Make SpecConstr work right for nullary constructors
[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 module SpecConstr(
8         specConstrProgram       
9     ) where
10
11 #include "HsVersions.h"
12
13 import CoreSyn
14 import CoreLint         ( showPass, endPass )
15 import CoreUtils        ( exprType, mkPiTypes )
16 import CoreFVs          ( exprsFreeVars )
17 import CoreTidy         ( tidyRules )
18 import PprCore          ( pprRules )
19 import WwLib            ( mkWorkerArgs )
20 import DataCon          ( dataConRepArity, dataConUnivTyVars )
21 import Type             ( Type, tyConAppArgs )
22 import Coercion         ( coercionKind )
23 import Rules            ( matchN )
24 import Id               ( Id, idName, idType, isDataConWorkId_maybe, 
25                           mkUserLocal, mkSysLocal, idUnfolding, isLocalId )
26 import Var              ( Var )
27 import VarEnv
28 import VarSet
29 import Name             ( nameOccName, nameSrcLoc )
30 import Rules            ( addIdSpecialisations, mkLocalRule, rulesOfBinds )
31 import OccName          ( mkSpecOcc )
32 import ErrUtils         ( dumpIfSet_dyn )
33 import DynFlags         ( DynFlags, DynFlag(..) )
34 import BasicTypes       ( Activation(..) )
35 import Maybes           ( orElse, catMaybes, isJust )
36 import Util             ( zipWithEqual, lengthAtLeast, notNull )
37 import List             ( nubBy, partition )
38 import UniqSupply
39 import Outputable
40 import FastString
41 import UniqFM
42 \end{code}
43
44 -----------------------------------------------------
45                         Game plan
46 -----------------------------------------------------
47
48 Consider
49         drop n []     = []
50         drop 0 xs     = []
51         drop n (x:xs) = drop (n-1) xs
52
53 After the first time round, we could pass n unboxed.  This happens in
54 numerical code too.  Here's what it looks like in Core:
55
56         drop n xs = case xs of
57                       []     -> []
58                       (y:ys) -> case n of 
59                                   I# n# -> case n# of
60                                              0 -> []
61                                              _ -> drop (I# (n# -# 1#)) xs
62
63 Notice that the recursive call has an explicit constructor as argument.
64 Noticing this, we can make a specialised version of drop
65         
66         RULE: drop (I# n#) xs ==> drop' n# xs
67
68         drop' n# xs = let n = I# n# in ...orig RHS...
69
70 Now the simplifier will apply the specialisation in the rhs of drop', giving
71
72         drop' n# xs = case xs of
73                       []     -> []
74                       (y:ys) -> case n# of
75                                   0 -> []
76                                   _ -> drop (n# -# 1#) xs
77
78 Much better!  
79
80 We'd also like to catch cases where a parameter is carried along unchanged,
81 but evaluated each time round the loop:
82
83         f i n = if i>0 || i>n then i else f (i*2) n
84
85 Here f isn't strict in n, but we'd like to avoid evaluating it each iteration.
86 In Core, by the time we've w/wd (f is strict in i) we get
87
88         f i# n = case i# ># 0 of
89                    False -> I# i#
90                    True  -> case n of n' { I# n# ->
91                             case i# ># n# of
92                                 False -> I# i#
93                                 True  -> f (i# *# 2#) n'
94
95 At the call to f, we see that the argument, n is know to be (I# n#),
96 and n is evaluated elsewhere in the body of f, so we can play the same
97 trick as above.  
98
99
100 Note [Reboxing]
101 ~~~~~~~~~~~~~~~
102 We must be careful not to allocate the same constructor twice.  Consider
103         f p = (...(case p of (a,b) -> e)...p...,
104                ...let t = (r,s) in ...t...(f t)...)
105 At the recursive call to f, we can see that t is a pair.  But we do NOT want
106 to make a specialised copy:
107         f' a b = let p = (a,b) in (..., ...)
108 because now t is allocated by the caller, then r and s are passed to the
109 recursive call, which allocates the (r,s) pair again.
110
111 This happens if
112   (a) the argument p is used in other than a case-scrutinsation way.
113   (b) the argument to the call is not a 'fresh' tuple; you have to
114         look into its unfolding to see that it's a tuple
115
116 Hence the "OR" part of Note [Good arguments] below.
117
118 ALTERNATIVE: pass both boxed and unboxed versions.  This no longer saves
119 allocation, but does perhaps save evals. In the RULE we'd have
120 something like
121
122   f (I# x#) = f' (I# x#) x#
123
124 If at the call site the (I# x) was an unfolding, then we'd have to
125 rely on CSE to eliminate the duplicate allocation.... This alternative
126 doesn't look attractive enough to pursue.
127
128
129 Note [Good arguments]
130 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
131 So we look for
132
133 * A self-recursive function.  Ignore mutual recursion for now, 
134   because it's less common, and the code is simpler for self-recursion.
135
136 * EITHER
137
138    a) At a recursive call, one or more parameters is an explicit 
139       constructor application
140         AND
141       That same parameter is scrutinised by a case somewhere in 
142       the RHS of the function
143
144   OR
145
146     b) At a recursive call, one or more parameters has an unfolding
147        that is an explicit constructor application
148         AND
149       That same parameter is scrutinised by a case somewhere in 
150       the RHS of the function
151         AND
152       Those are the only uses of the parameter (see Note [Reboxing])
153
154
155 What to abstract over
156 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
157 There's a bit of a complication with type arguments.  If the call
158 site looks like
159
160         f p = ...f ((:) [a] x xs)...
161
162 then our specialised function look like
163
164         f_spec x xs = let p = (:) [a] x xs in ....as before....
165
166 This only makes sense if either
167   a) the type variable 'a' is in scope at the top of f, or
168   b) the type variable 'a' is an argument to f (and hence fs)
169
170 Actually, (a) may hold for value arguments too, in which case
171 we may not want to pass them.  Supose 'x' is in scope at f's
172 defn, but xs is not.  Then we'd like
173
174         f_spec xs = let p = (:) [a] x xs in ....as before....
175
176 Similarly (b) may hold too.  If x is already an argument at the
177 call, no need to pass it again.
178
179 Finally, if 'a' is not in scope at the call site, we could abstract
180 it as we do the term variables:
181
182         f_spec a x xs = let p = (:) [a] x xs in ...as before...
183
184 So the grand plan is:
185
186         * abstract the call site to a constructor-only pattern
187           e.g.  C x (D (f p) (g q))  ==>  C s1 (D s2 s3)
188
189         * Find the free variables of the abstracted pattern
190
191         * Pass these variables, less any that are in scope at
192           the fn defn.  But see Note [Shadowing] below.
193
194
195 NOTICE that we only abstract over variables that are not in scope,
196 so we're in no danger of shadowing variables used in "higher up"
197 in f_spec's RHS.
198
199
200 Note [Shadowing]
201 ~~~~~~~~~~~~~~~~
202 In this pass we gather up usage information that may mention variables
203 that are bound between the usage site and the definition site; or (more
204 seriously) may be bound to something different at the definition site.
205 For example:
206
207         f x = letrec g y v = let x = ... 
208                              in ...(g (a,b) x)...
209
210 Since 'x' is in scope at the call site, we may make a rewrite rule that 
211 looks like
212         RULE forall a,b. g (a,b) x = ...
213 But this rule will never match, because it's really a different 'x' at 
214 the call site -- and that difference will be manifest by the time the
215 simplifier gets to it.  [A worry: the simplifier doesn't *guarantee*
216 no-shadowing, so perhaps it may not be distinct?]
217
218 Anyway, the rule isn't actually wrong, it's just not useful.  One possibility
219 is to run deShadowBinds before running SpecConstr, but instead we run the
220 simplifier.  That gives the simplest possible program for SpecConstr to
221 chew on; and it virtually guarantees no shadowing.
222
223 Note [Specialising for constant parameters]
224 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
225 This one is about specialising on a *constant* (but not necessarily
226 constructor) argument
227
228     foo :: Int -> (Int -> Int) -> Int
229     foo 0 f = 0
230     foo m f = foo (f m) (+1)
231
232 It produces
233
234     lvl_rmV :: GHC.Base.Int -> GHC.Base.Int
235     lvl_rmV =
236       \ (ds_dlk :: GHC.Base.Int) ->
237         case ds_dlk of wild_alH { GHC.Base.I# x_alG ->
238         GHC.Base.I# (GHC.Prim.+# x_alG 1)
239
240     T.$wfoo :: GHC.Prim.Int# -> (GHC.Base.Int -> GHC.Base.Int) ->
241     GHC.Prim.Int#
242     T.$wfoo =
243       \ (ww_sme :: GHC.Prim.Int#) (w_smg :: GHC.Base.Int -> GHC.Base.Int) ->
244         case ww_sme of ds_Xlw {
245           __DEFAULT ->
246         case w_smg (GHC.Base.I# ds_Xlw) of w1_Xmo { GHC.Base.I# ww1_Xmz ->
247         T.$wfoo ww1_Xmz lvl_rmV
248         };
249           0 -> 0
250         }
251
252 The recursive call has lvl_rmV as its argument, so we could create a specialised copy
253 with that argument baked in; that is, not passed at all.   Now it can perhaps be inlined.
254
255 When is this worth it?  Call the constant 'lvl'
256 - If 'lvl' has an unfolding that is a constructor, see if the corresponding
257   parameter is scrutinised anywhere in the body.
258
259 - If 'lvl' has an unfolding that is a inlinable function, see if the corresponding
260   parameter is applied (...to enough arguments...?)
261
262   Also do this is if the function has RULES?
263
264 Also    
265
266 Note [Specialising for lambda parameters]
267 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
268     foo :: Int -> (Int -> Int) -> Int
269     foo 0 f = 0
270     foo m f = foo (f m) (\n -> n-m)
271
272 This is subtly different from the previous one in that we get an
273 explicit lambda as the argument:
274
275     T.$wfoo :: GHC.Prim.Int# -> (GHC.Base.Int -> GHC.Base.Int) ->
276     GHC.Prim.Int#
277     T.$wfoo =
278       \ (ww_sm8 :: GHC.Prim.Int#) (w_sma :: GHC.Base.Int -> GHC.Base.Int) ->
279         case ww_sm8 of ds_Xlr {
280           __DEFAULT ->
281         case w_sma (GHC.Base.I# ds_Xlr) of w1_Xmf { GHC.Base.I# ww1_Xmq ->
282         T.$wfoo
283           ww1_Xmq
284           (\ (n_ad3 :: GHC.Base.Int) ->
285              case n_ad3 of wild_alB { GHC.Base.I# x_alA ->
286              GHC.Base.I# (GHC.Prim.-# x_alA ds_Xlr)
287              })
288         };
289           0 -> 0
290         }
291
292 I wonder if SpecConstr couldn't be extended to handle this? After all,
293 lambda is a sort of constructor for functions and perhaps it already
294 has most of the necessary machinery?
295
296 Furthermore, there's an immediate win, because you don't need to allocate the lamda
297 at the call site; and if perchance it's called in the recursive call, then you
298 may avoid allocating it altogether.  Just like for constructors.
299
300 Looks cool, but probably rare...but it might be easy to implement.
301
302
303 Note [SpecConstr for casts]
304 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
305 Consider 
306     data family T a :: *
307     data instance T Int = T Int
308
309     foo n = ...
310        where
311          go (T 0) = 0
312          go (T n) = go (T (n-1))
313
314 The recursive call ends up looking like 
315         go (T (I# ...) `cast` g)
316 So we want to spot the construtor application inside the cast.
317 That's why we have the Cast case in argToPat
318
319
320 -----------------------------------------------------
321                 Stuff not yet handled
322 -----------------------------------------------------
323
324 Here are notes arising from Roman's work that I don't want to lose.
325
326 Example 1
327 ~~~~~~~~~
328     data T a = T !a
329
330     foo :: Int -> T Int -> Int
331     foo 0 t = 0
332     foo x t | even x    = case t of { T n -> foo (x-n) t }
333             | otherwise = foo (x-1) t
334
335 SpecConstr does no specialisation, because the second recursive call
336 looks like a boxed use of the argument.  A pity.
337
338     $wfoo_sFw :: GHC.Prim.Int# -> T.T GHC.Base.Int -> GHC.Prim.Int#
339     $wfoo_sFw =
340       \ (ww_sFo [Just L] :: GHC.Prim.Int#) (w_sFq [Just L] :: T.T GHC.Base.Int) ->
341          case ww_sFo of ds_Xw6 [Just L] {
342            __DEFAULT ->
343                 case GHC.Prim.remInt# ds_Xw6 2 of wild1_aEF [Dead Just A] {
344                   __DEFAULT -> $wfoo_sFw (GHC.Prim.-# ds_Xw6 1) w_sFq;
345                   0 ->
346                     case w_sFq of wild_Xy [Just L] { T.T n_ad5 [Just U(L)] ->
347                     case n_ad5 of wild1_aET [Just A] { GHC.Base.I# y_aES [Just L] ->
348                     $wfoo_sFw (GHC.Prim.-# ds_Xw6 y_aES) wild_Xy
349                     } } };
350            0 -> 0
351
352 Example 2
353 ~~~~~~~~~
354     data a :*: b = !a :*: !b
355     data T a = T !a
356
357     foo :: (Int :*: T Int) -> Int
358     foo (0 :*: t) = 0
359     foo (x :*: t) | even x    = case t of { T n -> foo ((x-n) :*: t) }
360                   | otherwise = foo ((x-1) :*: t)
361
362 Very similar to the previous one, except that the parameters are now in
363 a strict tuple. Before SpecConstr, we have
364
365     $wfoo_sG3 :: GHC.Prim.Int# -> T.T GHC.Base.Int -> GHC.Prim.Int#
366     $wfoo_sG3 =
367       \ (ww_sFU [Just L] :: GHC.Prim.Int#) (ww_sFW [Just L] :: T.T
368     GHC.Base.Int) ->
369         case ww_sFU of ds_Xws [Just L] {
370           __DEFAULT ->
371         case GHC.Prim.remInt# ds_Xws 2 of wild1_aEZ [Dead Just A] {
372           __DEFAULT ->
373             case ww_sFW of tpl_B2 [Just L] { T.T a_sFo [Just A] ->
374             $wfoo_sG3 (GHC.Prim.-# ds_Xws 1) tpl_B2             -- $wfoo1
375             };
376           0 ->
377             case ww_sFW of wild_XB [Just A] { T.T n_ad7 [Just S(L)] ->
378             case n_ad7 of wild1_aFd [Just L] { GHC.Base.I# y_aFc [Just L] ->
379             $wfoo_sG3 (GHC.Prim.-# ds_Xws y_aFc) wild_XB        -- $wfoo2
380             } } };
381           0 -> 0 }
382
383 We get two specialisations:
384 "SC:$wfoo1" [0] __forall {a_sFB :: GHC.Base.Int sc_sGC :: GHC.Prim.Int#}
385                   Foo.$wfoo sc_sGC (Foo.T @ GHC.Base.Int a_sFB)
386                   = Foo.$s$wfoo1 a_sFB sc_sGC ;
387 "SC:$wfoo2" [0] __forall {y_aFp :: GHC.Prim.Int# sc_sGC :: GHC.Prim.Int#}
388                   Foo.$wfoo sc_sGC (Foo.T @ GHC.Base.Int (GHC.Base.I# y_aFp))
389                   = Foo.$s$wfoo y_aFp sc_sGC ;
390
391 But perhaps the first one isn't good.  After all, we know that tpl_B2 is
392 a T (I# x) really, because T is strict and Int has one constructor.  (We can't
393 unbox the strict fields, becuase T is polymorphic!)
394
395
396
397 %************************************************************************
398 %*                                                                      *
399 \subsection{Top level wrapper stuff}
400 %*                                                                      *
401 %************************************************************************
402
403 \begin{code}
404 specConstrProgram :: DynFlags -> UniqSupply -> [CoreBind] -> IO [CoreBind]
405 specConstrProgram dflags us binds
406   = do
407         showPass dflags "SpecConstr"
408
409         let (binds', _) = initUs us (go emptyScEnv binds)
410
411         endPass dflags "SpecConstr" Opt_D_dump_spec binds'
412
413         dumpIfSet_dyn dflags Opt_D_dump_rules "Top-level specialisations"
414                   (pprRules (tidyRules emptyTidyEnv (rulesOfBinds binds')))
415
416         return binds'
417   where
418     go env []           = returnUs []
419     go env (bind:binds) = scBind env bind       `thenUs` \ (env', _, bind') ->
420                           go env' binds         `thenUs` \ binds' ->
421                           returnUs (bind' : binds')
422 \end{code}
423
424
425 %************************************************************************
426 %*                                                                      *
427 \subsection{Environment: goes downwards}
428 %*                                                                      *
429 %************************************************************************
430
431 \begin{code}
432 data ScEnv = SCE { scope :: InScopeEnv,
433                         -- Binds all non-top-level variables in scope
434
435                    cons  :: ConstrEnv
436              }
437
438 type InScopeEnv = VarEnv HowBound
439
440 type ConstrEnv = IdEnv ConValue
441 data ConValue  = CV AltCon [CoreArg]
442         -- Variables known to be bound to a constructor
443         -- in a particular case alternative
444
445
446 instance Outputable ConValue where
447    ppr (CV con args) = ppr con <+> interpp'SP args
448
449 emptyScEnv = SCE { scope = emptyVarEnv, cons = emptyVarEnv }
450
451 data HowBound = RecFun  -- These are the recursive functions for which 
452                         -- we seek interesting call patterns
453
454               | RecArg  -- These are those functions' arguments, or their sub-components; 
455                         -- we gather occurrence information for these
456
457               | Other   -- We track all others so we know what's in scope
458                         -- This is used in spec_one to check what needs to be
459                         -- passed as a parameter and what is in scope at the 
460                         -- function definition site
461
462 instance Outputable HowBound where
463   ppr RecFun = text "RecFun"
464   ppr RecArg = text "RecArg"
465   ppr Other = text "Other"
466
467 lookupScopeEnv env v = lookupVarEnv (scope env) v
468
469 extendBndrs env bndrs = env { scope = extendVarEnvList (scope env) [(b,Other) | b <- bndrs] }
470 extendBndr  env bndr  = env { scope = extendVarEnv (scope env) bndr Other }
471
472     -- When we encounter
473     --  case scrut of b
474     --      C x y -> ...
475     -- we want to bind b, and perhaps scrut too, to (C x y)
476 extendCaseBndrs :: ScEnv -> Id -> CoreExpr -> AltCon -> [Var] -> ScEnv
477 extendCaseBndrs env case_bndr scrut con alt_bndrs
478   = case con of
479         DEFAULT    -> env1
480         LitAlt lit -> extendCons env1 scrut case_bndr (CV con [])
481         DataAlt dc -> extend_data_con dc
482   where
483     cur_scope = scope env
484     env1 = env { scope = extendVarEnvList cur_scope 
485                                 [(b,how_bound) | b <- case_bndr:alt_bndrs] }
486
487         -- Record RecArg for the components iff the scrutinee is RecArg
488         -- I think the only reason for this is to keep the usage envt small
489         -- so is it worth it at all?
490         --      [This comment looks plain wrong to me, so I'm ignoring it
491         --           "Also forget if the scrutinee is a RecArg, because we're
492         --           now in the branch of a case, and we don't want to
493         --           record a non-scrutinee use of v if we have
494         --              case v of { (a,b) -> ...(f v)... }" ]
495     how_bound = get_how scrut
496         where
497             get_how (Var v)    = lookupVarEnv cur_scope v `orElse` Other
498             get_how (Cast e _) = get_how e
499             get_how (Note _ e) = get_how e
500             get_how other      = Other
501
502     extend_data_con data_con = 
503       extendCons env1 scrut case_bndr (CV con vanilla_args)
504         where
505             vanilla_args = map Type (tyConAppArgs (idType case_bndr)) ++
506                            varsToCoreExprs alt_bndrs
507
508 extendCons :: ScEnv -> CoreExpr -> Id -> ConValue -> ScEnv
509 extendCons env scrut case_bndr val
510   = case scrut of
511         Var v -> env { cons = extendVarEnv cons1 v val }
512         other -> env { cons = cons1 }
513   where
514     cons1 = extendVarEnv (cons env) case_bndr val
515
516     -- When we encounter a recursive function binding
517     --  f = \x y -> ...
518     -- we want to extend the scope env with bindings 
519     -- that record that f is a RecFn and x,y are RecArgs
520 extendRecBndr env fn bndrs
521   =  env { scope = scope env `extendVarEnvList` 
522                    ((fn,RecFun): [(bndr,RecArg) | bndr <- bndrs]) }
523 \end{code}
524
525
526 %************************************************************************
527 %*                                                                      *
528 \subsection{Usage information: flows upwards}
529 %*                                                                      *
530 %************************************************************************
531
532 \begin{code}
533 data ScUsage
534    = SCU {
535         calls :: !(IdEnv ([Call])),     -- Calls
536                                         -- The functions are a subset of the 
537                                         --      RecFuns in the ScEnv
538
539         occs :: !(IdEnv ArgOcc)         -- Information on argument occurrences
540      }                                  -- The variables are a subset of the 
541                                         --      RecArg in the ScEnv
542
543 type Call = (ConstrEnv, [CoreArg])
544         -- The arguments of the call, together with the
545         -- env giving the constructor bindings at the call site
546
547 nullUsage = SCU { calls = emptyVarEnv, occs = emptyVarEnv }
548
549 combineUsage u1 u2 = SCU { calls = plusVarEnv_C (++) (calls u1) (calls u2),
550                            occs  = plusVarEnv_C combineOcc (occs u1) (occs u2) }
551
552 combineUsages [] = nullUsage
553 combineUsages us = foldr1 combineUsage us
554
555 lookupOcc :: ScUsage -> Var -> (ScUsage, ArgOcc)
556 lookupOcc (SCU { calls = sc_calls, occs = sc_occs }) bndr
557   = (SCU {calls = sc_calls, occs = delVarEnv sc_occs bndr},
558      lookupVarEnv sc_occs bndr `orElse` NoOcc)
559
560 lookupOccs :: ScUsage -> [Var] -> (ScUsage, [ArgOcc])
561 lookupOccs (SCU { calls = sc_calls, occs = sc_occs }) bndrs
562   = (SCU {calls = sc_calls, occs = delVarEnvList sc_occs bndrs},
563      [lookupVarEnv sc_occs b `orElse` NoOcc | b <- bndrs])
564
565 data ArgOcc = NoOcc     -- Doesn't occur at all; or a type argument
566             | UnkOcc    -- Used in some unknown way
567
568             | ScrutOcc (UniqFM [ArgOcc])        -- See Note [ScrutOcc]
569
570             | BothOcc   -- Definitely taken apart, *and* perhaps used in some other way
571
572 {-      Note  [ScrutOcc]
573
574 An occurrence of ScrutOcc indicates that the thing, or a `cast` version of the thing,
575 is *only* taken apart or applied.
576
577   Functions, literal: ScrutOcc emptyUFM
578   Data constructors:  ScrutOcc subs,
579
580 where (subs :: UniqFM [ArgOcc]) gives usage of the *pattern-bound* components,
581 The domain of the UniqFM is the Unique of the data constructor
582
583 The [ArgOcc] is the occurrences of the *pattern-bound* components 
584 of the data structure.  E.g.
585         data T a = forall b. MkT a b (b->a)
586 A pattern binds b, x::a, y::b, z::b->a, but not 'a'!
587
588 -}
589
590 instance Outputable ArgOcc where
591   ppr (ScrutOcc xs) = ptext SLIT("scrut-occ") <> ppr xs
592   ppr UnkOcc        = ptext SLIT("unk-occ")
593   ppr BothOcc       = ptext SLIT("both-occ")
594   ppr NoOcc         = ptext SLIT("no-occ")
595
596 -- Experimentally, this vresion of combineOcc makes ScrutOcc "win", so
597 -- that if the thing is scrutinised anywhere then we get to see that
598 -- in the overall result, even if it's also used in a boxed way
599 -- This might be too agressive; see Note [Reboxing]
600 combineOcc NoOcc         occ           = occ
601 combineOcc occ           NoOcc         = occ
602 combineOcc (ScrutOcc xs) (ScrutOcc ys) = ScrutOcc (plusUFM_C combineOccs xs ys)
603 combineOcc occ           (ScrutOcc ys) = ScrutOcc ys
604 combineOcc (ScrutOcc xs) occ           = ScrutOcc xs
605 combineOcc UnkOcc        UnkOcc        = UnkOcc
606 combineOcc _        _                  = BothOcc
607
608 combineOccs :: [ArgOcc] -> [ArgOcc] -> [ArgOcc]
609 combineOccs xs ys = zipWithEqual "combineOccs" combineOcc xs ys
610
611 conArgOccs :: ArgOcc -> AltCon -> [ArgOcc]
612 -- Find usage of components of data con; returns [UnkOcc...] if unknown
613 -- See Note [ScrutOcc] for the extra UnkOccs in the vanilla datacon case
614
615 conArgOccs (ScrutOcc fm) (DataAlt dc) 
616   | Just pat_arg_occs <- lookupUFM fm dc
617   = [UnkOcc | tv <- dataConUnivTyVars dc] ++ pat_arg_occs
618
619 conArgOccs other con = repeat UnkOcc
620 \end{code}
621
622
623 %************************************************************************
624 %*                                                                      *
625 \subsection{The main recursive function}
626 %*                                                                      *
627 %************************************************************************
628
629 The main recursive function gathers up usage information, and
630 creates specialised versions of functions.
631
632 \begin{code}
633 scExpr :: ScEnv -> CoreExpr -> UniqSM (ScUsage, CoreExpr)
634         -- The unique supply is needed when we invent
635         -- a new name for the specialised function and its args
636
637 scExpr env e@(Type t) = returnUs (nullUsage, e)
638 scExpr env e@(Lit l)  = returnUs (nullUsage, e)
639 scExpr env e@(Var v)  = returnUs (varUsage env v UnkOcc, e)
640 scExpr env (Note n e) = scExpr env e    `thenUs` \ (usg,e') ->
641                         returnUs (usg, Note n e')
642 scExpr env (Cast e co)= scExpr env e    `thenUs` \ (usg,e') ->
643                         returnUs (usg, Cast e' co)
644 scExpr env (Lam b e)  = scExpr (extendBndr env b) e     `thenUs` \ (usg,e') ->
645                         returnUs (usg, Lam b e')
646
647 scExpr env (Case scrut b ty alts) 
648   = do  { (alt_usgs, alt_occs, alts') <- mapAndUnzip3Us sc_alt alts
649         ; let (alt_usg, b_occ) = lookupOcc (combineUsages alt_usgs) b
650               scrut_occ = foldr combineOcc b_occ alt_occs
651                 -- The combined usage of the scrutinee is given
652                 -- by scrut_occ, which is passed to scScrut, which
653                 -- in turn treats a bare-variable scrutinee specially
654         ; (scrut_usg, scrut') <- scScrut env scrut scrut_occ
655         ; return (alt_usg `combineUsage` scrut_usg,
656                   Case scrut' b ty alts') }
657   where
658     sc_alt (con,bs,rhs)
659       = do { let env1 = extendCaseBndrs env b scrut con bs
660            ; (usg,rhs') <- scExpr env1 rhs
661            ; let (usg', arg_occs) = lookupOccs usg bs
662                  scrut_occ = case con of
663                                 DataAlt dc -> ScrutOcc (unitUFM dc arg_occs)
664                                 other      -> ScrutOcc emptyUFM
665            ; return (usg', scrut_occ, (con,bs,rhs')) }
666
667 scExpr env (Let bind body)
668   = scBind env bind     `thenUs` \ (env', bind_usg, bind') ->
669     scExpr env' body    `thenUs` \ (body_usg, body') ->
670     returnUs (bind_usg `combineUsage` body_usg, Let bind' body')
671
672 scExpr env e@(App _ _) 
673   = do  { let (fn, args) = collectArgs e
674         ; (fn_usg, fn') <- scScrut env fn (ScrutOcc emptyUFM)
675         -- Process the function too.   It's almost always a variable,
676         -- but not always.  In particular, if this pass follows float-in,
677         -- which it may, we can get 
678         --      (let f = ...f... in f) arg1 arg2
679         -- We use scScrut to record the fact that the function is called
680         -- Perhpas we should check that it has at least one value arg, 
681         -- but currently we don't bother
682
683         ; (arg_usgs, args') <- mapAndUnzipUs (scExpr env) args
684         ; let call_usg = case fn of
685                            Var f | Just RecFun <- lookupScopeEnv env f
686                                  -> SCU { calls = unitVarEnv f [(cons env, args)], 
687                                           occs  = emptyVarEnv }
688                            other -> nullUsage
689         ; return (combineUsages arg_usgs `combineUsage` fn_usg 
690                                          `combineUsage` call_usg,
691                   mkApps fn' args') }
692
693
694 ----------------------
695 scScrut :: ScEnv -> CoreExpr -> ArgOcc -> UniqSM (ScUsage, CoreExpr)
696 -- Used for the scrutinee of a case, 
697 -- or the function of an application.
698 -- Remember to look through casts
699 scScrut env e@(Var v)   occ = returnUs (varUsage env v occ, e)
700 scScrut env (Cast e co) occ = do { (usg, e') <- scScrut env e occ
701                                  ; returnUs (usg, Cast e' co) }
702 scScrut env e           occ = scExpr env e
703
704
705 ----------------------
706 scBind :: ScEnv -> CoreBind -> UniqSM (ScEnv, ScUsage, CoreBind)
707 scBind env (Rec [(fn,rhs)])
708   | notNull val_bndrs
709   = scExpr env_fn_body body             `thenUs` \ (usg, body') ->
710     specialise env fn bndrs body' usg   `thenUs` \ (rules, spec_prs) ->
711         -- Note body': the specialised copies should be based on the 
712         --             optimised version of the body, in case there were
713         --             nested functions inside.
714     let
715         SCU { calls = calls, occs = occs } = usg
716     in
717     returnUs (extendBndr env fn,        -- For the body of the letrec, just
718                                         -- extend the env with Other to record 
719                                         -- that it's in scope; no funny RecFun business
720               SCU { calls = calls `delVarEnv` fn, occs = occs `delVarEnvList` val_bndrs},
721               Rec ((fn `addIdSpecialisations` rules, mkLams bndrs body') : spec_prs))
722   where
723     (bndrs,body) = collectBinders rhs
724     val_bndrs    = filter isId bndrs
725     env_fn_body  = extendRecBndr env fn bndrs
726
727 scBind env (Rec prs)
728   = mapAndUnzipUs do_one prs    `thenUs` \ (usgs, prs') ->
729     returnUs (extendBndrs env (map fst prs), combineUsages usgs, Rec prs')
730   where
731     do_one (bndr,rhs) = scExpr env rhs  `thenUs` \ (usg, rhs') ->
732                         returnUs (usg, (bndr,rhs'))
733
734 scBind env (NonRec bndr rhs)
735   = scExpr env rhs      `thenUs` \ (usg, rhs') ->
736     returnUs (extendBndr env bndr, usg, NonRec bndr rhs')
737
738 ----------------------
739 varUsage env v use 
740   | Just RecArg <- lookupScopeEnv env v = SCU { calls = emptyVarEnv, 
741                                                 occs = unitVarEnv v use }
742   | otherwise                           = nullUsage
743 \end{code}
744
745
746 %************************************************************************
747 %*                                                                      *
748 \subsection{The specialiser}
749 %*                                                                      *
750 %************************************************************************
751
752 \begin{code}
753 specialise :: ScEnv
754            -> Id                        -- Functionn
755            -> [CoreBndr] -> CoreExpr    -- Its RHS
756            -> ScUsage                   -- Info on usage
757            -> UniqSM ([CoreRule],       -- Rules
758                       [(Id,CoreExpr)])  -- Bindings
759
760 specialise env fn bndrs body body_usg
761   = do  { let (_, bndr_occs) = lookupOccs body_usg bndrs
762               all_calls = lookupVarEnv (calls body_usg) fn `orElse` []
763
764         ; mb_pats <- mapM (callToPats (scope env) bndr_occs) all_calls
765
766         ; let good_pats :: [([Var], [CoreArg])]
767               good_pats = catMaybes mb_pats
768               in_scope = mkInScopeSet $ unionVarSets $
769                          [ exprsFreeVars pats `delVarSetList` vs 
770                          | (vs,pats) <- good_pats ]
771               uniq_pats = nubBy (same_pat in_scope) good_pats
772         ; -- pprTrace "specialise" (vcat [ppr fn <+> ppr bndrs <+> ppr bndr_occs,
773           --                            text "calls" <+> ppr all_calls,
774           --                            text "good pats" <+> ppr good_pats,
775           --                            text "uniq pats" <+> ppr uniq_pats])  $
776           mapAndUnzipUs (spec_one env fn (mkLams bndrs body)) 
777                         (uniq_pats `zip` [1..]) }
778   where
779         -- Two pats are the same if they match both ways
780     same_pat in_scope (vs1,as1)(vs2,as2)
781          =  isJust (matchN in_scope vs1 as1 as2)
782          && isJust (matchN in_scope vs2 as2 as1)
783
784 callToPats :: InScopeEnv -> [ArgOcc] -> Call
785            -> UniqSM (Maybe ([Var], [CoreExpr]))
786         -- The VarSet is the variables to quantify over in the rule
787         -- The [CoreExpr] are the argument patterns for the rule
788 callToPats in_scope bndr_occs (con_env, args)
789   | length args < length bndr_occs      -- Check saturated
790   = return Nothing
791   | otherwise
792   = do  { prs <- argsToPats in_scope con_env (args `zip` bndr_occs)
793         ; let (good_pats, pats) = unzip prs
794               pat_fvs = varSetElems (exprsFreeVars pats)
795               qvars   = filter (not . (`elemVarEnv` in_scope)) pat_fvs
796                 -- Quantify over variables that are not in sccpe
797                 -- See Note [Shadowing] at the top
798                 
799         ; -- pprTrace "callToPats"  (ppr args $$ ppr prs $$ ppr bndr_occs) $
800           if or good_pats 
801           then return (Just (qvars, pats))
802           else return Nothing }
803
804 ---------------------
805 spec_one :: ScEnv
806          -> Id                                  -- Function
807          -> CoreExpr                            -- Rhs of the original function
808          -> (([Var], [CoreArg]), Int)
809          -> UniqSM (CoreRule, (Id,CoreExpr))    -- Rule and binding
810
811 -- spec_one creates a specialised copy of the function, together
812 -- with a rule for using it.  I'm very proud of how short this
813 -- function is, considering what it does :-).
814
815 {- 
816   Example
817   
818      In-scope: a, x::a   
819      f = /\b \y::[(a,b)] -> ....f (b,c) ((:) (a,(b,c)) (x,v) (h w))...
820           [c::*, v::(b,c) are presumably bound by the (...) part]
821   ==>
822      f_spec = /\ b c \ v::(b,c) hw::[(a,(b,c))] ->
823                   (...entire RHS of f...) (b,c) ((:) (a,(b,c)) (x,v) hw)
824   
825      RULE:  forall b::* c::*,           -- Note, *not* forall a, x
826                    v::(b,c),
827                    hw::[(a,(b,c))] .
828   
829             f (b,c) ((:) (a,(b,c)) (x,v) hw) = f_spec b c v hw
830 -}
831
832 spec_one env fn rhs ((vars_to_bind, pats), rule_number)
833   = getUniqueUs                 `thenUs` \ spec_uniq ->
834     let 
835         fn_name      = idName fn
836         fn_loc       = nameSrcLoc fn_name
837         spec_occ     = mkSpecOcc (nameOccName fn_name)
838
839                 -- Put the type variables first; the type of a term
840                 -- variable may mention a type variable
841         (tvs, ids)   = partition isTyVar vars_to_bind
842         bndrs        = tvs ++ ids
843         spec_body    = mkApps rhs pats
844         body_ty      = exprType spec_body
845         
846         (spec_lam_args, spec_call_args) = mkWorkerArgs bndrs body_ty
847                 -- Usual w/w hack to avoid generating 
848                 -- a spec_rhs of unlifted type and no args
849         
850         rule_name = mkFastString ("SC:" ++ showSDoc (ppr fn <> int rule_number))
851         spec_rhs  = mkLams spec_lam_args spec_body
852         spec_id   = mkUserLocal spec_occ spec_uniq (mkPiTypes spec_lam_args body_ty) fn_loc
853         rule_rhs  = mkVarApps (Var spec_id) spec_call_args
854         rule      = mkLocalRule rule_name specConstrActivation fn_name bndrs pats rule_rhs
855     in
856     returnUs (rule, (spec_id, spec_rhs))
857
858 -- In which phase should the specialise-constructor rules be active?
859 -- Originally I made them always-active, but Manuel found that
860 -- this defeated some clever user-written rules.  So Plan B
861 -- is to make them active only in Phase 0; after all, currently,
862 -- the specConstr transformation is only run after the simplifier
863 -- has reached Phase 0.  In general one would want it to be 
864 -- flag-controllable, but for now I'm leaving it baked in
865 --                                      [SLPJ Oct 01]
866 specConstrActivation :: Activation
867 specConstrActivation = ActiveAfter 0    -- Baked in; see comments above
868 \end{code}
869
870 %************************************************************************
871 %*                                                                      *
872 \subsection{Argument analysis}
873 %*                                                                      *
874 %************************************************************************
875
876 This code deals with analysing call-site arguments to see whether
877 they are constructor applications.
878
879
880 \begin{code}
881     -- argToPat takes an actual argument, and returns an abstracted
882     -- version, consisting of just the "constructor skeleton" of the
883     -- argument, with non-constructor sub-expression replaced by new
884     -- placeholder variables.  For example:
885     --    C a (D (f x) (g y))  ==>  C p1 (D p2 p3)
886
887 argToPat :: InScopeEnv                  -- What's in scope at the fn defn site
888          -> ConstrEnv                   -- ConstrEnv at the call site
889          -> CoreArg                     -- A call arg (or component thereof)
890          -> ArgOcc
891          -> UniqSM (Bool, CoreArg)
892 -- Returns (interesting, pat), 
893 -- where pat is the pattern derived from the argument
894 --            intersting=True if the pattern is non-trivial (not a variable or type)
895 -- E.g.         x:xs         --> (True, x:xs)
896 --              f xs         --> (False, w)        where w is a fresh wildcard
897 --              (f xs, 'c')  --> (True, (w, 'c'))  where w is a fresh wildcard
898 --              \x. x+y      --> (True, \x. x+y)
899 --              lvl7         --> (True, lvl7)      if lvl7 is bound 
900 --                                                 somewhere further out
901
902 argToPat in_scope con_env arg@(Type ty) arg_occ
903   = return (False, arg)
904
905 argToPat in_scope con_env (Let _ arg) arg_occ
906   = argToPat in_scope con_env arg arg_occ
907         -- Look through let expressions
908         -- e.g.         f (let v = rhs in \y -> ...v...)
909         -- Here we can specialise for f (\y -> ...)
910         -- because the rule-matcher will look through the let.
911
912 argToPat in_scope con_env (Cast arg co) arg_occ
913   = do  { (interesting, arg') <- argToPat in_scope con_env arg arg_occ
914         ; if interesting then 
915                 return (interesting, Cast arg' co)
916           else 
917                 wildCardPat (snd (coercionKind co)) }
918
919 argToPat in_scope con_env arg arg_occ
920   | is_value_lam arg
921   = return (True, arg)
922   where
923     is_value_lam (Lam v e)      -- Spot a value lambda, even if 
924         | isId v = True         -- it is inside a type lambda
925         | otherwise = is_value_lam e
926     is_value_lam other = False
927
928   -- Check for a constructor application
929   -- NB: this *precedes* the Var case, so that we catch nullary constrs
930 argToPat in_scope con_env arg arg_occ
931   | Just (CV dc args) <- is_con_app_maybe con_env arg
932   , case arg_occ of
933         ScrutOcc _ -> True              -- Used only by case scrutinee
934         BothOcc    -> case arg of       -- Used elsewhere
935                         App {} -> True  --     see Note [Reboxing]
936                         other  -> False
937         other      -> False     -- No point; the arg is not decomposed
938   = do  { args' <- argsToPats in_scope con_env (args `zip` conArgOccs arg_occ dc)
939         ; return (True, mk_con_app dc (map snd args')) }
940
941   -- Check if the argument is a variable that 
942   -- is in scope at the function definition site
943   -- It's worth specialising on this if
944   --    (a) it's used in an interesting way in the body
945   --    (b) we know what its value is
946 argToPat in_scope con_env (Var v) arg_occ
947   | not (isLocalId v) || v `elemVarEnv` in_scope,
948     case arg_occ of { UnkOcc -> False; other -> True }, -- (a)
949     isValueUnfolding (idUnfolding v)                    -- (b)
950   = return (True, Var v)
951
952   -- Check for a variable bound inside the function. 
953   -- Don't make a wild-card, because we may usefully share
954   --    e.g.  f a = let x = ... in f (x,x)
955   -- NB: this case follows the lambda and con-app cases!!
956 argToPat in_scope con_env (Var v) arg_occ
957   = return (False, Var v)
958
959   -- The default case: make a wild-card
960 argToPat in_scope con_env arg arg_occ
961   = wildCardPat (exprType arg)
962
963 wildCardPat :: Type -> UniqSM (Bool, CoreArg)
964 wildCardPat ty = do { uniq <- getUniqueUs
965                     ; let id = mkSysLocal FSLIT("sc") uniq ty
966                     ; return (False, Var id) }
967
968 argsToPats :: InScopeEnv -> ConstrEnv
969            -> [(CoreArg, ArgOcc)]
970            -> UniqSM [(Bool, CoreArg)]
971 argsToPats in_scope con_env args
972   = mapUs do_one args
973   where
974     do_one (arg,occ) = argToPat in_scope con_env arg occ
975 \end{code}
976
977
978 \begin{code}
979 is_con_app_maybe :: ConstrEnv -> CoreExpr -> Maybe ConValue
980 is_con_app_maybe env (Lit lit)
981   = Just (CV (LitAlt lit) [])
982
983 is_con_app_maybe env expr       -- Maybe it's a constructor application
984   | (Var fun, args) <- collectArgs expr,
985     Just con <- isDataConWorkId_maybe fun,
986     args `lengthAtLeast` dataConRepArity con
987         -- Might be > because the arity excludes type args
988   = Just (CV (DataAlt con) args)
989
990 is_con_app_maybe env (Var v)
991   | Just stuff <- lookupVarEnv env v
992   = Just stuff  -- You might think we could look in the idUnfolding here
993                 -- but that doesn't take account of which branch of a 
994                 -- case we are in, which is the whole point
995
996   | isCheapUnfolding unf
997   = is_con_app_maybe env (unfoldingTemplate unf)
998   where
999     unf = idUnfolding v
1000         -- However we do want to consult the unfolding 
1001         -- as well, for let-bound constructors!
1002
1003 is_con_app_maybe env expr = Nothing
1004
1005 mk_con_app :: AltCon -> [CoreArg] -> CoreExpr
1006 mk_con_app (LitAlt lit)  []   = Lit lit
1007 mk_con_app (DataAlt con) args = mkConApp con args
1008 mk_con_app other args = panic "SpecConstr.mk_con_app"
1009 \end{code}