04ba2f0b6dc928df5adf44288ad682b186ee3351
[ghc-hetmet.git] / ghc / compiler / stranal / SaAbsInt.lhs
1 %
2 % (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1993-1996
3 %
4 \section[SaAbsInt]{Abstract interpreter for strictness analysis}
5
6 \begin{code}
7 #include "HsVersions.h"
8
9 module SaAbsInt (
10         findStrictness,
11         findDemand,
12         absEval,
13         widen,
14         fixpoint,
15         isBot
16     ) where
17
18 import Ubiq{-uitous-}
19
20 import CoreSyn
21 import CoreUnfold       ( UnfoldingDetails(..), FormSummary )
22 import CoreUtils        ( unTagBinders )
23 import Id               ( idType, getIdStrictness, getIdUnfolding,
24                           dataConSig, dataConArgTys
25                         )
26 import IdInfo           ( StrictnessInfo(..), Demand(..),
27                           wwPrim, wwStrict, wwEnum, wwUnpack
28                         )
29 import MagicUFs         ( MagicUnfoldingFun )
30 import Maybes           ( maybeToBool )
31 import Outputable       ( Outputable(..){-instance * []-} )
32 import PprStyle         ( PprStyle(..) )
33 import Pretty           ( ppStr )
34 import PrimOp           ( PrimOp(..) )
35 import SaLib
36 import TyCon            ( maybeTyConSingleCon, isEnumerationTyCon,
37                           TyCon{-instance Eq-}
38                         )
39 import Type             ( maybeAppDataTyConExpandingDicts, isPrimType )
40 import TysWiredIn       ( intTyCon, integerTyCon, doubleTyCon,
41                           floatTyCon, wordTyCon, addrTyCon
42                         )
43 import Util             ( isIn, isn'tIn, nOfThem, zipWithEqual,
44                           pprTrace, panic, pprPanic, assertPanic
45                         )
46
47 returnsRealWorld = panic "SaAbsInt.returnsRealWorld (ToDo)"
48 \end{code}
49
50 %************************************************************************
51 %*                                                                      *
52 \subsection[AbsVal-ops]{Operations on @AbsVals@}
53 %*                                                                      *
54 %************************************************************************
55
56 Least upper bound, greatest lower bound.
57
58 \begin{code}
59 lub, glb :: AbsVal -> AbsVal -> AbsVal
60
61 lub val1 val2 | isBot val1    = val2    -- The isBot test includes the case where
62 lub val1 val2 | isBot val2    = val1    -- one of the val's is a function which
63                                         -- always returns bottom, such as \y.x,
64                                         -- when x is bound to bottom.
65
66 lub (AbsProd xs) (AbsProd ys) = AbsProd (zipWithEqual "lub" lub xs ys)
67
68 lub _             _           = AbsTop  -- Crude, but conservative
69                                         -- The crudity only shows up if there
70                                         -- are functions involved
71
72 -- Slightly funny glb; for absence analysis only;
73 -- AbsBot is the safe answer.
74 --
75 -- Using anyBot rather than just testing for AbsBot is important.
76 -- Consider:
77 --
78 --   f = \a b -> ...
79 --
80 --   g = \x y z -> case x of
81 --                   []     -> f x
82 --                   (p:ps) -> f p
83 --
84 -- Now, the abstract value of the branches of the case will be an
85 -- AbsFun, but when testing for z's absence we want to spot that it's
86 -- an AbsFun which can't possibly return AbsBot.  So when glb'ing we
87 -- mustn't be too keen to bale out and return AbsBot; the anyBot test
88 -- spots that (f x) can't possibly return AbsBot.
89
90 -- We have also tripped over the following interesting case:
91 --      case x of
92 --        []     -> \y -> 1
93 --        (p:ps) -> f
94 --
95 -- Now, suppose f is bound to AbsTop.  Does this expression mention z?
96 -- Obviously not.  But the case will take the glb of AbsTop (for f) and
97 -- an AbsFun (for \y->1). We should not bale out and give AbsBot, because
98 -- that would say that it *does* mention z (or anything else for that matter).
99 -- Nor can we always return AbsTop, because the AbsFun might be something
100 -- like (\y->z), which obviously does mention z. The point is that we're
101 -- glbing two functions, and AbsTop is not actually the top of the function
102 -- lattice.  It is more like (\xyz -> x|y|z); that is, AbsTop returns
103 -- poison iff any of its arguments do.
104
105 -- Deal with functions specially, because AbsTop isn't the
106 -- top of their domain.
107
108 glb v1 v2
109   | is_fun v1 || is_fun v2
110   = if not (anyBot v1) && not (anyBot v2)
111     then
112         AbsTop
113     else
114         AbsBot
115   where
116     is_fun (AbsFun _ _ _)   = True
117     is_fun (AbsApproxFun _) = True      -- Not used, but the glb works ok
118     is_fun other            = False
119
120 -- The non-functional cases are quite straightforward
121
122 glb (AbsProd xs) (AbsProd ys) = AbsProd (zipWithEqual "glb" glb xs ys)
123
124 glb AbsTop       v2           = v2
125 glb v1           AbsTop       = v1
126
127 glb _            _            = AbsBot          -- Be pessimistic
128
129
130
131 combineCaseValues
132         :: AnalysisKind
133         -> AbsVal       -- Value of scrutinee
134         -> [AbsVal]     -- Value of branches (at least one)
135         -> AbsVal       -- Result
136
137 -- For strictness analysis, see if the scrutinee is bottom; if so
138 -- return bottom; otherwise, the lub of the branches.
139
140 combineCaseValues StrAnal AbsBot          branches = AbsBot
141 combineCaseValues StrAnal other_scrutinee branches
142         -- Scrutinee can only be AbsBot, AbsProd or AbsTop
143   = ASSERT(ok_scrutinee)
144     foldr1 lub branches
145   where
146     ok_scrutinee
147       = case other_scrutinee of {
148           AbsTop    -> True;    -- i.e., cool
149           AbsProd _ -> True;    -- ditto
150           _         -> False    -- party over
151         }
152
153 -- For absence analysis, check if the scrutinee is all poison (isBot)
154 -- If so, return poison (AbsBot); otherwise, any nested poison will come
155 -- out from looking at the branches, so just glb together the branches
156 -- to get the worst one.
157
158 combineCaseValues AbsAnal AbsBot          branches = AbsBot
159 combineCaseValues AbsAnal other_scrutinee branches
160         -- Scrutinee can only be AbsBot, AbsProd or AbsTop
161   = ASSERT(ok_scrutinee)
162     let
163         result = foldr1 glb branches
164
165         tracer = if at_least_one_AbsFun && at_least_one_AbsTop
166                     && no_AbsBots then
167                     pprTrace "combineCase:" (ppr PprDebug branches)
168                  else
169                     id
170     in
171 --    tracer (
172     result
173 --    )
174   where
175     ok_scrutinee
176       = case other_scrutinee of {
177           AbsTop    -> True;    -- i.e., cool
178           AbsProd _ -> True;    -- ditto
179           _         -> False    -- party over
180         }
181
182     at_least_one_AbsFun = foldr ((||) . is_AbsFun) False branches
183     at_least_one_AbsTop = foldr ((||) . is_AbsTop) False branches
184     no_AbsBots = foldr ((&&) . is_not_AbsBot) True branches
185
186     is_AbsFun x = case x of { AbsFun _ _ _ -> True; _ -> False }
187     is_AbsTop x = case x of { AbsTop -> True; _ -> False }
188     is_not_AbsBot x = case x of { AbsBot -> False; _ -> True }
189 \end{code}
190
191 @isBot@ returns True if its argument is (a representation of) bottom.  The
192 ``representation'' part is because we need to detect the bottom {\em function}
193 too.  To detect the bottom function, bind its args to top, and see if it
194 returns bottom.
195
196 Used only in strictness analysis:
197 \begin{code}
198 isBot :: AbsVal -> Bool
199
200 isBot AbsBot                 = True
201 isBot (AbsFun args body env) = isBot (absEval StrAnal body env)
202                                -- Don't bother to extend the envt because
203                                -- unbound variables default to AbsTop anyway
204 isBot other                  = False
205 \end{code}
206
207 Used only in absence analysis:
208 \begin{code}
209 anyBot :: AbsVal -> Bool
210
211 anyBot AbsBot                 = True    -- poisoned!
212 anyBot AbsTop                 = False
213 anyBot (AbsProd vals)         = any anyBot vals
214 anyBot (AbsFun args body env) = anyBot (absEval AbsAnal body env)
215 anyBot (AbsApproxFun demands) = False
216
217     -- AbsApproxFun can only arise in absence analysis from the Demand
218     -- info of an imported value; whatever it is we're looking for is
219     -- certainly not present over in the imported value.
220 \end{code}
221
222 @widen@ takes an @AbsVal@, $val$, and returns and @AbsVal@ which is
223 approximated by $val$.  Furthermore, the result has no @AbsFun@s in
224 it, so it can be compared for equality by @sameVal@.
225
226 \begin{code}
227 widen :: AnalysisKind -> AbsVal -> AbsVal
228
229 widen StrAnal (AbsFun args body env)
230   | isBot (absEval StrAnal body env) = AbsBot
231   | otherwise
232   = ASSERT (not (null args))
233     AbsApproxFun (map (findDemandStrOnly env body) args)
234
235     -- It's worth checking for a function which is unconditionally
236     -- bottom.  Consider
237     --
238     --  f x y = let g y = case x of ...
239     --          in (g ..) + (g ..)
240     --
241     -- Here, when we are considering strictness of f in x, we'll
242     -- evaluate the body of f with x bound to bottom.  The current
243     -- strategy is to bind g to its *widened* value; without the isBot
244     -- (...) test above, we'd bind g to an AbsApproxFun, and deliver
245     -- Top, not Bot as the value of f's rhs.  The test spots the
246     -- unconditional bottom-ness of g when x is bottom.  (Another
247     -- alternative here would be to bind g to its exact abstract
248     -- value, but that entails lots of potential re-computation, at
249     -- every application of g.)
250
251 widen StrAnal (AbsProd vals) = AbsProd (map (widen StrAnal) vals)
252 widen StrAnal other_val      = other_val
253
254
255 widen AbsAnal (AbsFun args body env)
256   | anyBot (absEval AbsAnal body env) = AbsBot
257         -- In the absence-analysis case it's *essential* to check
258         -- that the function has no poison in its body.  If it does,
259         -- anywhere, then the whole function is poisonous.
260
261   | otherwise
262   = ASSERT (not (null args))
263     AbsApproxFun (map (findDemandAbsOnly env body) args)
264
265 widen AbsAnal (AbsProd vals) = AbsProd (map (widen AbsAnal) vals)
266
267         -- It's desirable to do a good job of widening for product
268         -- values.  Consider
269         --
270         --      let p = (x,y)
271         --      in ...(case p of (x,y) -> x)...
272         --
273         -- Now, is y absent in this expression?  Currently the
274         -- analyser widens p before looking at p's scope, to avoid
275         -- lots of recomputation in the case where p is a function.
276         -- So if widening doesn't have a case for products, we'll
277         -- widen p to AbsBot (since when searching for absence in y we
278         -- bind y to poison ie AbsBot), and now we are lost.
279
280 widen AbsAnal other_val = other_val
281
282 -- WAS:   if anyBot val then AbsBot else AbsTop
283 -- Nowadays widen is doing a better job on functions for absence analysis.
284 \end{code}
285
286 @crudeAbsWiden@ is used just for absence analysis, and always
287 returns AbsTop or AbsBot, so it widens to a two-point domain
288
289 \begin{code}
290 crudeAbsWiden :: AbsVal -> AbsVal
291 crudeAbsWiden val = if anyBot val then AbsBot else AbsTop
292 \end{code}
293
294 @sameVal@ compares two abstract values for equality.  It can't deal with
295 @AbsFun@, but that should have been removed earlier in the day by @widen@.
296
297 \begin{code}
298 sameVal :: AbsVal -> AbsVal -> Bool     -- Can't handle AbsFun!
299
300 #ifdef DEBUG
301 sameVal (AbsFun _ _ _) _ = panic "sameVal: AbsFun: arg1"
302 sameVal _ (AbsFun _ _ _) = panic "sameVal: AbsFun: arg2"
303 #endif
304
305 sameVal AbsBot AbsBot = True
306 sameVal AbsBot other  = False   -- widen has reduced AbsFun bots to AbsBot
307
308 sameVal AbsTop AbsTop = True
309 sameVal AbsTop other  = False           -- Right?
310
311 sameVal (AbsProd vals1) (AbsProd vals2) = and (zipWithEqual "sameVal" sameVal vals1 vals2)
312 sameVal (AbsProd _)     AbsTop          = False
313 sameVal (AbsProd _)     AbsBot          = False
314
315 sameVal (AbsApproxFun str1) (AbsApproxFun str2) = str1 == str2
316 sameVal (AbsApproxFun _)    AbsTop              = False
317 sameVal (AbsApproxFun _)    AbsBot              = False
318
319 sameVal val1 val2 = panic "sameVal: type mismatch or AbsFun encountered"
320 \end{code}
321
322
323 @evalStrictness@ compares a @Demand@ with an abstract value, returning
324 @True@ iff the abstract value is {\em less defined} than the demand.
325 (@True@ is the exciting answer; @False@ is always safe.)
326
327 \begin{code}
328 evalStrictness :: Demand
329                -> AbsVal
330                -> Bool          -- True iff the value is sure
331                                 -- to be less defined than the Demand
332
333 evalStrictness (WwLazy _) _   = False
334 evalStrictness WwStrict   val = isBot val
335 evalStrictness WwEnum     val = isBot val
336
337 evalStrictness (WwUnpack demand_info) val
338   = case val of
339       AbsTop       -> False
340       AbsBot       -> True
341       AbsProd vals -> or (zipWithEqual "evalStrictness" evalStrictness demand_info vals)
342       _            -> trace "evalStrictness?" False
343
344 evalStrictness WwPrim val
345   = case val of
346       AbsTop -> False
347
348       other  ->   -- A primitive value should be defined, never bottom;
349                   -- hence this paranoia check
350                 pprPanic "evalStrictness: WwPrim:" (ppr PprDebug other)
351 \end{code}
352
353 For absence analysis, we're interested in whether "poison" in the
354 argument (ie a bottom therein) can propagate to the result of the
355 function call; that is, whether the specified demand can {\em
356 possibly} hit poison.
357
358 \begin{code}
359 evalAbsence (WwLazy True) _ = False     -- Can't possibly hit poison
360                                         -- with Absent demand
361
362 evalAbsence (WwUnpack demand_info) val
363   = case val of
364         AbsTop       -> False           -- No poison in here
365         AbsBot       -> True            -- Pure poison
366         AbsProd vals -> or (zipWithEqual "evalAbsence" evalAbsence demand_info vals)
367         _            -> panic "evalAbsence: other"
368
369 evalAbsence other val = anyBot val
370   -- The demand is conservative; even "Lazy" *might* evaluate the
371   -- argument arbitrarily so we have to look everywhere for poison
372 \end{code}
373
374 %************************************************************************
375 %*                                                                      *
376 \subsection[absEval]{Evaluate an expression in the abstract domain}
377 %*                                                                      *
378 %************************************************************************
379
380 \begin{code}
381 -- The isBottomingId stuf is now dealt with via the Id's strictness info
382 -- absId anal var env | isBottomingId var
383 --   = case anal of
384 --      StrAnal -> AbsBot       -- See discussion below
385 --      AbsAnal -> AbsTop       -- Just want to see if there's any poison in
386                                 -- error's arg
387
388 absId anal var env
389   = let
390      result =
391       case (lookupAbsValEnv env var, getIdStrictness var, getIdUnfolding var) of
392
393         (Just abs_val, _, _) ->
394                         abs_val -- Bound in the environment
395
396         (Nothing, NoStrictnessInfo, LitForm _) ->
397                         AbsTop  -- Literals all terminate, and have no poison
398
399         (Nothing, NoStrictnessInfo, ConForm _ _) ->
400                         AbsTop -- An imported constructor won't have
401                                -- bottom components, nor poison!
402
403         (Nothing, NoStrictnessInfo, GenForm _ _ unfolding _) ->
404                         -- We have an unfolding for the expr
405                         -- Assume the unfolding has no free variables since it
406                         -- came from inside the Id
407                         absEval anal (unTagBinders unfolding) env
408                 -- Notice here that we only look in the unfolding if we don't
409                 -- have strictness info (an unusual situation).
410                 -- We could have chosen to look in the unfolding if it exists,
411                 -- and only try the strictness info if it doesn't, and that would
412                 -- give more accurate results, at the cost of re-abstract-interpreting
413                 -- the unfolding every time.
414                 -- We found only one place where the look-at-unfolding-first
415                 -- method gave better results, which is in the definition of
416                 -- showInt in the Prelude.  In its defintion, fromIntegral is
417                 -- not inlined (it's big) but ab-interp-ing its unfolding gave
418                 -- a better result than looking at its strictness only.
419                 --  showInt :: Integral a => a -> [Char] -> [Char]
420                 -- !       {-# GHC_PRAGMA _A_ 1 _U_ 122 _S_
421                 --         "U(U(U(U(SA)AAAAAAAAL)AA)AAAAASAAASA)" {...} _N_ _N_ #-}
422                 -- --- 42,44 ----
423                 --   showInt :: Integral a => a -> [Char] -> [Char]
424                 -- !       {-# GHC_PRAGMA _A_ 1 _U_ 122 _S_
425                 --        "U(U(U(U(SL)LLLLLLLLL)LL)LLLLLSLLLLL)" _N_ _N_ #-}
426
427
428         (Nothing, strictness_info, _) ->
429                         -- Includes MagicForm, IWantToBeINLINEd, NoUnfoldingDetails
430                         -- Try the strictness info
431                         absValFromStrictness anal strictness_info
432
433
434         --      Done via strictness now
435         --        GenForm _ BottomForm _ _ -> AbsBot
436     in
437     -- pprTrace "absId:" (ppBesides [ppr PprDebug var, ppStr "=:", pp_anal anal, ppStr ":=",ppr PprDebug result]) (
438     result
439     -- )
440   where
441     pp_anal StrAnal = ppStr "STR"
442     pp_anal AbsAnal = ppStr "ABS"
443
444 absEvalAtom anal (VarArg v) env = absId anal v env
445 absEvalAtom anal (LitArg _) env = AbsTop
446 \end{code}
447
448 \begin{code}
449 absEval :: AnalysisKind -> CoreExpr -> AbsValEnv -> AbsVal
450
451 absEval anal (Var var) env = absId anal var env
452
453 absEval anal (Lit _) env = AbsTop
454     -- What if an unboxed literal?  That's OK: it terminates, so its
455     -- abstract value is AbsTop.
456
457     -- For absence analysis, a literal certainly isn't the "poison" variable
458 \end{code}
459
460 Discussion about \tr{error} (following/quoting Lennart): Any expression
461 \tr{error e} is regarded as bottom (with HBC, with the
462 \tr{-ffail-strict} flag, on with \tr{-O}).
463
464 Regarding it as bottom gives much better strictness properties for
465 some functions.  E.g.
466 \begin{verbatim}
467         f [x] y = x+y
468         f (x:xs) y = f xs (x+y)
469 i.e.
470         f [] _ = error "no match"
471         f [x] y = x+y
472         f (x:xs) y = f xs (x+y)
473 \end{verbatim}
474 is strict in \tr{y}, which you really want.  But, it may lead to
475 transformations that turn a call to \tr{error} into non-termination.
476 (The odds of this happening aren't good.)
477
478
479 Things are a little different for absence analysis, because we want
480 to make sure that any poison (?????)
481
482 \begin{code}
483 absEval StrAnal (Prim SeqOp [TyArg _, e]) env
484   = ASSERT(isValArg e)
485     if isBot (absEvalAtom StrAnal e env) then AbsBot else AbsTop
486         -- This is a special case to ensure that seq# is strict in its argument.
487         -- The comments below (for most normal PrimOps) do not apply.
488
489 absEval StrAnal (Prim op es) env = AbsTop
490         -- The arguments are all of unboxed type, so they will already
491         -- have been eval'd.  If the boxed version was bottom, we'll
492         -- already have returned bottom.
493
494         -- Actually, I believe we are saying that either (1) the
495         -- primOp uses unboxed args and they've been eval'ed, so
496         -- there's no need to force strictness here, _or_ the primOp
497         -- uses boxed args and we don't know whether or not it's
498         -- strict, so we assume laziness. (JSM)
499
500 absEval AbsAnal (Prim op as) env
501   = if any anyBot [absEvalAtom AbsAnal a env | a <- as, isValArg a]
502     then AbsBot
503     else AbsTop
504         -- For absence analysis, we want to see if the poison shows up...
505
506 absEval anal (Con con as) env
507   | has_single_con
508   = AbsProd [absEvalAtom anal a env | a <- as, isValArg a]
509
510   | otherwise   -- Not single-constructor
511   = case anal of
512         StrAnal ->      -- Strictness case: it's easy: it certainly terminates
513                    AbsTop
514         AbsAnal ->      -- In the absence case we need to be more
515                         -- careful: look to see if there's any
516                         -- poison in the components
517                    if any anyBot [absEvalAtom AbsAnal a env | a <- as, isValArg a]
518                    then AbsBot
519                    else AbsTop
520   where
521     (_,_,_, tycon) = dataConSig con
522     has_single_con = maybeToBool (maybeTyConSingleCon tycon)
523 \end{code}
524
525 \begin{code}
526 absEval anal (Lam (ValBinder binder) body) env
527   = AbsFun [binder] body env
528 absEval anal (Lam other_binder expr) env
529   = absEval  anal expr env
530 absEval anal (App f a) env | isValArg a
531   = absApply anal (absEval anal f env) (absEvalAtom anal a env)
532 absEval anal (App expr _) env
533   = absEval anal expr env
534 \end{code}
535
536 For primitive cases, just GLB the branches, then LUB with the expr part.
537
538 \begin{code}
539 absEval anal (Case expr (PrimAlts alts deflt)) env
540   = let
541         expr_val    = absEval anal expr env
542         abs_alts    = [ absEval anal rhs env | (_, rhs) <- alts ]
543                         -- Don't bother to extend envt, because unbound vars
544                         -- default to the conservative AbsTop
545
546         abs_deflt   = absEvalDefault anal expr_val deflt env
547     in
548         combineCaseValues anal expr_val
549                                (abs_deflt ++ abs_alts)
550
551 absEval anal (Case expr (AlgAlts alts deflt)) env
552   = let
553         expr_val  = absEval anal expr env
554         abs_alts  = [ absEvalAlgAlt anal expr_val alt env | alt <- alts ]
555         abs_deflt = absEvalDefault anal expr_val deflt env
556     in
557     let
558         result =
559           combineCaseValues anal expr_val
560                                 (abs_deflt ++ abs_alts)
561     in
562 {-
563     (case anal of
564         StrAnal -> id
565         _ -> pprTrace "absCase:ABS:" (ppAbove (ppCat [ppr PprDebug expr, ppr PprDebug result, ppr PprDebug expr_val, ppr PprDebug abs_deflt, ppr PprDebug abs_alts]) (ppr PprDebug (keysFM env `zip` eltsFM env)))
566     )
567 -}
568     result
569 \end{code}
570
571 For @Lets@ we widen the value we get.  This is nothing to
572 do with fixpointing.  The reason is so that we don't get an explosion
573 in the amount of computation.  For example, consider:
574 \begin{verbatim}
575       let
576         g a = case a of
577                 q1 -> ...
578                 q2 -> ...
579         f x = case x of
580                 p1 -> ...g r...
581                 p2 -> ...g s...
582       in
583         f e
584 \end{verbatim}
585 If we bind @f@ and @g@ to their exact abstract value, then we'll
586 ``execute'' one call to @f@ and {\em two} calls to @g@.  This can blow
587 up exponentially.  Widening cuts it off by making a fixed
588 approximation to @f@ and @g@, so that the bodies of @f@ and @g@ are
589 not evaluated again at all when they are called.
590
591 Of course, this can lose useful joint strictness, which is sad.  An
592 alternative approach would be to try with a certain amount of ``fuel''
593 and be prepared to bale out.
594
595 \begin{code}
596 absEval anal (Let (NonRec binder e1) e2) env
597   = let
598         new_env = addOneToAbsValEnv env binder (widen anal (absEval anal e1 env))
599     in
600         -- The binder of a NonRec should *not* be of unboxed type,
601         -- hence no need to strictly evaluate the Rhs.
602     absEval anal e2 new_env
603
604 absEval anal (Let (Rec pairs) body) env
605   = let
606         (binders,rhss) = unzip pairs
607         rhs_vals = cheapFixpoint anal binders rhss env  -- Returns widened values
608         new_env  = growAbsValEnvList env (binders `zip` rhs_vals)
609     in
610     absEval anal body new_env
611
612 absEval anal (SCC cc expr)      env = absEval anal expr env
613 absEval anal (Coerce c ty expr) env = absEval anal expr env
614 \end{code}
615
616 \begin{code}
617 absEvalAlgAlt :: AnalysisKind -> AbsVal -> (Id,[Id],CoreExpr) -> AbsValEnv -> AbsVal
618
619 absEvalAlgAlt anal (AbsProd arg_vals) (con, args, rhs) env
620   =     -- The scrutinee is a product value, so it must be of a single-constr
621         -- type; so the constructor in this alternative must be the right one
622         -- so we can go ahead and bind the constructor args to the components
623         -- of the product value.
624     ASSERT(length arg_vals == length args)
625     let
626          new_env = growAbsValEnvList env (args `zip` arg_vals)
627     in
628     absEval anal rhs new_env
629
630 absEvalAlgAlt anal other_scrutinee (con, args, rhs) env
631   =     -- Scrutinised value is Top or Bot (it can't be a function!)
632         -- So just evaluate the rhs with all constr args bound to Top.
633         -- (If the scrutinee is Top we'll never evaluated this function
634         -- call anyway!)
635     ASSERT(ok_scrutinee)
636     absEval anal rhs env
637   where
638     ok_scrutinee
639       = case other_scrutinee of {
640           AbsTop -> True;   -- i.e., OK
641           AbsBot -> True;   -- ditto
642           _      -> False   -- party over
643         }
644
645
646 absEvalDefault :: AnalysisKind
647                -> AbsVal                -- Value of scrutinee
648                -> CoreCaseDefault
649                -> AbsValEnv
650                -> [AbsVal]              -- Empty or singleton
651
652 absEvalDefault anal scrut_val NoDefault env = []
653 absEvalDefault anal scrut_val (BindDefault binder expr) env
654   = [absEval anal expr (addOneToAbsValEnv env binder scrut_val)]
655 \end{code}
656
657 %************************************************************************
658 %*                                                                      *
659 \subsection[absApply]{Apply an abstract function to an abstract argument}
660 %*                                                                      *
661 %************************************************************************
662
663 Easy ones first:
664
665 \begin{code}
666 absApply :: AnalysisKind -> AbsVal -> AbsVal -> AbsVal
667
668 absApply anal AbsBot arg = AbsBot
669   -- AbsBot represents the abstract bottom *function* too
670
671 absApply StrAnal AbsTop arg = AbsTop
672 absApply AbsAnal AbsTop arg = if anyBot arg
673                               then AbsBot
674                               else AbsTop
675         -- To be conservative, we have to assume that a function about
676         -- which we know nothing (AbsTop) might look at some part of
677         -- its argument
678 \end{code}
679
680 An @AbsFun@ with only one more argument needed---bind it and eval the
681 result.  A @Lam@ with two or more args: return another @AbsFun@ with
682 an augmented environment.
683
684 \begin{code}
685 absApply anal (AbsFun [binder] body env) arg
686   = absEval anal body (addOneToAbsValEnv env binder arg)
687
688 absApply anal (AbsFun (binder:bs) body env) arg
689   = AbsFun bs body (addOneToAbsValEnv env binder arg)
690 \end{code}
691
692 \begin{code}
693 absApply StrAnal (AbsApproxFun (arg1_demand:ds)) arg
694   = if evalStrictness arg1_demand arg
695     then AbsBot
696     else case ds of
697            []    -> AbsTop
698            other -> AbsApproxFun ds
699
700 absApply AbsAnal (AbsApproxFun (arg1_demand:ds)) arg
701   = if evalAbsence arg1_demand arg
702     then AbsBot
703     else case ds of
704            []    -> AbsTop
705            other -> AbsApproxFun ds
706
707 #ifdef DEBUG
708 absApply anal (AbsApproxFun []) arg = panic ("absApply: Duff function: AbsApproxFun." ++ show anal)
709 absApply anal (AbsFun [] _ _)   arg = panic ("absApply: Duff function: AbsFun." ++ show anal)
710 absApply anal (AbsProd _)       arg = panic ("absApply: Duff function: AbsProd." ++ show anal)
711 #endif
712 \end{code}
713
714
715
716
717 %************************************************************************
718 %*                                                                      *
719 \subsection[findStrictness]{Determine some binders' strictness}
720 %*                                                                      *
721 %************************************************************************
722
723 @findStrictness@ applies the function \tr{\ ids -> expr} to
724 \tr{[bot,top,top,...]}, \tr{[top,bot,top,top,...]}, etc., (i.e., once
725 with @AbsBot@ in each argument position), and evaluates the resulting
726 abstract value; it returns a vector of @Demand@s saying whether the
727 result of doing this is guaranteed to be bottom.  This tells the
728 strictness of the function in each of the arguments.
729
730 If an argument is of unboxed type, then we declare that function to be
731 strict in that argument.
732
733 We don't really have to make up all those lists of mostly-@AbsTops@;
734 unbound variables in an @AbsValEnv@ are implicitly mapped to that.
735
736 See notes on @addStrictnessInfoToId@.
737
738 \begin{code}
739 findStrictness :: StrAnalFlags
740                -> [Type]        -- Types of args in which strictness is wanted
741                -> AbsVal        -- Abstract strictness value of function
742                -> AbsVal        -- Abstract absence value of function
743                -> [Demand]      -- Resulting strictness annotation
744
745 findStrictness strflags [] str_val abs_val = []
746
747 findStrictness strflags (ty:tys) str_val abs_val
748   = let
749         demand       = findRecDemand strflags [] str_fn abs_fn ty
750         str_fn val   = absApply StrAnal str_val val
751         abs_fn val   = absApply AbsAnal abs_val val
752
753         demands = findStrictness strflags tys
754                         (absApply StrAnal str_val AbsTop)
755                         (absApply AbsAnal abs_val AbsTop)
756     in
757     demand : demands
758 \end{code}
759
760
761 \begin{code}
762 findDemandStrOnly str_env expr binder   -- Only strictness environment available
763   = findRecDemand strflags [] str_fn abs_fn (idType binder)
764   where
765     str_fn val = absEval StrAnal expr (addOneToAbsValEnv str_env binder val)
766     abs_fn val = AbsBot         -- Always says poison; so it looks as if
767                                 -- nothing is absent; safe
768     strflags   = getStrAnalFlags str_env
769
770 findDemandAbsOnly abs_env expr binder   -- Only absence environment available
771   = findRecDemand strflags [] str_fn abs_fn (idType binder)
772   where
773     str_fn val = AbsBot         -- Always says non-termination;
774                                 -- that'll make findRecDemand peer into the
775                                 -- structure of the value.
776     abs_fn val = absEval AbsAnal expr (addOneToAbsValEnv abs_env binder val)
777     strflags   = getStrAnalFlags abs_env
778
779
780 findDemand str_env abs_env expr binder
781   = findRecDemand strflags [] str_fn abs_fn (idType binder)
782   where
783     str_fn val = absEval StrAnal expr (addOneToAbsValEnv str_env binder val)
784     abs_fn val = absEval AbsAnal expr (addOneToAbsValEnv abs_env binder val)
785     strflags   = getStrAnalFlags str_env
786 \end{code}
787
788 @findRecDemand@ is where we finally convert strictness/absence info
789 into ``Demands'' which we can pin on Ids (etc.).
790
791 NOTE: What do we do if something is {\em both} strict and absent?
792 Should \tr{f x y z = error "foo"} says that \tr{f}'s arguments are all
793 strict (because of bottoming effect of \tr{error}) or all absent
794 (because they're not used)?
795
796 Well, for practical reasons, we prefer absence over strictness.  In
797 particular, it makes the ``default defaults'' for class methods (the
798 ones that say \tr{defm.foo dict = error "I don't exist"}) come out
799 nicely [saying ``the dict isn't used''], rather than saying it is
800 strict in every component of the dictionary [massive gratuitious
801 casing to take the dict apart].
802
803 But you could have examples where going for strictness would be better
804 than absence.  Consider:
805 \begin{verbatim}
806         let x = something big
807         in
808         f x y z + g x
809 \end{verbatim}
810
811 If \tr{x} is marked absent in \tr{f}, but not strict, and \tr{g} is
812 lazy, then the thunk for \tr{x} will be built.  If \tr{f} was strict,
813 then we'd let-to-case it:
814 \begin{verbatim}
815         case something big of
816           x -> f x y z + g x
817 \end{verbatim}
818 Ho hum.
819
820 \begin{code}
821 findRecDemand :: StrAnalFlags
822               -> [TyCon]            -- TyCons already seen; used to avoid
823                                     -- zooming into recursive types
824               -> (AbsVal -> AbsVal) -- The strictness function
825               -> (AbsVal -> AbsVal) -- The absence function
826               -> Type       -- The type of the argument
827               -> Demand
828
829 findRecDemand strflags seen str_fn abs_fn ty
830   = if isPrimType ty then -- It's a primitive type!
831        wwPrim
832
833     else if not (anyBot (abs_fn AbsBot)) then -- It's absent
834        -- We prefer absence over strictness: see NOTE above.
835        WwLazy True
836
837     else if not (all_strict ||
838                  (num_strict && is_numeric_type ty) ||
839                  (isBot (str_fn AbsBot))) then
840         WwLazy False -- It's not strict and we're not pretending
841
842     else -- It's strict (or we're pretending it is)!
843
844        case (maybeAppDataTyConExpandingDicts ty) of
845
846          Nothing    -> wwStrict
847
848          Just (tycon,tycon_arg_tys,[data_con]) | tycon `not_elem` seen ->
849            -- Single constructor case, tycon not already seen higher up
850            let
851               cmpnt_tys = dataConArgTys data_con tycon_arg_tys
852               prod_len = length cmpnt_tys
853
854               compt_strict_infos
855                 = [ findRecDemand strflags (tycon:seen)
856                          (\ cmpnt_val ->
857                                str_fn (mkMainlyTopProd prod_len i cmpnt_val)
858                          )
859                          (\ cmpnt_val ->
860                                abs_fn (mkMainlyTopProd prod_len i cmpnt_val)
861                          )
862                      cmpnt_ty
863                   | (cmpnt_ty, i) <- cmpnt_tys `zip` [1..] ]
864            in
865            if null compt_strict_infos then
866                  if isEnumerationTyCon tycon then wwEnum else wwStrict
867            else
868                  wwUnpack compt_strict_infos
869           where
870            not_elem = isn'tIn "findRecDemand"
871
872          Just (tycon,_,_) ->
873                 -- Multi-constr data types, *or* an abstract data
874                 -- types, *or* things we don't have a way of conveying
875                 -- the info over module boundaries (class ops,
876                 -- superdict sels, dfns).
877             if isEnumerationTyCon tycon then
878                 wwEnum
879             else
880                 wwStrict
881   where
882     (all_strict, num_strict) = strflags
883
884     is_numeric_type ty
885       = case (maybeAppDataTyConExpandingDicts ty) of -- NB: duplicates stuff done above
886           Nothing -> False
887           Just (tycon, _, _)
888             | tycon `is_elem`
889               [intTyCon, integerTyCon,
890                doubleTyCon, floatTyCon,
891                wordTyCon, addrTyCon]
892             -> True
893           _{-something else-} -> False
894       where
895         is_elem = isIn "is_numeric_type"
896
897     -- mkMainlyTopProd: make an AbsProd that is all AbsTops ("n"-1 of
898     -- them) except for a given value in the "i"th position.
899
900     mkMainlyTopProd :: Int -> Int -> AbsVal -> AbsVal
901
902     mkMainlyTopProd n i val
903       = let
904             befores = nOfThem (i-1) AbsTop
905             afters  = nOfThem (n-i) AbsTop
906         in
907         AbsProd (befores ++ (val : afters))
908 \end{code}
909
910 %************************************************************************
911 %*                                                                      *
912 \subsection[fixpoint]{Fixpointer for the strictness analyser}
913 %*                                                                      *
914 %************************************************************************
915
916 The @fixpoint@ functions take a list of \tr{(binder, expr)} pairs, an
917 environment, and returns the abstract value of each binder.
918
919 The @cheapFixpoint@ function makes a conservative approximation,
920 by binding each of the variables to Top in their own right hand sides.
921 That allows us to make rapid progress, at the cost of a less-than-wonderful
922 approximation.
923
924 \begin{code}
925 cheapFixpoint :: AnalysisKind -> [Id] -> [CoreExpr] -> AbsValEnv -> [AbsVal]
926
927 cheapFixpoint AbsAnal [id] [rhs] env
928   = [crudeAbsWiden (absEval AbsAnal rhs new_env)]
929   where
930     new_env = addOneToAbsValEnv env id AbsTop   -- Unsafe starting point!
931                     -- In the just-one-binding case, we guarantee to
932                     -- find a fixed point in just one iteration,
933                     -- because we are using only a two-point domain.
934                     -- This improves matters in cases like:
935                     --
936                     --  f x y = letrec g = ...g...
937                     --          in g x
938                     --
939                     -- Here, y isn't used at all, but if g is bound to
940                     -- AbsBot we simply get AbsBot as the next
941                     -- iteration too.
942
943 cheapFixpoint anal ids rhss env
944   = [widen anal (absEval anal rhs new_env) | rhs <- rhss]
945                 -- We do just one iteration, starting from a safe
946                 -- approximation.  This won't do a good job in situations
947                 -- like:
948                 --      \x -> letrec f = ...g...
949                 --                   g = ...f...x...
950                 --            in
951                 --            ...f...
952                 -- Here, f will end up bound to Top after one iteration,
953                 -- and hence we won't spot the strictness in x.
954                 -- (A second iteration would solve this.  ToDo: try the effect of
955                 --  really searching for a fixed point.)
956   where
957     new_env = growAbsValEnvList env [(id,safe_val) | id <- ids]
958
959     safe_val
960       = case anal of    -- The safe starting point
961           StrAnal -> AbsTop
962           AbsAnal -> AbsBot
963 \end{code}
964
965 \begin{verbatim}
966 mkLookupFun :: (key -> key -> Bool)     -- Equality predicate
967             -> (key -> key -> Bool)     -- Less-than predicate
968             -> [(key,val)]              -- The assoc list
969             -> key                      -- The key
970             -> Maybe val                -- The corresponding value
971
972 mkLookupFun eq lt alist s
973   = case [a | (s',a) <- alist, s' `eq` s] of
974       []    -> Nothing
975       (a:_) -> Just a
976 \end{verbatim}
977
978 \begin{code}
979 fixpoint :: AnalysisKind -> [Id] -> [CoreExpr] -> AbsValEnv -> [AbsVal]
980
981 fixpoint anal [] _ env = []
982
983 fixpoint anal ids rhss env
984   = fix_loop initial_vals
985   where
986     initial_val id
987       = case anal of    -- The (unsafe) starting point
988           StrAnal -> if (returnsRealWorld (idType id))
989                      then AbsTop -- this is a massively horrible hack (SLPJ 95/05)
990                      else AbsBot
991           AbsAnal -> AbsTop
992
993     initial_vals = [ initial_val id | id <- ids ]
994
995     fix_loop :: [AbsVal] -> [AbsVal]
996
997     fix_loop current_widened_vals
998       = let
999             new_env  = growAbsValEnvList env (ids `zip` current_widened_vals)
1000             new_vals = [ absEval anal rhs new_env | rhs <- rhss ]
1001             new_widened_vals = map (widen anal) new_vals
1002         in
1003         if (and (zipWith sameVal current_widened_vals new_widened_vals)) then
1004             current_widened_vals
1005
1006             -- NB: I was too chicken to make that a zipWithEqual,
1007             -- lest I jump into a black hole.  WDP 96/02
1008
1009             -- Return the widened values.  We might get a slightly
1010             -- better value by returning new_vals (which we used to
1011             -- do, see below), but alas that means that whenever the
1012             -- function is called we have to re-execute it, which is
1013             -- expensive.
1014
1015             -- OLD VERSION
1016             -- new_vals
1017             -- Return the un-widened values which may be a bit better
1018             -- than the widened ones, and are guaranteed safe, since
1019             -- they are one iteration beyond current_widened_vals,
1020             -- which itself is a fixed point.
1021         else
1022             fix_loop new_widened_vals
1023 \end{code}
1024
1025 For absence analysis, we make do with a very very simple approach:
1026 look for convergence in a two-point domain.
1027
1028 We used to use just one iteration, starting with the variables bound
1029 to @AbsBot@, which is safe.
1030
1031 Prior to that, we used one iteration starting from @AbsTop@ (which
1032 isn't safe).  Why isn't @AbsTop@ safe?  Consider:
1033 \begin{verbatim}
1034         letrec
1035           x = ...p..d...
1036           d = (x,y)
1037         in
1038         ...
1039 \end{verbatim}
1040 Here, if p is @AbsBot@, then we'd better {\em not} end up with a ``fixed
1041 point'' of @d@ being @(AbsTop, AbsTop)@!  An @AbsBot@ initial value is
1042 safe because it gives poison more often than really necessary, and
1043 thus may miss some absence, but will never claim absence when it ain't
1044 so.
1045
1046 Anyway, one iteration starting with everything bound to @AbsBot@ give
1047 bad results for
1048
1049         f = \ x -> ...f...
1050
1051 Here, f would always end up bound to @AbsBot@, which ain't very
1052 clever, because then it would introduce poison whenever it was
1053 applied.  Much better to start with f bound to @AbsTop@, and widen it
1054 to @AbsBot@ if any poison shows up. In effect we look for convergence
1055 in the two-point @AbsTop@/@AbsBot@ domain.
1056
1057 What we miss (compared with the cleverer strictness analysis) is
1058 spotting that in this case
1059
1060         f = \ x y -> ...y...(f x y')...
1061
1062 \tr{x} is actually absent, since it is only passed round the loop, never
1063 used.  But who cares about missing that?
1064
1065 NB: despite only having a two-point domain, we may still have many
1066 iterations, because there are several variables involved at once.