Add the notion of "constructor-like" Ids for rule-matching
[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 MkId             ( rUNTIME_ERROR_ID )
17 import FamInstEnv       ( FamInstEnv )
18 import Id
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 )
32 import CostCentre       ( currentCCS )
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           (ppr final_id <+> ppr old_arity <+> ppr new_arity <+> ppr dmd_arity) $$ ppr rhs )
627     final_id `seq`      -- This seq forces the Id, and hence its IdInfo,
628                         -- and hence any inner substitutions
629     addNonRec env final_id rhs
630         -- The addNonRec adds it to the in-scope set too
631   where
632         dmd_arity = length $ fst $ splitStrictSig $ idNewStrictness new_bndr
633         old_arity = idArity new_bndr
634
635         --      Arity info
636         new_arity = exprArity rhs
637         new_bndr_info = idInfo new_bndr `setArityInfo` new_arity
638
639         --      Unfolding info
640         -- Add the unfolding *only* for non-loop-breakers
641         -- Making loop breakers not have an unfolding at all
642         -- means that we can avoid tests in exprIsConApp, for example.
643         -- This is important: if exprIsConApp says 'yes' for a recursive
644         -- thing, then we can get into an infinite loop
645
646         --      Demand info
647         -- If the unfolding is a value, the demand info may
648         -- go pear-shaped, so we nuke it.  Example:
649         --      let x = (a,b) in
650         --      case x of (p,q) -> h p q x
651         -- Here x is certainly demanded. But after we've nuked
652         -- the case, we'll get just
653         --      let x = (a,b) in h a b x
654         -- and now x is not demanded (I'm assuming h is lazy)
655         -- This really happens.  Similarly
656         --      let f = \x -> e in ...f..f...
657         -- After inlining f at some of its call sites the original binding may
658         -- (for example) be no longer strictly demanded.
659         -- The solution here is a bit ad hoc...
660         info_w_unf = new_bndr_info `setUnfoldingInfo` unfolding
661                                    `setWorkerInfo`    wkr
662
663         final_info | isEvaldUnfolding unfolding = zapDemandInfo info_w_unf `orElse` info_w_unf
664                    | otherwise                  = info_w_unf
665         
666         final_id = new_bndr `setIdInfo` final_info
667 \end{code}
668
669
670
671 %************************************************************************
672 %*                                                                      *
673 \subsection[Simplify-simplExpr]{The main function: simplExpr}
674 %*                                                                      *
675 %************************************************************************
676
677 The reason for this OutExprStuff stuff is that we want to float *after*
678 simplifying a RHS, not before.  If we do so naively we get quadratic
679 behaviour as things float out.
680
681 To see why it's important to do it after, consider this (real) example:
682
683         let t = f x
684         in fst t
685 ==>
686         let t = let a = e1
687                     b = e2
688                 in (a,b)
689         in fst t
690 ==>
691         let a = e1
692             b = e2
693             t = (a,b)
694         in
695         a       -- Can't inline a this round, cos it appears twice
696 ==>
697         e1
698
699 Each of the ==> steps is a round of simplification.  We'd save a
700 whole round if we float first.  This can cascade.  Consider
701
702         let f = g d
703         in \x -> ...f...
704 ==>
705         let f = let d1 = ..d.. in \y -> e
706         in \x -> ...f...
707 ==>
708         let d1 = ..d..
709         in \x -> ...(\y ->e)...
710
711 Only in this second round can the \y be applied, and it
712 might do the same again.
713
714
715 \begin{code}
716 simplExpr :: SimplEnv -> CoreExpr -> SimplM CoreExpr
717 simplExpr env expr = simplExprC env expr mkBoringStop
718
719 simplExprC :: SimplEnv -> CoreExpr -> SimplCont -> SimplM CoreExpr
720         -- Simplify an expression, given a continuation
721 simplExprC env expr cont
722   = -- pprTrace "simplExprC" (ppr expr $$ ppr cont {- $$ ppr (seIdSubst env) -} $$ ppr (seFloats env) ) $
723     do  { (env', expr') <- simplExprF (zapFloats env) expr cont
724         ; -- pprTrace "simplExprC ret" (ppr expr $$ ppr expr') $
725           -- pprTrace "simplExprC ret3" (ppr (seInScope env')) $
726           -- pprTrace "simplExprC ret4" (ppr (seFloats env')) $
727           return (wrapFloats env' expr') }
728
729 --------------------------------------------------
730 simplExprF :: SimplEnv -> InExpr -> SimplCont
731            -> SimplM (SimplEnv, OutExpr)
732
733 simplExprF env e cont
734   = -- pprTrace "simplExprF" (ppr e $$ ppr cont $$ ppr (seTvSubst env) $$ ppr (seIdSubst env) {- $$ ppr (seFloats env) -} ) $
735     simplExprF' env e cont
736
737 simplExprF' :: SimplEnv -> InExpr -> SimplCont
738             -> SimplM (SimplEnv, OutExpr)
739 simplExprF' env (Var v)        cont = simplVar env v cont
740 simplExprF' env (Lit lit)      cont = rebuild env (Lit lit) cont
741 simplExprF' env (Note n expr)  cont = simplNote env n expr cont
742 simplExprF' env (Cast body co) cont = simplCast env body co cont
743 simplExprF' env (App fun arg)  cont = simplExprF env fun $
744                                       ApplyTo NoDup arg env cont
745
746 simplExprF' env expr@(Lam _ _) cont
747   = simplLam env (map zap bndrs) body cont
748         -- The main issue here is under-saturated lambdas
749         --   (\x1. \x2. e) arg1
750         -- Here x1 might have "occurs-once" occ-info, because occ-info
751         -- is computed assuming that a group of lambdas is applied
752         -- all at once.  If there are too few args, we must zap the
753         -- occ-info.
754   where
755     n_args   = countArgs cont
756     n_params = length bndrs
757     (bndrs, body) = collectBinders expr
758     zap | n_args >= n_params = \b -> b
759         | otherwise          = \b -> if isTyVar b then b
760                                      else zapLamIdInfo b
761         -- NB: we count all the args incl type args
762         -- so we must count all the binders (incl type lambdas)
763
764 simplExprF' env (Type ty) cont
765   = ASSERT( contIsRhsOrArg cont )
766     do  { ty' <- simplType env ty
767         ; rebuild env (Type ty') cont }
768
769 simplExprF' env (Case scrut bndr _ alts) cont
770   | not (switchIsOn (getSwitchChecker env) NoCaseOfCase)
771   =     -- Simplify the scrutinee with a Select continuation
772     simplExprF env scrut (Select NoDup bndr alts env cont)
773
774   | otherwise
775   =     -- If case-of-case is off, simply simplify the case expression
776         -- in a vanilla Stop context, and rebuild the result around it
777     do  { case_expr' <- simplExprC env scrut case_cont
778         ; rebuild env case_expr' cont }
779   where
780     case_cont = Select NoDup bndr alts env mkBoringStop
781
782 simplExprF' env (Let (Rec pairs) body) cont
783   = do  { env' <- simplRecBndrs env (map fst pairs)
784                 -- NB: bndrs' don't have unfoldings or rules
785                 -- We add them as we go down
786
787         ; env'' <- simplRecBind env' NotTopLevel pairs
788         ; simplExprF env'' body cont }
789
790 simplExprF' env (Let (NonRec bndr rhs) body) cont
791   = simplNonRecE env bndr (rhs, env) ([], body) cont
792
793 ---------------------------------
794 simplType :: SimplEnv -> InType -> SimplM OutType
795         -- Kept monadic just so we can do the seqType
796 simplType env ty
797   = -- pprTrace "simplType" (ppr ty $$ ppr (seTvSubst env)) $
798     seqType new_ty   `seq`   return new_ty
799   where
800     new_ty = substTy env ty
801 \end{code}
802
803
804 %************************************************************************
805 %*                                                                      *
806 \subsection{The main rebuilder}
807 %*                                                                      *
808 %************************************************************************
809
810 \begin{code}
811 rebuild :: SimplEnv -> OutExpr -> SimplCont -> SimplM (SimplEnv, OutExpr)
812 -- At this point the substitution in the SimplEnv should be irrelevant
813 -- only the in-scope set and floats should matter
814 rebuild env expr cont0
815   = -- pprTrace "rebuild" (ppr expr $$ ppr cont0 $$ ppr (seFloats env)) $
816     case cont0 of
817       Stop {}                      -> return (env, expr)
818       CoerceIt co cont             -> rebuild env (mkCoerce co expr) cont
819       Select _ bndr alts se cont   -> rebuildCase (se `setFloats` env) expr bndr alts cont
820       StrictArg fun _ info cont    -> rebuildCall env (fun `App` expr) info cont
821       StrictBind b bs body se cont -> do { env' <- simplNonRecX (se `setFloats` env) b expr
822                                          ; simplLam env' bs body cont }
823       ApplyTo _ arg se cont        -> do { arg' <- simplExpr (se `setInScope` env) arg
824                                          ; rebuild env (App expr arg') cont }
825 \end{code}
826
827
828 %************************************************************************
829 %*                                                                      *
830 \subsection{Lambdas}
831 %*                                                                      *
832 %************************************************************************
833
834 \begin{code}
835 simplCast :: SimplEnv -> InExpr -> Coercion -> SimplCont
836           -> SimplM (SimplEnv, OutExpr)
837 simplCast env body co0 cont0
838   = do  { co1 <- simplType env co0
839         ; simplExprF env body (addCoerce co1 cont0) }
840   where
841        addCoerce co cont = add_coerce co (coercionKind co) cont
842
843        add_coerce _co (s1, k1) cont     -- co :: ty~ty
844          | s1 `coreEqType` k1 = cont    -- is a no-op
845
846        add_coerce co1 (s1, _k2) (CoerceIt co2 cont)
847          | (_l1, t1) <- coercionKind co2
848                 --      e |> (g1 :: S1~L) |> (g2 :: L~T1)
849                 -- ==>
850                 --      e,                       if T1=T2
851                 --      e |> (g1 . g2 :: T1~T2)  otherwise
852                 --
853                 -- For example, in the initial form of a worker
854                 -- we may find  (coerce T (coerce S (\x.e))) y
855                 -- and we'd like it to simplify to e[y/x] in one round
856                 -- of simplification
857          , s1 `coreEqType` t1  = cont            -- The coerces cancel out
858          | otherwise           = CoerceIt (mkTransCoercion co1 co2) cont
859
860        add_coerce co (s1s2, _t1t2) (ApplyTo dup (Type arg_ty) arg_se cont)
861                 -- (f |> g) ty  --->   (f ty) |> (g @ ty)
862                 -- This implements the PushT rule from the paper
863          | Just (tyvar,_) <- splitForAllTy_maybe s1s2
864          , not (isCoVar tyvar)
865          = ApplyTo dup (Type ty') (zapSubstEnv env) (addCoerce (mkInstCoercion co ty') cont)
866          where
867            ty' = substTy (arg_se `setInScope` env) arg_ty
868
869         -- ToDo: the PushC rule is not implemented at all
870
871        add_coerce co (s1s2, _t1t2) (ApplyTo dup arg arg_se cont)
872          | not (isTypeArg arg)  -- This implements the Push rule from the paper
873          , isFunTy s1s2   -- t1t2 must be a function type, becuase it's applied
874                 --      (e |> (g :: s1s2 ~ t1->t2)) f
875                 -- ===>
876                 --      (e (f |> (arg g :: t1~s1))
877                 --      |> (res g :: s2->t2)
878                 --
879                 -- t1t2 must be a function type, t1->t2, because it's applied
880                 -- to something but s1s2 might conceivably not be
881                 --
882                 -- When we build the ApplyTo we can't mix the out-types
883                 -- with the InExpr in the argument, so we simply substitute
884                 -- to make it all consistent.  It's a bit messy.
885                 -- But it isn't a common case.
886                 --
887                 -- Example of use: Trac #995
888          = ApplyTo dup new_arg (zapSubstEnv env) (addCoerce co2 cont)
889          where
890            -- we split coercion t1->t2 ~ s1->s2 into t1 ~ s1 and
891            -- t2 ~ s2 with left and right on the curried form:
892            --    (->) t1 t2 ~ (->) s1 s2
893            [co1, co2] = decomposeCo 2 co
894            new_arg    = mkCoerce (mkSymCoercion co1) arg'
895            arg'       = substExpr (arg_se `setInScope` env) arg
896
897        add_coerce co _ cont = CoerceIt co cont
898 \end{code}
899
900
901 %************************************************************************
902 %*                                                                      *
903 \subsection{Lambdas}
904 %*                                                                      *
905 %************************************************************************
906
907 \begin{code}
908 simplLam :: SimplEnv -> [InId] -> InExpr -> SimplCont
909          -> SimplM (SimplEnv, OutExpr)
910
911 simplLam env [] body cont = simplExprF env body cont
912
913         -- Beta reduction
914 simplLam env (bndr:bndrs) body (ApplyTo _ arg arg_se cont)
915   = do  { tick (BetaReduction bndr)
916         ; simplNonRecE env bndr (arg, arg_se) (bndrs, body) cont }
917
918         -- Not enough args, so there are real lambdas left to put in the result
919 simplLam env bndrs body cont
920   = do  { (env', bndrs') <- simplLamBndrs env bndrs
921         ; body' <- simplExpr env' body
922         ; new_lam <- mkLam env' bndrs' body'
923         ; rebuild env' new_lam cont }
924
925 ------------------
926 simplNonRecE :: SimplEnv
927              -> InId                    -- The binder
928              -> (InExpr, SimplEnv)      -- Rhs of binding (or arg of lambda)
929              -> ([InBndr], InExpr)      -- Body of the let/lambda
930                                         --      \xs.e
931              -> SimplCont
932              -> SimplM (SimplEnv, OutExpr)
933
934 -- simplNonRecE is used for
935 --  * non-top-level non-recursive lets in expressions
936 --  * beta reduction
937 --
938 -- It deals with strict bindings, via the StrictBind continuation,
939 -- which may abort the whole process
940 --
941 -- The "body" of the binding comes as a pair of ([InId],InExpr)
942 -- representing a lambda; so we recurse back to simplLam
943 -- Why?  Because of the binder-occ-info-zapping done before
944 --       the call to simplLam in simplExprF (Lam ...)
945
946         -- First deal with type applications and type lets
947         --   (/\a. e) (Type ty)   and   (let a = Type ty in e)
948 simplNonRecE env bndr (Type ty_arg, rhs_se) (bndrs, body) cont
949   = ASSERT( isTyVar bndr )
950     do  { ty_arg' <- simplType (rhs_se `setInScope` env) ty_arg
951         ; simplLam (extendTvSubst env bndr ty_arg') bndrs body cont }
952
953 simplNonRecE env bndr (rhs, rhs_se) (bndrs, body) cont
954   | preInlineUnconditionally env NotTopLevel bndr rhs
955   = do  { tick (PreInlineUnconditionally bndr)
956         ; simplLam (extendIdSubst env bndr (mkContEx rhs_se rhs)) bndrs body cont }
957
958   | isStrictId bndr
959   = do  { simplExprF (rhs_se `setFloats` env) rhs
960                      (StrictBind bndr bndrs body env cont) }
961
962   | otherwise
963   = ASSERT( not (isTyVar bndr) )
964     do  { (env1, bndr1) <- simplNonRecBndr env bndr
965         ; let (env2, bndr2) = addBndrRules env1 bndr bndr1
966         ; env3 <- simplLazyBind env2 NotTopLevel NonRecursive bndr bndr2 rhs rhs_se
967         ; simplLam env3 bndrs body cont }
968 \end{code}
969
970
971 %************************************************************************
972 %*                                                                      *
973 \subsection{Notes}
974 %*                                                                      *
975 %************************************************************************
976
977 \begin{code}
978 -- Hack alert: we only distinguish subsumed cost centre stacks for the
979 -- purposes of inlining.  All other CCCSs are mapped to currentCCS.
980 simplNote :: SimplEnv -> Note -> CoreExpr -> SimplCont
981           -> SimplM (SimplEnv, OutExpr)
982 simplNote env (SCC cc) e cont
983   = do  { e' <- simplExpr (setEnclosingCC env currentCCS) e
984         ; rebuild env (mkSCC cc e') cont }
985
986 -- See notes with SimplMonad.inlineMode
987 simplNote env InlineMe e cont
988   | Just (inside, outside) <- splitInlineCont cont  -- Boring boring continuation; see notes above
989   = do  {                       -- Don't inline inside an INLINE expression
990           e' <- simplExprC (setMode inlineMode env) e inside
991         ; rebuild env (mkInlineMe e') outside }
992
993   | otherwise   -- Dissolve the InlineMe note if there's
994                 -- an interesting context of any kind to combine with
995                 -- (even a type application -- anything except Stop)
996   = simplExprF env e cont
997
998 simplNote env (CoreNote s) e cont = do
999     e' <- simplExpr env e
1000     rebuild env (Note (CoreNote s) e') cont
1001 \end{code}
1002
1003
1004 %************************************************************************
1005 %*                                                                      *
1006 \subsection{Dealing with calls}
1007 %*                                                                      *
1008 %************************************************************************
1009
1010 \begin{code}
1011 simplVar :: SimplEnv -> Id -> SimplCont -> SimplM (SimplEnv, OutExpr)
1012 simplVar env var cont
1013   = case substId env var of
1014         DoneEx e         -> simplExprF (zapSubstEnv env) e cont
1015         ContEx tvs ids e -> simplExprF (setSubstEnv env tvs ids) e cont
1016         DoneId var1      -> completeCall (zapSubstEnv env) var1 cont
1017                 -- Note [zapSubstEnv]
1018                 -- The template is already simplified, so don't re-substitute.
1019                 -- This is VITAL.  Consider
1020                 --      let x = e in
1021                 --      let y = \z -> ...x... in
1022                 --      \ x -> ...y...
1023                 -- We'll clone the inner \x, adding x->x' in the id_subst
1024                 -- Then when we inline y, we must *not* replace x by x' in
1025                 -- the inlined copy!!
1026
1027 ---------------------------------------------------------
1028 --      Dealing with a call site
1029
1030 completeCall :: SimplEnv -> Id -> SimplCont -> SimplM (SimplEnv, OutExpr)
1031 completeCall env var cont
1032   = do  { dflags <- getDOptsSmpl
1033         ; let   (args,call_cont) = contArgs cont
1034                 -- The args are OutExprs, obtained by *lazily* substituting
1035                 -- in the args found in cont.  These args are only examined
1036                 -- to limited depth (unless a rule fires).  But we must do
1037                 -- the substitution; rule matching on un-simplified args would
1038                 -- be bogus
1039
1040         ------------- First try rules ----------------
1041         -- Do this before trying inlining.  Some functions have
1042         -- rules *and* are strict; in this case, we don't want to
1043         -- inline the wrapper of the non-specialised thing; better
1044         -- to call the specialised thing instead.
1045         --
1046         -- We used to use the black-listing mechanism to ensure that inlining of
1047         -- the wrapper didn't occur for things that have specialisations till a
1048         -- later phase, so but now we just try RULES first
1049         --
1050         -- Note [Rules for recursive functions]
1051         -- ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1052         -- You might think that we shouldn't apply rules for a loop breaker:
1053         -- doing so might give rise to an infinite loop, because a RULE is
1054         -- rather like an extra equation for the function:
1055         --      RULE:           f (g x) y = x+y
1056         --      Eqn:            f a     y = a-y
1057         --
1058         -- But it's too drastic to disable rules for loop breakers.
1059         -- Even the foldr/build rule would be disabled, because foldr
1060         -- is recursive, and hence a loop breaker:
1061         --      foldr k z (build g) = g k z
1062         -- So it's up to the programmer: rules can cause divergence
1063         ; rule_base <- getSimplRules
1064         ; let   in_scope   = getInScope env
1065                 rules      = getRules rule_base var
1066                 maybe_rule = case activeRule dflags env of
1067                                 Nothing     -> Nothing  -- No rules apply
1068                                 Just act_fn -> lookupRule act_fn in_scope
1069                                                           var args rules 
1070         ; case maybe_rule of {
1071             Just (rule, rule_rhs) -> do
1072                 tick (RuleFired (ru_name rule))
1073                 (if dopt Opt_D_dump_rule_firings dflags then
1074                    pprTrace "Rule fired" (vcat [
1075                         text "Rule:" <+> ftext (ru_name rule),
1076                         text "Before:" <+> ppr var <+> sep (map pprParendExpr args),
1077                         text "After: " <+> pprCoreExpr rule_rhs,
1078                         text "Cont:  " <+> ppr call_cont])
1079                  else
1080                         id)             $
1081                  simplExprF env rule_rhs (dropArgs (ruleArity rule) cont)
1082                  -- The ruleArity says how many args the rule consumed
1083
1084           ; Nothing -> do       -- No rules
1085
1086         ------------- Next try inlining ----------------
1087         { let   arg_infos = [interestingArg arg | arg <- args, isValArg arg]
1088                 n_val_args = length arg_infos
1089                 interesting_cont = interestingCallContext call_cont
1090                 active_inline = activeInline env var
1091                 maybe_inline  = callSiteInline dflags active_inline var
1092                                                (null args) arg_infos interesting_cont
1093         ; case maybe_inline of {
1094             Just unfolding      -- There is an inlining!
1095               ->  do { tick (UnfoldingDone var)
1096                      ; (if dopt Opt_D_dump_inlinings dflags then
1097                            pprTrace ("Inlining done: " ++ showSDoc (ppr var)) (vcat [
1098                                 text "Before:" <+> ppr var <+> sep (map pprParendExpr args),
1099                                 text "Inlined fn: " <+> nest 2 (ppr unfolding),
1100                                 text "Cont:  " <+> ppr call_cont])
1101                          else
1102                                 id)
1103                        simplExprF env unfolding cont }
1104
1105             ; Nothing ->                -- No inlining!
1106
1107         ------------- No inlining! ----------------
1108         -- Next, look for rules or specialisations that match
1109         --
1110         rebuildCall env (Var var)
1111                     (mkArgInfo var n_val_args call_cont) cont
1112     }}}}
1113
1114 rebuildCall :: SimplEnv
1115             -> OutExpr       -- Function 
1116             -> ArgInfo
1117             -> SimplCont
1118             -> SimplM (SimplEnv, OutExpr)
1119 rebuildCall env fun (ArgInfo { ai_strs = [] }) cont
1120   -- When we run out of strictness args, it means
1121   -- that the call is definitely bottom; see SimplUtils.mkArgInfo
1122   -- Then we want to discard the entire strict continuation.  E.g.
1123   --    * case (error "hello") of { ... }
1124   --    * (error "Hello") arg
1125   --    * f (error "Hello") where f is strict
1126   --    etc
1127   -- Then, especially in the first of these cases, we'd like to discard
1128   -- the continuation, leaving just the bottoming expression.  But the
1129   -- type might not be right, so we may have to add a coerce.
1130   | not (contIsTrivial cont)     -- Only do this if there is a non-trivial
1131   = return (env, mk_coerce fun)  -- contination to discard, else we do it
1132   where                          -- again and again!
1133     fun_ty  = exprType fun
1134     cont_ty = contResultType env fun_ty cont
1135     co      = mkUnsafeCoercion fun_ty cont_ty
1136     mk_coerce expr | cont_ty `coreEqType` fun_ty = expr
1137                    | otherwise = mkCoerce co expr
1138
1139 rebuildCall env fun info (ApplyTo _ (Type arg_ty) se cont)
1140   = do  { ty' <- simplType (se `setInScope` env) arg_ty
1141         ; rebuildCall env (fun `App` Type ty') info cont }
1142
1143 rebuildCall env fun 
1144            (ArgInfo { ai_rules = has_rules, ai_strs = str:strs, ai_discs = disc:discs })
1145            (ApplyTo _ arg arg_se cont)
1146   | str                 -- Strict argument
1147   = -- pprTrace "Strict Arg" (ppr arg $$ ppr (seIdSubst env) $$ ppr (seInScope env)) $
1148     simplExprF (arg_se `setFloats` env) arg
1149                (StrictArg fun cci arg_info' cont)
1150                 -- Note [Shadowing]
1151
1152   | otherwise                           -- Lazy argument
1153         -- DO NOT float anything outside, hence simplExprC
1154         -- There is no benefit (unlike in a let-binding), and we'd
1155         -- have to be very careful about bogus strictness through
1156         -- floating a demanded let.
1157   = do  { arg' <- simplExprC (arg_se `setInScope` env) arg
1158                              (mkLazyArgStop cci)
1159         ; rebuildCall env (fun `App` arg') arg_info' cont }
1160   where
1161     arg_info' = ArgInfo { ai_rules = has_rules, ai_strs = strs, ai_discs = discs }
1162     cci | has_rules || disc > 0 = ArgCtxt has_rules disc  -- Be keener here
1163         | otherwise             = BoringCtxt              -- Nothing interesting
1164
1165 rebuildCall env fun _ cont
1166   = rebuild env fun cont
1167 \end{code}
1168
1169 Note [Shadowing]
1170 ~~~~~~~~~~~~~~~~
1171 This part of the simplifier may break the no-shadowing invariant
1172 Consider
1173         f (...(\a -> e)...) (case y of (a,b) -> e')
1174 where f is strict in its second arg
1175 If we simplify the innermost one first we get (...(\a -> e)...)
1176 Simplifying the second arg makes us float the case out, so we end up with
1177         case y of (a,b) -> f (...(\a -> e)...) e'
1178 So the output does not have the no-shadowing invariant.  However, there is
1179 no danger of getting name-capture, because when the first arg was simplified
1180 we used an in-scope set that at least mentioned all the variables free in its
1181 static environment, and that is enough.
1182
1183 We can't just do innermost first, or we'd end up with a dual problem:
1184         case x of (a,b) -> f e (...(\a -> e')...)
1185
1186 I spent hours trying to recover the no-shadowing invariant, but I just could
1187 not think of an elegant way to do it.  The simplifier is already knee-deep in
1188 continuations.  We have to keep the right in-scope set around; AND we have
1189 to get the effect that finding (error "foo") in a strict arg position will
1190 discard the entire application and replace it with (error "foo").  Getting
1191 all this at once is TOO HARD!
1192
1193 %************************************************************************
1194 %*                                                                      *
1195                 Rebuilding a cse expression
1196 %*                                                                      *
1197 %************************************************************************
1198
1199 Note [Case elimination]
1200 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1201 The case-elimination transformation discards redundant case expressions.
1202 Start with a simple situation:
1203
1204         case x# of      ===>   e[x#/y#]
1205           y# -> e
1206
1207 (when x#, y# are of primitive type, of course).  We can't (in general)
1208 do this for algebraic cases, because we might turn bottom into
1209 non-bottom!
1210
1211 The code in SimplUtils.prepareAlts has the effect of generalise this
1212 idea to look for a case where we're scrutinising a variable, and we
1213 know that only the default case can match.  For example:
1214
1215         case x of
1216           0#      -> ...
1217           DEFAULT -> ...(case x of
1218                          0#      -> ...
1219                          DEFAULT -> ...) ...
1220
1221 Here the inner case is first trimmed to have only one alternative, the
1222 DEFAULT, after which it's an instance of the previous case.  This
1223 really only shows up in eliminating error-checking code.
1224
1225 We also make sure that we deal with this very common case:
1226
1227         case e of
1228           x -> ...x...
1229
1230 Here we are using the case as a strict let; if x is used only once
1231 then we want to inline it.  We have to be careful that this doesn't
1232 make the program terminate when it would have diverged before, so we
1233 check that
1234         - e is already evaluated (it may so if e is a variable)
1235         - x is used strictly, or
1236
1237 Lastly, the code in SimplUtils.mkCase combines identical RHSs.  So
1238
1239         case e of       ===> case e of DEFAULT -> r
1240            True  -> r
1241            False -> r
1242
1243 Now again the case may be elminated by the CaseElim transformation.
1244
1245
1246 Further notes about case elimination
1247 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1248 Consider:       test :: Integer -> IO ()
1249                 test = print
1250
1251 Turns out that this compiles to:
1252     Print.test
1253       = \ eta :: Integer
1254           eta1 :: State# RealWorld ->
1255           case PrelNum.< eta PrelNum.zeroInteger of wild { __DEFAULT ->
1256           case hPutStr stdout
1257                  (PrelNum.jtos eta ($w[] @ Char))
1258                  eta1
1259           of wild1 { (# new_s, a4 #) -> PrelIO.lvl23 new_s  }}
1260
1261 Notice the strange '<' which has no effect at all. This is a funny one.
1262 It started like this:
1263
1264 f x y = if x < 0 then jtos x
1265           else if y==0 then "" else jtos x
1266
1267 At a particular call site we have (f v 1).  So we inline to get
1268
1269         if v < 0 then jtos x
1270         else if 1==0 then "" else jtos x
1271
1272 Now simplify the 1==0 conditional:
1273
1274         if v<0 then jtos v else jtos v
1275
1276 Now common-up the two branches of the case:
1277
1278         case (v<0) of DEFAULT -> jtos v
1279
1280 Why don't we drop the case?  Because it's strict in v.  It's technically
1281 wrong to drop even unnecessary evaluations, and in practice they
1282 may be a result of 'seq' so we *definitely* don't want to drop those.
1283 I don't really know how to improve this situation.
1284
1285 \begin{code}
1286 ---------------------------------------------------------
1287 --      Eliminate the case if possible
1288
1289 rebuildCase :: SimplEnv
1290             -> OutExpr          -- Scrutinee
1291             -> InId             -- Case binder
1292             -> [InAlt]          -- Alternatives (inceasing order)
1293             -> SimplCont
1294             -> SimplM (SimplEnv, OutExpr)
1295
1296 --------------------------------------------------
1297 --      1. Eliminate the case if there's a known constructor
1298 --------------------------------------------------
1299
1300 rebuildCase env scrut case_bndr alts cont
1301   | Just (con,args) <- exprIsConApp_maybe scrut
1302         -- Works when the scrutinee is a variable with a known unfolding
1303         -- as well as when it's an explicit constructor application
1304   = knownCon env scrut (DataAlt con) args case_bndr alts cont
1305
1306   | Lit lit <- scrut    -- No need for same treatment as constructors
1307                         -- because literals are inlined more vigorously
1308   = knownCon env scrut (LitAlt lit) [] case_bndr alts cont
1309
1310
1311 --------------------------------------------------
1312 --      2. Eliminate the case if scrutinee is evaluated
1313 --------------------------------------------------
1314
1315 rebuildCase env scrut case_bndr [(_, bndrs, rhs)] cont
1316   -- See if we can get rid of the case altogether
1317   -- See Note [Case eliminiation] 
1318   -- mkCase made sure that if all the alternatives are equal,
1319   -- then there is now only one (DEFAULT) rhs
1320  | all isDeadBinder bndrs       -- bndrs are [InId]
1321
1322         -- Check that the scrutinee can be let-bound instead of case-bound
1323  , exprOkForSpeculation scrut
1324                 -- OK not to evaluate it
1325                 -- This includes things like (==# a# b#)::Bool
1326                 -- so that we simplify
1327                 --      case ==# a# b# of { True -> x; False -> x }
1328                 -- to just
1329                 --      x
1330                 -- This particular example shows up in default methods for
1331                 -- comparision operations (e.g. in (>=) for Int.Int32)
1332         || exprIsHNF scrut                      -- It's already evaluated
1333         || var_demanded_later scrut             -- It'll be demanded later
1334
1335 --      || not opt_SimplPedanticBottoms)        -- Or we don't care!
1336 --      We used to allow improving termination by discarding cases, unless -fpedantic-bottoms was on,
1337 --      but that breaks badly for the dataToTag# primop, which relies on a case to evaluate
1338 --      its argument:  case x of { y -> dataToTag# y }
1339 --      Here we must *not* discard the case, because dataToTag# just fetches the tag from
1340 --      the info pointer.  So we'll be pedantic all the time, and see if that gives any
1341 --      other problems
1342 --      Also we don't want to discard 'seq's
1343   = do  { tick (CaseElim case_bndr)
1344         ; env' <- simplNonRecX env case_bndr scrut
1345         ; simplExprF env' rhs cont }
1346   where
1347         -- The case binder is going to be evaluated later,
1348         -- and the scrutinee is a simple variable
1349     var_demanded_later (Var v) = isStrictDmd (idNewDemandInfo case_bndr)
1350                                  && not (isTickBoxOp v)
1351                                     -- ugly hack; covering this case is what
1352                                     -- exprOkForSpeculation was intended for.
1353     var_demanded_later _       = False
1354
1355
1356 --------------------------------------------------
1357 --      3. Catch-all case
1358 --------------------------------------------------
1359
1360 rebuildCase env scrut case_bndr alts cont
1361   = do  {       -- Prepare the continuation;
1362                 -- The new subst_env is in place
1363           (env', dup_cont, nodup_cont) <- prepareCaseCont env alts cont
1364
1365         -- Simplify the alternatives
1366         ; (scrut', case_bndr', alts') <- simplAlts env' scrut case_bndr alts dup_cont
1367
1368         -- Check for empty alternatives
1369         ; if null alts' then
1370                 -- This isn't strictly an error, although it is unusual. 
1371                 -- It's possible that the simplifer might "see" that 
1372                 -- an inner case has no accessible alternatives before 
1373                 -- it "sees" that the entire branch of an outer case is 
1374                 -- inaccessible.  So we simply put an error case here instead.
1375             pprTrace "mkCase: null alts" (ppr case_bndr <+> ppr scrut) $
1376             let res_ty' = contResultType env' (substTy env' (coreAltsType alts)) dup_cont
1377                 lit = mkStringLit "Impossible alternative"
1378             in return (env', mkApps (Var rUNTIME_ERROR_ID) [Type res_ty', lit])
1379
1380           else do
1381         { case_expr <- mkCase scrut' case_bndr' alts'
1382
1383         -- Notice that rebuild gets the in-scope set from env, not alt_env
1384         -- The case binder *not* scope over the whole returned case-expression
1385         ; rebuild env' case_expr nodup_cont } }
1386 \end{code}
1387
1388 simplCaseBinder checks whether the scrutinee is a variable, v.  If so,
1389 try to eliminate uses of v in the RHSs in favour of case_bndr; that
1390 way, there's a chance that v will now only be used once, and hence
1391 inlined.
1392
1393 Historical note: we use to do the "case binder swap" in the Simplifier
1394 so there were additional complications if the scrutinee was a variable.
1395 Now the binder-swap stuff is done in the occurrence analyer; see
1396 OccurAnal Note [Binder swap].
1397
1398 Note [zapOccInfo]
1399 ~~~~~~~~~~~~~~~~~
1400 If the case binder is not dead, then neither are the pattern bound
1401 variables:  
1402         case <any> of x { (a,b) ->
1403         case x of { (p,q) -> p } }
1404 Here (a,b) both look dead, but come alive after the inner case is eliminated.
1405 The point is that we bring into the envt a binding
1406         let x = (a,b)
1407 after the outer case, and that makes (a,b) alive.  At least we do unless
1408 the case binder is guaranteed dead.
1409
1410 Note [Improving seq]
1411 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1412 Consider
1413         type family F :: * -> *
1414         type instance F Int = Int
1415
1416         ... case e of x { DEFAULT -> rhs } ...
1417
1418 where x::F Int.  Then we'd like to rewrite (F Int) to Int, getting
1419
1420         case e `cast` co of x'::Int
1421            I# x# -> let x = x' `cast` sym co
1422                     in rhs
1423
1424 so that 'rhs' can take advantage of the form of x'.  Notice that Note
1425 [Case of cast] may then apply to the result.
1426
1427 This showed up in Roman's experiments.  Example:
1428   foo :: F Int -> Int -> Int
1429   foo t n = t `seq` bar n
1430      where
1431        bar 0 = 0
1432        bar n = bar (n - case t of TI i -> i)
1433 Here we'd like to avoid repeated evaluating t inside the loop, by
1434 taking advantage of the `seq`.
1435
1436 At one point I did transformation in LiberateCase, but it's more robust here.
1437 (Otherwise, there's a danger that we'll simply drop the 'seq' altogether, before
1438 LiberateCase gets to see it.)
1439
1440
1441
1442
1443 \begin{code}
1444 improveSeq :: (FamInstEnv, FamInstEnv) -> SimplEnv
1445            -> OutExpr -> InId -> OutId -> [InAlt]
1446            -> SimplM (SimplEnv, OutExpr, OutId)
1447 -- Note [Improving seq]
1448 improveSeq fam_envs env scrut case_bndr case_bndr1 [(DEFAULT,_,_)]
1449   | Just (co, ty2) <- topNormaliseType fam_envs (idType case_bndr1)
1450   =  do { case_bndr2 <- newId (fsLit "nt") ty2
1451         ; let rhs  = DoneEx (Var case_bndr2 `Cast` mkSymCoercion co)
1452               env2 = extendIdSubst env case_bndr rhs
1453         ; return (env2, scrut `Cast` co, case_bndr2) }
1454
1455 improveSeq _ env scrut _ case_bndr1 _
1456   = return (env, scrut, case_bndr1)
1457
1458 {-
1459     improve_case_bndr env scrut case_bndr
1460         -- See Note [no-case-of-case]
1461         --  | switchIsOn (getSwitchChecker env) NoCaseOfCase
1462         --  = (env, case_bndr)
1463
1464         | otherwise     -- Failed try; see Note [Suppressing the case binder-swap]
1465                         --     not (isEvaldUnfolding (idUnfolding v))
1466         = case scrut of
1467             Var v -> (modifyInScope env1 v case_bndr', case_bndr')
1468                 -- Note about using modifyInScope for v here
1469                 -- We could extend the substitution instead, but it would be
1470                 -- a hack because then the substitution wouldn't be idempotent
1471                 -- any more (v is an OutId).  And this does just as well.
1472
1473             Cast (Var v) co -> (addBinderUnfolding env1 v rhs, case_bndr')
1474                             where
1475                                 rhs = Cast (Var case_bndr') (mkSymCoercion co)
1476
1477             _ -> (env, case_bndr)
1478         where
1479           case_bndr' = zapIdOccInfo case_bndr
1480           env1       = modifyInScope env case_bndr case_bndr'
1481 -}
1482 \end{code}
1483
1484
1485 simplAlts does two things:
1486
1487 1.  Eliminate alternatives that cannot match, including the
1488     DEFAULT alternative.
1489
1490 2.  If the DEFAULT alternative can match only one possible constructor,
1491     then make that constructor explicit.
1492     e.g.
1493         case e of x { DEFAULT -> rhs }
1494      ===>
1495         case e of x { (a,b) -> rhs }
1496     where the type is a single constructor type.  This gives better code
1497     when rhs also scrutinises x or e.
1498
1499 Here "cannot match" includes knowledge from GADTs
1500
1501 It's a good idea do do this stuff before simplifying the alternatives, to
1502 avoid simplifying alternatives we know can't happen, and to come up with
1503 the list of constructors that are handled, to put into the IdInfo of the
1504 case binder, for use when simplifying the alternatives.
1505
1506 Eliminating the default alternative in (1) isn't so obvious, but it can
1507 happen:
1508
1509 data Colour = Red | Green | Blue
1510
1511 f x = case x of
1512         Red -> ..
1513         Green -> ..
1514         DEFAULT -> h x
1515
1516 h y = case y of
1517         Blue -> ..
1518         DEFAULT -> [ case y of ... ]
1519
1520 If we inline h into f, the default case of the inlined h can't happen.
1521 If we don't notice this, we may end up filtering out *all* the cases
1522 of the inner case y, which give us nowhere to go!
1523
1524
1525 \begin{code}
1526 simplAlts :: SimplEnv
1527           -> OutExpr
1528           -> InId                       -- Case binder
1529           -> [InAlt]                    -- Non-empty
1530           -> SimplCont
1531           -> SimplM (OutExpr, OutId, [OutAlt])  -- Includes the continuation
1532 -- Like simplExpr, this just returns the simplified alternatives;
1533 -- it not return an environment
1534
1535 simplAlts env scrut case_bndr alts cont'
1536   = -- pprTrace "simplAlts" (ppr alts $$ ppr (seIdSubst env)) $
1537     do  { let env0 = zapFloats env
1538
1539         ; (env1, case_bndr1) <- simplBinder env0 case_bndr
1540
1541         ; fam_envs <- getFamEnvs
1542         ; (alt_env', scrut', case_bndr') <- improveSeq fam_envs env1 scrut 
1543                                                        case_bndr case_bndr1 alts
1544
1545         ; (imposs_deflt_cons, in_alts) <- prepareAlts alt_env' scrut' case_bndr' alts
1546
1547         ; alts' <- mapM (simplAlt alt_env' imposs_deflt_cons case_bndr' cont') in_alts
1548         ; return (scrut', case_bndr', alts') }
1549
1550 ------------------------------------
1551 simplAlt :: SimplEnv
1552          -> [AltCon]    -- These constructors can't be present when
1553                         -- matching the DEFAULT alternative
1554          -> OutId       -- The case binder
1555          -> SimplCont
1556          -> InAlt
1557          -> SimplM OutAlt
1558
1559 simplAlt env imposs_deflt_cons case_bndr' cont' (DEFAULT, bndrs, rhs)
1560   = ASSERT( null bndrs )
1561     do  { let env' = addBinderOtherCon env case_bndr' imposs_deflt_cons
1562                 -- Record the constructors that the case-binder *can't* be.
1563         ; rhs' <- simplExprC env' rhs cont'
1564         ; return (DEFAULT, [], rhs') }
1565
1566 simplAlt env _ case_bndr' cont' (LitAlt lit, bndrs, rhs)
1567   = ASSERT( null bndrs )
1568     do  { let env' = addBinderUnfolding env case_bndr' (Lit lit)
1569         ; rhs' <- simplExprC env' rhs cont'
1570         ; return (LitAlt lit, [], rhs') }
1571
1572 simplAlt env _ case_bndr' cont' (DataAlt con, vs, rhs)
1573   = do  {       -- Deal with the pattern-bound variables
1574                 -- Mark the ones that are in ! positions in the
1575                 -- data constructor as certainly-evaluated.
1576                 -- NB: simplLamBinders preserves this eval info
1577           let vs_with_evals = add_evals (dataConRepStrictness con)
1578         ; (env', vs') <- simplLamBndrs env vs_with_evals
1579
1580                 -- Bind the case-binder to (con args)
1581         ; let inst_tys' = tyConAppArgs (idType case_bndr')
1582               con_args  = map Type inst_tys' ++ varsToCoreExprs vs'
1583               env''     = addBinderUnfolding env' case_bndr'
1584                                              (mkConApp con con_args)
1585
1586         ; rhs' <- simplExprC env'' rhs cont'
1587         ; return (DataAlt con, vs', rhs') }
1588   where
1589         -- add_evals records the evaluated-ness of the bound variables of
1590         -- a case pattern.  This is *important*.  Consider
1591         --      data T = T !Int !Int
1592         --
1593         --      case x of { T a b -> T (a+1) b }
1594         --
1595         -- We really must record that b is already evaluated so that we don't
1596         -- go and re-evaluate it when constructing the result.
1597         -- See Note [Data-con worker strictness] in MkId.lhs
1598     add_evals the_strs
1599         = go vs the_strs
1600         where
1601           go [] [] = []
1602           go (v:vs') strs | isTyVar v = v : go vs' strs
1603           go (v:vs') (str:strs)
1604             | isMarkedStrict str = evald_v  : go vs' strs
1605             | otherwise          = zapped_v : go vs' strs
1606             where
1607               zapped_v = zap_occ_info v
1608               evald_v  = zapped_v `setIdUnfolding` evaldUnfolding
1609           go _ _ = pprPanic "cat_evals" (ppr con $$ ppr vs $$ ppr the_strs)
1610
1611         -- See Note [zapOccInfo]
1612         -- zap_occ_info: if the case binder is alive, then we add the unfolding
1613         --      case_bndr = C vs
1614         -- to the envt; so vs are now very much alive
1615         -- Note [Aug06] I can't see why this actually matters, but it's neater
1616         --        case e of t { (a,b) -> ...(case t of (p,q) -> p)... }
1617         --   ==>  case e of t { (a,b) -> ...(a)... }
1618         -- Look, Ma, a is alive now.
1619     zap_occ_info = zapCasePatIdOcc case_bndr'
1620
1621 addBinderUnfolding :: SimplEnv -> Id -> CoreExpr -> SimplEnv
1622 addBinderUnfolding env bndr rhs
1623   = modifyInScope env (bndr `setIdUnfolding` mkUnfolding False rhs)
1624
1625 addBinderOtherCon :: SimplEnv -> Id -> [AltCon] -> SimplEnv
1626 addBinderOtherCon env bndr cons
1627   = modifyInScope env (bndr `setIdUnfolding` mkOtherCon cons)
1628
1629 zapCasePatIdOcc :: Id -> Id -> Id
1630 -- Consider  case e of b { (a,b) -> ... }
1631 -- Then if we bind b to (a,b) in "...", and b is not dead,
1632 -- then we must zap the deadness info on a,b
1633 zapCasePatIdOcc case_bndr
1634   | isDeadBinder case_bndr = \ pat_id -> pat_id
1635   | otherwise              = \ pat_id -> zapIdOccInfo pat_id
1636 \end{code}
1637
1638
1639 %************************************************************************
1640 %*                                                                      *
1641 \subsection{Known constructor}
1642 %*                                                                      *
1643 %************************************************************************
1644
1645 We are a bit careful with occurrence info.  Here's an example
1646
1647         (\x* -> case x of (a*, b) -> f a) (h v, e)
1648
1649 where the * means "occurs once".  This effectively becomes
1650         case (h v, e) of (a*, b) -> f a)
1651 and then
1652         let a* = h v; b = e in f a
1653 and then
1654         f (h v)
1655
1656 All this should happen in one sweep.
1657
1658 \begin{code}
1659 knownCon :: SimplEnv -> OutExpr -> AltCon
1660          -> [OutExpr]           -- Args *including* the universal args
1661          -> InId -> [InAlt] -> SimplCont
1662          -> SimplM (SimplEnv, OutExpr)
1663
1664 knownCon env scrut con args bndr alts cont
1665   = do  { tick (KnownBranch bndr)
1666         ; knownAlt env scrut args bndr (findAlt con alts) cont }
1667
1668 knownAlt :: SimplEnv -> OutExpr -> [OutExpr]
1669          -> InId -> (AltCon, [CoreBndr], InExpr) -> SimplCont
1670          -> SimplM (SimplEnv, OutExpr)
1671 knownAlt env scrut _ bndr (DEFAULT, bs, rhs) cont
1672   = ASSERT( null bs )
1673     do  { env' <- simplNonRecX env bndr scrut
1674                 -- This might give rise to a binding with non-atomic args
1675                 -- like x = Node (f x) (g x)
1676                 -- but simplNonRecX will atomic-ify it
1677         ; simplExprF env' rhs cont }
1678
1679 knownAlt env scrut _ bndr (LitAlt _, bs, rhs) cont
1680   = ASSERT( null bs )
1681     do  { env' <- simplNonRecX env bndr scrut
1682         ; simplExprF env' rhs cont }
1683
1684 knownAlt env scrut the_args bndr (DataAlt dc, bs, rhs) cont
1685   = do  { let n_drop_tys = length (dataConUnivTyVars dc)
1686         ; env' <- bind_args env bs (drop n_drop_tys the_args)
1687         ; let
1688                 -- It's useful to bind bndr to scrut, rather than to a fresh
1689                 -- binding      x = Con arg1 .. argn
1690                 -- because very often the scrut is a variable, so we avoid
1691                 -- creating, and then subsequently eliminating, a let-binding
1692                 -- BUT, if scrut is a not a variable, we must be careful
1693                 -- about duplicating the arg redexes; in that case, make
1694                 -- a new con-app from the args
1695                 bndr_rhs  = case scrut of
1696                                 Var _ -> scrut
1697                                 _     -> con_app
1698                 con_app = mkConApp dc (take n_drop_tys the_args ++ con_args)
1699                 con_args = [substExpr env' (varToCoreExpr b) | b <- bs]
1700                                 -- args are aready OutExprs, but bs are InIds
1701
1702         ; env'' <- simplNonRecX env' bndr bndr_rhs
1703         ; simplExprF env'' rhs cont }
1704   where
1705     zap_occ = zapCasePatIdOcc bndr    -- bndr is an InId
1706
1707                   -- Ugh!
1708     bind_args env' [] _  = return env'
1709
1710     bind_args env' (b:bs') (Type ty : args)
1711       = ASSERT( isTyVar b )
1712         bind_args (extendTvSubst env' b ty) bs' args
1713
1714     bind_args env' (b:bs') (arg : args)
1715       = ASSERT( isId b )
1716         do { let b' = zap_occ b
1717              -- Note that the binder might be "dead", because it doesn't
1718              -- occur in the RHS; and simplNonRecX may therefore discard
1719              -- it via postInlineUnconditionally.
1720              -- Nevertheless we must keep it if the case-binder is alive,
1721              -- because it may be used in the con_app.  See Note [zapOccInfo]
1722            ; env'' <- simplNonRecX env' b' arg
1723            ; bind_args env'' bs' args }
1724
1725     bind_args _ _ _ =
1726       pprPanic "bind_args" $ ppr dc $$ ppr bs $$ ppr the_args $$
1727                              text "scrut:" <+> ppr scrut
1728 \end{code}
1729
1730
1731 %************************************************************************
1732 %*                                                                      *
1733 \subsection{Duplicating continuations}
1734 %*                                                                      *
1735 %************************************************************************
1736
1737 \begin{code}
1738 prepareCaseCont :: SimplEnv
1739                 -> [InAlt] -> SimplCont
1740                 -> SimplM (SimplEnv, SimplCont,SimplCont)
1741                         -- Return a duplicatable continuation, a non-duplicable part
1742                         -- plus some extra bindings (that scope over the entire
1743                         -- continunation)
1744
1745         -- No need to make it duplicatable if there's only one alternative
1746 prepareCaseCont env [_] cont = return (env, cont, mkBoringStop)
1747 prepareCaseCont env _   cont = mkDupableCont env cont
1748 \end{code}
1749
1750 \begin{code}
1751 mkDupableCont :: SimplEnv -> SimplCont
1752               -> SimplM (SimplEnv, SimplCont, SimplCont)
1753
1754 mkDupableCont env cont
1755   | contIsDupable cont
1756   = return (env, cont, mkBoringStop)
1757
1758 mkDupableCont _   (Stop {}) = panic "mkDupableCont"     -- Handled by previous eqn
1759
1760 mkDupableCont env (CoerceIt ty cont)
1761   = do  { (env', dup, nodup) <- mkDupableCont env cont
1762         ; return (env', CoerceIt ty dup, nodup) }
1763
1764 mkDupableCont env cont@(StrictBind {})
1765   =  return (env, mkBoringStop, cont)
1766         -- See Note [Duplicating strict continuations]
1767
1768 mkDupableCont env cont@(StrictArg {})
1769   =  return (env, mkBoringStop, cont)
1770         -- See Note [Duplicating strict continuations]
1771
1772 mkDupableCont env (ApplyTo _ arg se cont)
1773   =     -- e.g.         [...hole...] (...arg...)
1774         --      ==>
1775         --              let a = ...arg...
1776         --              in [...hole...] a
1777     do  { (env', dup_cont, nodup_cont) <- mkDupableCont env cont
1778         ; arg' <- simplExpr (se `setInScope` env') arg
1779         ; (env'', arg'') <- makeTrivial env' arg'
1780         ; let app_cont = ApplyTo OkToDup arg'' (zapSubstEnv env'') dup_cont
1781         ; return (env'', app_cont, nodup_cont) }
1782
1783 mkDupableCont env cont@(Select _ case_bndr [(_, bs, _rhs)] _ _)
1784 --  See Note [Single-alternative case]
1785 --  | not (exprIsDupable rhs && contIsDupable case_cont)
1786 --  | not (isDeadBinder case_bndr)
1787   | all isDeadBinder bs  -- InIds
1788     && not (isUnLiftedType (idType case_bndr))
1789     -- Note [Single-alternative-unlifted]
1790   = return (env, mkBoringStop, cont)
1791
1792 mkDupableCont env (Select _ case_bndr alts se cont)
1793   =     -- e.g.         (case [...hole...] of { pi -> ei })
1794         --      ===>
1795         --              let ji = \xij -> ei
1796         --              in case [...hole...] of { pi -> ji xij }
1797     do  { tick (CaseOfCase case_bndr)
1798         ; (env', dup_cont, nodup_cont) <- mkDupableCont env cont
1799                 -- NB: call mkDupableCont here, *not* prepareCaseCont
1800                 -- We must make a duplicable continuation, whereas prepareCaseCont
1801                 -- doesn't when there is a single case branch
1802
1803         ; let alt_env = se `setInScope` env'
1804         ; (alt_env', case_bndr') <- simplBinder alt_env case_bndr
1805         ; alts' <- mapM (simplAlt alt_env' [] case_bndr' dup_cont) alts
1806         -- Safe to say that there are no handled-cons for the DEFAULT case
1807                 -- NB: simplBinder does not zap deadness occ-info, so
1808                 -- a dead case_bndr' will still advertise its deadness
1809                 -- This is really important because in
1810                 --      case e of b { (# p,q #) -> ... }
1811                 -- b is always dead, and indeed we are not allowed to bind b to (# p,q #),
1812                 -- which might happen if e was an explicit unboxed pair and b wasn't marked dead.
1813                 -- In the new alts we build, we have the new case binder, so it must retain
1814                 -- its deadness.
1815         -- NB: we don't use alt_env further; it has the substEnv for
1816         --     the alternatives, and we don't want that
1817
1818         ; (env'', alts'') <- mkDupableAlts env' case_bndr' alts'
1819         ; return (env'',  -- Note [Duplicated env]
1820                   Select OkToDup case_bndr' alts'' (zapSubstEnv env'') mkBoringStop,
1821                   nodup_cont) }
1822
1823
1824 mkDupableAlts :: SimplEnv -> OutId -> [InAlt]
1825               -> SimplM (SimplEnv, [InAlt])
1826 -- Absorbs the continuation into the new alternatives
1827
1828 mkDupableAlts env case_bndr' the_alts
1829   = go env the_alts
1830   where
1831     go env0 [] = return (env0, [])
1832     go env0 (alt:alts)
1833         = do { (env1, alt') <- mkDupableAlt env0 case_bndr' alt
1834              ; (env2, alts') <- go env1 alts
1835              ; return (env2, alt' : alts' ) }
1836
1837 mkDupableAlt :: SimplEnv -> OutId -> (AltCon, [CoreBndr], CoreExpr)
1838               -> SimplM (SimplEnv, (AltCon, [CoreBndr], CoreExpr))
1839 mkDupableAlt env case_bndr' (con, bndrs', rhs')
1840   | exprIsDupable rhs'  -- Note [Small alternative rhs]
1841   = return (env, (con, bndrs', rhs'))
1842   | otherwise
1843   = do  { let rhs_ty'     = exprType rhs'
1844               used_bndrs' = filter abstract_over (case_bndr' : bndrs')
1845               abstract_over bndr
1846                   | isTyVar bndr = True -- Abstract over all type variables just in case
1847                   | otherwise    = not (isDeadBinder bndr)
1848                         -- The deadness info on the new Ids is preserved by simplBinders
1849
1850         ; (final_bndrs', final_args)    -- Note [Join point abstraction]
1851                 <- if (any isId used_bndrs')
1852                    then return (used_bndrs', varsToCoreExprs used_bndrs')
1853                     else do { rw_id <- newId (fsLit "w") realWorldStatePrimTy
1854                             ; return ([rw_id], [Var realWorldPrimId]) }
1855
1856         ; join_bndr <- newId (fsLit "$j") (mkPiTypes final_bndrs' rhs_ty')
1857                 -- Note [Funky mkPiTypes]
1858
1859         ; let   -- We make the lambdas into one-shot-lambdas.  The
1860                 -- join point is sure to be applied at most once, and doing so
1861                 -- prevents the body of the join point being floated out by
1862                 -- the full laziness pass
1863                 really_final_bndrs     = map one_shot final_bndrs'
1864                 one_shot v | isId v    = setOneShotLambda v
1865                            | otherwise = v
1866                 join_rhs  = mkLams really_final_bndrs rhs'
1867                 join_call = mkApps (Var join_bndr) final_args
1868
1869         ; return (addPolyBind NotTopLevel env (NonRec join_bndr join_rhs), (con, bndrs', join_call)) }
1870                 -- See Note [Duplicated env]
1871 \end{code}
1872
1873 Note [Duplicated env]
1874 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1875 Some of the alternatives are simplified, but have not been turned into a join point
1876 So they *must* have an zapped subst-env.  So we can't use completeNonRecX to
1877 bind the join point, because it might to do PostInlineUnconditionally, and
1878 we'd lose that when zapping the subst-env.  We could have a per-alt subst-env,
1879 but zapping it (as we do in mkDupableCont, the Select case) is safe, and
1880 at worst delays the join-point inlining.
1881
1882 Note [Small alterantive rhs]
1883 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1884 It is worth checking for a small RHS because otherwise we
1885 get extra let bindings that may cause an extra iteration of the simplifier to
1886 inline back in place.  Quite often the rhs is just a variable or constructor.
1887 The Ord instance of Maybe in PrelMaybe.lhs, for example, took several extra
1888 iterations because the version with the let bindings looked big, and so wasn't
1889 inlined, but after the join points had been inlined it looked smaller, and so
1890 was inlined.
1891
1892 NB: we have to check the size of rhs', not rhs.
1893 Duplicating a small InAlt might invalidate occurrence information
1894 However, if it *is* dupable, we return the *un* simplified alternative,
1895 because otherwise we'd need to pair it up with an empty subst-env....
1896 but we only have one env shared between all the alts.
1897 (Remember we must zap the subst-env before re-simplifying something).
1898 Rather than do this we simply agree to re-simplify the original (small) thing later.
1899
1900 Note [Funky mkPiTypes]
1901 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1902 Notice the funky mkPiTypes.  If the contructor has existentials
1903 it's possible that the join point will be abstracted over
1904 type varaibles as well as term variables.
1905  Example:  Suppose we have
1906         data T = forall t.  C [t]
1907  Then faced with
1908         case (case e of ...) of
1909             C t xs::[t] -> rhs
1910  We get the join point
1911         let j :: forall t. [t] -> ...
1912             j = /\t \xs::[t] -> rhs
1913         in
1914         case (case e of ...) of
1915             C t xs::[t] -> j t xs
1916
1917 Note [Join point abstaction]
1918 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1919 If we try to lift a primitive-typed something out
1920 for let-binding-purposes, we will *caseify* it (!),
1921 with potentially-disastrous strictness results.  So
1922 instead we turn it into a function: \v -> e
1923 where v::State# RealWorld#.  The value passed to this function
1924 is realworld#, which generates (almost) no code.
1925
1926 There's a slight infelicity here: we pass the overall
1927 case_bndr to all the join points if it's used in *any* RHS,
1928 because we don't know its usage in each RHS separately
1929
1930 We used to say "&& isUnLiftedType rhs_ty'" here, but now
1931 we make the join point into a function whenever used_bndrs'
1932 is empty.  This makes the join-point more CPR friendly.
1933 Consider:       let j = if .. then I# 3 else I# 4
1934                 in case .. of { A -> j; B -> j; C -> ... }
1935
1936 Now CPR doesn't w/w j because it's a thunk, so
1937 that means that the enclosing function can't w/w either,
1938 which is a lose.  Here's the example that happened in practice:
1939         kgmod :: Int -> Int -> Int
1940         kgmod x y = if x > 0 && y < 0 || x < 0 && y > 0
1941                     then 78
1942                     else 5
1943
1944 I have seen a case alternative like this:
1945         True -> \v -> ...
1946 It's a bit silly to add the realWorld dummy arg in this case, making
1947         $j = \s v -> ...
1948            True -> $j s
1949 (the \v alone is enough to make CPR happy) but I think it's rare
1950
1951 Note [Duplicating strict continuations]
1952 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1953 Do *not* duplicate StrictBind and StritArg continuations.  We gain
1954 nothing by propagating them into the expressions, and we do lose a
1955 lot.  Here's an example:
1956         && (case x of { T -> F; F -> T }) E
1957 Now, && is strict so we end up simplifying the case with
1958 an ArgOf continuation.  If we let-bind it, we get
1959
1960         let $j = \v -> && v E
1961         in simplExpr (case x of { T -> F; F -> T })
1962                      (ArgOf (\r -> $j r)
1963 And after simplifying more we get
1964
1965         let $j = \v -> && v E
1966         in case x of { T -> $j F; F -> $j T }
1967 Which is a Very Bad Thing
1968
1969 The desire not to duplicate is the entire reason that
1970 mkDupableCont returns a pair of continuations.
1971
1972 The original plan had:
1973 e.g.    (...strict-fn...) [...hole...]
1974         ==>
1975                 let $j = \a -> ...strict-fn...
1976                 in $j [...hole...]
1977
1978 Note [Single-alternative cases]
1979 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1980 This case is just like the ArgOf case.  Here's an example:
1981         data T a = MkT !a
1982         ...(MkT (abs x))...
1983 Then we get
1984         case (case x of I# x' ->
1985               case x' <# 0# of
1986                 True  -> I# (negate# x')
1987                 False -> I# x') of y {
1988           DEFAULT -> MkT y
1989 Because the (case x) has only one alternative, we'll transform to
1990         case x of I# x' ->
1991         case (case x' <# 0# of
1992                 True  -> I# (negate# x')
1993                 False -> I# x') of y {
1994           DEFAULT -> MkT y
1995 But now we do *NOT* want to make a join point etc, giving
1996         case x of I# x' ->
1997         let $j = \y -> MkT y
1998         in case x' <# 0# of
1999                 True  -> $j (I# (negate# x'))
2000                 False -> $j (I# x')
2001 In this case the $j will inline again, but suppose there was a big
2002 strict computation enclosing the orginal call to MkT.  Then, it won't
2003 "see" the MkT any more, because it's big and won't get duplicated.
2004 And, what is worse, nothing was gained by the case-of-case transform.
2005
2006 When should use this case of mkDupableCont?
2007 However, matching on *any* single-alternative case is a *disaster*;
2008   e.g.  case (case ....) of (a,b) -> (# a,b #)
2009   We must push the outer case into the inner one!
2010 Other choices:
2011
2012    * Match [(DEFAULT,_,_)], but in the common case of Int,
2013      the alternative-filling-in code turned the outer case into
2014                 case (...) of y { I# _ -> MkT y }
2015
2016    * Match on single alternative plus (not (isDeadBinder case_bndr))
2017      Rationale: pushing the case inwards won't eliminate the construction.
2018      But there's a risk of
2019                 case (...) of y { (a,b) -> let z=(a,b) in ... }
2020      Now y looks dead, but it'll come alive again.  Still, this
2021      seems like the best option at the moment.
2022
2023    * Match on single alternative plus (all (isDeadBinder bndrs))
2024      Rationale: this is essentially  seq.
2025
2026    * Match when the rhs is *not* duplicable, and hence would lead to a
2027      join point.  This catches the disaster-case above.  We can test
2028      the *un-simplified* rhs, which is fine.  It might get bigger or
2029      smaller after simplification; if it gets smaller, this case might
2030      fire next time round.  NB also that we must test contIsDupable
2031      case_cont *btoo, because case_cont might be big!
2032
2033      HOWEVER: I found that this version doesn't work well, because
2034      we can get         let x = case (...) of { small } in ...case x...
2035      When x is inlined into its full context, we find that it was a bad
2036      idea to have pushed the outer case inside the (...) case.
2037
2038 Note [Single-alternative-unlifted]
2039 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2040 Here's another single-alternative where we really want to do case-of-case:
2041
2042 data Mk1 = Mk1 Int#
2043 data Mk1 = Mk2 Int#
2044
2045 M1.f =
2046     \r [x_s74 y_s6X]
2047         case
2048             case y_s6X of tpl_s7m {
2049               M1.Mk1 ipv_s70 -> ipv_s70;
2050               M1.Mk2 ipv_s72 -> ipv_s72;
2051             }
2052         of
2053         wild_s7c
2054         { __DEFAULT ->
2055               case
2056                   case x_s74 of tpl_s7n {
2057                     M1.Mk1 ipv_s77 -> ipv_s77;
2058                     M1.Mk2 ipv_s79 -> ipv_s79;
2059                   }
2060               of
2061               wild1_s7b
2062               { __DEFAULT -> ==# [wild1_s7b wild_s7c];
2063               };
2064         };
2065
2066 So the outer case is doing *nothing at all*, other than serving as a
2067 join-point.  In this case we really want to do case-of-case and decide
2068 whether to use a real join point or just duplicate the continuation.
2069
2070 Hence: check whether the case binder's type is unlifted, because then
2071 the outer case is *not* a seq.