add -fsimpleopt-before-flatten
[ghc-hetmet.git] / compiler / stranal / WorkWrap.lhs
1 %
2 % (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1993-1998
3 %
4 \section[WorkWrap]{Worker/wrapper-generating back-end of strictness analyser}
5
6 \begin{code}
7 module WorkWrap ( wwTopBinds, mkWrapper ) where
8
9 import CoreSyn
10 import CoreUnfold       ( certainlyWillInline, mkInlineUnfolding, mkWwInlineRule )
11 import CoreUtils        ( exprType, exprIsHNF )
12 import CoreArity        ( exprArity )
13 import Var
14 import Id
15 import Type             ( Type )
16 import IdInfo
17 import Demand
18 import UniqSupply
19 import BasicTypes
20 import VarEnv           ( isEmptyVarEnv )
21 import Maybes           ( orElse )
22 import WwLib
23 import Util             ( lengthIs, notNull )
24 import Outputable
25 import MonadUtils
26
27 #include "HsVersions.h"
28 \end{code}
29
30 We take Core bindings whose binders have:
31
32 \begin{enumerate}
33
34 \item Strictness attached (by the front-end of the strictness
35 analyser), and / or
36
37 \item Constructed Product Result information attached by the CPR
38 analysis pass.
39
40 \end{enumerate}
41
42 and we return some ``plain'' bindings which have been
43 worker/wrapper-ified, meaning: 
44
45 \begin{enumerate} 
46
47 \item Functions have been split into workers and wrappers where
48 appropriate.  If a function has both strictness and CPR properties
49 then only one worker/wrapper doing both transformations is produced;
50
51 \item Binders' @IdInfos@ have been updated to reflect the existence of
52 these workers/wrappers (this is where we get STRICTNESS and CPR pragma
53 info for exported values).
54 \end{enumerate}
55
56 \begin{code}
57 wwTopBinds :: UniqSupply -> [CoreBind] -> [CoreBind]
58
59 wwTopBinds us top_binds
60   = initUs_ us $ do
61     top_binds' <- mapM wwBind top_binds
62     return (concat top_binds')
63 \end{code}
64
65 %************************************************************************
66 %*                                                                      *
67 \subsection[wwBind-wwExpr]{@wwBind@ and @wwExpr@}
68 %*                                                                      *
69 %************************************************************************
70
71 @wwBind@ works on a binding, trying each \tr{(binder, expr)} pair in
72 turn.  Non-recursive case first, then recursive...
73
74 \begin{code}
75 wwBind  :: CoreBind
76         -> UniqSM [CoreBind]    -- returns a WwBinding intermediate form;
77                                 -- the caller will convert to Expr/Binding,
78                                 -- as appropriate.
79
80 wwBind (NonRec binder rhs) = do
81     new_rhs <- wwExpr rhs
82     new_pairs <- tryWW NonRecursive binder new_rhs
83     return [NonRec b e | (b,e) <- new_pairs]
84       -- Generated bindings must be non-recursive
85       -- because the original binding was.
86
87 wwBind (Rec pairs)
88   = return . Rec <$> concatMapM do_one pairs
89   where
90     do_one (binder, rhs) = do new_rhs <- wwExpr rhs
91                               tryWW Recursive binder new_rhs
92 \end{code}
93
94 @wwExpr@ basically just walks the tree, looking for appropriate
95 annotations that can be used. Remember it is @wwBind@ that does the
96 matching by looking for strict arguments of the correct type.
97 @wwExpr@ is a version that just returns the ``Plain'' Tree.
98
99 \begin{code}
100 wwExpr :: CoreExpr -> UniqSM CoreExpr
101
102 wwExpr e@(Type {}) = return e
103 wwExpr e@(Lit  {}) = return e
104 wwExpr e@(Var  {}) = return e
105
106 wwExpr (Lam binder expr)
107   = Lam binder <$> wwExpr expr
108
109 wwExpr (App f a)
110   = App <$> wwExpr f <*> wwExpr a
111
112 wwExpr (Note note expr)
113   = Note note <$> wwExpr expr
114
115 wwExpr (Cast expr co) = do
116     new_expr <- wwExpr expr
117     return (Cast new_expr co)
118
119 wwExpr (Let bind expr)
120   = mkLets <$> wwBind bind <*> wwExpr expr
121
122 wwExpr (Case expr binder ty alts) = do
123     new_expr <- wwExpr expr
124     new_alts <- mapM ww_alt alts
125     return (Case new_expr binder ty new_alts)
126   where
127     ww_alt (con, binders, rhs) = do
128         new_rhs <- wwExpr rhs
129         return (con, binders, new_rhs)
130 \end{code}
131
132 %************************************************************************
133 %*                                                                      *
134 \subsection[tryWW]{@tryWW@: attempt a worker/wrapper pair}
135 %*                                                                      *
136 %************************************************************************
137
138 @tryWW@ just accumulates arguments, converts strictness info from the
139 front-end into the proper form, then calls @mkWwBodies@ to do
140 the business.
141
142 The only reason this is monadised is for the unique supply.
143
144 Note [Don't w/w INLINE things]
145 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
146 It's very important to refrain from w/w-ing an INLINE function (ie one
147 with an InlineRule) because the wrapper will then overwrite the
148 InlineRule unfolding.
149
150 Furthermore, if the programmer has marked something as INLINE, 
151 we may lose by w/w'ing it.
152
153 If the strictness analyser is run twice, this test also prevents
154 wrappers (which are INLINEd) from being re-done.  (You can end up with
155 several liked-named Ids bouncing around at the same time---absolute
156 mischief.)  
157
158 Notice that we refrain from w/w'ing an INLINE function even if it is
159 in a recursive group.  It might not be the loop breaker.  (We could
160 test for loop-breaker-hood, but I'm not sure that ever matters.)
161
162 Note [Don't w/w INLINABLE things]
163 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
164 If we have
165   {-# INLINABLE f #-}
166   f x y = ....
167 then in principle we might get a more efficient loop by w/w'ing f.
168 But that would make a new unfolding which would overwrite the old
169 one.  So we leave INLINABLE things alone too.
170
171 This is a slight infelicity really, because it means that adding
172 an INLINABLE pragma could make a program a bit less efficient,
173 because you lose the worker/wrapper stuff.  But I don't see a way 
174 to avoid that.
175
176 Note [Don't w/w inline small non-loop-breaker things]
177 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
178 In general, we refrain from w/w-ing *small* functions, which are not
179 loop breakers, because they'll inline anyway.  But we must take care:
180 it may look small now, but get to be big later after other inlining
181 has happened.  So we take the precaution of adding an INLINE pragma to
182 any such functions.
183
184 I made this change when I observed a big function at the end of
185 compilation with a useful strictness signature but no w-w.  (It was
186 small during demand analysis, we refrained from w/w, and then got big
187 when something was inlined in its rhs.) When I measured it on nofib,
188 it didn't make much difference; just a few percent improved allocation
189 on one benchmark (bspt/Euclid.space).  But nothing got worse.
190
191 There is an infelicity though.  We may get something like
192       f = g val
193 ==>
194       g x = case gw x of r -> I# r
195
196       f {- InlineStable, Template = g val -}
197       f = case gw x of r -> I# r
198
199 The code for f duplicates that for g, without any real benefit. It
200 won't really be executed, because calls to f will go via the inlining.
201
202 Note [Wrapper activation]
203 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
204 When should the wrapper inlining be active?  It must not be active
205 earlier than the current Activation of the Id (eg it might have a
206 NOINLINE pragma).  But in fact strictness analysis happens fairly
207 late in the pipeline, and we want to prioritise specialisations over
208 strictness.  Eg if we have 
209   module Foo where
210     f :: Num a => a -> Int -> a
211     f n 0 = n              -- Strict in the Int, hence wrapper
212     f n x = f (n+n) (x-1)
213
214     g :: Int -> Int
215     g x = f x x            -- Provokes a specialisation for f
216
217   module Bsr where
218     import Foo
219
220     h :: Int -> Int
221     h x = f 3 x
222
223 Then we want the specialisation for 'f' to kick in before the wrapper does.
224
225 Now in fact the 'gentle' simplification pass encourages this, by
226 having rules on, but inlinings off.  But that's kind of lucky. It seems 
227 more robust to give the wrapper an Activation of (ActiveAfter 0),
228 so that it becomes active in an importing module at the same time that
229 it appears in the first place in the defining module.
230
231 \begin{code}
232 tryWW   :: RecFlag
233         -> Id                           -- The fn binder
234         -> CoreExpr                     -- The bound rhs; its innards
235                                         --   are already ww'd
236         -> UniqSM [(Id, CoreExpr)]      -- either *one* or *two* pairs;
237                                         -- if one, then no worker (only
238                                         -- the orig "wrapper" lives on);
239                                         -- if two, then a worker and a
240                                         -- wrapper.
241 tryWW is_rec fn_id rhs
242   | isNeverActive inline_act
243         -- No point in worker/wrappering if the thing is never inlined!
244         -- Because the no-inline prag will prevent the wrapper ever
245         -- being inlined at a call site. 
246         -- 
247         -- Furthermore, don't even expose strictness info
248   = return [ (fn_id, rhs) ]
249
250   | is_thunk && worthSplittingThunk maybe_fn_dmd res_info
251         -- See Note [Thunk splitting]
252   = ASSERT2( isNonRec is_rec, ppr new_fn_id )   -- The thunk must be non-recursive
253     checkSize new_fn_id rhs $ 
254     splitThunk new_fn_id rhs
255
256   | is_fun && worthSplittingFun wrap_dmds res_info
257   = checkSize new_fn_id rhs $
258     splitFun new_fn_id fn_info wrap_dmds res_info rhs
259
260   | otherwise
261   = return [ (new_fn_id, rhs) ]
262
263   where
264     fn_info      = idInfo fn_id
265     maybe_fn_dmd = demandInfo fn_info
266     inline_act   = inlinePragmaActivation (inlinePragInfo fn_info)
267
268         -- In practice it always will have a strictness 
269         -- signature, even if it's a uninformative one
270     strict_sig  = strictnessInfo fn_info `orElse` topSig
271     StrictSig (DmdType env wrap_dmds res_info) = strict_sig
272
273         -- new_fn_id has the DmdEnv zapped.  
274         --      (a) it is never used again
275         --      (b) it wastes space
276         --      (c) it becomes incorrect as things are cloned, because
277         --          we don't push the substitution into it
278     new_fn_id | isEmptyVarEnv env = fn_id
279               | otherwise         = fn_id `setIdStrictness` 
280                                      StrictSig (mkTopDmdType wrap_dmds res_info)
281
282     is_fun    = notNull wrap_dmds
283     is_thunk  = not is_fun && not (exprIsHNF rhs)
284
285 ---------------------
286 checkSize :: Id -> CoreExpr
287           -> UniqSM [(Id,CoreExpr)] -> UniqSM [(Id,CoreExpr)]
288 checkSize fn_id rhs thing_inside
289   | isStableUnfolding (realIdUnfolding fn_id)
290   = return [ (fn_id, rhs) ]
291       -- See Note [Don't w/w INLINABLE things]
292       -- and Note [Don't w/w INLINABLABLE things]
293       -- NB: use realIdUnfolding because we want to see the unfolding
294       --     even if it's a loop breaker!
295
296   | certainlyWillInline (idUnfolding fn_id)
297   = return [ (fn_id `setIdUnfolding` inline_rule, rhs) ]
298         -- Note [Don't w/w inline small non-loop-breaker things]
299         -- NB: use idUnfolding because we don't want to apply
300         --     this criterion to a loop breaker!
301
302   | otherwise = thing_inside
303   where
304     inline_rule = mkInlineUnfolding Nothing rhs
305
306 ---------------------
307 splitFun :: Id -> IdInfo -> [Demand] -> DmdResult -> Expr Var
308          -> UniqSM [(Id, CoreExpr)]
309 splitFun fn_id fn_info wrap_dmds res_info rhs
310   = WARN( not (wrap_dmds `lengthIs` arity), ppr fn_id <+> (ppr arity $$ ppr wrap_dmds $$ ppr res_info) ) 
311     (do {
312         -- The arity should match the signature
313       (work_demands, wrap_fn, work_fn) <- mkWwBodies fun_ty wrap_dmds res_info one_shots
314     ; work_uniq <- getUniqueM
315     ; let
316         work_rhs = work_fn rhs
317         work_id  = mkWorkerId work_uniq fn_id (exprType work_rhs) 
318                         `setIdOccInfo` occInfo fn_info
319                                 -- Copy over occurrence info from parent
320                                 -- Notably whether it's a loop breaker
321                                 -- Doesn't matter much, since we will simplify next, but
322                                 -- seems right-er to do so
323
324                         `setInlineActivation` (inlinePragmaActivation inl_prag)
325                                 -- Any inline activation (which sets when inlining is active) 
326                                 -- on the original function is duplicated on the worker
327                                 -- It *matters* that the pragma stays on the wrapper
328                                 -- It seems sensible to have it on the worker too, although we
329                                 -- can't think of a compelling reason. (In ptic, INLINE things are 
330                                 -- not w/wd). However, the RuleMatchInfo is not transferred since
331                                 -- it does not make sense for workers to be constructorlike.
332
333                         `setIdStrictness` StrictSig (mkTopDmdType work_demands work_res_info)
334                                 -- Even though we may not be at top level, 
335                                 -- it's ok to give it an empty DmdEnv
336
337                         `setIdArity` (exprArity work_rhs)
338                                 -- Set the arity so that the Core Lint check that the 
339                                 -- arity is consistent with the demand type goes through
340
341         wrap_rhs  = wrap_fn work_id
342         wrap_prag = InlinePragma { inl_inline = Inline
343                                  , inl_sat    = Nothing
344                                  , inl_act    = ActiveAfter 0
345                                  , inl_rule   = rule_match_info }
346                 -- See Note [Wrapper activation]
347                 -- The RuleMatchInfo is (and must be) unaffected
348                 -- The inl_inline is bound to be False, else we would not be
349                 --    making a wrapper
350
351         wrap_id   = fn_id `setIdUnfolding` mkWwInlineRule work_id wrap_rhs arity
352                           `setInlinePragma` wrap_prag
353                           `setIdOccInfo` NoOccInfo
354                                 -- Zap any loop-breaker-ness, to avoid bleating from Lint
355                                 -- about a loop breaker with an INLINE rule
356
357     ; return ([(work_id, work_rhs), (wrap_id, wrap_rhs)]) })
358         -- Worker first, because wrapper mentions it
359         -- mkWwBodies has already built a wrap_rhs with an INLINE pragma wrapped around it
360   where
361     fun_ty          = idType fn_id
362     inl_prag        = inlinePragInfo fn_info
363     rule_match_info = inlinePragmaRuleMatchInfo inl_prag
364     arity           = arityInfo fn_info 
365                     -- The arity is set by the simplifier using exprEtaExpandArity
366                     -- So it may be more than the number of top-level-visible lambdas
367
368     work_res_info | isBotRes res_info = BotRes  -- Cpr stuff done by wrapper
369                   | otherwise         = TopRes
370
371     one_shots = get_one_shots rhs
372
373 -- If the original function has one-shot arguments, it is important to
374 -- make the wrapper and worker have corresponding one-shot arguments too.
375 -- Otherwise we spuriously float stuff out of case-expression join points,
376 -- which is very annoying.
377 get_one_shots :: Expr Var -> [Bool]
378 get_one_shots (Lam b e)
379   | isId b    = isOneShotLambda b : get_one_shots e
380   | otherwise = get_one_shots e
381 get_one_shots (Note _ e) = get_one_shots e
382 get_one_shots _          = noOneShotInfo
383 \end{code}
384
385 Note [Thunk splitting]
386 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
387 Suppose x is used strictly (never mind whether it has the CPR
388 property).  
389
390       let
391         x* = x-rhs
392       in body
393
394 splitThunk transforms like this:
395
396       let
397         x* = case x-rhs of { I# a -> I# a }
398       in body
399
400 Now simplifier will transform to
401
402       case x-rhs of 
403         I# a -> let x* = I# a 
404                 in body
405
406 which is what we want. Now suppose x-rhs is itself a case:
407
408         x-rhs = case e of { T -> I# a; F -> I# b }
409
410 The join point will abstract over a, rather than over (which is
411 what would have happened before) which is fine.
412
413 Notice that x certainly has the CPR property now!
414
415 In fact, splitThunk uses the function argument w/w splitting 
416 function, so that if x's demand is deeper (say U(U(L,L),L))
417 then the splitting will go deeper too.
418
419 \begin{code}
420 -- See Note [Thunk splitting]
421 -- splitThunk converts the *non-recursive* binding
422 --      x = e
423 -- into
424 --      x = let x = e
425 --          in case x of 
426 --               I# y -> let x = I# y in x }
427 -- See comments above. Is it not beautifully short?
428 -- Moreover, it works just as well when there are
429 -- several binders, and if the binders are lifted
430 -- E.g.     x = e
431 --     -->  x = let x = e in
432 --              case x of (a,b) -> let x = (a,b)  in x
433
434 splitThunk :: Var -> Expr Var -> UniqSM [(Var, Expr Var)]
435 splitThunk fn_id rhs = do
436     (_, wrap_fn, work_fn) <- mkWWstr [fn_id]
437     return [ (fn_id, Let (NonRec fn_id rhs) (wrap_fn (work_fn (Var fn_id)))) ]
438 \end{code}
439
440
441 %************************************************************************
442 %*                                                                      *
443 \subsection{Functions over Demands}
444 %*                                                                      *
445 %************************************************************************
446
447 \begin{code}
448 worthSplittingFun :: [Demand] -> DmdResult -> Bool
449                 -- True <=> the wrapper would not be an identity function
450 worthSplittingFun ds res
451   = any worth_it ds || returnsCPR res
452         -- worthSplitting returns False for an empty list of demands,
453         -- and hence do_strict_ww is False if arity is zero and there is no CPR
454   -- See Note [Worker-wrapper for bottoming functions]
455   where
456     worth_it Abs              = True    -- Absent arg
457     worth_it (Eval (Prod _)) = True     -- Product arg to evaluate
458     worth_it _                = False
459
460 worthSplittingThunk :: Maybe Demand     -- Demand on the thunk
461                     -> DmdResult        -- CPR info for the thunk
462                     -> Bool
463 worthSplittingThunk maybe_dmd res
464   = worth_it maybe_dmd || returnsCPR res
465   where
466         -- Split if the thing is unpacked
467     worth_it (Just (Eval (Prod ds))) = not (all isAbsent ds)
468     worth_it _                       = False
469 \end{code}
470
471 Note [Worker-wrapper for bottoming functions]
472 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
473 We used not to split if the result is bottom.
474 [Justification:  there's no efficiency to be gained.]
475
476 But it's sometimes bad not to make a wrapper.  Consider
477         fw = \x# -> let x = I# x# in case e of
478                                         p1 -> error_fn x
479                                         p2 -> error_fn x
480                                         p3 -> the real stuff
481 The re-boxing code won't go away unless error_fn gets a wrapper too.
482 [We don't do reboxing now, but in general it's better to pass an
483 unboxed thing to f, and have it reboxed in the error cases....]
484
485
486 %************************************************************************
487 %*                                                                      *
488 \subsection{The worker wrapper core}
489 %*                                                                      *
490 %************************************************************************
491
492 @mkWrapper@ is called when importing a function.  We have the type of 
493 the function and the name of its worker, and we want to make its body (the wrapper).
494
495 \begin{code}
496 mkWrapper :: Type               -- Wrapper type
497           -> StrictSig          -- Wrapper strictness info
498           -> UniqSM (Id -> CoreExpr)    -- Wrapper body, missing worker Id
499
500 mkWrapper fun_ty (StrictSig (DmdType _ demands res_info)) = do
501     (_, wrap_fn, _) <- mkWwBodies fun_ty demands res_info noOneShotInfo
502     return wrap_fn
503
504 noOneShotInfo :: [Bool]
505 noOneShotInfo = repeat False
506 \end{code}