Implement INLINABLE pragma
[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 (a)]
145 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
146
147 It's very important to refrain from w/w-ing an INLINE function (ie one
148 with an InlineRule) because the wrapper will then overwrite the
149 InlineRule unfolding.
150
151 Furthermore, if the programmer has marked something as INLINE, 
152 we may lose by w/w'ing it.
153
154 If the strictness analyser is run twice, this test also prevents
155 wrappers (which are INLINEd) from being re-done.  (You can end up with
156 several liked-named Ids bouncing around at the same time---absolute
157 mischief.)  
158
159 Notice that we refrain from w/w'ing an INLINE function even if it is
160 in a recursive group.  It might not be the loop breaker.  (We could
161 test for loop-breaker-hood, but I'm not sure that ever matters.)
162
163 Note [Don't w/w inline things (b)]
164 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
165 In general, we refrain from w/w-ing *small* functions, because they'll
166 inline anyway.  But we must take care: it may look small now, but get
167 to be big later after other inling has happened.  So we take the
168 precaution of adding an INLINE pragma to any such functions.
169
170 I made this change when I observed a big function at the end of
171 compilation with a useful strictness signature but no w-w.  When 
172 I measured it on nofib, it didn't make much difference; just a few
173 percent improved allocation on one benchmark (bspt/Euclid.space).  
174 But nothing got worse.
175
176 Note [Wrapper activation]
177 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
178 When should the wrapper inlining be active?  It must not be active
179 earlier than the current Activation of the Id (eg it might have a
180 NOINLINE pragma).  But in fact strictness analysis happens fairly
181 late in the pipeline, and we want to prioritise specialisations over
182 strictness.  Eg if we have 
183   module Foo where
184     f :: Num a => a -> Int -> a
185     f n 0 = n              -- Strict in the Int, hence wrapper
186     f n x = f (n+n) (x-1)
187
188     g :: Int -> Int
189     g x = f x x            -- Provokes a specialisation for f
190
191   module Bsr where
192     import Foo
193
194     h :: Int -> Int
195     h x = f 3 x
196
197 Then we want the specialisation for 'f' to kick in before the wrapper does.
198
199 Now in fact the 'gentle' simplification pass encourages this, by
200 having rules on, but inlinings off.  But that's kind of lucky. It seems 
201 more robust to give the wrapper an Activation of (ActiveAfter 0),
202 so that it becomes active in an importing module at the same time that
203 it appears in the first place in the defining module.
204
205 \begin{code}
206 tryWW   :: RecFlag
207         -> Id                           -- The fn binder
208         -> CoreExpr                     -- The bound rhs; its innards
209                                         --   are already ww'd
210         -> UniqSM [(Id, CoreExpr)]      -- either *one* or *two* pairs;
211                                         -- if one, then no worker (only
212                                         -- the orig "wrapper" lives on);
213                                         -- if two, then a worker and a
214                                         -- wrapper.
215 tryWW is_rec fn_id rhs
216   | isNeverActive inline_act
217         -- No point in worker/wrappering if the thing is never inlined!
218         -- Because the no-inline prag will prevent the wrapper ever
219         -- being inlined at a call site. 
220         -- 
221         -- Furthermore, don't even expose strictness info
222   = return [ (fn_id, rhs) ]
223
224   | is_thunk && worthSplittingThunk maybe_fn_dmd res_info
225         -- See Note [Thunk splitting]
226   = ASSERT2( isNonRec is_rec, ppr new_fn_id )   -- The thunk must be non-recursive
227     checkSize new_fn_id rhs $ 
228     splitThunk new_fn_id rhs
229
230   | is_fun && worthSplittingFun wrap_dmds res_info
231   = checkSize new_fn_id rhs $
232     splitFun new_fn_id fn_info wrap_dmds res_info rhs
233
234   | otherwise
235   = return [ (new_fn_id, rhs) ]
236
237   where
238     fn_info      = idInfo fn_id
239     maybe_fn_dmd = demandInfo fn_info
240     inline_act   = inlinePragmaActivation (inlinePragInfo fn_info)
241
242         -- In practice it always will have a strictness 
243         -- signature, even if it's a uninformative one
244     strict_sig  = strictnessInfo fn_info `orElse` topSig
245     StrictSig (DmdType env wrap_dmds res_info) = strict_sig
246
247         -- new_fn_id has the DmdEnv zapped.  
248         --      (a) it is never used again
249         --      (b) it wastes space
250         --      (c) it becomes incorrect as things are cloned, because
251         --          we don't push the substitution into it
252     new_fn_id | isEmptyVarEnv env = fn_id
253               | otherwise         = fn_id `setIdStrictness` 
254                                      StrictSig (mkTopDmdType wrap_dmds res_info)
255
256     is_fun    = notNull wrap_dmds
257     is_thunk  = not is_fun && not (exprIsHNF rhs)
258
259 ---------------------
260 checkSize :: Id -> CoreExpr
261           -> UniqSM [(Id,CoreExpr)] -> UniqSM [(Id,CoreExpr)]
262  -- See Note [Don't w/w inline things (a) and (b)]
263 checkSize fn_id rhs thing_inside
264   | isStableUnfolding unfolding    -- For DFuns and INLINE things, leave their
265   = return [ (fn_id, rhs) ]        -- unfolding unchanged; but still attach 
266                                    -- strictness info to the Id 
267
268   | certainlyWillInline unfolding
269   = return [ (fn_id `setIdUnfolding` inline_rule, rhs) ]
270                 -- Note [Don't w/w inline things (b)]
271
272   | otherwise = thing_inside
273   where
274     unfolding   = idUnfolding fn_id
275     inline_rule = mkInlineUnfolding Nothing rhs
276
277 ---------------------
278 splitFun :: Id -> IdInfo -> [Demand] -> DmdResult -> Expr Var
279          -> UniqSM [(Id, CoreExpr)]
280 splitFun fn_id fn_info wrap_dmds res_info rhs
281   = WARN( not (wrap_dmds `lengthIs` arity), ppr fn_id <+> (ppr arity $$ ppr wrap_dmds $$ ppr res_info) ) 
282     (do {
283         -- The arity should match the signature
284       (work_demands, wrap_fn, work_fn) <- mkWwBodies fun_ty wrap_dmds res_info one_shots
285     ; work_uniq <- getUniqueM
286     ; let
287         work_rhs = work_fn rhs
288         work_id  = mkWorkerId work_uniq fn_id (exprType work_rhs) 
289                         `setIdOccInfo` occInfo fn_info
290                                 -- Copy over occurrence info from parent
291                                 -- Notably whether it's a loop breaker
292                                 -- Doesn't matter much, since we will simplify next, but
293                                 -- seems right-er to do so
294
295                         `setInlineActivation` (inlinePragmaActivation inl_prag)
296                                 -- Any inline activation (which sets when inlining is active) 
297                                 -- on the original function is duplicated on the worker
298                                 -- It *matters* that the pragma stays on the wrapper
299                                 -- It seems sensible to have it on the worker too, although we
300                                 -- can't think of a compelling reason. (In ptic, INLINE things are 
301                                 -- not w/wd). However, the RuleMatchInfo is not transferred since
302                                 -- it does not make sense for workers to be constructorlike.
303
304                         `setIdStrictness` StrictSig (mkTopDmdType work_demands work_res_info)
305                                 -- Even though we may not be at top level, 
306                                 -- it's ok to give it an empty DmdEnv
307
308                         `setIdArity` (exprArity work_rhs)
309                                 -- Set the arity so that the Core Lint check that the 
310                                 -- arity is consistent with the demand type goes through
311
312         wrap_rhs  = wrap_fn work_id
313         wrap_prag = InlinePragma { inl_inline = Inline
314                                  , inl_sat    = Nothing
315                                  , inl_act    = ActiveAfter 0
316                                  , inl_rule   = rule_match_info }
317                 -- See Note [Wrapper activation]
318                 -- The RuleMatchInfo is (and must be) unaffected
319                 -- The inl_inline is bound to be False, else we would not be
320                 --    making a wrapper
321
322         wrap_id   = fn_id `setIdUnfolding` mkWwInlineRule work_id wrap_rhs arity
323                           `setInlinePragma` wrap_prag
324                           `setIdOccInfo` NoOccInfo
325                                 -- Zap any loop-breaker-ness, to avoid bleating from Lint
326                                 -- about a loop breaker with an INLINE rule
327
328     ; return ([(work_id, work_rhs), (wrap_id, wrap_rhs)]) })
329         -- Worker first, because wrapper mentions it
330         -- mkWwBodies has already built a wrap_rhs with an INLINE pragma wrapped around it
331   where
332     fun_ty          = idType fn_id
333     inl_prag        = inlinePragInfo fn_info
334     rule_match_info = inlinePragmaRuleMatchInfo inl_prag
335     arity           = arityInfo fn_info 
336                     -- The arity is set by the simplifier using exprEtaExpandArity
337                     -- So it may be more than the number of top-level-visible lambdas
338
339     work_res_info | isBotRes res_info = BotRes  -- Cpr stuff done by wrapper
340                   | otherwise         = TopRes
341
342     one_shots = get_one_shots rhs
343
344 -- If the original function has one-shot arguments, it is important to
345 -- make the wrapper and worker have corresponding one-shot arguments too.
346 -- Otherwise we spuriously float stuff out of case-expression join points,
347 -- which is very annoying.
348 get_one_shots :: Expr Var -> [Bool]
349 get_one_shots (Lam b e)
350   | isId b    = isOneShotLambda b : get_one_shots e
351   | otherwise = get_one_shots e
352 get_one_shots (Note _ e) = get_one_shots e
353 get_one_shots _          = noOneShotInfo
354 \end{code}
355
356 Note [Thunk splitting]
357 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
358 Suppose x is used strictly (never mind whether it has the CPR
359 property).  
360
361       let
362         x* = x-rhs
363       in body
364
365 splitThunk transforms like this:
366
367       let
368         x* = case x-rhs of { I# a -> I# a }
369       in body
370
371 Now simplifier will transform to
372
373       case x-rhs of 
374         I# a -> let x* = I# a 
375                 in body
376
377 which is what we want. Now suppose x-rhs is itself a case:
378
379         x-rhs = case e of { T -> I# a; F -> I# b }
380
381 The join point will abstract over a, rather than over (which is
382 what would have happened before) which is fine.
383
384 Notice that x certainly has the CPR property now!
385
386 In fact, splitThunk uses the function argument w/w splitting 
387 function, so that if x's demand is deeper (say U(U(L,L),L))
388 then the splitting will go deeper too.
389
390 \begin{code}
391 -- See Note [Thunk splitting]
392 -- splitThunk converts the *non-recursive* binding
393 --      x = e
394 -- into
395 --      x = let x = e
396 --          in case x of 
397 --               I# y -> let x = I# y in x }
398 -- See comments above. Is it not beautifully short?
399
400 splitThunk :: Var -> Expr Var -> UniqSM [(Var, Expr Var)]
401 splitThunk fn_id rhs = do
402     (_, wrap_fn, work_fn) <- mkWWstr [fn_id]
403     return [ (fn_id, Let (NonRec fn_id rhs) (wrap_fn (work_fn (Var fn_id)))) ]
404 \end{code}
405
406
407 %************************************************************************
408 %*                                                                      *
409 \subsection{Functions over Demands}
410 %*                                                                      *
411 %************************************************************************
412
413 \begin{code}
414 worthSplittingFun :: [Demand] -> DmdResult -> Bool
415                 -- True <=> the wrapper would not be an identity function
416 worthSplittingFun ds res
417   = any worth_it ds || returnsCPR res
418         -- worthSplitting returns False for an empty list of demands,
419         -- and hence do_strict_ww is False if arity is zero and there is no CPR
420   -- See Note [Worker-wrapper for bottoming functions]
421   where
422     worth_it Abs              = True    -- Absent arg
423     worth_it (Eval (Prod _)) = True     -- Product arg to evaluate
424     worth_it _                = False
425
426 worthSplittingThunk :: Maybe Demand     -- Demand on the thunk
427                     -> DmdResult        -- CPR info for the thunk
428                     -> Bool
429 worthSplittingThunk maybe_dmd res
430   = worth_it maybe_dmd || returnsCPR res
431   where
432         -- Split if the thing is unpacked
433     worth_it (Just (Eval (Prod ds))) = not (all isAbsent ds)
434     worth_it _                       = False
435 \end{code}
436
437 Note [Worker-wrapper for bottoming functions]
438 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
439 We used not to split if the result is bottom.
440 [Justification:  there's no efficiency to be gained.]
441
442 But it's sometimes bad not to make a wrapper.  Consider
443         fw = \x# -> let x = I# x# in case e of
444                                         p1 -> error_fn x
445                                         p2 -> error_fn x
446                                         p3 -> the real stuff
447 The re-boxing code won't go away unless error_fn gets a wrapper too.
448 [We don't do reboxing now, but in general it's better to pass an
449 unboxed thing to f, and have it reboxed in the error cases....]
450
451
452 %************************************************************************
453 %*                                                                      *
454 \subsection{The worker wrapper core}
455 %*                                                                      *
456 %************************************************************************
457
458 @mkWrapper@ is called when importing a function.  We have the type of 
459 the function and the name of its worker, and we want to make its body (the wrapper).
460
461 \begin{code}
462 mkWrapper :: Type               -- Wrapper type
463           -> StrictSig          -- Wrapper strictness info
464           -> UniqSM (Id -> CoreExpr)    -- Wrapper body, missing worker Id
465
466 mkWrapper fun_ty (StrictSig (DmdType _ demands res_info)) = do
467     (_, wrap_fn, _) <- mkWwBodies fun_ty demands res_info noOneShotInfo
468     return wrap_fn
469
470 noOneShotInfo :: [Bool]
471 noOneShotInfo = repeat False
472 \end{code}