Substantial improvement to the interaction of RULES and inlining
[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 {-# OPTIONS -w #-}
8 -- The above warning supression flag is a temporary kludge.
9 -- While working on this module you are encouraged to remove it and fix
10 -- any warnings in the module. See
11 --     http://hackage.haskell.org/trac/ghc/wiki/Commentary/CodingStyle#Warnings
12 -- for details
13
14 module Simplify ( simplTopBinds, simplExpr ) where
15
16 #include "HsVersions.h"
17
18 import DynFlags
19 import SimplMonad
20 import Type hiding      ( substTy, extendTvSubst )
21 import SimplEnv 
22 import SimplUtils
23 import Id
24 import Var
25 import IdInfo
26 import Coercion
27 import FamInstEnv       ( topNormaliseType )
28 import DataCon          ( dataConRepStrictness, dataConUnivTyVars )
29 import CoreSyn
30 import NewDemand        ( isStrictDmd )
31 import PprCore          ( pprParendExpr, pprCoreExpr )
32 import CoreUnfold       ( mkUnfolding, callSiteInline )
33 import CoreUtils
34 import Rules            ( lookupRule )
35 import BasicTypes       ( isMarkedStrict )
36 import CostCentre       ( currentCCS )
37 import TysPrim          ( realWorldStatePrimTy )
38 import PrelInfo         ( realWorldPrimId )
39 import BasicTypes       ( TopLevelFlag(..), isTopLevel, 
40                           RecFlag(..), isNonRuleLoopBreaker )
41 import Maybes           ( orElse )
42 import Data.List        ( mapAccumL )
43 import Outputable
44 import Util
45 \end{code}
46
47
48 The guts of the simplifier is in this module, but the driver loop for
49 the simplifier is in SimplCore.lhs.
50
51
52 -----------------------------------------
53         *** IMPORTANT NOTE ***
54 -----------------------------------------
55 The simplifier used to guarantee that the output had no shadowing, but
56 it does not do so any more.   (Actually, it never did!)  The reason is
57 documented with simplifyArgs.
58
59
60 -----------------------------------------
61         *** IMPORTANT NOTE ***
62 -----------------------------------------
63 Many parts of the simplifier return a bunch of "floats" as well as an
64 expression. This is wrapped as a datatype SimplUtils.FloatsWith.
65
66 All "floats" are let-binds, not case-binds, but some non-rec lets may
67 be unlifted (with RHS ok-for-speculation).
68
69
70
71 -----------------------------------------
72         ORGANISATION OF FUNCTIONS
73 -----------------------------------------
74 simplTopBinds
75   - simplify all top-level binders
76   - for NonRec, call simplRecOrTopPair
77   - for Rec,    call simplRecBind
78
79         
80         ------------------------------
81 simplExpr (applied lambda)      ==> simplNonRecBind
82 simplExpr (Let (NonRec ...) ..) ==> simplNonRecBind
83 simplExpr (Let (Rec ...)    ..) ==> simplify binders; simplRecBind
84
85         ------------------------------
86 simplRecBind    [binders already simplfied]
87   - use simplRecOrTopPair on each pair in turn
88
89 simplRecOrTopPair [binder already simplified]
90   Used for: recursive bindings (top level and nested)
91             top-level non-recursive bindings
92   Returns: 
93   - check for PreInlineUnconditionally
94   - simplLazyBind
95
96 simplNonRecBind
97   Used for: non-top-level non-recursive bindings
98             beta reductions (which amount to the same thing)
99   Because it can deal with strict arts, it takes a 
100         "thing-inside" and returns an expression
101
102   - check for PreInlineUnconditionally
103   - simplify binder, including its IdInfo
104   - if strict binding
105         simplStrictArg
106         mkAtomicArgs
107         completeNonRecX
108     else
109         simplLazyBind
110         addFloats
111
112 simplNonRecX:   [given a *simplified* RHS, but an *unsimplified* binder]
113   Used for: binding case-binder and constr args in a known-constructor case
114   - check for PreInLineUnconditionally
115   - simplify binder
116   - completeNonRecX
117  
118         ------------------------------
119 simplLazyBind:  [binder already simplified, RHS not]
120   Used for: recursive bindings (top level and nested)
121             top-level non-recursive bindings
122             non-top-level, but *lazy* non-recursive bindings
123         [must not be strict or unboxed]
124   Returns floats + an augmented environment, not an expression
125   - substituteIdInfo and add result to in-scope 
126         [so that rules are available in rec rhs]
127   - simplify rhs
128   - mkAtomicArgs
129   - float if exposes constructor or PAP
130   - completeBind
131
132
133 completeNonRecX:        [binder and rhs both simplified]
134   - if the the thing needs case binding (unlifted and not ok-for-spec)
135         build a Case
136    else
137         completeBind
138         addFloats
139
140 completeBind:   [given a simplified RHS]
141         [used for both rec and non-rec bindings, top level and not]
142   - try PostInlineUnconditionally
143   - add unfolding [this is the only place we add an unfolding]
144   - add arity
145
146
147
148 Right hand sides and arguments
149 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
150 In many ways we want to treat 
151         (a) the right hand side of a let(rec), and 
152         (b) a function argument
153 in the same way.  But not always!  In particular, we would
154 like to leave these arguments exactly as they are, so they
155 will match a RULE more easily.
156         
157         f (g x, h x)    
158         g (+ x)
159
160 It's harder to make the rule match if we ANF-ise the constructor,
161 or eta-expand the PAP:
162
163         f (let { a = g x; b = h x } in (a,b))
164         g (\y. + x y)
165
166 On the other hand if we see the let-defns
167
168         p = (g x, h x)
169         q = + x
170
171 then we *do* want to ANF-ise and eta-expand, so that p and q
172 can be safely inlined.   
173
174 Even floating lets out is a bit dubious.  For let RHS's we float lets
175 out if that exposes a value, so that the value can be inlined more vigorously.
176 For example
177
178         r = let x = e in (x,x)
179
180 Here, if we float the let out we'll expose a nice constructor. We did experiments
181 that showed this to be a generally good thing.  But it was a bad thing to float
182 lets out unconditionally, because that meant they got allocated more often.
183
184 For function arguments, there's less reason to expose a constructor (it won't
185 get inlined).  Just possibly it might make a rule match, but I'm pretty skeptical.
186 So for the moment we don't float lets out of function arguments either.
187
188
189 Eta expansion
190 ~~~~~~~~~~~~~~
191 For eta expansion, we want to catch things like
192
193         case e of (a,b) -> \x -> case a of (p,q) -> \y -> r
194
195 If the \x was on the RHS of a let, we'd eta expand to bring the two
196 lambdas together.  And in general that's a good thing to do.  Perhaps
197 we should eta expand wherever we find a (value) lambda?  Then the eta
198 expansion at a let RHS can concentrate solely on the PAP case.
199
200
201 %************************************************************************
202 %*                                                                      *
203 \subsection{Bindings}
204 %*                                                                      *
205 %************************************************************************
206
207 \begin{code}
208 simplTopBinds :: SimplEnv -> [InBind] -> SimplM [OutBind]
209
210 simplTopBinds env binds
211   = do  {       -- Put all the top-level binders into scope at the start
212                 -- so that if a transformation rule has unexpectedly brought
213                 -- anything into scope, then we don't get a complaint about that.
214                 -- It's rather as if the top-level binders were imported.
215         ; env <- simplRecBndrs env (bindersOfBinds binds)
216         ; dflags <- getDOptsSmpl
217         ; let dump_flag = dopt Opt_D_dump_inlinings dflags || 
218                           dopt Opt_D_dump_rule_firings dflags
219         ; env' <- simpl_binds dump_flag env binds
220         ; freeTick SimplifierDone
221         ; return (getFloats env') }
222   where
223         -- We need to track the zapped top-level binders, because
224         -- they should have their fragile IdInfo zapped (notably occurrence info)
225         -- That's why we run down binds and bndrs' simultaneously.
226         --
227         -- The dump-flag emits a trace for each top-level binding, which
228         -- helps to locate the tracing for inlining and rule firing
229     simpl_binds :: Bool -> SimplEnv -> [InBind] -> SimplM SimplEnv
230     simpl_binds dump env []           = return env
231     simpl_binds dump env (bind:binds) = do { env' <- trace dump bind $
232                                                      simpl_bind env bind
233                                            ; simpl_binds dump env' binds }
234
235     trace True  bind = pprTrace "SimplBind" (ppr (bindersOf bind))
236     trace False bind = \x -> x
237
238     simpl_bind env (Rec pairs)  = simplRecBind      env  TopLevel pairs
239     simpl_bind env (NonRec b r) = simplRecOrTopPair env' TopLevel b b' r
240         where
241           (env', b') = addLetIdInfo env b (lookupRecBndr env b)
242 \end{code}
243
244
245 %************************************************************************
246 %*                                                                      *
247 \subsection{Lazy bindings}
248 %*                                                                      *
249 %************************************************************************
250
251 simplRecBind is used for
252         * recursive bindings only
253
254 \begin{code}
255 simplRecBind :: SimplEnv -> TopLevelFlag
256              -> [(InId, InExpr)]
257              -> SimplM SimplEnv
258 simplRecBind env top_lvl pairs
259   = do  { let (env_with_info, triples) = mapAccumL add_info env pairs
260         ; env' <- go (zapFloats env_with_info) triples
261         ; return (env `addRecFloats` env') }
262         -- addFloats adds the floats from env', 
263         -- *and* updates env with the in-scope set from env'
264   where
265     add_info :: SimplEnv -> (InBndr,InExpr) -> (SimplEnv, (InBndr, OutBndr, InExpr))
266         -- Substitute in IdInfo, agument envt
267     add_info env (bndr, rhs) = (env, (bndr, bndr', rhs))
268         where
269           (env', bndr') = addLetIdInfo env bndr (lookupRecBndr env bndr)
270
271     go env [] = return env
272         
273     go env ((old_bndr, new_bndr, rhs) : pairs)
274         = do { env <- simplRecOrTopPair env top_lvl old_bndr new_bndr rhs
275              ; go env pairs }
276 \end{code}
277
278 simplOrTopPair is used for
279         * recursive bindings (whether top level or not)
280         * top-level non-recursive bindings
281
282 It assumes the binder has already been simplified, but not its IdInfo.
283
284 \begin{code}
285 simplRecOrTopPair :: SimplEnv
286                   -> TopLevelFlag
287                   -> InId -> OutBndr -> InExpr  -- Binder and rhs
288                   -> SimplM SimplEnv    -- Returns an env that includes the binding
289
290 simplRecOrTopPair env top_lvl old_bndr new_bndr rhs
291   | preInlineUnconditionally env top_lvl old_bndr rhs   -- Check for unconditional inline
292   = do  { tick (PreInlineUnconditionally old_bndr)
293         ; return (extendIdSubst env old_bndr (mkContEx env rhs)) }
294
295   | otherwise
296   = simplLazyBind env top_lvl Recursive old_bndr new_bndr rhs env 
297         -- May not actually be recursive, but it doesn't matter
298 \end{code}
299
300
301 simplLazyBind is used for
302   * [simplRecOrTopPair] recursive bindings (whether top level or not)
303   * [simplRecOrTopPair] top-level non-recursive bindings
304   * [simplNonRecE]      non-top-level *lazy* non-recursive bindings
305
306 Nota bene:
307     1. It assumes that the binder is *already* simplified, 
308        and is in scope, and its IdInfo too, except unfolding
309
310     2. It assumes that the binder type is lifted.
311
312     3. It does not check for pre-inline-unconditionallly;
313        that should have been done already.
314
315 \begin{code}
316 simplLazyBind :: SimplEnv
317               -> TopLevelFlag -> RecFlag
318               -> InId -> OutId          -- Binder, both pre-and post simpl
319                                         -- The OutId has IdInfo, except arity, unfolding
320               -> InExpr -> SimplEnv     -- The RHS and its environment
321               -> SimplM SimplEnv
322
323 simplLazyBind env top_lvl is_rec bndr bndr1 rhs rhs_se
324   = do  { let   rhs_env     = rhs_se `setInScope` env
325                 (tvs, body) = collectTyBinders rhs
326         ; (body_env, tvs') <- simplBinders rhs_env tvs
327                 -- See Note [Floating and type abstraction]
328                 -- in SimplUtils
329
330         -- Simplify the RHS; note the mkRhsStop, which tells 
331         -- the simplifier that this is the RHS of a let.
332         ; let rhs_cont = mkRhsStop (applyTys (idType bndr1) (mkTyVarTys tvs'))
333         ; (body_env1, body1) <- simplExprF body_env body rhs_cont
334
335         -- ANF-ise a constructor or PAP rhs
336         ; (body_env2, body2) <- prepareRhs body_env1 body1
337
338         ; (env', rhs')
339             <-  if not (doFloatFromRhs top_lvl is_rec False body2 body_env2)
340                 then                            -- No floating, just wrap up!
341                      do { rhs' <- mkLam tvs' (wrapFloats body_env2 body2)
342                         ; return (env, rhs') }
343
344                 else if null tvs then           -- Simple floating
345                      do { tick LetFloatFromLet
346                         ; return (addFloats env body_env2, body2) }
347
348                 else                            -- Do type-abstraction first
349                      do { tick LetFloatFromLet
350                         ; (poly_binds, body3) <- abstractFloats tvs' body_env2 body2
351                         ; rhs' <- mkLam tvs' body3
352                         ; return (extendFloats env poly_binds, rhs') }
353
354         ; completeBind env' top_lvl bndr bndr1 rhs' }
355 \end{code}
356
357 A specialised variant of simplNonRec used when the RHS is already simplified, 
358 notably in knownCon.  It uses case-binding where necessary.
359
360 \begin{code}
361 simplNonRecX :: SimplEnv
362              -> InId            -- Old binder
363              -> OutExpr         -- Simplified RHS
364              -> SimplM SimplEnv
365
366 simplNonRecX env bndr new_rhs
367   = do  { (env, bndr') <- simplBinder env bndr
368         ; completeNonRecX env NotTopLevel NonRecursive
369                           (isStrictId bndr) bndr bndr' new_rhs }
370
371 completeNonRecX :: SimplEnv
372                 -> TopLevelFlag -> RecFlag -> Bool
373                 -> InId                 -- Old binder
374                 -> OutId                -- New binder
375                 -> OutExpr              -- Simplified RHS
376                 -> SimplM SimplEnv
377
378 completeNonRecX env top_lvl is_rec is_strict old_bndr new_bndr new_rhs
379   = do  { (env1, rhs1) <- prepareRhs (zapFloats env) new_rhs
380         ; (env2, rhs2) <- 
381                 if doFloatFromRhs top_lvl is_rec is_strict rhs1 env1
382                 then do { tick LetFloatFromLet
383                         ; return (addFloats env env1, rhs1) }   -- Add the floats to the main env
384                 else return (env, wrapFloats env1 rhs1)         -- Wrap the floats around the RHS
385         ; completeBind env2 NotTopLevel old_bndr new_bndr rhs2 }
386 \end{code}
387
388 {- No, no, no!  Do not try preInlineUnconditionally in completeNonRecX
389    Doing so risks exponential behaviour, because new_rhs has been simplified once already
390    In the cases described by the folowing commment, postInlineUnconditionally will 
391    catch many of the relevant cases.
392         -- This happens; for example, the case_bndr during case of
393         -- known constructor:  case (a,b) of x { (p,q) -> ... }
394         -- Here x isn't mentioned in the RHS, so we don't want to
395         -- create the (dead) let-binding  let x = (a,b) in ...
396         --
397         -- Similarly, single occurrences can be inlined vigourously
398         -- e.g.  case (f x, g y) of (a,b) -> ....
399         -- If a,b occur once we can avoid constructing the let binding for them.
400
401    Furthermore in the case-binding case preInlineUnconditionally risks extra thunks
402         -- Consider     case I# (quotInt# x y) of 
403         --                I# v -> let w = J# v in ...
404         -- If we gaily inline (quotInt# x y) for v, we end up building an
405         -- extra thunk:
406         --                let w = J# (quotInt# x y) in ...
407         -- because quotInt# can fail.
408
409   | preInlineUnconditionally env NotTopLevel bndr new_rhs
410   = thing_inside (extendIdSubst env bndr (DoneEx new_rhs))
411 -}
412
413 ----------------------------------
414 prepareRhs takes a putative RHS, checks whether it's a PAP or
415 constructor application and, if so, converts it to ANF, so that the 
416 resulting thing can be inlined more easily.  Thus
417         x = (f a, g b)
418 becomes
419         t1 = f a
420         t2 = g b
421         x = (t1,t2)
422
423 We also want to deal well cases like this
424         v = (f e1 `cast` co) e2
425 Here we want to make e1,e2 trivial and get
426         x1 = e1; x2 = e2; v = (f x1 `cast` co) v2
427 That's what the 'go' loop in prepareRhs does
428
429 \begin{code}
430 prepareRhs :: SimplEnv -> OutExpr -> SimplM (SimplEnv, OutExpr)
431 -- Adds new floats to the env iff that allows us to return a good RHS
432 prepareRhs env (Cast rhs co)    -- Note [Float coercions]
433   | (ty1, ty2) <- coercionKind co       -- Do *not* do this if rhs has an unlifted type
434   , not (isUnLiftedType ty1)            -- see Note [Float coercions (unlifted)]
435   = do  { (env', rhs') <- makeTrivial env rhs
436         ; return (env', Cast rhs' co) }
437
438 prepareRhs env rhs
439   = do  { (is_val, env', rhs') <- go 0 env rhs 
440         ; return (env', rhs') }
441   where
442     go n_val_args env (Cast rhs co)
443         = do { (is_val, env', rhs') <- go n_val_args env rhs
444              ; return (is_val, env', Cast rhs' co) }
445     go n_val_args env (App fun (Type ty))
446         = do { (is_val, env', rhs') <- go n_val_args env fun
447              ; return (is_val, env', App rhs' (Type ty)) }
448     go n_val_args env (App fun arg)
449         = do { (is_val, env', fun') <- go (n_val_args+1) env fun
450              ; case is_val of
451                 True -> do { (env'', arg') <- makeTrivial env' arg
452                            ; return (True, env'', App fun' arg') }
453                 False -> return (False, env, App fun arg) }
454     go n_val_args env (Var fun)
455         = return (is_val, env, Var fun)
456         where
457           is_val = n_val_args > 0       -- There is at least one arg
458                                         -- ...and the fun a constructor or PAP
459                  && (isDataConWorkId fun || n_val_args < idArity fun)
460     go n_val_args env other
461         = return (False, env, other)
462 \end{code}
463
464
465 Note [Float coercions]
466 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
467 When we find the binding
468         x = e `cast` co
469 we'd like to transform it to
470         x' = e
471         x = x `cast` co         -- A trivial binding
472 There's a chance that e will be a constructor application or function, or something
473 like that, so moving the coerion to the usage site may well cancel the coersions
474 and lead to further optimisation.  Example:
475
476      data family T a :: *
477      data instance T Int = T Int
478
479      foo :: Int -> Int -> Int
480      foo m n = ...
481         where
482           x = T m
483           go 0 = 0
484           go n = case x of { T m -> go (n-m) }
485                 -- This case should optimise
486
487 Note [Float coercions (unlifted)]
488 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
489 BUT don't do [Float coercions] if 'e' has an unlifted type. 
490 This *can* happen:
491
492      foo :: Int = (error (# Int,Int #) "urk") 
493                   `cast` CoUnsafe (# Int,Int #) Int
494
495 If do the makeTrivial thing to the error call, we'll get
496     foo = case error (# Int,Int #) "urk" of v -> v `cast` ...
497 But 'v' isn't in scope!  
498
499 These strange casts can happen as a result of case-of-case
500         bar = case (case x of { T -> (# 2,3 #); F -> error "urk" }) of
501                 (# p,q #) -> p+q
502
503
504 \begin{code}
505 makeTrivial :: SimplEnv -> OutExpr -> SimplM (SimplEnv, OutExpr)
506 -- Binds the expression to a variable, if it's not trivial, returning the variable
507 makeTrivial env expr
508   | exprIsTrivial expr
509   = return (env, expr)
510   | otherwise           -- See Note [Take care] below
511   = do  { var <- newId FSLIT("a") (exprType expr)
512         ; env <- completeNonRecX env NotTopLevel NonRecursive 
513                                  False var var expr
514         ; return (env, substExpr env (Var var)) }
515 \end{code}
516
517
518 %************************************************************************
519 %*                                                                      *
520 \subsection{Completing a lazy binding}
521 %*                                                                      *
522 %************************************************************************
523
524 completeBind
525   * deals only with Ids, not TyVars
526   * takes an already-simplified binder and RHS
527   * is used for both recursive and non-recursive bindings
528   * is used for both top-level and non-top-level bindings
529
530 It does the following:
531   - tries discarding a dead binding
532   - tries PostInlineUnconditionally
533   - add unfolding [this is the only place we add an unfolding]
534   - add arity
535
536 It does *not* attempt to do let-to-case.  Why?  Because it is used for
537   - top-level bindings (when let-to-case is impossible) 
538   - many situations where the "rhs" is known to be a WHNF
539                 (so let-to-case is inappropriate).
540
541 Nor does it do the atomic-argument thing
542
543 \begin{code}
544 completeBind :: SimplEnv
545              -> TopLevelFlag            -- Flag stuck into unfolding
546              -> InId                    -- Old binder
547              -> OutId -> OutExpr        -- New binder and RHS
548              -> SimplM SimplEnv
549 -- completeBind may choose to do its work 
550 --      * by extending the substitution (e.g. let x = y in ...)
551 --      * or by adding to the floats in the envt
552
553 completeBind env top_lvl old_bndr new_bndr new_rhs
554   | postInlineUnconditionally env top_lvl new_bndr occ_info new_rhs unfolding
555                 -- Inline and discard the binding
556   = do  { tick (PostInlineUnconditionally old_bndr)
557         ; -- pprTrace "postInlineUnconditionally" (ppr old_bndr <+> ppr new_bndr <+> ppr new_rhs) $
558           return (extendIdSubst env old_bndr (DoneEx new_rhs)) }
559         -- Use the substitution to make quite, quite sure that the
560         -- substitution will happen, since we are going to discard the binding
561
562   |  otherwise
563   = let
564         --      Arity info
565         new_bndr_info = idInfo new_bndr `setArityInfo` exprArity new_rhs
566
567         --      Unfolding info
568         -- Add the unfolding *only* for non-loop-breakers
569         -- Making loop breakers not have an unfolding at all 
570         -- means that we can avoid tests in exprIsConApp, for example.
571         -- This is important: if exprIsConApp says 'yes' for a recursive
572         -- thing, then we can get into an infinite loop
573
574         --      Demand info
575         -- If the unfolding is a value, the demand info may
576         -- go pear-shaped, so we nuke it.  Example:
577         --      let x = (a,b) in
578         --      case x of (p,q) -> h p q x
579         -- Here x is certainly demanded. But after we've nuked
580         -- the case, we'll get just
581         --      let x = (a,b) in h a b x
582         -- and now x is not demanded (I'm assuming h is lazy)
583         -- This really happens.  Similarly
584         --      let f = \x -> e in ...f..f...
585         -- After inlining f at some of its call sites the original binding may
586         -- (for example) be no longer strictly demanded.
587         -- The solution here is a bit ad hoc...
588         info_w_unf = new_bndr_info `setUnfoldingInfo` unfolding
589         final_info | loop_breaker               = new_bndr_info
590                    | isEvaldUnfolding unfolding = zapDemandInfo info_w_unf `orElse` info_w_unf
591                    | otherwise                  = info_w_unf
592
593         final_id = new_bndr `setIdInfo` final_info
594     in
595                 -- These seqs forces the Id, and hence its IdInfo,
596                 -- and hence any inner substitutions
597     final_id                                    `seq`
598     -- pprTrace "Binding" (ppr final_id <+> ppr unfolding) $
599     return (addNonRec env final_id new_rhs)
600   where 
601     unfolding    = mkUnfolding (isTopLevel top_lvl) new_rhs
602     loop_breaker = isNonRuleLoopBreaker occ_info
603     old_info     = idInfo old_bndr
604     occ_info     = occInfo old_info
605 \end{code}
606
607
608
609 %************************************************************************
610 %*                                                                      *
611 \subsection[Simplify-simplExpr]{The main function: simplExpr}
612 %*                                                                      *
613 %************************************************************************
614
615 The reason for this OutExprStuff stuff is that we want to float *after*
616 simplifying a RHS, not before.  If we do so naively we get quadratic
617 behaviour as things float out.
618
619 To see why it's important to do it after, consider this (real) example:
620
621         let t = f x
622         in fst t
623 ==>
624         let t = let a = e1
625                     b = e2
626                 in (a,b)
627         in fst t
628 ==>
629         let a = e1
630             b = e2
631             t = (a,b)
632         in
633         a       -- Can't inline a this round, cos it appears twice
634 ==>
635         e1
636
637 Each of the ==> steps is a round of simplification.  We'd save a
638 whole round if we float first.  This can cascade.  Consider
639
640         let f = g d
641         in \x -> ...f...
642 ==>
643         let f = let d1 = ..d.. in \y -> e
644         in \x -> ...f...
645 ==>
646         let d1 = ..d..
647         in \x -> ...(\y ->e)...
648
649 Only in this second round can the \y be applied, and it 
650 might do the same again.
651
652
653 \begin{code}
654 simplExpr :: SimplEnv -> CoreExpr -> SimplM CoreExpr
655 simplExpr env expr = simplExprC env expr (mkBoringStop expr_ty')
656                    where
657                      expr_ty' = substTy env (exprType expr)
658         -- The type in the Stop continuation, expr_ty', is usually not used
659         -- It's only needed when discarding continuations after finding
660         -- a function that returns bottom.
661         -- Hence the lazy substitution
662
663
664 simplExprC :: SimplEnv -> CoreExpr -> SimplCont -> SimplM CoreExpr
665         -- Simplify an expression, given a continuation
666 simplExprC env expr cont 
667   = -- pprTrace "simplExprC" (ppr expr $$ ppr cont {- $$ ppr (seIdSubst env) -} $$ ppr (seFloats env) ) $
668     do  { (env', expr') <- simplExprF (zapFloats env) expr cont
669         ; -- pprTrace "simplExprC ret" (ppr expr $$ ppr expr') $
670           -- pprTrace "simplExprC ret3" (ppr (seInScope env')) $
671           -- pprTrace "simplExprC ret4" (ppr (seFloats env')) $
672           return (wrapFloats env' expr') }
673
674 --------------------------------------------------
675 simplExprF :: SimplEnv -> InExpr -> SimplCont
676            -> SimplM (SimplEnv, OutExpr)
677
678 simplExprF env e cont 
679   = -- pprTrace "simplExprF" (ppr e $$ ppr cont $$ ppr (seTvSubst env) $$ ppr (seIdSubst env) {- $$ ppr (seFloats env) -} ) $
680     simplExprF' env e cont
681                                      
682 simplExprF' env (Var v)        cont = simplVar env v cont
683 simplExprF' env (Lit lit)      cont = rebuild env (Lit lit) cont
684 simplExprF' env (Note n expr)  cont = simplNote env n expr cont
685 simplExprF' env (Cast body co) cont = simplCast env body co cont
686 simplExprF' env (App fun arg)  cont = simplExprF env fun $
687                                       ApplyTo NoDup arg env cont
688
689 simplExprF' env expr@(Lam _ _) cont 
690   = simplLam env (map zap bndrs) body cont
691         -- The main issue here is under-saturated lambdas
692         --   (\x1. \x2. e) arg1
693         -- Here x1 might have "occurs-once" occ-info, because occ-info
694         -- is computed assuming that a group of lambdas is applied
695         -- all at once.  If there are too few args, we must zap the 
696         -- occ-info.
697   where
698     n_args   = countArgs cont
699     n_params = length bndrs
700     (bndrs, body) = collectBinders expr
701     zap | n_args >= n_params = \b -> b  
702         | otherwise          = \b -> if isTyVar b then b
703                                      else zapLamIdInfo b
704         -- NB: we count all the args incl type args
705         -- so we must count all the binders (incl type lambdas)
706
707 simplExprF' env (Type ty) cont
708   = ASSERT( contIsRhsOrArg cont )
709     do  { ty' <- simplType env ty
710         ; rebuild env (Type ty') cont }
711
712 simplExprF' env (Case scrut bndr case_ty alts) cont
713   | not (switchIsOn (getSwitchChecker env) NoCaseOfCase)
714   =     -- Simplify the scrutinee with a Select continuation
715     simplExprF env scrut (Select NoDup bndr alts env cont)
716
717   | otherwise
718   =     -- If case-of-case is off, simply simplify the case expression
719         -- in a vanilla Stop context, and rebuild the result around it
720     do  { case_expr' <- simplExprC env scrut case_cont
721         ; rebuild env case_expr' cont }
722   where
723     case_cont = Select NoDup bndr alts env (mkBoringStop case_ty')
724     case_ty'  = substTy env case_ty     -- c.f. defn of simplExpr
725
726 simplExprF' env (Let (Rec pairs) body) cont
727   = do  { env <- simplRecBndrs env (map fst pairs)
728                 -- NB: bndrs' don't have unfoldings or rules
729                 -- We add them as we go down
730
731         ; env <- simplRecBind env NotTopLevel pairs
732         ; simplExprF env body cont }
733
734 simplExprF' env (Let (NonRec bndr rhs) body) cont
735   = simplNonRecE env bndr (rhs, env) ([], body) cont
736
737 ---------------------------------
738 simplType :: SimplEnv -> InType -> SimplM OutType
739         -- Kept monadic just so we can do the seqType
740 simplType env ty
741   = -- pprTrace "simplType" (ppr ty $$ ppr (seTvSubst env)) $
742     seqType new_ty   `seq`   returnSmpl new_ty
743   where
744     new_ty = substTy env ty
745 \end{code}
746
747
748 %************************************************************************
749 %*                                                                      *
750 \subsection{The main rebuilder}
751 %*                                                                      *
752 %************************************************************************
753
754 \begin{code}
755 rebuild :: SimplEnv -> OutExpr -> SimplCont -> SimplM (SimplEnv, OutExpr)
756 -- At this point the substitution in the SimplEnv should be irrelevant
757 -- only the in-scope set and floats should matter
758 rebuild env expr cont
759   = -- pprTrace "rebuild" (ppr expr $$ ppr cont $$ ppr (seFloats env)) $
760     case cont of
761       Stop {}                      -> return (env, expr)
762       CoerceIt co cont             -> rebuild env (mkCoerce co expr) cont
763       Select _ bndr alts se cont   -> rebuildCase (se `setFloats` env) expr bndr alts cont
764       StrictArg fun ty info cont   -> rebuildCall env (fun `App` expr) (funResultTy ty) info cont
765       StrictBind b bs body se cont -> do { env' <- simplNonRecX (se `setFloats` env) b expr
766                                          ; simplLam env' bs body cont }
767       ApplyTo _ arg se cont        -> do { arg' <- simplExpr (se `setInScope` env) arg
768                                          ; rebuild env (App expr arg') cont }
769 \end{code}
770
771
772 %************************************************************************
773 %*                                                                      *
774 \subsection{Lambdas}
775 %*                                                                      *
776 %************************************************************************
777
778 \begin{code}
779 simplCast :: SimplEnv -> InExpr -> Coercion -> SimplCont
780           -> SimplM (SimplEnv, OutExpr)
781 simplCast env body co cont
782   = do  { co' <- simplType env co
783         ; simplExprF env body (addCoerce co' cont) }
784   where
785        addCoerce co cont = add_coerce co (coercionKind co) cont
786
787        add_coerce co (s1, k1) cont      -- co :: ty~ty
788          | s1 `coreEqType` k1 = cont    -- is a no-op
789
790        add_coerce co1 (s1, k2) (CoerceIt co2 cont)
791          | (l1, t1) <- coercionKind co2
792                 --      coerce T1 S1 (coerce S1 K1 e)
793                 -- ==>
794                 --      e,                      if T1=K1
795                 --      coerce T1 K1 e,         otherwise
796                 --
797                 -- For example, in the initial form of a worker
798                 -- we may find  (coerce T (coerce S (\x.e))) y
799                 -- and we'd like it to simplify to e[y/x] in one round 
800                 -- of simplification
801          , s1 `coreEqType` t1  = cont            -- The coerces cancel out  
802          | otherwise           = CoerceIt (mkTransCoercion co1 co2) cont
803     
804        add_coerce co (s1s2, t1t2) (ApplyTo dup (Type arg_ty) arg_se cont)
805                 -- (f `cast` g) ty  --->   (f ty) `cast` (g @ ty)
806                 -- This implements the PushT rule from the paper
807          | Just (tyvar,_) <- splitForAllTy_maybe s1s2
808          , not (isCoVar tyvar)
809          = ApplyTo dup (Type ty') (zapSubstEnv env) (addCoerce (mkInstCoercion co ty') cont)
810          where
811            ty' = substTy arg_se arg_ty
812
813         -- ToDo: the PushC rule is not implemented at all
814
815        add_coerce co (s1s2, t1t2) (ApplyTo dup arg arg_se cont)
816          | not (isTypeArg arg)  -- This implements the Push rule from the paper
817          , isFunTy s1s2   -- t1t2 must be a function type, becuase it's applied
818                 -- co : s1s2 :=: t1t2
819                 --      (coerce (T1->T2) (S1->S2) F) E
820                 -- ===> 
821                 --      coerce T2 S2 (F (coerce S1 T1 E))
822                 --
823                 -- t1t2 must be a function type, T1->T2, because it's applied
824                 -- to something but s1s2 might conceivably not be
825                 --
826                 -- When we build the ApplyTo we can't mix the out-types
827                 -- with the InExpr in the argument, so we simply substitute
828                 -- to make it all consistent.  It's a bit messy.
829                 -- But it isn't a common case.
830                 --
831                 -- Example of use: Trac #995
832          = ApplyTo dup new_arg (zapSubstEnv env) (addCoerce co2 cont)
833          where
834            -- we split coercion t1->t2 :=: s1->s2 into t1 :=: s1 and 
835            -- t2 :=: s2 with left and right on the curried form: 
836            --    (->) t1 t2 :=: (->) s1 s2
837            [co1, co2] = decomposeCo 2 co
838            new_arg    = mkCoerce (mkSymCoercion co1) arg'
839            arg'       = substExpr arg_se arg
840
841        add_coerce co _ cont = CoerceIt co cont
842 \end{code}
843
844
845 %************************************************************************
846 %*                                                                      *
847 \subsection{Lambdas}
848 %*                                                                      *
849 %************************************************************************
850
851 \begin{code}
852 simplLam :: SimplEnv -> [InId] -> InExpr -> SimplCont
853          -> SimplM (SimplEnv, OutExpr)
854
855 simplLam env [] body cont = simplExprF env body cont
856
857         -- Type-beta reduction
858 simplLam env (bndr:bndrs) body (ApplyTo _ (Type ty_arg) arg_se cont)
859   = ASSERT( isTyVar bndr )
860     do  { tick (BetaReduction bndr)
861         ; ty_arg' <- simplType (arg_se `setInScope` env) ty_arg
862         ; simplLam (extendTvSubst env bndr ty_arg') bndrs body cont }
863
864         -- Ordinary beta reduction
865 simplLam env (bndr:bndrs) body (ApplyTo _ arg arg_se cont)
866   = do  { tick (BetaReduction bndr)     
867         ; simplNonRecE env bndr (arg, arg_se) (bndrs, body) cont }
868
869         -- Not enough args, so there are real lambdas left to put in the result
870 simplLam env bndrs body cont
871   = do  { (env, bndrs') <- simplLamBndrs env bndrs
872         ; body' <- simplExpr env body
873         ; new_lam <- mkLam bndrs' body'
874         ; rebuild env new_lam cont }
875
876 ------------------
877 simplNonRecE :: SimplEnv 
878              -> InId                    -- The binder
879              -> (InExpr, SimplEnv)      -- Rhs of binding (or arg of lambda)
880              -> ([InId], InExpr)        -- Body of the let/lambda
881                                         --      \xs.e
882              -> SimplCont
883              -> SimplM (SimplEnv, OutExpr)
884
885 -- simplNonRecE is used for
886 --  * non-top-level non-recursive lets in expressions
887 --  * beta reduction
888 --
889 -- It deals with strict bindings, via the StrictBind continuation,
890 -- which may abort the whole process
891 --
892 -- The "body" of the binding comes as a pair of ([InId],InExpr)
893 -- representing a lambda; so we recurse back to simplLam
894 -- Why?  Because of the binder-occ-info-zapping done before 
895 --       the call to simplLam in simplExprF (Lam ...)
896
897 simplNonRecE env bndr (rhs, rhs_se) (bndrs, body) cont
898   | preInlineUnconditionally env NotTopLevel bndr rhs
899   = do  { tick (PreInlineUnconditionally bndr)
900         ; simplLam (extendIdSubst env bndr (mkContEx rhs_se rhs)) bndrs body cont }
901
902   | isStrictId bndr
903   = do  { simplExprF (rhs_se `setFloats` env) rhs 
904                      (StrictBind bndr bndrs body env cont) }
905
906   | otherwise
907   = do  { (env1, bndr1) <- simplNonRecBndr env bndr
908         ; let (env2, bndr2) = addLetIdInfo env1 bndr bndr1
909         ; env3 <- simplLazyBind env2 NotTopLevel NonRecursive bndr bndr2 rhs rhs_se
910         ; simplLam env3 bndrs body cont }
911 \end{code}
912
913
914 %************************************************************************
915 %*                                                                      *
916 \subsection{Notes}
917 %*                                                                      *
918 %************************************************************************
919
920 \begin{code}
921 -- Hack alert: we only distinguish subsumed cost centre stacks for the 
922 -- purposes of inlining.  All other CCCSs are mapped to currentCCS.
923 simplNote env (SCC cc) e cont
924   = do  { e' <- simplExpr (setEnclosingCC env currentCCS) e
925         ; rebuild env (mkSCC cc e') cont }
926
927 -- See notes with SimplMonad.inlineMode
928 simplNote env InlineMe e cont
929   | Just (inside, outside) <- splitInlineCont cont  -- Boring boring continuation; see notes above
930   = do  {                       -- Don't inline inside an INLINE expression
931           e' <- simplExprC (setMode inlineMode env) e inside
932         ; rebuild env (mkInlineMe e') outside }
933
934   | otherwise   -- Dissolve the InlineMe note if there's
935                 -- an interesting context of any kind to combine with
936                 -- (even a type application -- anything except Stop)
937   = simplExprF env e cont
938
939 simplNote env (CoreNote s) e cont
940   = simplExpr env e    `thenSmpl` \ e' ->
941     rebuild env (Note (CoreNote s) e') cont
942 \end{code}
943
944
945 %************************************************************************
946 %*                                                                      *
947 \subsection{Dealing with calls}
948 %*                                                                      *
949 %************************************************************************
950
951 \begin{code}
952 simplVar env var cont
953   = case substId env var of
954         DoneEx e         -> simplExprF (zapSubstEnv env) e cont
955         ContEx tvs ids e -> simplExprF (setSubstEnv env tvs ids) e cont
956         DoneId var1      -> completeCall (zapSubstEnv env) var1 cont
957                 -- Note [zapSubstEnv]
958                 -- The template is already simplified, so don't re-substitute.
959                 -- This is VITAL.  Consider
960                 --      let x = e in
961                 --      let y = \z -> ...x... in
962                 --      \ x -> ...y...
963                 -- We'll clone the inner \x, adding x->x' in the id_subst
964                 -- Then when we inline y, we must *not* replace x by x' in
965                 -- the inlined copy!!
966
967 ---------------------------------------------------------
968 --      Dealing with a call site
969
970 completeCall env var cont
971   = do  { dflags <- getDOptsSmpl
972         ; let   (args,call_cont) = contArgs cont
973                 -- The args are OutExprs, obtained by *lazily* substituting
974                 -- in the args found in cont.  These args are only examined
975                 -- to limited depth (unless a rule fires).  But we must do
976                 -- the substitution; rule matching on un-simplified args would
977                 -- be bogus
978
979         ------------- First try rules ----------------
980         -- Do this before trying inlining.  Some functions have 
981         -- rules *and* are strict; in this case, we don't want to 
982         -- inline the wrapper of the non-specialised thing; better
983         -- to call the specialised thing instead.
984         --
985         -- We used to use the black-listing mechanism to ensure that inlining of 
986         -- the wrapper didn't occur for things that have specialisations till a 
987         -- later phase, so but now we just try RULES first
988         --
989         -- Note [Rules for recursive functions]
990         -- ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
991         -- You might think that we shouldn't apply rules for a loop breaker: 
992         -- doing so might give rise to an infinite loop, because a RULE is
993         -- rather like an extra equation for the function:
994         --      RULE:           f (g x) y = x+y
995         --      Eqn:            f a     y = a-y
996         --
997         -- But it's too drastic to disable rules for loop breakers.  
998         -- Even the foldr/build rule would be disabled, because foldr 
999         -- is recursive, and hence a loop breaker:
1000         --      foldr k z (build g) = g k z
1001         -- So it's up to the programmer: rules can cause divergence
1002         ; rules <- getRules
1003         ; let   in_scope   = getInScope env
1004                 maybe_rule = case activeRule dflags env of
1005                                 Nothing     -> Nothing  -- No rules apply
1006                                 Just act_fn -> lookupRule act_fn in_scope 
1007                                                           rules var args 
1008         ; case maybe_rule of {
1009             Just (rule, rule_rhs) -> 
1010                 tick (RuleFired (ru_name rule))                 `thenSmpl_`
1011                 (if dopt Opt_D_dump_rule_firings dflags then
1012                    pprTrace "Rule fired" (vcat [
1013                         text "Rule:" <+> ftext (ru_name rule),
1014                         text "Before:" <+> ppr var <+> sep (map pprParendExpr args),
1015                         text "After: " <+> pprCoreExpr rule_rhs,
1016                         text "Cont:  " <+> ppr call_cont])
1017                  else
1018                         id)             $
1019                 simplExprF env rule_rhs (dropArgs (ruleArity rule) cont)
1020                 -- The ruleArity says how many args the rule consumed
1021         
1022           ; Nothing -> do       -- No rules
1023
1024         ------------- Next try inlining ----------------
1025         { let   arg_infos = [interestingArg arg | arg <- args, isValArg arg]
1026                 n_val_args = length arg_infos
1027                 interesting_cont = interestingCallContext (notNull args)
1028                                                           (notNull arg_infos)
1029                                                           call_cont
1030                 active_inline = activeInline env var
1031                 maybe_inline  = callSiteInline dflags active_inline
1032                                        var arg_infos interesting_cont
1033         ; case maybe_inline of {
1034             Just unfolding      -- There is an inlining!
1035               ->  do { tick (UnfoldingDone var)
1036                      ; (if dopt Opt_D_dump_inlinings dflags then
1037                            pprTrace ("Inlining done" ++ showSDoc (ppr var)) (vcat [
1038                                 text "Before:" <+> ppr var <+> sep (map pprParendExpr args),
1039                                 text "Inlined fn: " <+> nest 2 (ppr unfolding),
1040                                 text "Cont:  " <+> ppr call_cont])
1041                          else
1042                                 id)
1043                        simplExprF env unfolding cont }
1044
1045             ; Nothing ->                -- No inlining!
1046
1047         ------------- No inlining! ----------------
1048         -- Next, look for rules or specialisations that match
1049         --
1050         rebuildCall env (Var var) (idType var) 
1051                     (mkArgInfo var n_val_args call_cont) cont
1052     }}}}
1053
1054 rebuildCall :: SimplEnv
1055             -> OutExpr -> OutType       -- Function and its type
1056             -> (Bool, [Bool])           -- See SimplUtils.mkArgInfo
1057             -> SimplCont
1058             -> SimplM (SimplEnv, OutExpr)
1059 rebuildCall env fun fun_ty (has_rules, []) cont
1060   -- When we run out of strictness args, it means
1061   -- that the call is definitely bottom; see SimplUtils.mkArgInfo
1062   -- Then we want to discard the entire strict continuation.  E.g.
1063   --    * case (error "hello") of { ... }
1064   --    * (error "Hello") arg
1065   --    * f (error "Hello") where f is strict
1066   --    etc
1067   -- Then, especially in the first of these cases, we'd like to discard
1068   -- the continuation, leaving just the bottoming expression.  But the
1069   -- type might not be right, so we may have to add a coerce.
1070   | not (contIsTrivial cont)     -- Only do this if there is a non-trivial
1071   = return (env, mk_coerce fun)  -- contination to discard, else we do it
1072   where                          -- again and again!
1073     cont_ty = contResultType cont
1074     co      = mkUnsafeCoercion fun_ty cont_ty
1075     mk_coerce expr | cont_ty `coreEqType` fun_ty = fun
1076                    | otherwise = mkCoerce co fun
1077
1078 rebuildCall env fun fun_ty info (ApplyTo _ (Type arg_ty) se cont)
1079   = do  { ty' <- simplType (se `setInScope` env) arg_ty
1080         ; rebuildCall env (fun `App` Type ty') (applyTy fun_ty ty') info cont }
1081
1082 rebuildCall env fun fun_ty (has_rules, str:strs) (ApplyTo _ arg arg_se cont)
1083   | str || isStrictType arg_ty          -- Strict argument
1084   = -- pprTrace "Strict Arg" (ppr arg $$ ppr (seIdSubst env) $$ ppr (seInScope env)) $
1085     simplExprF (arg_se `setFloats` env) arg
1086                (StrictArg fun fun_ty (has_rules, strs) cont)
1087                 -- Note [Shadowing]
1088
1089   | otherwise                           -- Lazy argument
1090         -- DO NOT float anything outside, hence simplExprC
1091         -- There is no benefit (unlike in a let-binding), and we'd
1092         -- have to be very careful about bogus strictness through 
1093         -- floating a demanded let.
1094   = do  { arg' <- simplExprC (arg_se `setInScope` env) arg
1095                              (mkLazyArgStop arg_ty has_rules)
1096         ; rebuildCall env (fun `App` arg') res_ty (has_rules, strs) cont }
1097   where
1098     (arg_ty, res_ty) = splitFunTy fun_ty
1099
1100 rebuildCall env fun fun_ty info cont
1101   = rebuild env fun cont
1102 \end{code}
1103
1104 Note [Shadowing]
1105 ~~~~~~~~~~~~~~~~
1106 This part of the simplifier may break the no-shadowing invariant
1107 Consider
1108         f (...(\a -> e)...) (case y of (a,b) -> e')
1109 where f is strict in its second arg
1110 If we simplify the innermost one first we get (...(\a -> e)...)
1111 Simplifying the second arg makes us float the case out, so we end up with
1112         case y of (a,b) -> f (...(\a -> e)...) e'
1113 So the output does not have the no-shadowing invariant.  However, there is
1114 no danger of getting name-capture, because when the first arg was simplified
1115 we used an in-scope set that at least mentioned all the variables free in its
1116 static environment, and that is enough.
1117
1118 We can't just do innermost first, or we'd end up with a dual problem:
1119         case x of (a,b) -> f e (...(\a -> e')...)
1120
1121 I spent hours trying to recover the no-shadowing invariant, but I just could
1122 not think of an elegant way to do it.  The simplifier is already knee-deep in
1123 continuations.  We have to keep the right in-scope set around; AND we have
1124 to get the effect that finding (error "foo") in a strict arg position will
1125 discard the entire application and replace it with (error "foo").  Getting
1126 all this at once is TOO HARD!
1127
1128 %************************************************************************
1129 %*                                                                      *
1130                 Rebuilding a cse expression
1131 %*                                                                      *
1132 %************************************************************************
1133
1134 Blob of helper functions for the "case-of-something-else" situation.
1135
1136 \begin{code}
1137 ---------------------------------------------------------
1138 --      Eliminate the case if possible
1139
1140 rebuildCase :: SimplEnv
1141             -> OutExpr          -- Scrutinee
1142             -> InId             -- Case binder
1143             -> [InAlt]          -- Alternatives (inceasing order)
1144             -> SimplCont
1145             -> SimplM (SimplEnv, OutExpr)
1146
1147 --------------------------------------------------
1148 --      1. Eliminate the case if there's a known constructor
1149 --------------------------------------------------
1150
1151 rebuildCase env scrut case_bndr alts cont
1152   | Just (con,args) <- exprIsConApp_maybe scrut 
1153         -- Works when the scrutinee is a variable with a known unfolding
1154         -- as well as when it's an explicit constructor application
1155   = knownCon env scrut (DataAlt con) args case_bndr alts cont
1156
1157   | Lit lit <- scrut    -- No need for same treatment as constructors
1158                         -- because literals are inlined more vigorously
1159   = knownCon env scrut (LitAlt lit) [] case_bndr alts cont
1160
1161
1162 --------------------------------------------------
1163 --      2. Eliminate the case if scrutinee is evaluated
1164 --------------------------------------------------
1165
1166 rebuildCase env scrut case_bndr [(con,bndrs,rhs)] cont
1167   -- See if we can get rid of the case altogether
1168   -- See the extensive notes on case-elimination above
1169   -- mkCase made sure that if all the alternatives are equal, 
1170   -- then there is now only one (DEFAULT) rhs
1171  | all isDeadBinder bndrs       -- bndrs are [InId]
1172
1173         -- Check that the scrutinee can be let-bound instead of case-bound
1174  , exprOkForSpeculation scrut
1175                 -- OK not to evaluate it
1176                 -- This includes things like (==# a# b#)::Bool
1177                 -- so that we simplify 
1178                 --      case ==# a# b# of { True -> x; False -> x }
1179                 -- to just
1180                 --      x
1181                 -- This particular example shows up in default methods for
1182                 -- comparision operations (e.g. in (>=) for Int.Int32)
1183         || exprIsHNF scrut                      -- It's already evaluated
1184         || var_demanded_later scrut             -- It'll be demanded later
1185
1186 --      || not opt_SimplPedanticBottoms)        -- Or we don't care!
1187 --      We used to allow improving termination by discarding cases, unless -fpedantic-bottoms was on,
1188 --      but that breaks badly for the dataToTag# primop, which relies on a case to evaluate
1189 --      its argument:  case x of { y -> dataToTag# y }
1190 --      Here we must *not* discard the case, because dataToTag# just fetches the tag from
1191 --      the info pointer.  So we'll be pedantic all the time, and see if that gives any
1192 --      other problems
1193 --      Also we don't want to discard 'seq's
1194   = do  { tick (CaseElim case_bndr)
1195         ; env <- simplNonRecX env case_bndr scrut
1196         ; simplExprF env rhs cont }
1197   where
1198         -- The case binder is going to be evaluated later, 
1199         -- and the scrutinee is a simple variable
1200     var_demanded_later (Var v) = isStrictDmd (idNewDemandInfo case_bndr)
1201                                  && not (isTickBoxOp v) 
1202                                     -- ugly hack; covering this case is what 
1203                                     -- exprOkForSpeculation was intended for.
1204     var_demanded_later other   = False
1205
1206
1207 --------------------------------------------------
1208 --      3. Catch-all case
1209 --------------------------------------------------
1210
1211 rebuildCase env scrut case_bndr alts cont
1212   = do  {       -- Prepare the continuation;
1213                 -- The new subst_env is in place
1214           (env, dup_cont, nodup_cont) <- prepareCaseCont env alts cont
1215
1216         -- Simplify the alternatives
1217         ; (scrut', case_bndr', alts') <- simplAlts env scrut case_bndr alts dup_cont
1218         ; let res_ty' = contResultType dup_cont
1219         ; case_expr <- mkCase scrut' case_bndr' res_ty' alts'
1220
1221         -- Notice that rebuildDone returns the in-scope set from env, not alt_env
1222         -- The case binder *not* scope over the whole returned case-expression
1223         ; rebuild env case_expr nodup_cont }
1224 \end{code}
1225
1226 simplCaseBinder checks whether the scrutinee is a variable, v.  If so,
1227 try to eliminate uses of v in the RHSs in favour of case_bndr; that
1228 way, there's a chance that v will now only be used once, and hence
1229 inlined.
1230
1231 Note [no-case-of-case]
1232 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1233 There is a time we *don't* want to do that, namely when
1234 -fno-case-of-case is on.  This happens in the first simplifier pass,
1235 and enhances full laziness.  Here's the bad case:
1236         f = \ y -> ...(case x of I# v -> ...(case x of ...) ... )
1237 If we eliminate the inner case, we trap it inside the I# v -> arm,
1238 which might prevent some full laziness happening.  I've seen this
1239 in action in spectral/cichelli/Prog.hs:
1240          [(m,n) | m <- [1..max], n <- [1..max]]
1241 Hence the check for NoCaseOfCase.
1242
1243 Note [Suppressing the case binder-swap]
1244 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1245 There is another situation when it might make sense to suppress the
1246 case-expression binde-swap. If we have
1247
1248     case x of w1 { DEFAULT -> case x of w2 { A -> e1; B -> e2 }
1249                    ...other cases .... }
1250
1251 We'll perform the binder-swap for the outer case, giving
1252
1253     case x of w1 { DEFAULT -> case w1 of w2 { A -> e1; B -> e2 } 
1254                    ...other cases .... }
1255
1256 But there is no point in doing it for the inner case, because w1 can't
1257 be inlined anyway.  Furthermore, doing the case-swapping involves
1258 zapping w2's occurrence info (see paragraphs that follow), and that
1259 forces us to bind w2 when doing case merging.  So we get
1260
1261     case x of w1 { A -> let w2 = w1 in e1
1262                    B -> let w2 = w1 in e2
1263                    ...other cases .... }
1264
1265 This is plain silly in the common case where w2 is dead.
1266
1267 Even so, I can't see a good way to implement this idea.  I tried
1268 not doing the binder-swap if the scrutinee was already evaluated
1269 but that failed big-time:
1270
1271         data T = MkT !Int
1272
1273         case v of w  { MkT x ->
1274         case x of x1 { I# y1 ->
1275         case x of x2 { I# y2 -> ...
1276
1277 Notice that because MkT is strict, x is marked "evaluated".  But to
1278 eliminate the last case, we must either make sure that x (as well as
1279 x1) has unfolding MkT y1.  THe straightforward thing to do is to do
1280 the binder-swap.  So this whole note is a no-op.
1281
1282 Note [zapOccInfo]
1283 ~~~~~~~~~~~~~~~~~
1284 If we replace the scrutinee, v, by tbe case binder, then we have to nuke
1285 any occurrence info (eg IAmDead) in the case binder, because the
1286 case-binder now effectively occurs whenever v does.  AND we have to do
1287 the same for the pattern-bound variables!  Example:
1288
1289         (case x of { (a,b) -> a }) (case x of { (p,q) -> q })
1290
1291 Here, b and p are dead.  But when we move the argment inside the first
1292 case RHS, and eliminate the second case, we get
1293
1294         case x of { (a,b) -> a b }
1295
1296 Urk! b is alive!  Reason: the scrutinee was a variable, and case elimination
1297 happened.  
1298
1299 Indeed, this can happen anytime the case binder isn't dead:
1300         case <any> of x { (a,b) -> 
1301         case x of { (p,q) -> p } }
1302 Here (a,b) both look dead, but come alive after the inner case is eliminated.
1303 The point is that we bring into the envt a binding
1304         let x = (a,b) 
1305 after the outer case, and that makes (a,b) alive.  At least we do unless
1306 the case binder is guaranteed dead.
1307
1308 Note [Case of cast]
1309 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1310 Consider        case (v `cast` co) of x { I# ->
1311                 ... (case (v `cast` co) of {...}) ...
1312 We'd like to eliminate the inner case.  We can get this neatly by 
1313 arranging that inside the outer case we add the unfolding
1314         v |-> x `cast` (sym co)
1315 to v.  Then we should inline v at the inner case, cancel the casts, and away we go
1316         
1317 Note [Improving seq]
1318 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1319 Consider
1320         type family F :: * -> *
1321         type instance F Int = Int
1322
1323         ... case e of x { DEFAULT -> rhs } ...
1324
1325 where x::F Int.  Then we'd like to rewrite (F Int) to Int, getting
1326
1327         case e `cast` co of x'::Int
1328            I# x# -> let x = x' `cast` sym co 
1329                     in rhs
1330
1331 so that 'rhs' can take advantage of hte form of x'.  Notice that Note
1332 [Case of cast] may then apply to the result.
1333
1334 This showed up in Roman's experiments.  Example:
1335   foo :: F Int -> Int -> Int
1336   foo t n = t `seq` bar n
1337      where
1338        bar 0 = 0
1339        bar n = bar (n - case t of TI i -> i)
1340 Here we'd like to avoid repeated evaluating t inside the loop, by 
1341 taking advantage of the `seq`.
1342
1343 At one point I did transformation in LiberateCase, but it's more robust here.
1344 (Otherwise, there's a danger that we'll simply drop the 'seq' altogether, before
1345 LiberateCase gets to see it.)
1346
1347 Note [Case elimination]
1348 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1349 The case-elimination transformation discards redundant case expressions.
1350 Start with a simple situation:
1351
1352         case x# of      ===>   e[x#/y#]
1353           y# -> e
1354
1355 (when x#, y# are of primitive type, of course).  We can't (in general)
1356 do this for algebraic cases, because we might turn bottom into
1357 non-bottom!
1358
1359 The code in SimplUtils.prepareAlts has the effect of generalise this
1360 idea to look for a case where we're scrutinising a variable, and we
1361 know that only the default case can match.  For example:
1362
1363         case x of
1364           0#      -> ...
1365           DEFAULT -> ...(case x of
1366                          0#      -> ...
1367                          DEFAULT -> ...) ...
1368
1369 Here the inner case is first trimmed to have only one alternative, the
1370 DEFAULT, after which it's an instance of the previous case.  This
1371 really only shows up in eliminating error-checking code.
1372
1373 We also make sure that we deal with this very common case:
1374
1375         case e of 
1376           x -> ...x...
1377
1378 Here we are using the case as a strict let; if x is used only once
1379 then we want to inline it.  We have to be careful that this doesn't 
1380 make the program terminate when it would have diverged before, so we
1381 check that 
1382         - e is already evaluated (it may so if e is a variable)
1383         - x is used strictly, or
1384
1385 Lastly, the code in SimplUtils.mkCase combines identical RHSs.  So
1386
1387         case e of       ===> case e of DEFAULT -> r
1388            True  -> r
1389            False -> r
1390
1391 Now again the case may be elminated by the CaseElim transformation.
1392
1393
1394 Further notes about case elimination
1395 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1396 Consider:       test :: Integer -> IO ()
1397                 test = print
1398
1399 Turns out that this compiles to:
1400     Print.test
1401       = \ eta :: Integer
1402           eta1 :: State# RealWorld ->
1403           case PrelNum.< eta PrelNum.zeroInteger of wild { __DEFAULT ->
1404           case hPutStr stdout
1405                  (PrelNum.jtos eta ($w[] @ Char))
1406                  eta1
1407           of wild1 { (# new_s, a4 #) -> PrelIO.lvl23 new_s  }}
1408
1409 Notice the strange '<' which has no effect at all. This is a funny one.  
1410 It started like this:
1411
1412 f x y = if x < 0 then jtos x
1413           else if y==0 then "" else jtos x
1414
1415 At a particular call site we have (f v 1).  So we inline to get
1416
1417         if v < 0 then jtos x 
1418         else if 1==0 then "" else jtos x
1419
1420 Now simplify the 1==0 conditional:
1421
1422         if v<0 then jtos v else jtos v
1423
1424 Now common-up the two branches of the case:
1425
1426         case (v<0) of DEFAULT -> jtos v
1427
1428 Why don't we drop the case?  Because it's strict in v.  It's technically
1429 wrong to drop even unnecessary evaluations, and in practice they
1430 may be a result of 'seq' so we *definitely* don't want to drop those.
1431 I don't really know how to improve this situation.
1432
1433
1434 \begin{code}
1435 simplCaseBinder :: SimplEnv -> OutExpr -> OutId -> [InAlt]
1436                 -> SimplM (SimplEnv, OutExpr, OutId)
1437 simplCaseBinder env scrut case_bndr alts
1438   = do  { (env1, case_bndr1) <- simplBinder env case_bndr
1439
1440         ; fam_envs <- getFamEnvs
1441         ; (env2, scrut2, case_bndr2) <- improve_seq fam_envs env1 scrut 
1442                                                 case_bndr case_bndr1 alts
1443                         -- Note [Improving seq]
1444
1445         ; let (env3, case_bndr3) = improve_case_bndr env2 scrut2 case_bndr2
1446                         -- Note [Case of cast]
1447
1448         ; return (env3, scrut2, case_bndr3) }
1449   where
1450
1451     improve_seq fam_envs env1 scrut case_bndr case_bndr1 [(DEFAULT,_,_)] 
1452         | Just (co, ty2) <- topNormaliseType fam_envs (idType case_bndr1)
1453         =  do { case_bndr2 <- newId FSLIT("nt") ty2
1454               ; let rhs  = DoneEx (Var case_bndr2 `Cast` mkSymCoercion co)
1455                     env2 = extendIdSubst env1 case_bndr rhs
1456               ; return (env2, scrut `Cast` co, case_bndr2) }
1457
1458     improve_seq fam_envs env1 scrut case_bndr case_bndr1 alts
1459         = return (env1, scrut, case_bndr1)
1460
1461
1462     improve_case_bndr env scrut case_bndr
1463         | switchIsOn (getSwitchChecker env) NoCaseOfCase
1464                 -- See Note [no-case-of-case]
1465         = (env, case_bndr)
1466
1467         | otherwise     -- Failed try [see Note 2 above]
1468                         --     not (isEvaldUnfolding (idUnfolding v))
1469         = case scrut of
1470             Var v -> (modifyInScope env1 v case_bndr', case_bndr')
1471                 -- Note about using modifyInScope for v here
1472                 -- We could extend the substitution instead, but it would be
1473                 -- a hack because then the substitution wouldn't be idempotent
1474                 -- any more (v is an OutId).  And this does just as well.
1475
1476             Cast (Var v) co -> (addBinderUnfolding env1 v rhs, case_bndr')
1477                             where
1478                                 rhs = Cast (Var case_bndr') (mkSymCoercion co)
1479
1480             other -> (env, case_bndr)
1481         where
1482           case_bndr' = zapOccInfo case_bndr
1483           env1       = modifyInScope env case_bndr case_bndr'
1484
1485
1486 zapOccInfo :: InId -> InId      -- See Note [zapOccInfo]
1487 zapOccInfo b = b `setIdOccInfo` NoOccInfo
1488 \end{code}
1489
1490
1491 simplAlts does two things:
1492
1493 1.  Eliminate alternatives that cannot match, including the
1494     DEFAULT alternative.
1495
1496 2.  If the DEFAULT alternative can match only one possible constructor,
1497     then make that constructor explicit.
1498     e.g.
1499         case e of x { DEFAULT -> rhs }
1500      ===>
1501         case e of x { (a,b) -> rhs }
1502     where the type is a single constructor type.  This gives better code
1503     when rhs also scrutinises x or e.
1504
1505 Here "cannot match" includes knowledge from GADTs
1506
1507 It's a good idea do do this stuff before simplifying the alternatives, to
1508 avoid simplifying alternatives we know can't happen, and to come up with
1509 the list of constructors that are handled, to put into the IdInfo of the
1510 case binder, for use when simplifying the alternatives.
1511
1512 Eliminating the default alternative in (1) isn't so obvious, but it can
1513 happen:
1514
1515 data Colour = Red | Green | Blue
1516
1517 f x = case x of
1518         Red -> ..
1519         Green -> ..
1520         DEFAULT -> h x
1521
1522 h y = case y of
1523         Blue -> ..
1524         DEFAULT -> [ case y of ... ]
1525
1526 If we inline h into f, the default case of the inlined h can't happen.
1527 If we don't notice this, we may end up filtering out *all* the cases
1528 of the inner case y, which give us nowhere to go!
1529
1530
1531 \begin{code}
1532 simplAlts :: SimplEnv 
1533           -> OutExpr
1534           -> InId                       -- Case binder
1535           -> [InAlt] -> SimplCont
1536           -> SimplM (OutExpr, OutId, [OutAlt])  -- Includes the continuation
1537 -- Like simplExpr, this just returns the simplified alternatives;
1538 -- it not return an environment
1539
1540 simplAlts env scrut case_bndr alts cont'
1541   = -- pprTrace "simplAlts" (ppr alts $$ ppr (seIdSubst env)) $
1542     do  { let alt_env = zapFloats env
1543         ; (alt_env, scrut', case_bndr') <- simplCaseBinder alt_env scrut case_bndr alts
1544
1545         ; (imposs_deflt_cons, in_alts) <- prepareAlts 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 imposs_deflt_cons 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 imposs_deflt_cons case_bndr' cont' (DataAlt con, vs, rhs)
1573   = do  {       -- Deal with the pattern-bound variables
1574           (env, vs') <- simplBinders env (add_evals con vs)
1575
1576                 -- Mark the ones that are in ! positions in the
1577                 -- data constructor as certainly-evaluated.
1578         ; let vs'' = add_evals con vs'
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' (mkConApp con con_args)
1584
1585         ; rhs' <- simplExprC env' rhs cont'
1586         ; return (DataAlt con, vs'', rhs') }
1587   where
1588         -- add_evals records the evaluated-ness of the bound variables of
1589         -- a case pattern.  This is *important*.  Consider
1590         --      data T = T !Int !Int
1591         --
1592         --      case x of { T a b -> T (a+1) b }
1593         --
1594         -- We really must record that b is already evaluated so that we don't
1595         -- go and re-evaluate it when constructing the result.
1596         -- See Note [Data-con worker strictness] in MkId.lhs
1597     add_evals dc vs = cat_evals dc vs (dataConRepStrictness dc)
1598
1599     cat_evals dc vs strs
1600         = go vs strs
1601         where
1602           go [] [] = []
1603           go (v:vs) strs | isTyVar v = v : go vs strs
1604           go (v:vs) (str:strs)
1605             | isMarkedStrict str = evald_v  : go vs strs
1606             | otherwise          = zapped_v : go vs strs
1607             where
1608               zapped_v = zap_occ_info v
1609               evald_v  = zapped_v `setIdUnfolding` evaldUnfolding
1610           go _ _ = pprPanic "cat_evals" (ppr dc $$ ppr vs $$ ppr strs)
1611
1612         -- 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
1616     zap_occ_info | isDeadBinder case_bndr' = \id -> id
1617                  | otherwise               = zapOccInfo
1618
1619 addBinderUnfolding :: SimplEnv -> Id -> CoreExpr -> SimplEnv
1620 addBinderUnfolding env bndr rhs
1621   = modifyInScope env bndr (bndr `setIdUnfolding` mkUnfolding False rhs)
1622
1623 addBinderOtherCon :: SimplEnv -> Id -> [AltCon] -> SimplEnv
1624 addBinderOtherCon env bndr cons
1625   = modifyInScope env bndr (bndr `setIdUnfolding` mkOtherCon cons)
1626 \end{code}
1627
1628
1629 %************************************************************************
1630 %*                                                                      *
1631 \subsection{Known constructor}
1632 %*                                                                      *
1633 %************************************************************************
1634
1635 We are a bit careful with occurrence info.  Here's an example
1636
1637         (\x* -> case x of (a*, b) -> f a) (h v, e)
1638
1639 where the * means "occurs once".  This effectively becomes
1640         case (h v, e) of (a*, b) -> f a)
1641 and then
1642         let a* = h v; b = e in f a
1643 and then
1644         f (h v)
1645
1646 All this should happen in one sweep.
1647
1648 \begin{code}
1649 knownCon :: SimplEnv -> OutExpr -> AltCon -> [OutExpr]
1650          -> InId -> [InAlt] -> SimplCont
1651          -> SimplM (SimplEnv, OutExpr)
1652
1653 knownCon env scrut con args bndr alts cont
1654   = do  { tick (KnownBranch bndr)
1655         ; knownAlt env scrut args bndr (findAlt con alts) cont }
1656
1657 knownAlt env scrut args bndr (DEFAULT, bs, rhs) cont
1658   = ASSERT( null bs )
1659     do  { env <- simplNonRecX env bndr scrut
1660                 -- This might give rise to a binding with non-atomic args
1661                 -- like x = Node (f x) (g x)
1662                 -- but simplNonRecX will atomic-ify it
1663         ; simplExprF env rhs cont }
1664
1665 knownAlt env scrut args bndr (LitAlt lit, bs, rhs) cont
1666   = ASSERT( null bs )
1667     do  { env <- simplNonRecX env bndr scrut
1668         ; simplExprF env rhs cont }
1669
1670 knownAlt env scrut args bndr (DataAlt dc, bs, rhs) cont
1671   = do  { let dead_bndr  = isDeadBinder bndr    -- bndr is an InId
1672               n_drop_tys = length (dataConUnivTyVars dc)
1673         ; env <- bind_args env dead_bndr bs (drop n_drop_tys args)
1674         ; let
1675                 -- It's useful to bind bndr to scrut, rather than to a fresh
1676                 -- binding      x = Con arg1 .. argn
1677                 -- because very often the scrut is a variable, so we avoid
1678                 -- creating, and then subsequently eliminating, a let-binding
1679                 -- BUT, if scrut is a not a variable, we must be careful
1680                 -- about duplicating the arg redexes; in that case, make
1681                 -- a new con-app from the args
1682                 bndr_rhs  = case scrut of
1683                                 Var v -> scrut
1684                                 other -> con_app
1685                 con_app = mkConApp dc (take n_drop_tys args ++ con_args)
1686                 con_args = [substExpr env (varToCoreExpr b) | b <- bs]
1687                                 -- args are aready OutExprs, but bs are InIds
1688
1689         ; env <- simplNonRecX env bndr bndr_rhs
1690         ; -- pprTrace "knownCon2" (ppr bs $$ ppr rhs $$ ppr (seIdSubst env)) $
1691           simplExprF env rhs cont }
1692   where
1693     -- Ugh!
1694     bind_args env dead_bndr [] _  = return env
1695
1696     bind_args env dead_bndr (b:bs) (Type ty : args)
1697       = ASSERT( isTyVar b )
1698         bind_args (extendTvSubst env b ty) dead_bndr bs args
1699
1700     bind_args env dead_bndr (b:bs) (arg : args)
1701       = ASSERT( isId b )
1702         do      { let b' = if dead_bndr then b else zapOccInfo b
1703                     -- Note that the binder might be "dead", because it doesn't occur 
1704                     -- in the RHS; and simplNonRecX may therefore discard it via postInlineUnconditionally
1705                     -- Nevertheless we must keep it if the case-binder is alive, because it may
1706                     -- be used in the con_app.  See Note [zapOccInfo]
1707             ; env <- simplNonRecX env b' arg
1708             ; bind_args env dead_bndr bs args }
1709
1710     bind_args _ _ _ _ = 
1711       pprPanic "bind_args" $ ppr dc $$ ppr bs $$ ppr args $$ 
1712                              text "scrut:" <+> ppr scrut
1713 \end{code}
1714
1715
1716 %************************************************************************
1717 %*                                                                      *
1718 \subsection{Duplicating continuations}
1719 %*                                                                      *
1720 %************************************************************************
1721
1722 \begin{code}
1723 prepareCaseCont :: SimplEnv
1724                 -> [InAlt] -> SimplCont
1725                 -> SimplM (SimplEnv, SimplCont,SimplCont)
1726                         -- Return a duplicatable continuation, a non-duplicable part 
1727                         -- plus some extra bindings (that scope over the entire
1728                         -- continunation)
1729
1730         -- No need to make it duplicatable if there's only one alternative
1731 prepareCaseCont env [alt] cont = return (env, cont, mkBoringStop (contResultType cont))
1732 prepareCaseCont env alts  cont = mkDupableCont env cont
1733 \end{code}
1734
1735 \begin{code}
1736 mkDupableCont :: SimplEnv -> SimplCont 
1737               -> SimplM (SimplEnv, SimplCont, SimplCont)
1738
1739 mkDupableCont env cont
1740   | contIsDupable cont
1741   = returnSmpl (env, cont, mkBoringStop (contResultType cont))
1742
1743 mkDupableCont env (Stop {}) = panic "mkDupableCont"     -- Handled by previous eqn
1744
1745 mkDupableCont env (CoerceIt ty cont)
1746   = do  { (env, dup, nodup) <- mkDupableCont env cont
1747         ; return (env, CoerceIt ty dup, nodup) }
1748
1749 mkDupableCont env cont@(StrictBind bndr _ _ se _)
1750   =  return (env, mkBoringStop (substTy se (idType bndr)), cont)
1751         -- See Note [Duplicating strict continuations]
1752
1753 mkDupableCont env cont@(StrictArg _ fun_ty _ _)
1754   =  return (env, mkBoringStop (funArgTy fun_ty), cont)
1755         -- See Note [Duplicating strict continuations]
1756
1757 mkDupableCont env (ApplyTo _ arg se cont)
1758   =     -- e.g.         [...hole...] (...arg...)
1759         --      ==>
1760         --              let a = ...arg... 
1761         --              in [...hole...] a
1762     do  { (env, dup_cont, nodup_cont) <- mkDupableCont env cont
1763         ; arg <- simplExpr (se `setInScope` env) arg
1764         ; (env, arg) <- makeTrivial env arg
1765         ; let app_cont = ApplyTo OkToDup arg (zapSubstEnv env) dup_cont
1766         ; return (env, app_cont, nodup_cont) }
1767
1768 mkDupableCont env cont@(Select _ case_bndr [(_,bs,rhs)] se case_cont)
1769 --  See Note [Single-alternative case]
1770 --  | not (exprIsDupable rhs && contIsDupable case_cont)
1771 --  | not (isDeadBinder case_bndr)
1772   | all isDeadBinder bs         -- InIds
1773   = return (env, mkBoringStop scrut_ty, cont)
1774   where
1775     scrut_ty = substTy se (idType case_bndr)
1776
1777 mkDupableCont env (Select _ case_bndr alts se cont)
1778   =     -- e.g.         (case [...hole...] of { pi -> ei })
1779         --      ===>
1780         --              let ji = \xij -> ei 
1781         --              in case [...hole...] of { pi -> ji xij }
1782     do  { tick (CaseOfCase case_bndr)
1783         ; (env, dup_cont, nodup_cont) <- mkDupableCont env cont
1784                 -- NB: call mkDupableCont here, *not* prepareCaseCont
1785                 -- We must make a duplicable continuation, whereas prepareCaseCont
1786                 -- doesn't when there is a single case branch
1787
1788         ; let alt_env = se `setInScope` env 
1789         ; (alt_env, case_bndr') <- simplBinder alt_env case_bndr
1790         ; alts' <- mapM (simplAlt alt_env [] case_bndr' dup_cont) alts
1791         -- Safe to say that there are no handled-cons for the DEFAULT case
1792                 -- NB: simplBinder does not zap deadness occ-info, so
1793                 -- a dead case_bndr' will still advertise its deadness
1794                 -- This is really important because in
1795                 --      case e of b { (# p,q #) -> ... }
1796                 -- b is always dead, and indeed we are not allowed to bind b to (# p,q #),
1797                 -- which might happen if e was an explicit unboxed pair and b wasn't marked dead.
1798                 -- In the new alts we build, we have the new case binder, so it must retain
1799                 -- its deadness.
1800         -- NB: we don't use alt_env further; it has the substEnv for
1801         --     the alternatives, and we don't want that
1802
1803         ; (env, alts') <- mkDupableAlts env case_bndr' alts'
1804         ; return (env,  -- Note [Duplicated env]
1805                   Select OkToDup case_bndr' alts' (zapSubstEnv env)
1806                          (mkBoringStop (contResultType dup_cont)),
1807                   nodup_cont) }
1808
1809
1810 mkDupableAlts :: SimplEnv -> OutId -> [InAlt]
1811               -> SimplM (SimplEnv, [InAlt])
1812 -- Absorbs the continuation into the new alternatives
1813
1814 mkDupableAlts env case_bndr' alts
1815   = go env alts
1816   where
1817     go env [] = return (env, [])
1818     go env (alt:alts)
1819         = do { (env, alt') <- mkDupableAlt env case_bndr' alt
1820      ; (env, alts') <- go env alts
1821              ; return (env, alt' : alts' ) }
1822                                         
1823 mkDupableAlt env case_bndr' (con, bndrs', rhs')
1824   | exprIsDupable rhs'  -- Note [Small alternative rhs]
1825   = return (env, (con, bndrs', rhs'))
1826   | otherwise
1827   = do  { let rhs_ty'     = exprType rhs'
1828               used_bndrs' = filter abstract_over (case_bndr' : bndrs')
1829               abstract_over bndr 
1830                   | isTyVar bndr = True -- Abstract over all type variables just in case
1831                   | otherwise    = not (isDeadBinder bndr)
1832                         -- The deadness info on the new Ids is preserved by simplBinders
1833
1834         ; (final_bndrs', final_args)    -- Note [Join point abstraction]
1835                 <- if (any isId used_bndrs')
1836                    then return (used_bndrs', varsToCoreExprs used_bndrs')
1837                     else do { rw_id <- newId FSLIT("w") realWorldStatePrimTy
1838                             ; return ([rw_id], [Var realWorldPrimId]) }
1839              
1840         ; join_bndr <- newId FSLIT("$j") (mkPiTypes final_bndrs' rhs_ty')
1841                 -- Note [Funky mkPiTypes]
1842         
1843         ; let   -- We make the lambdas into one-shot-lambdas.  The
1844                 -- join point is sure to be applied at most once, and doing so
1845                 -- prevents the body of the join point being floated out by
1846                 -- the full laziness pass
1847                 really_final_bndrs     = map one_shot final_bndrs'
1848                 one_shot v | isId v    = setOneShotLambda v
1849                            | otherwise = v
1850                 join_rhs  = mkLams really_final_bndrs rhs'
1851                 join_call = mkApps (Var join_bndr) final_args
1852
1853         ; return (addNonRec env join_bndr join_rhs, (con, bndrs', join_call)) }
1854                 -- See Note [Duplicated env]
1855 \end{code}
1856
1857 Note [Duplicated env]
1858 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1859 Some of the alternatives are simplified, but have not been turned into a join point
1860 So they *must* have an zapped subst-env.  So we can't use completeNonRecX to
1861 bind the join point, because it might to do PostInlineUnconditionally, and
1862 we'd lose that when zapping the subst-env.  We could have a per-alt subst-env,
1863 but zapping it (as we do in mkDupableCont, the Select case) is safe, and
1864 at worst delays the join-point inlining.
1865
1866 Note [Small alterantive rhs]
1867 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1868 It is worth checking for a small RHS because otherwise we
1869 get extra let bindings that may cause an extra iteration of the simplifier to
1870 inline back in place.  Quite often the rhs is just a variable or constructor.
1871 The Ord instance of Maybe in PrelMaybe.lhs, for example, took several extra
1872 iterations because the version with the let bindings looked big, and so wasn't
1873 inlined, but after the join points had been inlined it looked smaller, and so
1874 was inlined.
1875
1876 NB: we have to check the size of rhs', not rhs. 
1877 Duplicating a small InAlt might invalidate occurrence information
1878 However, if it *is* dupable, we return the *un* simplified alternative,
1879 because otherwise we'd need to pair it up with an empty subst-env....
1880 but we only have one env shared between all the alts.
1881 (Remember we must zap the subst-env before re-simplifying something).
1882 Rather than do this we simply agree to re-simplify the original (small) thing later.
1883
1884 Note [Funky mkPiTypes]
1885 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1886 Notice the funky mkPiTypes.  If the contructor has existentials
1887 it's possible that the join point will be abstracted over
1888 type varaibles as well as term variables.
1889  Example:  Suppose we have
1890         data T = forall t.  C [t]
1891  Then faced with
1892         case (case e of ...) of
1893             C t xs::[t] -> rhs
1894  We get the join point
1895         let j :: forall t. [t] -> ...
1896             j = /\t \xs::[t] -> rhs
1897         in
1898         case (case e of ...) of
1899             C t xs::[t] -> j t xs
1900
1901 Note [Join point abstaction]
1902 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1903 If we try to lift a primitive-typed something out
1904 for let-binding-purposes, we will *caseify* it (!),
1905 with potentially-disastrous strictness results.  So
1906 instead we turn it into a function: \v -> e
1907 where v::State# RealWorld#.  The value passed to this function
1908 is realworld#, which generates (almost) no code.
1909
1910 There's a slight infelicity here: we pass the overall 
1911 case_bndr to all the join points if it's used in *any* RHS,
1912 because we don't know its usage in each RHS separately
1913
1914 We used to say "&& isUnLiftedType rhs_ty'" here, but now
1915 we make the join point into a function whenever used_bndrs'
1916 is empty.  This makes the join-point more CPR friendly. 
1917 Consider:       let j = if .. then I# 3 else I# 4
1918                 in case .. of { A -> j; B -> j; C -> ... }
1919
1920 Now CPR doesn't w/w j because it's a thunk, so
1921 that means that the enclosing function can't w/w either,
1922 which is a lose.  Here's the example that happened in practice:
1923         kgmod :: Int -> Int -> Int
1924         kgmod x y = if x > 0 && y < 0 || x < 0 && y > 0
1925                     then 78
1926                     else 5
1927
1928 I have seen a case alternative like this:
1929         True -> \v -> ...
1930 It's a bit silly to add the realWorld dummy arg in this case, making
1931         $j = \s v -> ...
1932            True -> $j s
1933 (the \v alone is enough to make CPR happy) but I think it's rare
1934
1935 Note [Duplicating strict continuations]
1936 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1937 Do *not* duplicate StrictBind and StritArg continuations.  We gain
1938 nothing by propagating them into the expressions, and we do lose a
1939 lot.  Here's an example:
1940         && (case x of { T -> F; F -> T }) E
1941 Now, && is strict so we end up simplifying the case with
1942 an ArgOf continuation.  If we let-bind it, we get
1943
1944         let $j = \v -> && v E
1945         in simplExpr (case x of { T -> F; F -> T })
1946                      (ArgOf (\r -> $j r)
1947 And after simplifying more we get
1948
1949         let $j = \v -> && v E
1950         in case x of { T -> $j F; F -> $j T }
1951 Which is a Very Bad Thing
1952
1953 The desire not to duplicate is the entire reason that
1954 mkDupableCont returns a pair of continuations.
1955
1956 The original plan had:
1957 e.g.    (...strict-fn...) [...hole...]
1958         ==>
1959                 let $j = \a -> ...strict-fn...
1960                 in $j [...hole...]
1961
1962 Note [Single-alternative cases]
1963 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1964 This case is just like the ArgOf case.  Here's an example:
1965         data T a = MkT !a
1966         ...(MkT (abs x))...
1967 Then we get
1968         case (case x of I# x' -> 
1969               case x' <# 0# of
1970                 True  -> I# (negate# x')
1971                 False -> I# x') of y {
1972           DEFAULT -> MkT y
1973 Because the (case x) has only one alternative, we'll transform to
1974         case x of I# x' ->
1975         case (case x' <# 0# of
1976                 True  -> I# (negate# x')
1977                 False -> I# x') of y {
1978           DEFAULT -> MkT y
1979 But now we do *NOT* want to make a join point etc, giving 
1980         case x of I# x' ->
1981         let $j = \y -> MkT y
1982         in case x' <# 0# of
1983                 True  -> $j (I# (negate# x'))
1984                 False -> $j (I# x')
1985 In this case the $j will inline again, but suppose there was a big
1986 strict computation enclosing the orginal call to MkT.  Then, it won't
1987 "see" the MkT any more, because it's big and won't get duplicated.
1988 And, what is worse, nothing was gained by the case-of-case transform.
1989
1990 When should use this case of mkDupableCont?  
1991 However, matching on *any* single-alternative case is a *disaster*;
1992   e.g.  case (case ....) of (a,b) -> (# a,b #)
1993   We must push the outer case into the inner one!
1994 Other choices:
1995
1996    * Match [(DEFAULT,_,_)], but in the common case of Int, 
1997      the alternative-filling-in code turned the outer case into
1998                 case (...) of y { I# _ -> MkT y }
1999
2000    * Match on single alternative plus (not (isDeadBinder case_bndr))
2001      Rationale: pushing the case inwards won't eliminate the construction.
2002      But there's a risk of
2003                 case (...) of y { (a,b) -> let z=(a,b) in ... }
2004      Now y looks dead, but it'll come alive again.  Still, this
2005      seems like the best option at the moment.
2006
2007    * Match on single alternative plus (all (isDeadBinder bndrs))
2008      Rationale: this is essentially  seq.
2009
2010    * Match when the rhs is *not* duplicable, and hence would lead to a
2011      join point.  This catches the disaster-case above.  We can test
2012      the *un-simplified* rhs, which is fine.  It might get bigger or
2013      smaller after simplification; if it gets smaller, this case might
2014      fire next time round.  NB also that we must test contIsDupable
2015      case_cont *btoo, because case_cont might be big!
2016
2017      HOWEVER: I found that this version doesn't work well, because
2018      we can get         let x = case (...) of { small } in ...case x...
2019      When x is inlined into its full context, we find that it was a bad
2020      idea to have pushed the outer case inside the (...) case.
2021