1020b6726b084d7068f81151ed9b3d3234977100
[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
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 PrelInfo         ( intTyCon, integerTyCon, doubleTyCon,
34                           floatTyCon, wordTyCon, addrTyCon
35                         )
36 import Pretty           ( ppStr )
37 import PrimOp           ( PrimOp(..) )
38 import SaLib
39 import TyCon            ( maybeTyConSingleCon, isEnumerationTyCon,
40                           TyCon{-instance Eq-}
41                         )
42 import Type             ( maybeAppDataTyCon, isPrimType )
43 import Util             ( isIn, isn'tIn, nOfThem, zipWithEqual,
44                           pprTrace, panic, pprPanic, assertPanic
45                         )
46
47 getInstantiatedDataConSig = panic "SaAbsInt.getInstantiatedDataConSig (ToDo)"
48 returnsRealWorld = panic "SaAbsInt.returnsRealWorld (ToDo)"
49 \end{code}
50
51 %************************************************************************
52 %*                                                                      *
53 \subsection[AbsVal-ops]{Operations on @AbsVals@}
54 %*                                                                      *
55 %************************************************************************
56
57 Least upper bound, greatest lower bound.
58
59 \begin{code}
60 lub, glb :: AbsVal -> AbsVal -> AbsVal
61
62 lub val1 val2 | isBot val1    = val2    -- The isBot test includes the case where
63 lub val1 val2 | isBot val2    = val1    -- one of the val's is a function which
64                                         -- always returns bottom, such as \y.x,
65                                         -- when x is bound to bottom.
66
67 lub (AbsProd xs) (AbsProd ys) = AbsProd (zipWithEqual lub xs ys)
68
69 lub _             _           = AbsTop  -- Crude, but conservative
70                                         -- The crudity only shows up if there
71                                         -- are functions involved
72
73 -- Slightly funny glb; for absence analysis only;
74 -- AbsBot is the safe answer.
75 --
76 -- Using anyBot rather than just testing for AbsBot is important.
77 -- Consider:
78 --
79 --   f = \a b -> ...
80 --
81 --   g = \x y z -> case x of
82 --                   []     -> f x
83 --                   (p:ps) -> f p
84 --
85 -- Now, the abstract value of the branches of the case will be an
86 -- AbsFun, but when testing for z's absence we want to spot that it's
87 -- an AbsFun which can't possibly return AbsBot.  So when glb'ing we
88 -- mustn't be too keen to bale out and return AbsBot; the anyBot test
89 -- spots that (f x) can't possibly return AbsBot.
90
91 -- We have also tripped over the following interesting case:
92 --      case x of
93 --        []     -> \y -> 1
94 --        (p:ps) -> f
95 --
96 -- Now, suppose f is bound to AbsTop.  Does this expression mention z?
97 -- Obviously not.  But the case will take the glb of AbsTop (for f) and
98 -- an AbsFun (for \y->1). We should not bale out and give AbsBot, because
99 -- that would say that it *does* mention z (or anything else for that matter).
100 -- Nor can we always return AbsTop, because the AbsFun might be something
101 -- like (\y->z), which obviously does mention z. The point is that we're
102 -- glbing two functions, and AbsTop is not actually the top of the function
103 -- lattice.  It is more like (\xyz -> x|y|z); that is, AbsTop returns
104 -- poison iff any of its arguments do.
105
106 -- Deal with functions specially, because AbsTop isn't the
107 -- top of their domain.
108
109 glb v1 v2
110   | is_fun v1 || is_fun v2
111   = if not (anyBot v1) && not (anyBot v2)
112     then
113         AbsTop
114     else
115         AbsBot
116   where
117     is_fun (AbsFun _ _ _)   = True
118     is_fun (AbsApproxFun _) = True      -- Not used, but the glb works ok
119     is_fun other            = False
120
121 -- The non-functional cases are quite straightforward
122
123 glb (AbsProd xs) (AbsProd ys) = AbsProd (zipWithEqual glb xs ys)
124
125 glb AbsTop       v2           = v2
126 glb v1           AbsTop       = v1
127
128 glb _            _            = AbsBot          -- Be pessimistic
129
130
131
132 combineCaseValues
133         :: AnalysisKind
134         -> AbsVal       -- Value of scrutinee
135         -> [AbsVal]     -- Value of branches (at least one)
136         -> AbsVal       -- Result
137
138 -- For strictness analysis, see if the scrutinee is bottom; if so
139 -- return bottom; otherwise, the lub of the branches.
140
141 combineCaseValues StrAnal AbsBot          branches = AbsBot
142 combineCaseValues StrAnal other_scrutinee branches
143         -- Scrutinee can only be AbsBot, AbsProd or AbsTop
144   = ASSERT(ok_scrutinee)
145     foldr1 lub branches
146   where
147     ok_scrutinee
148       = case other_scrutinee of {
149           AbsTop    -> True;    -- i.e., cool
150           AbsProd _ -> True;    -- ditto
151           _         -> False    -- party over
152         }
153
154 -- For absence analysis, check if the scrutinee is all poison (isBot)
155 -- If so, return poison (AbsBot); otherwise, any nested poison will come
156 -- out from looking at the branches, so just glb together the branches
157 -- to get the worst one.
158
159 combineCaseValues AbsAnal AbsBot          branches = AbsBot
160 combineCaseValues AbsAnal other_scrutinee branches
161         -- Scrutinee can only be AbsBot, AbsProd or AbsTop
162   = ASSERT(ok_scrutinee)
163     let
164         result = foldr1 glb branches
165
166         tracer = if at_least_one_AbsFun && at_least_one_AbsTop
167                     && no_AbsBots then
168                     pprTrace "combineCase:" (ppr PprDebug branches)
169                  else
170                     id
171     in
172 --    tracer (
173     result
174 --    )
175   where
176     ok_scrutinee
177       = case other_scrutinee of {
178           AbsTop    -> True;    -- i.e., cool
179           AbsProd _ -> True;    -- ditto
180           _         -> False    -- party over
181         }
182
183     at_least_one_AbsFun = foldr ((||) . is_AbsFun) False branches
184     at_least_one_AbsTop = foldr ((||) . is_AbsTop) False branches
185     no_AbsBots = foldr ((&&) . is_not_AbsBot) True branches
186
187     is_AbsFun x = case x of { AbsFun _ _ _ -> True; _ -> False }
188     is_AbsTop x = case x of { AbsTop -> True; _ -> False }
189     is_not_AbsBot x = case x of { AbsBot -> False; _ -> True }
190 \end{code}
191
192 @isBot@ returns True if its argument is (a representation of) bottom.  The
193 ``representation'' part is because we need to detect the bottom {\em function}
194 too.  To detect the bottom function, bind its args to top, and see if it
195 returns bottom.
196
197 Used only in strictness analysis:
198 \begin{code}
199 isBot :: AbsVal -> Bool
200
201 isBot AbsBot                 = True
202 isBot (AbsFun args body env) = isBot (absEval StrAnal body env)
203                                -- Don't bother to extend the envt because
204                                -- unbound variables default to AbsTop anyway
205 isBot other                  = False
206 \end{code}
207
208 Used only in absence analysis:
209 \begin{code}
210 anyBot :: AbsVal -> Bool
211
212 anyBot AbsBot                 = True    -- poisoned!
213 anyBot AbsTop                 = False
214 anyBot (AbsProd vals)         = any anyBot vals
215 anyBot (AbsFun args body env) = anyBot (absEval AbsAnal body env)
216 anyBot (AbsApproxFun demands) = False
217
218     -- AbsApproxFun can only arise in absence analysis from the Demand
219     -- info of an imported value; whatever it is we're looking for is
220     -- certainly not present over in the imported value.
221 \end{code}
222
223 @widen@ takes an @AbsVal@, $val$, and returns and @AbsVal@ which is
224 approximated by $val$.  Furthermore, the result has no @AbsFun@s in
225 it, so it can be compared for equality by @sameVal@.
226
227 \begin{code}
228 widen :: AnalysisKind -> AbsVal -> AbsVal
229
230 widen StrAnal (AbsFun args body env)
231   | isBot (absEval StrAnal body env) = AbsBot
232   | otherwise
233   = ASSERT (not (null args))
234     AbsApproxFun (map (findDemandStrOnly env body) args)
235
236     -- It's worth checking for a function which is unconditionally
237     -- bottom.  Consider
238     --
239     --  f x y = let g y = case x of ...
240     --          in (g ..) + (g ..)
241     --
242     -- Here, when we are considering strictness of f in x, we'll
243     -- evaluate the body of f with x bound to bottom.  The current
244     -- strategy is to bind g to its *widened* value; without the isBot
245     -- (...) test above, we'd bind g to an AbsApproxFun, and deliver
246     -- Top, not Bot as the value of f's rhs.  The test spots the
247     -- unconditional bottom-ness of g when x is bottom.  (Another
248     -- alternative here would be to bind g to its exact abstract
249     -- value, but that entails lots of potential re-computation, at
250     -- every application of g.)
251
252 widen StrAnal (AbsProd vals) = AbsProd (map (widen StrAnal) vals)
253 widen StrAnal other_val      = other_val
254
255
256 widen AbsAnal (AbsFun args body env)
257   | anyBot (absEval AbsAnal body env) = AbsBot
258         -- In the absence-analysis case it's *essential* to check
259         -- that the function has no poison in its body.  If it does,
260         -- anywhere, then the whole function is poisonous.
261
262   | otherwise
263   = ASSERT (not (null args))
264     AbsApproxFun (map (findDemandAbsOnly env body) args)
265
266 widen AbsAnal (AbsProd vals) = AbsProd (map (widen AbsAnal) vals)
267
268         -- It's desirable to do a good job of widening for product
269         -- values.  Consider
270         --
271         --      let p = (x,y)
272         --      in ...(case p of (x,y) -> x)...
273         --
274         -- Now, is y absent in this expression?  Currently the
275         -- analyser widens p before looking at p's scope, to avoid
276         -- lots of recomputation in the case where p is a function.
277         -- So if widening doesn't have a case for products, we'll
278         -- widen p to AbsBot (since when searching for absence in y we
279         -- bind y to poison ie AbsBot), and now we are lost.
280
281 widen AbsAnal other_val = other_val
282
283 -- WAS:   if anyBot val then AbsBot else AbsTop
284 -- Nowadays widen is doing a better job on functions for absence analysis.
285 \end{code}
286
287 @crudeAbsWiden@ is used just for absence analysis, and always
288 returns AbsTop or AbsBot, so it widens to a two-point domain
289
290 \begin{code}
291 crudeAbsWiden :: AbsVal -> AbsVal
292 crudeAbsWiden val = if anyBot val then AbsBot else AbsTop
293 \end{code}
294
295 @sameVal@ compares two abstract values for equality.  It can't deal with
296 @AbsFun@, but that should have been removed earlier in the day by @widen@.
297
298 \begin{code}
299 sameVal :: AbsVal -> AbsVal -> Bool     -- Can't handle AbsFun!
300
301 #ifdef DEBUG
302 sameVal (AbsFun _ _ _) _ = panic "sameVal: AbsFun: arg1"
303 sameVal _ (AbsFun _ _ _) = panic "sameVal: AbsFun: arg2"
304 #endif
305
306 sameVal AbsBot AbsBot = True
307 sameVal AbsBot other  = False   -- widen has reduced AbsFun bots to AbsBot
308
309 sameVal AbsTop AbsTop = True
310 sameVal AbsTop other  = False           -- Right?
311
312 sameVal (AbsProd vals1) (AbsProd vals2) = and (zipWithEqual sameVal vals1 vals2)
313 sameVal (AbsProd _)     AbsTop          = False
314 sameVal (AbsProd _)     AbsBot          = False
315
316 sameVal (AbsApproxFun str1) (AbsApproxFun str2) = str1 == str2
317 sameVal (AbsApproxFun _)    AbsTop              = False
318 sameVal (AbsApproxFun _)    AbsBot              = False
319
320 sameVal val1 val2 = panic "sameVal: type mismatch or AbsFun encountered"
321 \end{code}
322
323
324 @evalStrictness@ compares a @Demand@ with an abstract value, returning
325 @True@ iff the abstract value is {\em less defined} than the demand.
326 (@True@ is the exciting answer; @False@ is always safe.)
327
328 \begin{code}
329 evalStrictness :: Demand
330                -> AbsVal
331                -> Bool          -- True iff the value is sure
332                                 -- to be less defined than the Demand
333
334 evalStrictness (WwLazy _) _   = False
335 evalStrictness WwStrict   val = isBot val
336 evalStrictness WwEnum     val = isBot val
337
338 evalStrictness (WwUnpack demand_info) val
339   = case val of
340       AbsTop       -> False
341       AbsBot       -> True
342       AbsProd vals -> or (zipWithEqual evalStrictness demand_info vals)
343       _            -> trace "evalStrictness?" False
344
345 evalStrictness WwPrim val
346   = case val of
347       AbsTop -> False
348
349       other  ->   -- A primitive value should be defined, never bottom;
350                   -- hence this paranoia check
351                 pprPanic "evalStrictness: WwPrim:" (ppr PprDebug other)
352 \end{code}
353
354 For absence analysis, we're interested in whether "poison" in the
355 argument (ie a bottom therein) can propagate to the result of the
356 function call; that is, whether the specified demand can {\em
357 possibly} hit poison.
358
359 \begin{code}
360 evalAbsence (WwLazy True) _ = False     -- Can't possibly hit poison
361                                         -- with Absent demand
362
363 evalAbsence (WwUnpack demand_info) val
364   = case val of
365         AbsTop       -> False           -- No poison in here
366         AbsBot       -> True            -- Pure poison
367         AbsProd vals -> or (zipWithEqual evalAbsence demand_info vals)
368         _            -> panic "evalAbsence: other"
369
370 evalAbsence other val = anyBot val
371   -- The demand is conservative; even "Lazy" *might* evaluate the
372   -- argument arbitrarily so we have to look everywhere for poison
373 \end{code}
374
375 %************************************************************************
376 %*                                                                      *
377 \subsection[absEval]{Evaluate an expression in the abstract domain}
378 %*                                                                      *
379 %************************************************************************
380
381 \begin{code}
382 -- The isBottomingId stuf is now dealt with via the Id's strictness info
383 -- absId anal var env | isBottomingId var
384 --   = case anal of
385 --      StrAnal -> AbsBot       -- See discussion below
386 --      AbsAnal -> AbsTop       -- Just want to see if there's any poison in
387                                 -- error's arg
388
389 absId anal var env
390   = let
391      result =
392       case (lookupAbsValEnv env var, getIdStrictness var, getIdUnfolding var) of
393
394         (Just abs_val, _, _) ->
395                         abs_val -- Bound in the environment
396
397         (Nothing, NoStrictnessInfo, LitForm _) ->
398                         AbsTop  -- Literals all terminate, and have no poison
399
400         (Nothing, NoStrictnessInfo, ConForm _ _) ->
401                         AbsTop -- An imported constructor won't have
402                                -- bottom components, nor poison!
403
404         (Nothing, NoStrictnessInfo, GenForm _ _ unfolding _) ->
405                         -- We have an unfolding for the expr
406                         -- Assume the unfolding has no free variables since it
407                         -- came from inside the Id
408                         absEval anal (unTagBinders unfolding) env
409                 -- Notice here that we only look in the unfolding if we don't
410                 -- have strictness info (an unusual situation).
411                 -- We could have chosen to look in the unfolding if it exists,
412                 -- and only try the strictness info if it doesn't, and that would
413                 -- give more accurate results, at the cost of re-abstract-interpreting
414                 -- the unfolding every time.
415                 -- We found only one place where the look-at-unfolding-first
416                 -- method gave better results, which is in the definition of
417                 -- showInt in the Prelude.  In its defintion, fromIntegral is
418                 -- not inlined (it's big) but ab-interp-ing its unfolding gave
419                 -- a better result than looking at its strictness only.
420                 --  showInt :: Integral a => a -> [Char] -> [Char]
421                 -- !       {-# GHC_PRAGMA _A_ 1 _U_ 122 _S_
422                 --         "U(U(U(U(SA)AAAAAAAAL)AA)AAAAASAAASA)" {...} _N_ _N_ #-}
423                 -- --- 42,44 ----
424                 --   showInt :: Integral a => a -> [Char] -> [Char]
425                 -- !       {-# GHC_PRAGMA _A_ 1 _U_ 122 _S_
426                 --        "U(U(U(U(SL)LLLLLLLLL)LL)LLLLLSLLLLL)" _N_ _N_ #-}
427
428
429         (Nothing, strictness_info, _) ->
430                         -- Includes MagicForm, IWantToBeINLINEd, NoUnfoldingDetails
431                         -- Try the strictness info
432                         absValFromStrictness anal strictness_info
433
434
435         --      Done via strictness now
436         --        GenForm _ BottomForm _ _ -> AbsBot
437     in
438     -- pprTrace "absId:" (ppBesides [ppr PprDebug var, ppStr "=:", pp_anal anal, ppStr ":=",ppr PprDebug result]) (
439     result
440     -- )
441   where
442     pp_anal StrAnal = ppStr "STR"
443     pp_anal AbsAnal = ppStr "ABS"
444
445 absEvalAtom anal (VarArg v) env = absId anal v env
446 absEvalAtom anal (LitArg _) env = AbsTop
447 \end{code}
448
449 \begin{code}
450 absEval :: AnalysisKind -> CoreExpr -> AbsValEnv -> AbsVal
451
452 absEval anal (Var var) env = absId anal var env
453
454 absEval anal (Lit _) env = AbsTop
455     -- What if an unboxed literal?  That's OK: it terminates, so its
456     -- abstract value is AbsTop.
457
458     -- For absence analysis, a literal certainly isn't the "poison" variable
459 \end{code}
460
461 Discussion about \tr{error} (following/quoting Lennart): Any expression
462 \tr{error e} is regarded as bottom (with HBC, with the
463 \tr{-ffail-strict} flag, on with \tr{-O}).
464
465 Regarding it as bottom gives much better strictness properties for
466 some functions.  E.g.
467 \begin{verbatim}
468         f [x] y = x+y
469         f (x:xs) y = f xs (x+y)
470 i.e.
471         f [] _ = error "no match"
472         f [x] y = x+y
473         f (x:xs) y = f xs (x+y)
474 \end{verbatim}
475 is strict in \tr{y}, which you really want.  But, it may lead to
476 transformations that turn a call to \tr{error} into non-termination.
477 (The odds of this happening aren't good.)
478
479
480 Things are a little different for absence analysis, because we want
481 to make sure that any poison (?????)
482
483 \begin{code}
484 absEval StrAnal (Prim SeqOp [TyArg _, e]) env
485   = ASSERT(isValArg e)
486     if isBot (absEvalAtom StrAnal e env) then AbsBot else AbsTop
487         -- This is a special case to ensure that seq# is strict in its argument.
488         -- The comments below (for most normal PrimOps) do not apply.
489
490 absEval StrAnal (Prim op es) env = AbsTop
491         -- The arguments are all of unboxed type, so they will already
492         -- have been eval'd.  If the boxed version was bottom, we'll
493         -- already have returned bottom.
494
495         -- Actually, I believe we are saying that either (1) the
496         -- primOp uses unboxed args and they've been eval'ed, so
497         -- there's no need to force strictness here, _or_ the primOp
498         -- uses boxed args and we don't know whether or not it's
499         -- strict, so we assume laziness. (JSM)
500
501 absEval AbsAnal (Prim op as) env
502   = if any anyBot [absEvalAtom AbsAnal a env | a <- as, isValArg a]
503     then AbsBot
504     else AbsTop
505         -- For absence analysis, we want to see if the poison shows up...
506
507 absEval anal (Con con as) env
508   | has_single_con
509   = AbsProd [absEvalAtom anal a env | a <- as, isValArg a]
510
511   | otherwise   -- Not single-constructor
512   = case anal of
513         StrAnal ->      -- Strictness case: it's easy: it certainly terminates
514                    AbsTop
515         AbsAnal ->      -- In the absence case we need to be more
516                         -- careful: look to see if there's any
517                         -- poison in the components
518                    if any anyBot [absEvalAtom AbsAnal a env | a <- as, isValArg a]
519                    then AbsBot
520                    else AbsTop
521   where
522     (_,_,_, tycon) = dataConSig con
523     has_single_con = maybeToBool (maybeTyConSingleCon tycon)
524 \end{code}
525
526 \begin{code}
527 absEval anal (Lam (ValBinder binder) body) env
528   = AbsFun [binder] body env
529 absEval anal (Lam other_binder expr) env
530   = absEval  anal expr env
531 absEval anal (App f a) env | isValArg a
532   = absApply anal (absEval anal f env) (absEvalAtom anal a env)
533 absEval anal (App expr _) env
534   = absEval anal expr env
535 \end{code}
536
537 For primitive cases, just GLB the branches, then LUB with the expr part.
538
539 \begin{code}
540 absEval anal (Case expr (PrimAlts alts deflt)) env
541   = let
542         expr_val    = absEval anal expr env
543         abs_alts    = [ absEval anal rhs env | (_, rhs) <- alts ]
544                         -- Don't bother to extend envt, because unbound vars
545                         -- default to the conservative AbsTop
546
547         abs_deflt   = absEvalDefault anal expr_val deflt env
548     in
549         combineCaseValues anal expr_val
550                                (abs_deflt ++ abs_alts)
551
552 absEval anal (Case expr (AlgAlts alts deflt)) env
553   = let
554         expr_val  = absEval anal expr env
555         abs_alts  = [ absEvalAlgAlt anal expr_val alt env | alt <- alts ]
556         abs_deflt = absEvalDefault anal expr_val deflt env
557     in
558     let
559         result =
560           combineCaseValues anal expr_val
561                                 (abs_deflt ++ abs_alts)
562     in
563 {-
564     (case anal of
565         StrAnal -> id
566         _ -> 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)))
567     )
568 -}
569     result
570 \end{code}
571
572 For @Lets@ we widen the value we get.  This is nothing to
573 do with fixpointing.  The reason is so that we don't get an explosion
574 in the amount of computation.  For example, consider:
575 \begin{verbatim}
576       let
577         g a = case a of
578                 q1 -> ...
579                 q2 -> ...
580         f x = case x of
581                 p1 -> ...g r...
582                 p2 -> ...g s...
583       in
584         f e
585 \end{verbatim}
586 If we bind @f@ and @g@ to their exact abstract value, then we'll
587 ``execute'' one call to @f@ and {\em two} calls to @g@.  This can blow
588 up exponentially.  Widening cuts it off by making a fixed
589 approximation to @f@ and @g@, so that the bodies of @f@ and @g@ are
590 not evaluated again at all when they are called.
591
592 Of course, this can lose useful joint strictness, which is sad.  An
593 alternative approach would be to try with a certain amount of ``fuel''
594 and be prepared to bale out.
595
596 \begin{code}
597 absEval anal (Let (NonRec binder e1) e2) env
598   = let
599         new_env = addOneToAbsValEnv env binder (widen anal (absEval anal e1 env))
600     in
601         -- The binder of a NonRec should *not* be of unboxed type,
602         -- hence no need to strictly evaluate the Rhs.
603     absEval anal e2 new_env
604
605 absEval anal (Let (Rec pairs) body) env
606   = let
607         (binders,rhss) = unzip pairs
608         rhs_vals = cheapFixpoint anal binders rhss env  -- Returns widened values
609         new_env  = growAbsValEnvList env (binders `zip` rhs_vals)
610     in
611     absEval anal body new_env
612
613 absEval anal (SCC cc 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 maybeAppDataTyCon 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,_) = getInstantiatedDataConSig 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 (maybeAppDataTyCon 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.