \end{code}
1804
1805
1806 %************************************************************************
1807 %*                                                                      *
1808 \subsection{Duplicating continuations}
1809 %*                                                                      *
1810 %************************************************************************
1811
1812 \begin{code}
1813 prepareCaseCont :: SimplEnv
1814                 -> [InAlt] -> SimplCont
1815                 -> SimplM (SimplEnv, SimplCont,SimplCont)
1816                         -- Return a duplicatable continuation, a non-duplicable part
1817                         -- plus some extra bindings (that scope over the entire
1818                         -- continunation)
1819
1820         -- No need to make it duplicatable if there's only one alternative
1821 prepareCaseCont env [_] cont = return (env, cont, mkBoringStop)
1822 prepareCaseCont env _   cont = mkDupableCont env cont
1823 \end{code}
1824
1825 \begin{code}
1826 mkDupableCont :: SimplEnv -> SimplCont
1827               -> SimplM (SimplEnv, SimplCont, SimplCont)
1828
1829 mkDupableCont env cont
1830   | contIsDupable cont
1831   = return (env, cont, mkBoringStop)
1832
1833 mkDupableCont _   (Stop {}) = panic "mkDupableCont"     -- Handled by previous eqn
1834
1835 mkDupableCont env (CoerceIt ty cont)
1836   = do  { (env', dup, nodup) <- mkDupableCont env cont
1837         ; return (env', CoerceIt ty dup, nodup) }
1838
1839 mkDupableCont env cont@(StrictBind {})
1840   =  return (env, mkBoringStop, cont)
1841         -- See Note [Duplicating StrictBind]
1842
1843 mkDupableCont env (StrictArg fun cci ai cont)
1844         -- See Note [Duplicating StrictArg]
1845   = do { (env', dup, nodup) <- mkDupableCont env cont
1846        ; (env'', fun') <- mk_dupable_call env' fun
1847        ; return (env'', StrictArg fun' cci ai dup, nodup) }
1848   where
1849     mk_dupable_call env (Var v)       = return (env, Var v)
1850     mk_dupable_call env (App fun arg) = do { (env', fun') <- mk_dupable_call env fun
1851                                            ; (env'', arg') <- makeTrivial env' arg
1852                                            ; return (env'', fun' `App` arg') }
1853     mk_dupable_call _ other = pprPanic "mk_dupable_call" (ppr other)
1854         -- The invariant of StrictArg is that the first arg is always an App chain
1855
1856 mkDupableCont env (ApplyTo _ arg se cont)
1857   =     -- e.g.         [...hole...] (...arg...)
1858         --      ==>
1859         --              let a = ...arg...
1860         --              in [...hole...] a
1861     do  { (env', dup_cont, nodup_cont) <- mkDupableCont env cont
1862         ; arg' <- simplExpr (se `setInScope` env') arg
1863         ; (env'', arg'') <- makeTrivial env' arg'
1864         ; let app_cont = ApplyTo OkToDup arg'' (zapSubstEnv env'') dup_cont
1865         ; return (env'', app_cont, nodup_cont) }
1866
1867 mkDupableCont env cont@(Select _ case_bndr [(_, bs, _rhs)] _ _)
1868 --  See Note [Single-alternative case]
1869 --  | not (exprIsDupable rhs && contIsDupable case_cont)
1870 --  | not (isDeadBinder case_bndr)
1871   | all isDeadBinder bs  -- InIds
1872     && not (isUnLiftedType (idType case_bndr))
1873     -- Note [Single-alternative-unlifted]
1874   = return (env, mkBoringStop, cont)
1875
1876 mkDupableCont env (Select _ case_bndr alts se cont)
1877   =     -- e.g.         (case [...hole...] of { pi -> ei })
1878         --      ===>
1879         --              let ji = \xij -> ei
1880         --              in case [...hole...] of { pi -> ji xij }
1881     do  { tick (CaseOfCase case_bndr)
1882         ; (env', dup_cont, nodup_cont) <- mkDupableCont env cont
1883                 -- NB: call mkDupableCont here, *not* prepareCaseCont
1884                 -- We must make a duplicable continuation, whereas prepareCaseCont
1885                 -- doesn't when there is a single case branch
1886
1887         ; let alt_env = se `setInScope` env'
1888         ; (alt_env', case_bndr') <- simplBinder alt_env case_bndr
1889         ; alts' <- mapM (simplAlt alt_env' [] case_bndr' dup_cont) alts
1890         -- Safe to say that there are no handled-cons for the DEFAULT case
1891                 -- NB: simplBinder does not zap deadness occ-info, so
1892                 -- a dead case_bndr' will still advertise its deadness
1893                 -- This is really important because in
1894                 --      case e of b { (# p,q #) -> ... }
1895                 -- b is always dead, and indeed we are not allowed to bind b to (# p,q #),
1896                 -- which might happen if e was an explicit unboxed pair and b wasn't marked dead.
1897                 -- In the new alts we build, we have the new case binder, so it must retain
1898                 -- its deadness.
1899         -- NB: we don't use alt_env further; it has the substEnv for
1900         --     the alternatives, and we don't want that
1901
1902         ; (env'', alts'') <- mkDupableAlts env' case_bndr' alts'
1903         ; return (env'',  -- Note [Duplicated env]
1904                   Select OkToDup case_bndr' alts'' (zapSubstEnv env'') mkBoringStop,
1905                   nodup_cont) }
1906
1907
1908 mkDupableAlts :: SimplEnv -> OutId -> [InAlt]
1909               -> SimplM (SimplEnv, [InAlt])
1910 -- Absorbs the continuation into the new alternatives
1911
1912 mkDupableAlts env case_bndr' the_alts
1913   = go env the_alts
1914   where
1915     go env0 [] = return (env0, [])
1916     go env0 (alt:alts)
1917         = do { (env1, alt') <- mkDupableAlt env0 case_bndr' alt
1918              ; (env2, alts') <- go env1 alts
1919              ; return (env2, alt' : alts' ) }
1920
1921 mkDupableAlt :: SimplEnv -> OutId -> (AltCon, [CoreBndr], CoreExpr)
1922               -> SimplM (SimplEnv, (AltCon, [CoreBndr], CoreExpr))
1923 mkDupableAlt env case_bndr' (con, bndrs', rhs')
1924   | exprIsDupable rhs'  -- Note [Small alternative rhs]
1925   = return (env, (con, bndrs', rhs'))
1926   | otherwise
1927   = do  { let rhs_ty'     = exprType rhs'
1928               used_bndrs' = filter abstract_over (case_bndr' : bndrs')
1929               abstract_over bndr
1930                   | isTyVar bndr = True -- Abstract over all type variables just in case
1931                   | otherwise    = not (isDeadBinder bndr)
1932                         -- The deadness info on the new Ids is preserved by simplBinders
1933
1934         ; (final_bndrs', final_args)    -- Note [Join point abstraction]
1935                 <- if (any isId used_bndrs')
1936                    then return (used_bndrs', varsToCoreExprs used_bndrs')
1937                     else do { rw_id <- newId (fsLit "w") realWorldStatePrimTy
1938                             ; return ([rw_id], [Var realWorldPrimId]) }
1939
1940         ; join_bndr <- newId (fsLit "$j") (mkPiTypes final_bndrs' rhs_ty')
1941                 -- Note [Funky mkPiTypes]
1942
1943         ; let   -- We make the lambdas into one-shot-lambdas.  The
1944                 -- join point is sure to be applied at most once, and doing so
1945                 -- prevents the body of the join point being floated out by
1946                 -- the full laziness pass
1947                 really_final_bndrs     = map one_shot final_bndrs'
1948                 one_shot v | isId v    = setOneShotLambda v
1949                            | otherwise = v
1950                 join_rhs  = mkLams really_final_bndrs rhs'
1951                 join_call = mkApps (Var join_bndr) final_args
1952
1953         ; return (addPolyBind NotTopLevel env (NonRec join_bndr join_rhs), (con, bndrs', join_call)) }
1954                 -- See Note [Duplicated env]
1955 \end{code}
1956
1957 Note [Duplicated env]
1958 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1959 Some of the alternatives are simplified, but have not been turned into a join point
1960 So they *must* have an zapped subst-env.  So we can't use completeNonRecX to
1961 bind the join point, because it might to do PostInlineUnconditionally, and
1962 we'd lose that when zapping the subst-env.  We could have a per-alt subst-env,
1963 but zapping it (as we do in mkDupableCont, the Select case) is safe, and
1964 at worst delays the join-point inlining.
1965
1966 Note [Small alternative rhs]
1967 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1968 It is worth checking for a small RHS because otherwise we
1969 get extra let bindings that may cause an extra iteration of the simplifier to
1970 inline back in place.  Quite often the rhs is just a variable or constructor.
1971 The Ord instance of Maybe in PrelMaybe.lhs, for example, took several extra
1972 iterations because the version with the let bindings looked big, and so wasn't
1973 inlined, but after the join points had been inlined it looked smaller, and so
1974 was inlined.
1975
1976 NB: we have to check the size of rhs', not rhs.
1977 Duplicating a small InAlt might invalidate occurrence information
1978 However, if it *is* dupable, we return the *un* simplified alternative,
1979 because otherwise we'd need to pair it up with an empty subst-env....
1980 but we only have one env shared between all the alts.
1981 (Remember we must zap the subst-env before re-simplifying something).
1982 Rather than do this we simply agree to re-simplify the original (small) thing later.
1983
1984 Note [Funky mkPiTypes]
1985 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1986 Notice the funky mkPiTypes.  If the contructor has existentials
1987 it's possible that the join point will be abstracted over
1988 type varaibles as well as term variables.
1989  Example:  Suppose we have
1990         data T = forall t.  C [t]
1991  Then faced with
1992         case (case e of ...) of
1993             C t xs::[t] -> rhs
1994  We get the join point
1995         let j :: forall t. [t] -> ...
1996             j = /\t \xs::[t] -> rhs
1997         in
1998         case (case e of ...) of
1999             C t xs::[t] -> j t xs
2000
2001 Note [Join point abstaction]
2002 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2003 If we try to lift a primitive-typed something out
2004 for let-binding-purposes, we will *caseify* it (!),
2005 with potentially-disastrous strictness results.  So
2006 instead we turn it into a function: \v -> e
2007 where v::State# RealWorld#.  The value passed to this function
2008 is realworld#, which generates (almost) no code.
2009
2010 There's a slight infelicity here: we pass the overall
2011 case_bndr to all the join points if it's used in *any* RHS,
2012 because we don't know its usage in each RHS separately
2013
2014 We used to say "&& isUnLiftedType rhs_ty'" here, but now
2015 we make the join point into a function whenever used_bndrs'
2016 is empty.  This makes the join-point more CPR friendly.
2017 Consider:       let j = if .. then I# 3 else I# 4
2018                 in case .. of { A -> j; B -> j; C -> ... }
2019
2020 Now CPR doesn't w/w j because it's a thunk, so
2021 that means that the enclosing function can't w/w either,
2022 which is a lose.  Here's the example that happened in practice:
2023         kgmod :: Int -> Int -> Int
2024         kgmod x y = if x > 0 && y < 0 || x < 0 && y > 0
2025                     then 78
2026                     else 5
2027
2028 I have seen a case alternative like this:
2029         True -> \v -> ...
2030 It's a bit silly to add the realWorld dummy arg in this case, making
2031         $j = \s v -> ...
2032            True -> $j s
2033 (the \v alone is enough to make CPR happy) but I think it's rare
2034
2035 Note [Duplicating StrictArg]
2036 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2037 The original plan had (where E is a big argument)
2038 e.g.    f E [..hole..]
2039         ==>     let $j = \a -> f E a
2040                 in $j [..hole..]
2041
2042 But this is terrible! Here's an example:
2043         && E (case x of { T -> F; F -> T })
2044 Now, && is strict so we end up simplifying the case with
2045 an ArgOf continuation.  If we let-bind it, we get
2046         let $j = \v -> && E v
2047         in simplExpr (case x of { T -> F; F -> T })
2048                      (ArgOf (\r -> $j r)
2049 And after simplifying more we get
2050         let $j = \v -> && E v
2051         in case x of { T -> $j F; F -> $j T }
2052 Which is a Very Bad Thing
2053
2054 What we do now is this
2055         f E [..hole..]
2056         ==>     let a = E
2057                 in f a [..hole..]
2058 Now if the thing in the hole is a case expression (which is when
2059 we'll call mkDupableCont), we'll push the function call into the
2060 branches, which is what we want.  Now RULES for f may fire, and
2061 call-pattern specialisation.  Here's an example from Trac #3116
2062      go (n+1) (case l of
2063                  1  -> bs'
2064                  _  -> Chunk p fpc (o+1) (l-1) bs')
2065 If we can push the call for 'go' inside the case, we get
2066 call-pattern specialisation for 'go', which is *crucial* for 
2067 this program.
2068
2069 Here is the (&&) example: 
2070         && E (case x of { T -> F; F -> T })
2071   ==>   let a = E in 
2072         case x of { T -> && a F; F -> && a T }
2073 Much better!
2074
2075 Notice that 
2076   * Arguments to f *after* the strict one are handled by 
2077     the ApplyTo case of mkDupableCont.  Eg
2078         f [..hole..] E
2079
2080   * We can only do the let-binding of E because the function
2081     part of a StrictArg continuation is an explicit syntax
2082     tree.  In earlier versions we represented it as a function
2083     (CoreExpr -> CoreEpxr) which we couldn't take apart.
2084
2085 Do *not* duplicate StrictBind and StritArg continuations.  We gain
2086 nothing by propagating them into the expressions, and we do lose a
2087 lot.  
2088
2089 The desire not to duplicate is the entire reason that
2090 mkDupableCont returns a pair of continuations.
2091
2092 Note [Duplicating StrictBind]
2093 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2094 Unlike StrictArg, there doesn't seem anything to gain from
2095 duplicating a StrictBind continuation, so we don't.
2096
2097 The desire not to duplicate is the entire reason that
2098 mkDupableCont returns a pair of continuations.
2099
2100
2101 Note [Single-alternative cases]
2102 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2103 This case is just like the ArgOf case.  Here's an example:
2104         data T a = MkT !a
2105         ...(MkT (abs x))...
2106 Then we get
2107         case (case x of I# x' ->
2108               case x' <# 0# of
2109                 True  -> I# (negate# x')
2110                 False -> I# x') of y {
2111           DEFAULT -> MkT y
2112 Because the (case x) has only one alternative, we'll transform to
2113         case x of I# x' ->
2114         case (case x' <# 0# of
2115                 True  -> I# (negate# x')
2116                 False -> I# x') of y {
2117           DEFAULT -> MkT y
2118 But now we do *NOT* want to make a join point etc, giving
2119         case x of I# x' ->
2120         let $j = \y -> MkT y
2121         in case x' <# 0# of
2122                 True  -> $j (I# (negate# x'))
2123                 False -> $j (I# x')
2124 In this case the $j will inline again, but suppose there was a big
2125 strict computation enclosing the orginal call to MkT.  Then, it won't
2126 "see" the MkT any more, because it's big and won't get duplicated.
2127 And, what is worse, nothing was gained by the case-of-case transform.
2128
2129 When should use this case of mkDupableCont?
2130 However, matching on *any* single-alternative case is a *disaster*;
2131   e.g.  case (case ....) of (a,b) -> (# a,b #)
2132   We must push the outer case into the inner one!
2133 Other choices:
2134
2135    * Match [(DEFAULT,_,_)], but in the common case of Int,
2136      the alternative-filling-in code turned the outer case into
2137                 case (...) of y { I# _ -> MkT y }
2138
2139    * Match on single alternative plus (not (isDeadBinder case_bndr))
2140      Rationale: pushing the case inwards won't eliminate the construction.
2141      But there's a risk of
2142                 case (...) of y { (a,b) -> let z=(a,b) in ... }
2143      Now y looks dead, but it'll come alive again.  Still, this
2144      seems like the best option at the moment.
2145
2146    * Match on single alternative plus (all (isDeadBinder bndrs))
2147      Rationale: this is essentially  seq.
2148
2149    * Match when the rhs is *not* duplicable, and hence would lead to a
2150      join point.  This catches the disaster-case above.  We can test
2151      the *un-simplified* rhs, which is fine.  It might get bigger or
2152      smaller after simplification; if it gets smaller, this case might
2153      fire next time round.  NB also that we must test contIsDupable
2154      case_cont *btoo, because case_cont might be big!
2155
2156      HOWEVER: I found that this version doesn't work well, because
2157      we can get         let x = case (...) of { small } in ...case x...
2158      When x is inlined into its full context, we find that it was a bad
2159      idea to have pushed the outer case inside the (...) case.
2160
2161 Note [Single-alternative-unlifted]
2162 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2163 Here's another single-alternative where we really want to do case-of-case:
2164
2165 data Mk1 = Mk1 Int#
2166 data Mk1 = Mk2 Int#
2167
2168 M1.f =
2169     \r [x_s74 y_s6X]
2170         case
2171             case y_s6X of tpl_s7m {
2172               M1.Mk1 ipv_s70 -> ipv_s70;
2173               M1.Mk2 ipv_s72 -> ipv_s72;
2174             }
2175         of
2176         wild_s7c
2177         { __DEFAULT ->
2178               case
2179                   case x_s74 of tpl_s7n {
2180                     M1.Mk1 ipv_s77 -> ipv_s77;
2181                     M1.Mk2 ipv_s79 -> ipv_s79;
2182                   }
2183               of
2184               wild1_s7b
2185               { __DEFAULT -> ==# [wild1_s7b wild_s7c];
2186               };
2187         };
2188
2189 So the outer case is doing *nothing at all*, other than serving as a
2190 join-point.  In this case we really want to do case-of-case and decide
2191 whether to use a real join point or just duplicate the continuation.
2192
2193 Hence: check whether the case binder's type is unlifted, because then
2194 the outer case is *not* a seq.