Refactor the simplifier's treatment of case expressions
[ghc-hetmet.git] / compiler / simplCore / SimplUtils.lhs
index 60d5eb2..1ff6f8f 100644 (file)
@@ -6,7 +6,7 @@
 \begin{code}
 module SimplUtils (
        -- Rebuilding
-       mkLam, mkCase, 
+       mkLam, mkCase, prepareAlts, bindCaseBndr,
 
        -- Inlining,
        preInlineUnconditionally, postInlineUnconditionally, 
@@ -19,7 +19,7 @@ module SimplUtils (
        mkBoringStop, mkLazyArgStop, mkRhsStop, contIsRhsOrArg,
        interestingCallContext, interestingArgContext,
 
-       interestingArg, isStrictBndr, mkArgInfo
+       interestingArg, mkArgInfo
     ) where
 
 #include "HsVersions.h"
@@ -28,6 +28,7 @@ import SimplEnv
 import DynFlags
 import StaticFlags
 import CoreSyn
+import PprCore
 import CoreFVs
 import CoreUtils
 import Literal 
@@ -39,10 +40,12 @@ import SimplMonad
 import Type
 import TyCon
 import DataCon
+import TcGadt  ( dataConCanMatch )
 import VarSet
 import BasicTypes
 import Util
 import Outputable
+import List( nub )
 \end{code}
 
 
@@ -120,11 +123,12 @@ instance Outputable LetRhsFlag where
 
 instance Outputable SimplCont where
   ppr (Stop ty is_rhs _)            = ptext SLIT("Stop") <> brackets (ppr is_rhs) <+> ppr ty
-  ppr (ApplyTo dup arg se cont)      = (ptext SLIT("ApplyTo") <+> ppr dup <+> ppr arg) $$ ppr cont
+  ppr (ApplyTo dup arg se cont)      = ((ptext SLIT("ApplyTo") <+> ppr dup <+> pprParendExpr arg) $$ 
+                                         nest 2 (pprSimplEnv se)) $$ ppr cont
   ppr (StrictBind b _ _ _ cont)      = (ptext SLIT("StrictBind") <+> ppr b) $$ ppr cont
   ppr (StrictArg f _ _ cont)         = (ptext SLIT("StrictArg") <+> ppr f) $$ ppr cont
   ppr (Select dup bndr alts se cont) = (ptext SLIT("Select") <+> ppr dup <+> ppr bndr) $$ 
-                                      (nest 4 (ppr alts $$ ppr (seIdSubst se))) $$ ppr cont
+                                      (nest 4 (ppr alts $$ pprSimplEnv se)) $$ ppr cont
   ppr (CoerceIt co cont)            = (ptext SLIT("CoerceIt") <+> ppr co) $$ ppr cont
 
 data DupFlag = OkToDup | NoDup
@@ -214,6 +218,14 @@ interestingArg (Var v)              = hasSomeUnfolding (idUnfolding v)
 interestingArg (Type _)                 = False
 interestingArg (App fn (Type _)) = interestingArg fn
 interestingArg (Note _ a)       = interestingArg a
+
+-- Idea (from Sam B); I'm not sure if it's a good idea, so commented out for now
+-- interestingArg expr | isUnLiftedType (exprType expr)
+--        -- Unlifted args are only ever interesting if we know what they are
+--  =                  case expr of
+--                        Lit lit -> True
+--                        _       -> False
+
 interestingArg other            = True
        -- Consider     let x = 3 in f x
        -- The substitution will contain (x -> ContEx 3), and we want to
@@ -775,7 +787,7 @@ activeRule env
                        -- to work in Template Haskell when simplifying
                        -- splices, so we get simpler code for literal strings
        SimplPhase n -> Just (isActive n)
-\end{code}     
+\end{code}
 
 
 %************************************************************************
@@ -794,6 +806,14 @@ mkLam bndrs body
   = do { dflags <- getDOptsSmpl
        ; mkLam' dflags bndrs body }
   where
+    mkLam' :: DynFlags -> [OutBndr] -> OutExpr -> SimplM OutExpr
+    mkLam' dflags bndrs (Cast body@(Lam _ _) co)
+       -- Note [Casts and lambdas]
+      = do { lam <- mkLam' dflags (bndrs ++ bndrs') body'
+          ; return (mkCoerce (mkPiTypes bndrs co) lam) }
+      where    
+       (bndrs',body') = collectBinders body
+
     mkLam' dflags bndrs body
       | dopt Opt_DoEtaReduction dflags,
         Just etad_lam <- tryEtaReduce bndrs body
@@ -809,6 +829,21 @@ mkLam bndrs body
       = returnSmpl (mkLams bndrs body)
 \end{code}
 
+Note [Casts and lambdas]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+Consider 
+       (\x. (\y. e) `cast` g1) `cast` g2
+There is a danger here that the two lambdas look separated, and the 
+full laziness pass might float an expression to between the two.
+
+So this equation in mkLam' floats the g1 out, thus:
+       (\x. e `cast` g1)  -->  (\x.e) `cast` (tx -> g1)
+where x:tx.
+
+In general, this floats casts outside lambdas, where (I hope) they might meet
+and cancel with some other cast.
+
+
 --     c) floating lets out through big lambdas 
 --             [only if all tyvar lambdas, and only if this lambda
 --              is the RHS of a let]
@@ -1083,26 +1118,11 @@ tryRhsTyLam env tyvars body             -- Only does something if there's a let
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
-\subsection{Case absorption and identity-case elimination}
+               prepareAlts
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
-
-mkCase puts a case expression back together, trying various transformations first.
-
-\begin{code}
-mkCase :: OutExpr -> OutId -> OutType
-       -> [OutAlt]             -- Increasing order
-       -> SimplM OutExpr
-
-mkCase scrut case_bndr ty alts
-  = getDOptsSmpl                       `thenSmpl` \dflags ->
-    mkAlts dflags scrut case_bndr alts `thenSmpl` \ better_alts ->
-    mkCase1 scrut case_bndr ty better_alts
-\end{code}
-
-
-mkAlts tries these things:
+prepareAlts tries these things:
 
 1.  If several alternatives are identical, merge them into
     a single DEFAULT alternative.  I've occasionally seen this 
@@ -1157,43 +1177,93 @@ This gave rise to a horrible sequence of cases
 
 and similarly in cascade for all the join points!
 
-
+Note [Dead binders]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+We do this *here*, looking at un-simplified alternatives, because we
+have to check that r doesn't mention the variables bound by the
+pattern in each alternative, so the binder-info is rather useful.
 
 \begin{code}
+prepareAlts :: OutExpr -> OutId -> [InAlt] -> SimplM ([AltCon], [InAlt])
+prepareAlts scrut case_bndr' alts
+  = do { dflags <- getDOptsSmpl
+       ; alts <- combineIdenticalAlts case_bndr' alts
+
+       ; let (alts_wo_default, maybe_deflt) = findDefault alts
+             alt_cons = [con | (con,_,_) <- alts_wo_default]
+             imposs_deflt_cons = nub (imposs_cons ++ alt_cons)
+               -- "imposs_deflt_cons" are handled either by the context, 
+               -- OR by a branch in this case expression.
+               -- Don't include DEFAULT!!
+
+       ; default_alts <- prepareDefault dflags scrut case_bndr' mb_tc_app 
+                                        imposs_deflt_cons maybe_deflt
+
+       ; let trimmed_alts = filter possible_alt alts_wo_default
+             merged_alts = mergeAlts default_alts trimmed_alts
+               -- We need the mergeAlts in case the new default_alt 
+               -- has turned into a constructor alternative.
+               -- The merge keeps the inner DEFAULT at the front, if there is one
+               -- and eliminates any inner_alts that are shadowed by the outer_alts
+
+
+       ; return (imposs_deflt_cons, merged_alts) }
+  where
+    mb_tc_app = splitTyConApp_maybe (idType case_bndr')
+    Just (_, inst_tys) = mb_tc_app 
+
+    imposs_cons = case scrut of
+                   Var v -> otherCons (idUnfolding v)
+                   other -> []
+
+    possible_alt :: CoreAlt -> Bool
+    possible_alt (con, _, _) | con `elem` imposs_cons = False
+    possible_alt (DataAlt con, _, _) = dataConCanMatch inst_tys con
+    possible_alt alt               = True
+
+
 --------------------------------------------------
 --     1. Merge identical branches
 --------------------------------------------------
-mkAlts dflags scrut case_bndr alts@((con1,bndrs1,rhs1) : con_alts)
+combineIdenticalAlts :: OutId -> [InAlt] -> SimplM [InAlt]
+
+combineIdenticalAlts case_bndr alts@((con1,bndrs1,rhs1) : con_alts)
   | all isDeadBinder bndrs1,                   -- Remember the default 
     length filtered_alts < length con_alts     -- alternative comes first
-  = tick (AltMerge case_bndr)                  `thenSmpl_`
-    returnSmpl better_alts
+       -- Also Note [Dead binders]
+  = do { tick (AltMerge case_bndr)
+       ; return ((DEFAULT, [], rhs1) : filtered_alts) }
   where
     filtered_alts       = filter keep con_alts
     keep (con,bndrs,rhs) = not (all isDeadBinder bndrs && rhs `cheapEqExpr` rhs1)
-    better_alts                 = (DEFAULT, [], rhs1) : filtered_alts
 
-
---------------------------------------------------
---     2.  Merge nested cases
---------------------------------------------------
-
-mkAlts dflags scrut outer_bndr outer_alts
-  | dopt Opt_CaseMerge dflags,
-    (outer_alts_without_deflt, maybe_outer_deflt)   <- findDefault outer_alts,
-    Just (Case (Var scrut_var) inner_bndr _ inner_alts) <- maybe_outer_deflt,
-    scruting_same_var scrut_var
-  = let
-       munged_inner_alts = [(con, args, munge_rhs rhs) | (con, args, rhs) <- inner_alts]
-       munge_rhs rhs = bindCaseBndr inner_bndr (Var outer_bndr) rhs
-  
-       new_alts = mergeAlts outer_alts_without_deflt munged_inner_alts
-               -- The merge keeps the inner DEFAULT at the front, if there is one
-               -- and eliminates any inner_alts that are shadowed by the outer_alts
-    in
-    tick (CaseMerge outer_bndr)                                `thenSmpl_`
-    returnSmpl new_alts
-       -- Warning: don't call mkAlts recursively!
+combineIdenticalAlts case_bndr alts = return alts
+
+-------------------------------------------------------------------------
+--                     Prepare the default alternative
+-------------------------------------------------------------------------
+prepareDefault :: DynFlags
+              -> OutExpr       -- Scrutinee
+              -> OutId         -- Case binder; need just for its type. Note that as an
+                               --   OutId, it has maximum information; this is important.
+                               --   Test simpl013 is an example
+              -> Maybe (TyCon, [Type]) -- Type of scrutinee, decomposed
+              -> [AltCon]      -- These cons can't happen when matching the default
+              -> Maybe InExpr  -- Rhs
+              -> SimplM [InAlt]        -- Still unsimplified
+                                       -- We use a list because it's what mergeAlts expects,
+                                       -- And becuase case-merging can cause many to show up
+
+-------        Merge nested cases ----------
+prepareDefault dflags scrut outer_bndr bndr_ty imposs_cons (Just deflt_rhs)
+  | dopt Opt_CaseMerge dflags
+  , Case (Var scrut_var) inner_bndr _ inner_alts <- deflt_rhs
+  , scruting_same_var scrut_var
+  = do { tick (CaseMerge outer_bndr)
+
+       ; let munge_rhs rhs = bindCaseBndr inner_bndr (Var outer_bndr) rhs
+       ; return [(con, args, munge_rhs rhs) | (con, args, rhs) <- inner_alts] }
+       -- Warning: don't call prepareAlts recursively!
        -- Firstly, there's no point, because inner alts have already had
        -- mkCase applied to them, so they won't have a case in their default
        -- Secondly, if you do, you get an infinite loop, because the bindCaseBndr
@@ -1207,18 +1277,54 @@ mkAlts dflags scrut outer_bndr outer_alts
                          Var outer_scrut -> \ v -> v == outer_bndr || v == outer_scrut
                          other           -> \ v -> v == outer_bndr
 
-------------------------------------------------
---     Catch-all
-------------------------------------------------
-
-mkAlts dflags scrut case_bndr other_alts = returnSmpl other_alts
+--------- Fill in known constructor -----------
+prepareDefault dflags scrut case_bndr (Just (tycon, inst_tys)) imposs_cons (Just deflt_rhs)
+  |    -- This branch handles the case where we are 
+       -- scrutinisng an algebraic data type
+    isAlgTyCon tycon           -- It's a data type, tuple, or unboxed tuples.  
+  , not (isNewTyCon tycon)     -- We can have a newtype, if we are just doing an eval:
+                               --      case x of { DEFAULT -> e }
+                               -- and we don't want to fill in a default for them!
+  , Just all_cons <- tyConDataCons_maybe tycon
+  , not (null all_cons)                -- This is a tricky corner case.  If the data type has no constructors,
+                               -- which GHC allows, then the case expression will have at most a default
+                               -- alternative.  We don't want to eliminate that alternative, because the
+                               -- invariant is that there's always one alternative.  It's more convenient
+                               -- to leave     
+                               --      case x of { DEFAULT -> e }     
+                               -- as it is, rather than transform it to
+                               --      error "case cant match"
+                               -- which would be quite legitmate.  But it's a really obscure corner, and
+                               -- not worth wasting code on.
+  , let imposs_data_cons = [con | DataAlt con <- imposs_cons]  -- We now know it's a data type 
+       is_possible con  = not (con `elem` imposs_data_cons)
+                          && dataConCanMatch inst_tys con
+  = case filter is_possible all_cons of
+       []    -> return []      -- Eliminate the default alternative
+                               -- altogether if it can't match
+
+       [con] ->        -- It matches exactly one constructor, so fill it in
+                do { tick (FillInCaseDefault case_bndr)
+                    ; us <- getUniquesSmpl
+                    ; let (ex_tvs, co_tvs, arg_ids) =
+                              dataConRepInstPat us con inst_tys
+                    ; return [(DataAlt con, ex_tvs ++ co_tvs ++ arg_ids, deflt_rhs)] }
+
+       two_or_more -> return [(DEFAULT, [], deflt_rhs)]
+
+--------- Catch-all cases -----------
+prepareDefault dflags scrut case_bndr bndr_ty imposs_cons (Just deflt_rhs)
+  = return [(DEFAULT, [], deflt_rhs)]
+
+prepareDefault dflags scrut case_bndr bndr_ty imposs_cons Nothing
+  = return []  -- No default branch
 \end{code}
 
 
 
 =================================================================================
 
-mkCase1 tries these things
+mkCase tries these things
 
 1.  Eliminate the case altogether if possible
 
@@ -1231,192 +1337,41 @@ mkCase1 tries these things
     and similar friends.
 
 
-Start with a simple situation:
-
-       case x# of      ===>   e[x#/y#]
-         y# -> e
-
-(when x#, y# are of primitive type, of course).  We can't (in general)
-do this for algebraic cases, because we might turn bottom into
-non-bottom!
-
-Actually, we generalise this idea to look for a case where we're
-scrutinising a variable, and we know that only the default case can
-match.  For example:
-\begin{verbatim}
-       case x of
-         0#    -> ...
-         other -> ...(case x of
-                        0#    -> ...
-                        other -> ...) ...
-\end{code}
-Here the inner case can be eliminated.  This really only shows up in
-eliminating error-checking code.
-
-We also make sure that we deal with this very common case:
-
-       case e of 
-         x -> ...x...
-
-Here we are using the case as a strict let; if x is used only once
-then we want to inline it.  We have to be careful that this doesn't 
-make the program terminate when it would have diverged before, so we
-check that 
-       - x is used strictly, or
-       - e is already evaluated (it may so if e is a variable)
-
-Lastly, we generalise the transformation to handle this:
-
-       case e of       ===> r
-          True  -> r
-          False -> r
-
-We only do this for very cheaply compared r's (constructors, literals
-and variables).  If pedantic bottoms is on, we only do it when the
-scrutinee is a PrimOp which can't fail.
-
-We do it *here*, looking at un-simplified alternatives, because we
-have to check that r doesn't mention the variables bound by the
-pattern in each alternative, so the binder-info is rather useful.
-
-So the case-elimination algorithm is:
-
-       1. Eliminate alternatives which can't match
-
-       2. Check whether all the remaining alternatives
-               (a) do not mention in their rhs any of the variables bound in their pattern
-          and  (b) have equal rhss
-
-       3. Check we can safely ditch the case:
-                  * PedanticBottoms is off,
-               or * the scrutinee is an already-evaluated variable
-               or * the scrutinee is a primop which is ok for speculation
-                       -- ie we want to preserve divide-by-zero errors, and
-                       -- calls to error itself!
-
-               or * [Prim cases] the scrutinee is a primitive variable
-
-               or * [Alg cases] the scrutinee is a variable and
-                    either * the rhs is the same variable
-                       (eg case x of C a b -> x  ===>   x)
-                    or     * there is only one alternative, the default alternative,
-                               and the binder is used strictly in its scope.
-                               [NB this is helped by the "use default binder where
-                                possible" transformation; see below.]
-
-
-If so, then we can replace the case with one of the rhss.
-
-Further notes about case elimination
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
-Consider:      test :: Integer -> IO ()
-               test = print
-
-Turns out that this compiles to:
-    Print.test
-      = \ eta :: Integer
-         eta1 :: State# RealWorld ->
-         case PrelNum.< eta PrelNum.zeroInteger of wild { __DEFAULT ->
-         case hPutStr stdout
-                (PrelNum.jtos eta ($w[] @ Char))
-                eta1
-         of wild1 { (# new_s, a4 #) -> PrelIO.lvl23 new_s  }}
-
-Notice the strange '<' which has no effect at all. This is a funny one.  
-It started like this:
-
-f x y = if x < 0 then jtos x
-          else if y==0 then "" else jtos x
-
-At a particular call site we have (f v 1).  So we inline to get
-
-       if v < 0 then jtos x 
-       else if 1==0 then "" else jtos x
-
-Now simplify the 1==0 conditional:
-
-       if v<0 then jtos v else jtos v
-
-Now common-up the two branches of the case:
-
-       case (v<0) of DEFAULT -> jtos v
-
-Why don't we drop the case?  Because it's strict in v.  It's technically
-wrong to drop even unnecessary evaluations, and in practice they
-may be a result of 'seq' so we *definitely* don't want to drop those.
-I don't really know how to improve this situation.
-
-
 \begin{code}
+mkCase :: OutExpr -> OutId -> OutType
+       -> [OutAlt]             -- Increasing order
+       -> SimplM OutExpr
+
 --------------------------------------------------
---     0. Check for empty alternatives
+--     1. Check for empty alternatives
 --------------------------------------------------
 
 -- This isn't strictly an error.  It's possible that the simplifer might "see"
 -- that an inner case has no accessible alternatives before it "sees" that the
 -- entire branch of an outer case is inaccessible.  So we simply
 -- put an error case here insteadd
-mkCase1 scrut case_bndr ty []
-  = pprTrace "mkCase1: null alts" (ppr case_bndr <+> ppr scrut) $
+mkCase scrut case_bndr ty []
+  = pprTrace "mkCase: null alts" (ppr case_bndr <+> ppr scrut) $
     return (mkApps (Var eRROR_ID)
                   [Type ty, Lit (mkStringLit "Impossible alternative")])
 
---------------------------------------------------
---     1. Eliminate the case altogether if poss
---------------------------------------------------
-
-mkCase1 scrut case_bndr ty [(con,bndrs,rhs)]
-  -- See if we can get rid of the case altogether
-  -- See the extensive notes on case-elimination above
-  -- mkCase made sure that if all the alternatives are equal, 
-  -- then there is now only one (DEFAULT) rhs
- |  all isDeadBinder bndrs,
-
-       -- Check that the scrutinee can be let-bound instead of case-bound
-    exprOkForSpeculation scrut
-               -- OK not to evaluate it
-               -- This includes things like (==# a# b#)::Bool
-               -- so that we simplify 
-               --      case ==# a# b# of { True -> x; False -> x }
-               -- to just
-               --      x
-               -- This particular example shows up in default methods for
-               -- comparision operations (e.g. in (>=) for Int.Int32)
-       || exprIsHNF scrut                      -- It's already evaluated
-       || var_demanded_later scrut             -- It'll be demanded later
-
---      || not opt_SimplPedanticBottoms)       -- Or we don't care!
---     We used to allow improving termination by discarding cases, unless -fpedantic-bottoms was on,
---     but that breaks badly for the dataToTag# primop, which relies on a case to evaluate
---     its argument:  case x of { y -> dataToTag# y }
---     Here we must *not* discard the case, because dataToTag# just fetches the tag from
---     the info pointer.  So we'll be pedantic all the time, and see if that gives any
---     other problems
---     Also we don't want to discard 'seq's
-  = tick (CaseElim case_bndr)                  `thenSmpl_` 
-    returnSmpl (bindCaseBndr case_bndr scrut rhs)
-
-  where
-       -- The case binder is going to be evaluated later, 
-       -- and the scrutinee is a simple variable
-    var_demanded_later (Var v) = isStrictDmd (idNewDemandInfo case_bndr)
-    var_demanded_later other   = False
-
 
 --------------------------------------------------
 --     2. Identity case
 --------------------------------------------------
 
-mkCase1 scrut case_bndr ty alts        -- Identity case
+mkCase scrut case_bndr ty alts -- Identity case
   | all identity_alt alts
   = tick (CaseIdentity case_bndr)              `thenSmpl_`
     returnSmpl (re_cast scrut)
   where
-    identity_alt (con, args, rhs) = de_cast rhs `cheapEqExpr` mk_id_rhs con args
+    identity_alt (con, args, rhs) = check_eq con args (de_cast rhs)
 
-    mk_id_rhs (DataAlt con) args = mkConApp con (arg_tys ++ varsToCoreExprs args)
-    mk_id_rhs (LitAlt lit)  _    = Lit lit
-    mk_id_rhs DEFAULT       _    = Var case_bndr
+    check_eq DEFAULT       _    (Var v)   = v == case_bndr
+    check_eq (LitAlt lit') _    (Lit lit) = lit == lit'
+    check_eq (DataAlt con) args rhs       = rhs `cheapEqExpr` mkConApp con (arg_tys ++ varsToCoreExprs args)
+                                        || rhs `cheapEqExpr` Var case_bndr
+    check_eq con args rhs = False
 
     arg_tys = map Type (tyConAppArgs (idType case_bndr))
 
@@ -1441,7 +1396,7 @@ mkCase1 scrut case_bndr ty alts   -- Identity case
 --------------------------------------------------
 --     Catch-all
 --------------------------------------------------
-mkCase1 scrut bndr ty alts = returnSmpl (Case scrut bndr ty alts)
+mkCase scrut bndr ty alts = returnSmpl (Case scrut bndr ty alts)
 \end{code}