c545fade7a107f988d24cd555cee9a4fc6765e03
[ghc-hetmet.git] / compiler / specialise / SpecConstr.lhs
1 %
2 % (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
3 %
4 \section[SpecConstr]{Specialise over constructors}
5
6 \begin{code}
7 -- The above warning supression flag is a temporary kludge.
8 -- While working on this module you are encouraged to remove it and fix
9 -- any warnings in the module. See
10 --     http://hackage.haskell.org/trac/ghc/wiki/Commentary/CodingStyle#Warnings
11 -- for details
12
13 module SpecConstr(
14         specConstrProgram, SpecConstrAnnotation(..)
15     ) where
16
17 #include "HsVersions.h"
18
19 import CoreSyn
20 import CoreSubst
21 import CoreUtils
22 import CoreUnfold       ( couldBeSmallEnoughToInline )
23 import CoreFVs          ( exprsFreeVars )
24 import CoreMonad
25 import HscTypes         ( ModGuts(..) )
26 import WwLib            ( mkWorkerArgs )
27 import DataCon          ( dataConTyCon, dataConRepArity, dataConUnivTyVars )
28 import TyCon            ( TyCon )
29 import Literal          ( literalType )
30 import Coercion 
31 import Rules
32 import Type             hiding( substTy )
33 import Id
34 import MkId             ( mkImpossibleExpr )
35 import Var
36 import VarEnv
37 import VarSet
38 import Name
39 import DynFlags         ( DynFlags(..) )
40 import StaticFlags      ( opt_PprStyle_Debug )
41 import StaticFlags      ( opt_SpecInlineJoinPoints )
42 import BasicTypes       ( Activation(..) )
43 import Maybes           ( orElse, catMaybes, isJust, isNothing )
44 import NewDemand
45 import DmdAnal          ( both )
46 import Serialized       ( deserializeWithData )
47 import Util
48 import UniqSupply
49 import Outputable
50 import FastString
51 import UniqFM
52 import qualified LazyUniqFM as L
53 import MonadUtils
54 import Control.Monad    ( zipWithM )
55 import Data.List
56 #if __GLASGOW_HASKELL__ > 609
57 import Data.Data        ( Data, Typeable )
58 #else
59 import Data.Generics    ( Data, Typeable )
60 #endif
61 \end{code}
62
63 -----------------------------------------------------
64                         Game plan
65 -----------------------------------------------------
66
67 Consider
68         drop n []     = []
69         drop 0 xs     = []
70         drop n (x:xs) = drop (n-1) xs
71
72 After the first time round, we could pass n unboxed.  This happens in
73 numerical code too.  Here's what it looks like in Core:
74
75         drop n xs = case xs of
76                       []     -> []
77                       (y:ys) -> case n of 
78                                   I# n# -> case n# of
79                                              0 -> []
80                                              _ -> drop (I# (n# -# 1#)) xs
81
82 Notice that the recursive call has an explicit constructor as argument.
83 Noticing this, we can make a specialised version of drop
84         
85         RULE: drop (I# n#) xs ==> drop' n# xs
86
87         drop' n# xs = let n = I# n# in ...orig RHS...
88
89 Now the simplifier will apply the specialisation in the rhs of drop', giving
90
91         drop' n# xs = case xs of
92                       []     -> []
93                       (y:ys) -> case n# of
94                                   0 -> []
95                                   _ -> drop (n# -# 1#) xs
96
97 Much better!  
98
99 We'd also like to catch cases where a parameter is carried along unchanged,
100 but evaluated each time round the loop:
101
102         f i n = if i>0 || i>n then i else f (i*2) n
103
104 Here f isn't strict in n, but we'd like to avoid evaluating it each iteration.
105 In Core, by the time we've w/wd (f is strict in i) we get
106
107         f i# n = case i# ># 0 of
108                    False -> I# i#
109                    True  -> case n of n' { I# n# ->
110                             case i# ># n# of
111                                 False -> I# i#
112                                 True  -> f (i# *# 2#) n'
113
114 At the call to f, we see that the argument, n is know to be (I# n#),
115 and n is evaluated elsewhere in the body of f, so we can play the same
116 trick as above.  
117
118
119 Note [Reboxing]
120 ~~~~~~~~~~~~~~~
121 We must be careful not to allocate the same constructor twice.  Consider
122         f p = (...(case p of (a,b) -> e)...p...,
123                ...let t = (r,s) in ...t...(f t)...)
124 At the recursive call to f, we can see that t is a pair.  But we do NOT want
125 to make a specialised copy:
126         f' a b = let p = (a,b) in (..., ...)
127 because now t is allocated by the caller, then r and s are passed to the
128 recursive call, which allocates the (r,s) pair again.
129
130 This happens if
131   (a) the argument p is used in other than a case-scrutinsation way.
132   (b) the argument to the call is not a 'fresh' tuple; you have to
133         look into its unfolding to see that it's a tuple
134
135 Hence the "OR" part of Note [Good arguments] below.
136
137 ALTERNATIVE 2: pass both boxed and unboxed versions.  This no longer saves
138 allocation, but does perhaps save evals. In the RULE we'd have
139 something like
140
141   f (I# x#) = f' (I# x#) x#
142
143 If at the call site the (I# x) was an unfolding, then we'd have to
144 rely on CSE to eliminate the duplicate allocation.... This alternative
145 doesn't look attractive enough to pursue.
146
147 ALTERNATIVE 3: ignore the reboxing problem.  The trouble is that 
148 the conservative reboxing story prevents many useful functions from being
149 specialised.  Example:
150         foo :: Maybe Int -> Int -> Int
151         foo   (Just m) 0 = 0
152         foo x@(Just m) n = foo x (n-m)
153 Here the use of 'x' will clearly not require boxing in the specialised function.
154
155 The strictness analyser has the same problem, in fact.  Example:
156         f p@(a,b) = ...
157 If we pass just 'a' and 'b' to the worker, it might need to rebox the
158 pair to create (a,b).  A more sophisticated analysis might figure out
159 precisely the cases in which this could happen, but the strictness
160 analyser does no such analysis; it just passes 'a' and 'b', and hopes
161 for the best.
162
163 So my current choice is to make SpecConstr similarly aggressive, and
164 ignore the bad potential of reboxing.
165
166
167 Note [Good arguments]
168 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
169 So we look for
170
171 * A self-recursive function.  Ignore mutual recursion for now, 
172   because it's less common, and the code is simpler for self-recursion.
173
174 * EITHER
175
176    a) At a recursive call, one or more parameters is an explicit 
177       constructor application
178         AND
179       That same parameter is scrutinised by a case somewhere in 
180       the RHS of the function
181
182   OR
183
184     b) At a recursive call, one or more parameters has an unfolding
185        that is an explicit constructor application
186         AND
187       That same parameter is scrutinised by a case somewhere in 
188       the RHS of the function
189         AND
190       Those are the only uses of the parameter (see Note [Reboxing])
191
192
193 What to abstract over
194 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
195 There's a bit of a complication with type arguments.  If the call
196 site looks like
197
198         f p = ...f ((:) [a] x xs)...
199
200 then our specialised function look like
201
202         f_spec x xs = let p = (:) [a] x xs in ....as before....
203
204 This only makes sense if either
205   a) the type variable 'a' is in scope at the top of f, or
206   b) the type variable 'a' is an argument to f (and hence fs)
207
208 Actually, (a) may hold for value arguments too, in which case
209 we may not want to pass them.  Supose 'x' is in scope at f's
210 defn, but xs is not.  Then we'd like
211
212         f_spec xs = let p = (:) [a] x xs in ....as before....
213
214 Similarly (b) may hold too.  If x is already an argument at the
215 call, no need to pass it again.
216
217 Finally, if 'a' is not in scope at the call site, we could abstract
218 it as we do the term variables:
219
220         f_spec a x xs = let p = (:) [a] x xs in ...as before...
221
222 So the grand plan is:
223
224         * abstract the call site to a constructor-only pattern
225           e.g.  C x (D (f p) (g q))  ==>  C s1 (D s2 s3)
226
227         * Find the free variables of the abstracted pattern
228
229         * Pass these variables, less any that are in scope at
230           the fn defn.  But see Note [Shadowing] below.
231
232
233 NOTICE that we only abstract over variables that are not in scope,
234 so we're in no danger of shadowing variables used in "higher up"
235 in f_spec's RHS.
236
237
238 Note [Shadowing]
239 ~~~~~~~~~~~~~~~~
240 In this pass we gather up usage information that may mention variables
241 that are bound between the usage site and the definition site; or (more
242 seriously) may be bound to something different at the definition site.
243 For example:
244
245         f x = letrec g y v = let x = ... 
246                              in ...(g (a,b) x)...
247
248 Since 'x' is in scope at the call site, we may make a rewrite rule that 
249 looks like
250         RULE forall a,b. g (a,b) x = ...
251 But this rule will never match, because it's really a different 'x' at 
252 the call site -- and that difference will be manifest by the time the
253 simplifier gets to it.  [A worry: the simplifier doesn't *guarantee*
254 no-shadowing, so perhaps it may not be distinct?]
255
256 Anyway, the rule isn't actually wrong, it's just not useful.  One possibility
257 is to run deShadowBinds before running SpecConstr, but instead we run the
258 simplifier.  That gives the simplest possible program for SpecConstr to
259 chew on; and it virtually guarantees no shadowing.
260
261 Note [Specialising for constant parameters]
262 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
263 This one is about specialising on a *constant* (but not necessarily
264 constructor) argument
265
266     foo :: Int -> (Int -> Int) -> Int
267     foo 0 f = 0
268     foo m f = foo (f m) (+1)
269
270 It produces
271
272     lvl_rmV :: GHC.Base.Int -> GHC.Base.Int
273     lvl_rmV =
274       \ (ds_dlk :: GHC.Base.Int) ->
275         case ds_dlk of wild_alH { GHC.Base.I# x_alG ->
276         GHC.Base.I# (GHC.Prim.+# x_alG 1)
277
278     T.$wfoo :: GHC.Prim.Int# -> (GHC.Base.Int -> GHC.Base.Int) ->
279     GHC.Prim.Int#
280     T.$wfoo =
281       \ (ww_sme :: GHC.Prim.Int#) (w_smg :: GHC.Base.Int -> GHC.Base.Int) ->
282         case ww_sme of ds_Xlw {
283           __DEFAULT ->
284         case w_smg (GHC.Base.I# ds_Xlw) of w1_Xmo { GHC.Base.I# ww1_Xmz ->
285         T.$wfoo ww1_Xmz lvl_rmV
286         };
287           0 -> 0
288         }
289
290 The recursive call has lvl_rmV as its argument, so we could create a specialised copy
291 with that argument baked in; that is, not passed at all.   Now it can perhaps be inlined.
292
293 When is this worth it?  Call the constant 'lvl'
294 - If 'lvl' has an unfolding that is a constructor, see if the corresponding
295   parameter is scrutinised anywhere in the body.
296
297 - If 'lvl' has an unfolding that is a inlinable function, see if the corresponding
298   parameter is applied (...to enough arguments...?)
299
300   Also do this is if the function has RULES?
301
302 Also    
303
304 Note [Specialising for lambda parameters]
305 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
306     foo :: Int -> (Int -> Int) -> Int
307     foo 0 f = 0
308     foo m f = foo (f m) (\n -> n-m)
309
310 This is subtly different from the previous one in that we get an
311 explicit lambda as the argument:
312
313     T.$wfoo :: GHC.Prim.Int# -> (GHC.Base.Int -> GHC.Base.Int) ->
314     GHC.Prim.Int#
315     T.$wfoo =
316       \ (ww_sm8 :: GHC.Prim.Int#) (w_sma :: GHC.Base.Int -> GHC.Base.Int) ->
317         case ww_sm8 of ds_Xlr {
318           __DEFAULT ->
319         case w_sma (GHC.Base.I# ds_Xlr) of w1_Xmf { GHC.Base.I# ww1_Xmq ->
320         T.$wfoo
321           ww1_Xmq
322           (\ (n_ad3 :: GHC.Base.Int) ->
323              case n_ad3 of wild_alB { GHC.Base.I# x_alA ->
324              GHC.Base.I# (GHC.Prim.-# x_alA ds_Xlr)
325              })
326         };
327           0 -> 0
328         }
329
330 I wonder if SpecConstr couldn't be extended to handle this? After all,
331 lambda is a sort of constructor for functions and perhaps it already
332 has most of the necessary machinery?
333
334 Furthermore, there's an immediate win, because you don't need to allocate the lamda
335 at the call site; and if perchance it's called in the recursive call, then you
336 may avoid allocating it altogether.  Just like for constructors.
337
338 Looks cool, but probably rare...but it might be easy to implement.
339
340
341 Note [SpecConstr for casts]
342 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
343 Consider 
344     data family T a :: *
345     data instance T Int = T Int
346
347     foo n = ...
348        where
349          go (T 0) = 0
350          go (T n) = go (T (n-1))
351
352 The recursive call ends up looking like 
353         go (T (I# ...) `cast` g)
354 So we want to spot the construtor application inside the cast.
355 That's why we have the Cast case in argToPat
356
357 Note [Local recursive groups]
358 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
359 For a *local* recursive group, we can see all the calls to the
360 function, so we seed the specialisation loop from the calls in the
361 body, not from the calls in the RHS.  Consider:
362
363   bar m n = foo n (n,n) (n,n) (n,n) (n,n)
364    where
365      foo n p q r s
366        | n == 0    = m
367        | n > 3000  = case p of { (p1,p2) -> foo (n-1) (p2,p1) q r s }
368        | n > 2000  = case q of { (q1,q2) -> foo (n-1) p (q2,q1) r s }
369        | n > 1000  = case r of { (r1,r2) -> foo (n-1) p q (r2,r1) s }
370        | otherwise = case s of { (s1,s2) -> foo (n-1) p q r (s2,s1) }
371
372 If we start with the RHSs of 'foo', we get lots and lots of specialisations,
373 most of which are not needed.  But if we start with the (single) call
374 in the rhs of 'bar' we get exactly one fully-specialised copy, and all
375 the recursive calls go to this fully-specialised copy. Indeed, the original
376 function is later collected as dead code.  This is very important in 
377 specialising the loops arising from stream fusion, for example in NDP where
378 we were getting literally hundreds of (mostly unused) specialisations of
379 a local function.
380
381 Note [Do not specialise diverging functions]
382 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
383 Specialising a function that just diverges is a waste of code.
384 Furthermore, it broke GHC (simpl014) thus:
385    {-# STR Sb #-}
386    f = \x. case x of (a,b) -> f x
387 If we specialise f we get
388    f = \x. case x of (a,b) -> fspec a b
389 But fspec doesn't have decent strictnes info.  As it happened,
390 (f x) :: IO t, so the state hack applied and we eta expanded fspec,
391 and hence f.  But now f's strictness is less than its arity, which
392 breaks an invariant.
393
394 -----------------------------------------------------
395                 Stuff not yet handled
396 -----------------------------------------------------
397
398 Here are notes arising from Roman's work that I don't want to lose.
399
400 Example 1
401 ~~~~~~~~~
402     data T a = T !a
403
404     foo :: Int -> T Int -> Int
405     foo 0 t = 0
406     foo x t | even x    = case t of { T n -> foo (x-n) t }
407             | otherwise = foo (x-1) t
408
409 SpecConstr does no specialisation, because the second recursive call
410 looks like a boxed use of the argument.  A pity.
411
412     $wfoo_sFw :: GHC.Prim.Int# -> T.T GHC.Base.Int -> GHC.Prim.Int#
413     $wfoo_sFw =
414       \ (ww_sFo [Just L] :: GHC.Prim.Int#) (w_sFq [Just L] :: T.T GHC.Base.Int) ->
415          case ww_sFo of ds_Xw6 [Just L] {
416            __DEFAULT ->
417                 case GHC.Prim.remInt# ds_Xw6 2 of wild1_aEF [Dead Just A] {
418                   __DEFAULT -> $wfoo_sFw (GHC.Prim.-# ds_Xw6 1) w_sFq;
419                   0 ->
420                     case w_sFq of wild_Xy [Just L] { T.T n_ad5 [Just U(L)] ->
421                     case n_ad5 of wild1_aET [Just A] { GHC.Base.I# y_aES [Just L] ->
422                     $wfoo_sFw (GHC.Prim.-# ds_Xw6 y_aES) wild_Xy
423                     } } };
424            0 -> 0
425
426 Example 2
427 ~~~~~~~~~
428     data a :*: b = !a :*: !b
429     data T a = T !a
430
431     foo :: (Int :*: T Int) -> Int
432     foo (0 :*: t) = 0
433     foo (x :*: t) | even x    = case t of { T n -> foo ((x-n) :*: t) }
434                   | otherwise = foo ((x-1) :*: t)
435
436 Very similar to the previous one, except that the parameters are now in
437 a strict tuple. Before SpecConstr, we have
438
439     $wfoo_sG3 :: GHC.Prim.Int# -> T.T GHC.Base.Int -> GHC.Prim.Int#
440     $wfoo_sG3 =
441       \ (ww_sFU [Just L] :: GHC.Prim.Int#) (ww_sFW [Just L] :: T.T
442     GHC.Base.Int) ->
443         case ww_sFU of ds_Xws [Just L] {
444           __DEFAULT ->
445         case GHC.Prim.remInt# ds_Xws 2 of wild1_aEZ [Dead Just A] {
446           __DEFAULT ->
447             case ww_sFW of tpl_B2 [Just L] { T.T a_sFo [Just A] ->
448             $wfoo_sG3 (GHC.Prim.-# ds_Xws 1) tpl_B2             -- $wfoo1
449             };
450           0 ->
451             case ww_sFW of wild_XB [Just A] { T.T n_ad7 [Just S(L)] ->
452             case n_ad7 of wild1_aFd [Just L] { GHC.Base.I# y_aFc [Just L] ->
453             $wfoo_sG3 (GHC.Prim.-# ds_Xws y_aFc) wild_XB        -- $wfoo2
454             } } };
455           0 -> 0 }
456
457 We get two specialisations:
458 "SC:$wfoo1" [0] __forall {a_sFB :: GHC.Base.Int sc_sGC :: GHC.Prim.Int#}
459                   Foo.$wfoo sc_sGC (Foo.T @ GHC.Base.Int a_sFB)
460                   = Foo.$s$wfoo1 a_sFB sc_sGC ;
461 "SC:$wfoo2" [0] __forall {y_aFp :: GHC.Prim.Int# sc_sGC :: GHC.Prim.Int#}
462                   Foo.$wfoo sc_sGC (Foo.T @ GHC.Base.Int (GHC.Base.I# y_aFp))
463                   = Foo.$s$wfoo y_aFp sc_sGC ;
464
465 But perhaps the first one isn't good.  After all, we know that tpl_B2 is
466 a T (I# x) really, because T is strict and Int has one constructor.  (We can't
467 unbox the strict fields, becuase T is polymorphic!)
468
469 %************************************************************************
470 %*                                                                      *
471 \subsection{Annotations}
472 %*                                                                      *
473 %************************************************************************
474
475 Annotating a type with NoSpecConstr will make SpecConstr not specialise
476 for arguments of that type.
477
478 \begin{code}
479 data SpecConstrAnnotation = NoSpecConstr deriving( Data, Typeable )
480 \end{code}
481
482 %************************************************************************
483 %*                                                                      *
484 \subsection{Top level wrapper stuff}
485 %*                                                                      *
486 %************************************************************************
487
488 \begin{code}
489 specConstrProgram :: ModGuts -> CoreM ModGuts
490 specConstrProgram guts
491   = do
492       dflags <- getDynFlags
493       us     <- getUniqueSupplyM
494       annos  <- deserializeAnnotations deserializeWithData
495       let binds' = fst $ initUs us (go (initScEnv dflags annos) (mg_binds guts))
496       return (guts { mg_binds = binds' })
497   where
498     go _   []           = return []
499     go env (bind:binds) = do (env', bind') <- scTopBind env bind
500                              binds' <- go env' binds
501                              return (bind' : binds')
502 \end{code}
503
504
505 %************************************************************************
506 %*                                                                      *
507 \subsection{Environment: goes downwards}
508 %*                                                                      *
509 %************************************************************************
510
511 \begin{code}
512 data ScEnv = SCE { sc_size  :: Maybe Int,       -- Size threshold
513                    sc_count :: Maybe Int,       -- Max # of specialisations for any one fn
514
515                    sc_subst :: Subst,           -- Current substitution
516                                                 -- Maps InIds to OutExprs
517
518                    sc_how_bound :: HowBoundEnv,
519                         -- Binds interesting non-top-level variables
520                         -- Domain is OutVars (*after* applying the substitution)
521
522                    sc_vals  :: ValueEnv,
523                         -- Domain is OutIds (*after* applying the substitution)
524                         -- Used even for top-level bindings (but not imported ones)
525
526                    sc_annotations :: L.UniqFM SpecConstrAnnotation
527              }
528
529 ---------------------
530 -- As we go, we apply a substitution (sc_subst) to the current term
531 type InExpr = CoreExpr          -- _Before_ applying the subst
532
533 type OutExpr = CoreExpr         -- _After_ applying the subst
534 type OutId   = Id
535 type OutVar  = Var
536
537 ---------------------
538 type HowBoundEnv = VarEnv HowBound      -- Domain is OutVars
539
540 ---------------------
541 type ValueEnv = IdEnv Value             -- Domain is OutIds
542 data Value    = ConVal AltCon [CoreArg] -- _Saturated_ constructors
543               | LambdaVal               -- Inlinable lambdas or PAPs
544
545 instance Outputable Value where
546    ppr (ConVal con args) = ppr con <+> interpp'SP args
547    ppr LambdaVal         = ptext (sLit "<Lambda>")
548
549 ---------------------
550 initScEnv :: DynFlags -> L.UniqFM [SpecConstrAnnotation] -> ScEnv
551 initScEnv dflags annos
552   = SCE { sc_size = specConstrThreshold dflags,
553           sc_count = specConstrCount dflags,
554           sc_subst = emptySubst, 
555           sc_how_bound = emptyVarEnv, 
556           sc_vals = emptyVarEnv,
557           sc_annotations = L.mapUFM head $ L.filterUFM (not . null) annos }
558
559 data HowBound = RecFun  -- These are the recursive functions for which 
560                         -- we seek interesting call patterns
561
562               | RecArg  -- These are those functions' arguments, or their sub-components; 
563                         -- we gather occurrence information for these
564
565 instance Outputable HowBound where
566   ppr RecFun = text "RecFun"
567   ppr RecArg = text "RecArg"
568
569 lookupHowBound :: ScEnv -> Id -> Maybe HowBound
570 lookupHowBound env id = lookupVarEnv (sc_how_bound env) id
571
572 scSubstId :: ScEnv -> Id -> CoreExpr
573 scSubstId env v = lookupIdSubst (sc_subst env) v
574
575 scSubstTy :: ScEnv -> Type -> Type
576 scSubstTy env ty = substTy (sc_subst env) ty
577
578 zapScSubst :: ScEnv -> ScEnv
579 zapScSubst env = env { sc_subst = zapSubstEnv (sc_subst env) }
580
581 extendScInScope :: ScEnv -> [Var] -> ScEnv
582         -- Bring the quantified variables into scope
583 extendScInScope env qvars = env { sc_subst = extendInScopeList (sc_subst env) qvars }
584
585         -- Extend the substitution
586 extendScSubst :: ScEnv -> Var -> OutExpr -> ScEnv
587 extendScSubst env var expr = env { sc_subst = extendSubst (sc_subst env) var expr }
588
589 extendScSubstList :: ScEnv -> [(Var,OutExpr)] -> ScEnv
590 extendScSubstList env prs = env { sc_subst = extendSubstList (sc_subst env) prs }
591
592 extendHowBound :: ScEnv -> [Var] -> HowBound -> ScEnv
593 extendHowBound env bndrs how_bound
594   = env { sc_how_bound = extendVarEnvList (sc_how_bound env)
595                             [(bndr,how_bound) | bndr <- bndrs] }
596
597 extendBndrsWith :: HowBound -> ScEnv -> [Var] -> (ScEnv, [Var])
598 extendBndrsWith how_bound env bndrs 
599   = (env { sc_subst = subst', sc_how_bound = hb_env' }, bndrs')
600   where
601     (subst', bndrs') = substBndrs (sc_subst env) bndrs
602     hb_env' = sc_how_bound env `extendVarEnvList` 
603                     [(bndr,how_bound) | bndr <- bndrs']
604
605 extendBndrWith :: HowBound -> ScEnv -> Var -> (ScEnv, Var)
606 extendBndrWith how_bound env bndr 
607   = (env { sc_subst = subst', sc_how_bound = hb_env' }, bndr')
608   where
609     (subst', bndr') = substBndr (sc_subst env) bndr
610     hb_env' = extendVarEnv (sc_how_bound env) bndr' how_bound
611
612 extendRecBndrs :: ScEnv -> [Var] -> (ScEnv, [Var])
613 extendRecBndrs env bndrs  = (env { sc_subst = subst' }, bndrs')
614                       where
615                         (subst', bndrs') = substRecBndrs (sc_subst env) bndrs
616
617 extendBndr :: ScEnv -> Var -> (ScEnv, Var)
618 extendBndr  env bndr  = (env { sc_subst = subst' }, bndr')
619                       where
620                         (subst', bndr') = substBndr (sc_subst env) bndr
621
622 extendValEnv :: ScEnv -> Id -> Maybe Value -> ScEnv
623 extendValEnv env _  Nothing   = env
624 extendValEnv env id (Just cv) = env { sc_vals = extendVarEnv (sc_vals env) id cv }
625
626 extendCaseBndrs :: ScEnv -> Id -> AltCon -> [Var] -> (ScEnv, [Var])
627 -- When we encounter
628 --      case scrut of b
629 --          C x y -> ...
630 -- we want to bind b, to (C x y)
631 -- NB1: Extends only the sc_vals part of the envt
632 -- NB2: Kill the dead-ness info on the pattern binders x,y, since
633 --      they are potentially made alive by the [b -> C x y] binding
634 extendCaseBndrs env case_bndr con alt_bndrs
635   | isDeadBinder case_bndr
636   = (env, alt_bndrs)
637   | otherwise
638   = (env1, map zap alt_bndrs)
639         -- NB: We used to bind v too, if scrut = (Var v); but
640         --     the simplifer has already done this so it seems
641         --     redundant to do so here
642         -- case scrut of
643         --      Var v  -> extendValEnv env1 v cval
644         --      _other -> env1
645  where
646    zap v | isTyVar v = v                -- See NB2 above
647          | otherwise = zapIdOccInfo v
648    env1 = extendValEnv env case_bndr cval
649    cval = case con of
650                 DEFAULT    -> Nothing
651                 LitAlt {}  -> Just (ConVal con [])
652                 DataAlt {} -> Just (ConVal con vanilla_args)
653                       where
654                         vanilla_args = map Type (tyConAppArgs (idType case_bndr)) ++
655                                        varsToCoreExprs alt_bndrs
656
657 ignoreTyCon :: ScEnv -> TyCon -> Bool
658 ignoreTyCon env tycon
659   = case L.lookupUFM (sc_annotations env) tycon of
660       Just NoSpecConstr -> True
661       _                 -> False
662
663 ignoreType :: ScEnv -> Type -> Bool
664 ignoreType env ty
665   = case splitTyConApp_maybe ty of
666       Just (tycon, _) -> ignoreTyCon env tycon
667       _               -> False
668
669 ignoreAltCon :: ScEnv -> AltCon -> Bool
670 ignoreAltCon env (DataAlt dc) = ignoreTyCon env (dataConTyCon dc)
671 ignoreAltCon env (LitAlt lit) = ignoreType env (literalType lit)
672 ignoreAltCon _   DEFAULT      = True
673 \end{code}
674
675
676 %************************************************************************
677 %*                                                                      *
678 \subsection{Usage information: flows upwards}
679 %*                                                                      *
680 %************************************************************************
681
682 \begin{code}
683 data ScUsage
684    = SCU {
685         scu_calls :: CallEnv,           -- Calls
686                                         -- The functions are a subset of the 
687                                         --      RecFuns in the ScEnv
688
689         scu_occs :: !(IdEnv ArgOcc)     -- Information on argument occurrences
690      }                                  -- The domain is OutIds
691
692 type CallEnv = IdEnv [Call]
693 type Call = (ValueEnv, [CoreArg])
694         -- The arguments of the call, together with the
695         -- env giving the constructor bindings at the call site
696
697 nullUsage :: ScUsage
698 nullUsage = SCU { scu_calls = emptyVarEnv, scu_occs = emptyVarEnv }
699
700 combineCalls :: CallEnv -> CallEnv -> CallEnv
701 combineCalls = plusVarEnv_C (++)
702
703 combineUsage :: ScUsage -> ScUsage -> ScUsage
704 combineUsage u1 u2 = SCU { scu_calls = combineCalls (scu_calls u1) (scu_calls u2),
705                            scu_occs  = plusVarEnv_C combineOcc (scu_occs u1) (scu_occs u2) }
706
707 combineUsages :: [ScUsage] -> ScUsage
708 combineUsages [] = nullUsage
709 combineUsages us = foldr1 combineUsage us
710
711 lookupOcc :: ScUsage -> OutVar -> (ScUsage, ArgOcc)
712 lookupOcc (SCU { scu_calls = sc_calls, scu_occs = sc_occs }) bndr
713   = (SCU {scu_calls = sc_calls, scu_occs = delVarEnv sc_occs bndr},
714      lookupVarEnv sc_occs bndr `orElse` NoOcc)
715
716 lookupOccs :: ScUsage -> [OutVar] -> (ScUsage, [ArgOcc])
717 lookupOccs (SCU { scu_calls = sc_calls, scu_occs = sc_occs }) bndrs
718   = (SCU {scu_calls = sc_calls, scu_occs = delVarEnvList sc_occs bndrs},
719      [lookupVarEnv sc_occs b `orElse` NoOcc | b <- bndrs])
720
721 data ArgOcc = NoOcc     -- Doesn't occur at all; or a type argument
722             | UnkOcc    -- Used in some unknown way
723
724             | ScrutOcc (UniqFM [ArgOcc])        -- See Note [ScrutOcc]
725
726             | BothOcc   -- Definitely taken apart, *and* perhaps used in some other way
727
728 {-      Note  [ScrutOcc]
729
730 An occurrence of ScrutOcc indicates that the thing, or a `cast` version of the thing,
731 is *only* taken apart or applied.
732
733   Functions, literal: ScrutOcc emptyUFM
734   Data constructors:  ScrutOcc subs,
735
736 where (subs :: UniqFM [ArgOcc]) gives usage of the *pattern-bound* components,
737 The domain of the UniqFM is the Unique of the data constructor
738
739 The [ArgOcc] is the occurrences of the *pattern-bound* components 
740 of the data structure.  E.g.
741         data T a = forall b. MkT a b (b->a)
742 A pattern binds b, x::a, y::b, z::b->a, but not 'a'!
743
744 -}
745
746 instance Outputable ArgOcc where
747   ppr (ScrutOcc xs) = ptext (sLit "scrut-occ") <> ppr xs
748   ppr UnkOcc        = ptext (sLit "unk-occ")
749   ppr BothOcc       = ptext (sLit "both-occ")
750   ppr NoOcc         = ptext (sLit "no-occ")
751
752 -- Experimentally, this vesion of combineOcc makes ScrutOcc "win", so
753 -- that if the thing is scrutinised anywhere then we get to see that
754 -- in the overall result, even if it's also used in a boxed way
755 -- This might be too agressive; see Note [Reboxing] Alternative 3
756 combineOcc :: ArgOcc -> ArgOcc -> ArgOcc
757 combineOcc NoOcc         occ           = occ
758 combineOcc occ           NoOcc         = occ
759 combineOcc (ScrutOcc xs) (ScrutOcc ys) = ScrutOcc (plusUFM_C combineOccs xs ys)
760 combineOcc _occ          (ScrutOcc ys) = ScrutOcc ys
761 combineOcc (ScrutOcc xs) _occ          = ScrutOcc xs
762 combineOcc UnkOcc        UnkOcc        = UnkOcc
763 combineOcc _        _                  = BothOcc
764
765 combineOccs :: [ArgOcc] -> [ArgOcc] -> [ArgOcc]
766 combineOccs xs ys = zipWithEqual "combineOccs" combineOcc xs ys
767
768 setScrutOcc :: ScEnv -> ScUsage -> OutExpr -> ArgOcc -> ScUsage
769 -- _Overwrite_ the occurrence info for the scrutinee, if the scrutinee
770 -- is a variable, and an interesting variable
771 setScrutOcc env usg (Cast e _) occ = setScrutOcc env usg e occ
772 setScrutOcc env usg (Note _ e) occ = setScrutOcc env usg e occ
773 setScrutOcc env usg (Var v)    occ
774   | Just RecArg <- lookupHowBound env v = usg { scu_occs = extendVarEnv (scu_occs usg) v occ }
775   | otherwise                           = usg
776 setScrutOcc _env usg _other _occ        -- Catch-all
777   = usg 
778
779 conArgOccs :: ArgOcc -> AltCon -> [ArgOcc]
780 -- Find usage of components of data con; returns [UnkOcc...] if unknown
781 -- See Note [ScrutOcc] for the extra UnkOccs in the vanilla datacon case
782
783 conArgOccs (ScrutOcc fm) (DataAlt dc) 
784   | Just pat_arg_occs <- lookupUFM fm dc
785   = [UnkOcc | _ <- dataConUnivTyVars dc] ++ pat_arg_occs
786
787 conArgOccs _other _con = repeat UnkOcc
788 \end{code}
789
790 %************************************************************************
791 %*                                                                      *
792 \subsection{The main recursive function}
793 %*                                                                      *
794 %************************************************************************
795
796 The main recursive function gathers up usage information, and
797 creates specialised versions of functions.
798
799 \begin{code}
800 scExpr, scExpr' :: ScEnv -> CoreExpr -> UniqSM (ScUsage, CoreExpr)
801         -- The unique supply is needed when we invent
802         -- a new name for the specialised function and its args
803
804 scExpr env e = scExpr' env e
805
806
807 scExpr' env (Var v)     = case scSubstId env v of
808                             Var v' -> return (varUsage env v' UnkOcc, Var v')
809                             e'     -> scExpr (zapScSubst env) e'
810
811 scExpr' env (Type t)    = return (nullUsage, Type (scSubstTy env t))
812 scExpr' _   e@(Lit {})  = return (nullUsage, e)
813 scExpr' env (Note n e)  = do (usg,e') <- scExpr env e
814                              return (usg, Note n e')
815 scExpr' env (Cast e co) = do (usg, e') <- scExpr env e
816                              return (usg, Cast e' (scSubstTy env co))
817 scExpr' env e@(App _ _) = scApp env (collectArgs e)
818 scExpr' env (Lam b e)   = do let (env', b') = extendBndr env b
819                              (usg, e') <- scExpr env' e
820                              return (usg, Lam b' e')
821
822 scExpr' env (Case scrut b ty alts) 
823   = do  { (scrut_usg, scrut') <- scExpr env scrut
824         ; case isValue (sc_vals env) scrut' of
825                 Just (ConVal con args) -> sc_con_app con args scrut'
826                 _other                 -> sc_vanilla scrut_usg scrut'
827         }
828   where
829     sc_con_app con args scrut'  -- Known constructor; simplify
830         = do { let (_, bs, rhs) = findAlt con alts
831                                   `orElse` (DEFAULT, [], mkImpossibleExpr (coreAltsType alts))
832                    alt_env'  = extendScSubstList env ((b,scrut') : bs `zip` trimConArgs con args)
833              ; scExpr alt_env' rhs }
834                                 
835     sc_vanilla scrut_usg scrut' -- Normal case
836      = do { let (alt_env,b') = extendBndrWith RecArg env b
837                         -- Record RecArg for the components
838
839           ; (alt_usgs, alt_occs, alts')
840                 <- mapAndUnzip3M (sc_alt alt_env scrut' b') alts
841
842           ; let (alt_usg, b_occ) = lookupOcc (combineUsages alt_usgs) b'
843                 scrut_occ        = foldr combineOcc b_occ alt_occs
844                 scrut_usg'       = setScrutOcc env scrut_usg scrut' scrut_occ
845                 -- The combined usage of the scrutinee is given
846                 -- by scrut_occ, which is passed to scScrut, which
847                 -- in turn treats a bare-variable scrutinee specially
848
849           ; return (alt_usg `combineUsage` scrut_usg',
850                     Case scrut' b' (scSubstTy env ty) alts') }
851
852     sc_alt env _scrut' b' (con,bs,rhs)
853       = do { let (env1, bs1)  = extendBndrsWith RecArg env bs
854                  (env2, bs2) = extendCaseBndrs env1 b' con bs1
855            ; (usg,rhs') <- scExpr env2 rhs
856            ; let (usg', arg_occs) = lookupOccs usg bs2
857                  scrut_occ = case con of
858                                 DataAlt dc -> ScrutOcc (unitUFM dc arg_occs)
859                                 _          -> ScrutOcc emptyUFM
860            ; return (usg', scrut_occ, (con, bs2, rhs')) }
861
862 scExpr' env (Let (NonRec bndr rhs) body)
863   | isTyVar bndr        -- Type-lets may be created by doBeta
864   = scExpr' (extendScSubst env bndr rhs) body
865   | otherwise
866   = do  { let (body_env, bndr') = extendBndr env bndr
867         ; (rhs_usg, (_, args', rhs_body', _)) <- scRecRhs env (bndr',rhs)
868         ; let rhs' = mkLams args' rhs_body'
869
870         ; if not opt_SpecInlineJoinPoints || null args' || isEmptyVarEnv (scu_calls rhs_usg) then do
871             do  {       -- Vanilla case
872                   let body_env2 = extendValEnv body_env bndr' (isValue (sc_vals env) rhs')
873                         -- Record if the RHS is a value
874                 ; (body_usg, body') <- scExpr body_env2 body
875                 ; return (body_usg `combineUsage` rhs_usg, Let (NonRec bndr' rhs') body') }
876           else  -- For now, just brutally inline the join point
877             do { let body_env2 = extendScSubst env bndr rhs'
878                ; scExpr body_env2 body } }
879         
880
881 {-  Old code
882             do  {       -- Join-point case
883                   let body_env2 = extendHowBound body_env [bndr'] RecFun
884                         -- If the RHS of this 'let' contains calls
885                         -- to recursive functions that we're trying
886                         -- to specialise, then treat this let too
887                         -- as one to specialise
888                 ; (body_usg, body') <- scExpr body_env2 body
889
890                 ; (spec_usg, _, specs) <- specialise env (scu_calls body_usg) ([], rhs_info)
891
892                 ; return (body_usg { scu_calls = scu_calls body_usg `delVarEnv` bndr' } 
893                           `combineUsage` rhs_usg `combineUsage` spec_usg,
894                           mkLets [NonRec b r | (b,r) <- specInfoBinds rhs_info specs] body')
895         }
896 -}
897
898 -- A *local* recursive group: see Note [Local recursive groups]
899 scExpr' env (Let (Rec prs) body)
900   = do  { let (bndrs,rhss) = unzip prs
901               (rhs_env1,bndrs') = extendRecBndrs env bndrs
902               rhs_env2 = extendHowBound rhs_env1 bndrs' RecFun
903
904         ; (rhs_usgs, rhs_infos) <- mapAndUnzipM (scRecRhs rhs_env2) (bndrs' `zip` rhss)
905         ; (body_usg, body')     <- scExpr rhs_env2 body
906
907         -- NB: start specLoop from body_usg
908         ; (spec_usg, specs) <- specLoop rhs_env2 (scu_calls body_usg) rhs_infos nullUsage
909                                         [SI [] 0 (Just usg) | usg <- rhs_usgs]
910
911         ; let all_usg = spec_usg `combineUsage` body_usg
912               bind'   = Rec (concat (zipWith specInfoBinds rhs_infos specs))
913
914         ; return (all_usg { scu_calls = scu_calls all_usg `delVarEnvList` bndrs' },
915                   Let bind' body') }
916
917 -----------------------------------
918 scApp :: ScEnv -> (InExpr, [InExpr]) -> UniqSM (ScUsage, CoreExpr)
919
920 scApp env (Var fn, args)        -- Function is a variable
921   = ASSERT( not (null args) )
922     do  { args_w_usgs <- mapM (scExpr env) args
923         ; let (arg_usgs, args') = unzip args_w_usgs
924               arg_usg = combineUsages arg_usgs
925         ; case scSubstId env fn of
926             fn'@(Lam {}) -> scExpr (zapScSubst env) (doBeta fn' args')
927                         -- Do beta-reduction and try again
928
929             Var fn' -> return (arg_usg `combineUsage` fn_usg, mkApps (Var fn') args')
930                 where
931                   fn_usg = case lookupHowBound env fn' of
932                                 Just RecFun -> SCU { scu_calls = unitVarEnv fn' [(sc_vals env, args')], 
933                                                      scu_occs  = emptyVarEnv }
934                                 Just RecArg -> SCU { scu_calls = emptyVarEnv,
935                                                      scu_occs  = unitVarEnv fn' (ScrutOcc emptyUFM) }
936                                 Nothing     -> nullUsage
937
938
939             other_fn' -> return (arg_usg, mkApps other_fn' args') }
940                 -- NB: doing this ignores any usage info from the substituted
941                 --     function, but I don't think that matters.  If it does
942                 --     we can fix it.
943   where
944     doBeta :: OutExpr -> [OutExpr] -> OutExpr
945     -- ToDo: adjust for System IF
946     doBeta (Lam bndr body) (arg : args) = Let (NonRec bndr arg) (doBeta body args)
947     doBeta fn              args         = mkApps fn args
948
949 -- The function is almost always a variable, but not always.  
950 -- In particular, if this pass follows float-in,
951 -- which it may, we can get 
952 --      (let f = ...f... in f) arg1 arg2
953 scApp env (other_fn, args)
954   = do  { (fn_usg,   fn')   <- scExpr env other_fn
955         ; (arg_usgs, args') <- mapAndUnzipM (scExpr env) args
956         ; return (combineUsages arg_usgs `combineUsage` fn_usg, mkApps fn' args') }
957
958 ----------------------
959 scTopBind :: ScEnv -> CoreBind -> UniqSM (ScEnv, CoreBind)
960 scTopBind env (Rec prs)
961   | Just threshold <- sc_size env
962   , not (all (couldBeSmallEnoughToInline threshold) rhss)
963                 -- No specialisation
964   = do  { let (rhs_env,bndrs') = extendRecBndrs env bndrs
965         ; (_, rhss') <- mapAndUnzipM (scExpr rhs_env) rhss
966         ; return (rhs_env, Rec (bndrs' `zip` rhss')) }
967   | otherwise   -- Do specialisation
968   = do  { let (rhs_env1,bndrs') = extendRecBndrs env bndrs
969               rhs_env2 = extendHowBound rhs_env1 bndrs' RecFun
970
971         ; (rhs_usgs, rhs_infos) <- mapAndUnzipM (scRecRhs rhs_env2) (bndrs' `zip` rhss)
972         ; let rhs_usg = combineUsages rhs_usgs
973
974         ; (_, specs) <- specLoop rhs_env2 (scu_calls rhs_usg) rhs_infos nullUsage
975                                  [SI [] 0 Nothing | _ <- bndrs]
976
977         ; return (rhs_env1,  -- For the body of the letrec, delete the RecFun business
978                   Rec (concat (zipWith specInfoBinds rhs_infos specs))) }
979   where
980     (bndrs,rhss) = unzip prs
981
982 scTopBind env (NonRec bndr rhs)
983   = do  { (_, rhs') <- scExpr env rhs
984         ; let (env1, bndr') = extendBndr env bndr
985               env2 = extendValEnv env1 bndr' (isValue (sc_vals env) rhs')
986         ; return (env2, NonRec bndr' rhs') }
987
988 ----------------------
989 scRecRhs :: ScEnv -> (OutId, InExpr) -> UniqSM (ScUsage, RhsInfo)
990 scRecRhs env (bndr,rhs)
991   = do  { let (arg_bndrs,body) = collectBinders rhs
992               (body_env, arg_bndrs') = extendBndrsWith RecArg env arg_bndrs
993         ; (body_usg, body') <- scExpr body_env body
994         ; let (rhs_usg, arg_occs) = lookupOccs body_usg arg_bndrs'
995         ; return (rhs_usg, (bndr, arg_bndrs', body', arg_occs)) }
996
997                 -- The arg_occs says how the visible,
998                 -- lambda-bound binders of the RHS are used
999                 -- (including the TyVar binders)
1000                 -- Two pats are the same if they match both ways
1001
1002 ----------------------
1003 specInfoBinds :: RhsInfo -> SpecInfo -> [(Id,CoreExpr)]
1004 specInfoBinds (fn, args, body, _) (SI specs _ _)
1005   = [(id,rhs) | OS _ _ id rhs <- specs] ++ 
1006     [(fn `addIdSpecialisations` rules, mkLams args body)]
1007   where
1008     rules = [r | OS _ r _ _ <- specs]
1009
1010 ----------------------
1011 varUsage :: ScEnv -> OutVar -> ArgOcc -> ScUsage
1012 varUsage env v use 
1013   | Just RecArg <- lookupHowBound env v = SCU { scu_calls = emptyVarEnv 
1014                                               , scu_occs = unitVarEnv v use }
1015   | otherwise                           = nullUsage
1016 \end{code}
1017
1018
1019 %************************************************************************
1020 %*                                                                      *
1021                 The specialiser itself
1022 %*                                                                      *
1023 %************************************************************************
1024
1025 \begin{code}
1026 type RhsInfo = (OutId, [OutVar], OutExpr, [ArgOcc])
1027         -- Info about the *original* RHS of a binding we are specialising
1028         -- Original binding f = \xs.body
1029         -- Plus info about usage of arguments
1030
1031 data SpecInfo = SI [OneSpec]            -- The specialisations we have generated
1032                    Int                  -- Length of specs; used for numbering them
1033                    (Maybe ScUsage)      -- Nothing => we have generated specialisations
1034                                         --            from calls in the *original* RHS
1035                                         -- Just cs => we haven't, and this is the usage
1036                                         --            of the original RHS
1037
1038         -- One specialisation: Rule plus definition
1039 data OneSpec  = OS CallPat              -- Call pattern that generated this specialisation
1040                    CoreRule             -- Rule connecting original id with the specialisation
1041                    OutId OutExpr        -- Spec id + its rhs
1042
1043
1044 specLoop :: ScEnv
1045          -> CallEnv
1046          -> [RhsInfo]
1047          -> ScUsage -> [SpecInfo]               -- One per binder; acccumulating parameter
1048          -> UniqSM (ScUsage, [SpecInfo])        -- ...ditto...
1049 specLoop env all_calls rhs_infos usg_so_far specs_so_far
1050   = do  { specs_w_usg <- zipWithM (specialise env all_calls) rhs_infos specs_so_far
1051         ; let (new_usg_s, all_specs) = unzip specs_w_usg
1052               new_usg   = combineUsages new_usg_s
1053               new_calls = scu_calls new_usg
1054               all_usg   = usg_so_far `combineUsage` new_usg
1055         ; if isEmptyVarEnv new_calls then
1056                 return (all_usg, all_specs) 
1057           else 
1058                 specLoop env new_calls rhs_infos all_usg all_specs }
1059
1060 specialise 
1061    :: ScEnv
1062    -> CallEnv                           -- Info on calls
1063    -> RhsInfo
1064    -> SpecInfo                          -- Original RHS plus patterns dealt with
1065    -> UniqSM (ScUsage, SpecInfo)        -- New specialised versions and their usage
1066
1067 -- Note: the rhs here is the optimised version of the original rhs
1068 -- So when we make a specialised copy of the RHS, we're starting
1069 -- from an RHS whose nested functions have been optimised already.
1070
1071 specialise env bind_calls (fn, arg_bndrs, body, arg_occs) 
1072                           spec_info@(SI specs spec_count mb_unspec)
1073   | not (isBottomingId fn)      -- Note [Do not specialise diverging functions]
1074   , notNull arg_bndrs           -- Only specialise functions
1075   , Just all_calls <- lookupVarEnv bind_calls fn
1076   = do  { (boring_call, pats) <- callsToPats env specs arg_occs all_calls
1077 --      ; pprTrace "specialise" (vcat [ppr fn <+> ppr arg_occs,
1078 --                                      text "calls" <+> ppr all_calls,
1079 --                                      text "good pats" <+> ppr pats])  $
1080 --        return ()
1081
1082                 -- Bale out if too many specialisations
1083                 -- Rather a hacky way to do so, but it'll do for now
1084         ; let spec_count' = length pats + spec_count
1085         ; case sc_count env of
1086             Just max | spec_count' > max
1087                 -> WARN( True, msg ) return (nullUsage, spec_info)
1088                 where
1089                    msg = vcat [ sep [ ptext (sLit "SpecConstr: specialisation of") <+> quotes (ppr fn)
1090                                     , nest 2 (ptext (sLit "limited by bound of")) <+> int max ]
1091                               , ptext (sLit "Use -fspec-constr-count=n to set the bound")
1092                               , extra ]
1093                    extra | not opt_PprStyle_Debug = ptext (sLit "Use -dppr-debug to see specialisations")
1094                          | otherwise = ptext (sLit "Specialisations:") <+> ppr (pats ++ [p | OS p _ _ _ <- specs])
1095
1096             _normal_case -> do {
1097
1098           (spec_usgs, new_specs) <- mapAndUnzipM (spec_one env fn arg_bndrs body)
1099                                                  (pats `zip` [spec_count..])
1100
1101         ; let spec_usg = combineUsages spec_usgs
1102               (new_usg, mb_unspec')
1103                   = case mb_unspec of
1104                       Just rhs_usg | boring_call -> (spec_usg `combineUsage` rhs_usg, Nothing)
1105                       _                          -> (spec_usg,                      mb_unspec)
1106             
1107         ; return (new_usg, SI (new_specs ++ specs) spec_count' mb_unspec') } }
1108   | otherwise
1109   = return (nullUsage, spec_info)               -- The boring case
1110
1111
1112 ---------------------
1113 spec_one :: ScEnv
1114          -> OutId       -- Function
1115          -> [Var]       -- Lambda-binders of RHS; should match patterns
1116          -> CoreExpr    -- Body of the original function
1117          -> (CallPat, Int)
1118          -> UniqSM (ScUsage, OneSpec)   -- Rule and binding
1119
1120 -- spec_one creates a specialised copy of the function, together
1121 -- with a rule for using it.  I'm very proud of how short this
1122 -- function is, considering what it does :-).
1123
1124 {- 
1125   Example
1126   
1127      In-scope: a, x::a   
1128      f = /\b \y::[(a,b)] -> ....f (b,c) ((:) (a,(b,c)) (x,v) (h w))...
1129           [c::*, v::(b,c) are presumably bound by the (...) part]
1130   ==>
1131      f_spec = /\ b c \ v::(b,c) hw::[(a,(b,c))] ->
1132                   (...entire body of f...) [b -> (b,c), 
1133                                             y -> ((:) (a,(b,c)) (x,v) hw)]
1134   
1135      RULE:  forall b::* c::*,           -- Note, *not* forall a, x
1136                    v::(b,c),
1137                    hw::[(a,(b,c))] .
1138   
1139             f (b,c) ((:) (a,(b,c)) (x,v) hw) = f_spec b c v hw
1140 -}
1141
1142 spec_one env fn arg_bndrs body (call_pat@(qvars, pats), rule_number)
1143   = do  {       -- Specialise the body
1144           let spec_env = extendScSubstList (extendScInScope env qvars)
1145                                            (arg_bndrs `zip` pats)
1146         ; (spec_usg, spec_body) <- scExpr spec_env body
1147
1148 --      ; pprTrace "spec_one" (ppr fn <+> vcat [text "pats" <+> ppr pats,
1149 --                      text "calls" <+> (ppr (scu_calls spec_usg))])
1150 --        (return ())
1151
1152                 -- And build the results
1153         ; spec_uniq <- getUniqueUs
1154         ; let (spec_lam_args, spec_call_args) = mkWorkerArgs qvars body_ty
1155                 -- Usual w/w hack to avoid generating 
1156                 -- a spec_rhs of unlifted type and no args
1157         
1158               fn_name   = idName fn
1159               fn_loc    = nameSrcSpan fn_name
1160               spec_occ  = mkSpecOcc (nameOccName fn_name)
1161               rule_name = mkFastString ("SC:" ++ showSDoc (ppr fn <> int rule_number))
1162               spec_rhs  = mkLams spec_lam_args spec_body
1163               spec_str  = calcSpecStrictness fn spec_lam_args pats
1164               spec_id   = mkUserLocal spec_occ spec_uniq (mkPiTypes spec_lam_args body_ty) fn_loc
1165                             `setIdNewStrictness` spec_str       -- See Note [Transfer strictness]
1166                             `setIdArity` count isId spec_lam_args
1167               body_ty   = exprType spec_body
1168               rule_rhs  = mkVarApps (Var spec_id) spec_call_args
1169               rule      = mkLocalRule rule_name specConstrActivation fn_name qvars pats rule_rhs
1170         ; return (spec_usg, OS call_pat rule spec_id spec_rhs) }
1171
1172 calcSpecStrictness :: Id                     -- The original function
1173                    -> [Var] -> [CoreExpr]    -- Call pattern
1174                    -> StrictSig              -- Strictness of specialised thing
1175 -- See Note [Transfer strictness]
1176 calcSpecStrictness fn qvars pats
1177   = StrictSig (mkTopDmdType spec_dmds TopRes)
1178   where
1179     spec_dmds = [ lookupVarEnv dmd_env qv `orElse` lazyDmd | qv <- qvars, isId qv ]
1180     StrictSig (DmdType _ dmds _) = idNewStrictness fn
1181
1182     dmd_env = go emptyVarEnv dmds pats
1183
1184     go env ds (Type {} : pats) = go env ds pats
1185     go env (d:ds) (pat : pats) = go (go_one env d pat) ds pats
1186     go env _      _            = env
1187
1188     go_one env d   (Var v) = extendVarEnv_C both env v d
1189     go_one env (Box d)   e = go_one env d e
1190     go_one env (Eval (Prod ds)) e 
1191            | (Var _, args) <- collectArgs e = go env ds args
1192     go_one env _         _ = env
1193
1194 -- In which phase should the specialise-constructor rules be active?
1195 -- Originally I made them always-active, but Manuel found that
1196 -- this defeated some clever user-written rules.  So Plan B
1197 -- is to make them active only in Phase 0; after all, currently,
1198 -- the specConstr transformation is only run after the simplifier
1199 -- has reached Phase 0.  In general one would want it to be 
1200 -- flag-controllable, but for now I'm leaving it baked in
1201 --                                      [SLPJ Oct 01]
1202 specConstrActivation :: Activation
1203 specConstrActivation = ActiveAfter 0    -- Baked in; see comments above
1204 \end{code}
1205
1206 Note [Transfer strictness]
1207 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1208 We must transfer strictness information from the original function to
1209 the specialised one.  Suppose, for example
1210
1211   f has strictness     SS
1212         and a RULE     f (a:as) b = f_spec a as b
1213
1214 Now we want f_spec to have strictess  LLS, otherwise we'll use call-by-need
1215 when calling f_spec instead of call-by-value.  And that can result in 
1216 unbounded worsening in space (cf the classic foldl vs foldl')
1217
1218 See Trac #3437 for a good example.
1219
1220 The function calcSpecStrictness performs the calculation.
1221
1222
1223 %************************************************************************
1224 %*                                                                      *
1225 \subsection{Argument analysis}
1226 %*                                                                      *
1227 %************************************************************************
1228
1229 This code deals with analysing call-site arguments to see whether
1230 they are constructor applications.
1231
1232
1233 \begin{code}
1234 type CallPat = ([Var], [CoreExpr])      -- Quantified variables and arguments
1235
1236
1237 callsToPats :: ScEnv -> [OneSpec] -> [ArgOcc] -> [Call] -> UniqSM (Bool, [CallPat])
1238         -- Result has no duplicate patterns, 
1239         -- nor ones mentioned in done_pats
1240         -- Bool indicates that there was at least one boring pattern
1241 callsToPats env done_specs bndr_occs calls
1242   = do  { mb_pats <- mapM (callToPats env bndr_occs) calls
1243
1244         ; let good_pats :: [([Var], [CoreArg])]
1245               good_pats = catMaybes mb_pats
1246               done_pats = [p | OS p _ _ _ <- done_specs] 
1247               is_done p = any (samePat p) done_pats
1248
1249         ; return (any isNothing mb_pats, 
1250                   filterOut is_done (nubBy samePat good_pats)) }
1251
1252 callToPats :: ScEnv -> [ArgOcc] -> Call -> UniqSM (Maybe CallPat)
1253         -- The [Var] is the variables to quantify over in the rule
1254         --      Type variables come first, since they may scope 
1255         --      over the following term variables
1256         -- The [CoreExpr] are the argument patterns for the rule
1257 callToPats env bndr_occs (con_env, args)
1258   | length args < length bndr_occs      -- Check saturated
1259   = return Nothing
1260   | otherwise
1261   = do  { let in_scope = substInScope (sc_subst env)
1262         ; prs <- argsToPats env in_scope con_env (args `zip` bndr_occs)
1263         ; let (interesting_s, pats) = unzip prs
1264               pat_fvs = varSetElems (exprsFreeVars pats)
1265               qvars   = filterOut (`elemInScopeSet` in_scope) pat_fvs
1266                 -- Quantify over variables that are not in sccpe
1267                 -- at the call site
1268                 -- See Note [Shadowing] at the top
1269                 
1270               (tvs, ids) = partition isTyVar qvars
1271               qvars'     = tvs ++ ids
1272                 -- Put the type variables first; the type of a term
1273                 -- variable may mention a type variable
1274
1275         ; -- pprTrace "callToPats"  (ppr args $$ ppr prs $$ ppr bndr_occs) $
1276           if or interesting_s
1277           then return (Just (qvars', pats))
1278           else return Nothing }
1279
1280     -- argToPat takes an actual argument, and returns an abstracted
1281     -- version, consisting of just the "constructor skeleton" of the
1282     -- argument, with non-constructor sub-expression replaced by new
1283     -- placeholder variables.  For example:
1284     --    C a (D (f x) (g y))  ==>  C p1 (D p2 p3)
1285
1286 argToPat :: ScEnv
1287          -> InScopeSet                  -- What's in scope at the fn defn site
1288          -> ValueEnv                    -- ValueEnv at the call site
1289          -> CoreArg                     -- A call arg (or component thereof)
1290          -> ArgOcc
1291          -> UniqSM (Bool, CoreArg)
1292 -- Returns (interesting, pat), 
1293 -- where pat is the pattern derived from the argument
1294 --            intersting=True if the pattern is non-trivial (not a variable or type)
1295 -- E.g.         x:xs         --> (True, x:xs)
1296 --              f xs         --> (False, w)        where w is a fresh wildcard
1297 --              (f xs, 'c')  --> (True, (w, 'c'))  where w is a fresh wildcard
1298 --              \x. x+y      --> (True, \x. x+y)
1299 --              lvl7         --> (True, lvl7)      if lvl7 is bound 
1300 --                                                 somewhere further out
1301
1302 argToPat _env _in_scope _val_env arg@(Type {}) _arg_occ
1303   = return (False, arg)
1304
1305 argToPat env in_scope val_env (Note _ arg) arg_occ
1306   = argToPat env in_scope val_env arg arg_occ
1307         -- Note [Notes in call patterns]
1308         -- ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1309         -- Ignore Notes.  In particular, we want to ignore any InlineMe notes
1310         -- Perhaps we should not ignore profiling notes, but I'm going to
1311         -- ride roughshod over them all for now.
1312         --- See Note [Notes in RULE matching] in Rules
1313
1314 argToPat env in_scope val_env (Let _ arg) arg_occ
1315   = argToPat env in_scope val_env arg arg_occ
1316         -- Look through let expressions
1317         -- e.g.         f (let v = rhs in \y -> ...v...)
1318         -- Here we can specialise for f (\y -> ...)
1319         -- because the rule-matcher will look through the let.
1320
1321 argToPat env in_scope val_env (Cast arg co) arg_occ
1322   | not (ignoreType env ty2)
1323   = do  { (interesting, arg') <- argToPat env in_scope val_env arg arg_occ
1324         ; if not interesting then 
1325                 wildCardPat ty2
1326           else do
1327         { -- Make a wild-card pattern for the coercion
1328           uniq <- getUniqueUs
1329         ; let co_name = mkSysTvName uniq (fsLit "sg")
1330               co_var = mkCoVar co_name (mkCoKind ty1 ty2)
1331         ; return (interesting, Cast arg' (mkTyVarTy co_var)) } }
1332   where
1333     (ty1, ty2) = coercionKind co
1334
1335     
1336
1337 {-      Disabling lambda specialisation for now
1338         It's fragile, and the spec_loop can be infinite
1339 argToPat in_scope val_env arg arg_occ
1340   | is_value_lam arg
1341   = return (True, arg)
1342   where
1343     is_value_lam (Lam v e)      -- Spot a value lambda, even if 
1344         | isId v = True         -- it is inside a type lambda
1345         | otherwise = is_value_lam e
1346     is_value_lam other = False
1347 -}
1348
1349   -- Check for a constructor application
1350   -- NB: this *precedes* the Var case, so that we catch nullary constrs
1351 argToPat env in_scope val_env arg arg_occ
1352   | Just (ConVal dc args) <- isValue val_env arg
1353   , not (ignoreAltCon env dc)
1354   , case arg_occ of
1355         ScrutOcc _ -> True              -- Used only by case scrutinee
1356         BothOcc    -> case arg of       -- Used elsewhere
1357                         App {} -> True  --     see Note [Reboxing]
1358                         _other -> False
1359         _other     -> False     -- No point; the arg is not decomposed
1360   = do  { args' <- argsToPats env in_scope val_env (args `zip` conArgOccs arg_occ dc)
1361         ; return (True, mk_con_app dc (map snd args')) }
1362
1363   -- Check if the argument is a variable that 
1364   -- is in scope at the function definition site
1365   -- It's worth specialising on this if
1366   --    (a) it's used in an interesting way in the body
1367   --    (b) we know what its value is
1368 argToPat env in_scope val_env (Var v) arg_occ
1369   | case arg_occ of { UnkOcc -> False; _other -> True },        -- (a)
1370     is_value,                                                   -- (b)
1371     not (ignoreType env (varType v))
1372   = return (True, Var v)
1373   where
1374     is_value 
1375         | isLocalId v = v `elemInScopeSet` in_scope 
1376                         && isJust (lookupVarEnv val_env v)
1377                 -- Local variables have values in val_env
1378         | otherwise   = isValueUnfolding (idUnfolding v)
1379                 -- Imports have unfoldings
1380
1381 --      I'm really not sure what this comment means
1382 --      And by not wild-carding we tend to get forall'd 
1383 --      variables that are in soope, which in turn can
1384 --      expose the weakness in let-matching
1385 --      See Note [Matching lets] in Rules
1386
1387   -- Check for a variable bound inside the function. 
1388   -- Don't make a wild-card, because we may usefully share
1389   --    e.g.  f a = let x = ... in f (x,x)
1390   -- NB: this case follows the lambda and con-app cases!!
1391 -- argToPat _in_scope _val_env (Var v) _arg_occ
1392 --   = return (False, Var v)
1393         -- SLPJ : disabling this to avoid proliferation of versions
1394         -- also works badly when thinking about seeding the loop
1395         -- from the body of the let
1396         --       f x y = letrec g z = ... in g (x,y)
1397         -- We don't want to specialise for that *particular* x,y
1398
1399   -- The default case: make a wild-card
1400 argToPat _env _in_scope _val_env arg _arg_occ
1401   = wildCardPat (exprType arg)
1402
1403 wildCardPat :: Type -> UniqSM (Bool, CoreArg)
1404 wildCardPat ty = do { uniq <- getUniqueUs
1405                     ; let id = mkSysLocal (fsLit "sc") uniq ty
1406                     ; return (False, Var id) }
1407
1408 argsToPats :: ScEnv -> InScopeSet -> ValueEnv
1409            -> [(CoreArg, ArgOcc)]
1410            -> UniqSM [(Bool, CoreArg)]
1411 argsToPats env in_scope val_env args
1412   = mapM do_one args
1413   where
1414     do_one (arg,occ) = argToPat env in_scope val_env arg occ
1415 \end{code}
1416
1417
1418 \begin{code}
1419 isValue :: ValueEnv -> CoreExpr -> Maybe Value
1420 isValue _env (Lit lit)
1421   = Just (ConVal (LitAlt lit) [])
1422
1423 isValue env (Var v)
1424   | Just stuff <- lookupVarEnv env v
1425   = Just stuff  -- You might think we could look in the idUnfolding here
1426                 -- but that doesn't take account of which branch of a 
1427                 -- case we are in, which is the whole point
1428
1429   | not (isLocalId v) && isCheapUnfolding unf
1430   = isValue env (unfoldingTemplate unf)
1431   where
1432     unf = idUnfolding v
1433         -- However we do want to consult the unfolding 
1434         -- as well, for let-bound constructors!
1435
1436 isValue env (Lam b e)
1437   | isTyVar b = case isValue env e of
1438                   Just _  -> Just LambdaVal
1439                   Nothing -> Nothing
1440   | otherwise = Just LambdaVal
1441
1442 isValue _env expr       -- Maybe it's a constructor application
1443   | (Var fun, args) <- collectArgs expr
1444   = case isDataConWorkId_maybe fun of
1445
1446         Just con | args `lengthAtLeast` dataConRepArity con 
1447                 -- Check saturated; might be > because the 
1448                 --                  arity excludes type args
1449                 -> Just (ConVal (DataAlt con) args)
1450
1451         _other | valArgCount args < idArity fun
1452                 -- Under-applied function
1453                -> Just LambdaVal        -- Partial application
1454
1455         _other -> Nothing
1456
1457 isValue _env _expr = Nothing
1458
1459 mk_con_app :: AltCon -> [CoreArg] -> CoreExpr
1460 mk_con_app (LitAlt lit)  []   = Lit lit
1461 mk_con_app (DataAlt con) args = mkConApp con args
1462 mk_con_app _other _args = panic "SpecConstr.mk_con_app"
1463
1464 samePat :: CallPat -> CallPat -> Bool
1465 samePat (vs1, as1) (vs2, as2)
1466   = all2 same as1 as2
1467   where
1468     same (Var v1) (Var v2) 
1469         | v1 `elem` vs1 = v2 `elem` vs2
1470         | v2 `elem` vs2 = False
1471         | otherwise     = v1 == v2
1472
1473     same (Lit l1)    (Lit l2)    = l1==l2
1474     same (App f1 a1) (App f2 a2) = same f1 f2 && same a1 a2
1475
1476     same (Type {}) (Type {}) = True     -- Note [Ignore type differences]
1477     same (Note _ e1) e2 = same e1 e2    -- Ignore casts and notes
1478     same (Cast e1 _) e2 = same e1 e2
1479     same e1 (Note _ e2) = same e1 e2
1480     same e1 (Cast e2 _) = same e1 e2
1481
1482     same e1 e2 = WARN( bad e1 || bad e2, ppr e1 $$ ppr e2) 
1483                  False  -- Let, lambda, case should not occur
1484     bad (Case {}) = True
1485     bad (Let {})  = True
1486     bad (Lam {})  = True
1487     bad _other    = False
1488 \end{code}
1489
1490 Note [Ignore type differences]
1491 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1492 We do not want to generate specialisations where the call patterns
1493 differ only in their type arguments!  Not only is it utterly useless,
1494 but it also means that (with polymorphic recursion) we can generate
1495 an infinite number of specialisations. Example is Data.Sequence.adjustTree, 
1496 I think.
1497