Refactor case-merging and identical-alternative optimisations
[ghc-hetmet.git] / compiler / simplCore / SimplUtils.lhs
index ea8212a..972c0e5 100644 (file)
@@ -6,7 +6,7 @@
 \begin{code}
 module SimplUtils (
        -- Rebuilding
-       mkLam, mkCase, prepareAlts, bindCaseBndr,
+       mkLam, mkCase, prepareAlts, 
 
        -- Inlining,
        preInlineUnconditionally, postInlineUnconditionally, 
@@ -1296,83 +1296,61 @@ Historical note: if you use let-bindings instead of a substitution, beware of th
 
 prepareAlts tries these things:
 
-1.  If several alternatives are identical, merge them into
-    a single DEFAULT alternative.  I've occasionally seen this 
-    making a big difference:
-
-       case e of               =====>     case e of
-         C _ -> f x                         D v -> ....v....
-         D v -> ....v....                   DEFAULT -> f x
-         DEFAULT -> f x
-
-   The point is that we merge common RHSs, at least for the DEFAULT case.
-   [One could do something more elaborate but I've never seen it needed.]
-   To avoid an expensive test, we just merge branches equal to the *first*
-   alternative; this picks up the common cases
-       a) all branches equal
-       b) some branches equal to the DEFAULT (which occurs first)
+1.  Eliminate alternatives that cannot match, including the
+    DEFAULT alternative.
 
-2.  Case merging:
-       case e of b {             ==>   case e of b {
-        p1 -> rhs1                      p1 -> rhs1
-        ...                             ...
-        pm -> rhsm                      pm -> rhsm
-        _  -> case b of b' {            pn -> let b'=b in rhsn
-                    pn -> rhsn          ...
-                    ...                 po -> let b'=b in rhso
-                    po -> rhso          _  -> let b'=b in rhsd
-                    _  -> rhsd
-       }  
-    
-    which merges two cases in one case when -- the default alternative of
-    the outer case scrutises the same variable as the outer case This
-    transformation is called Case Merging.  It avoids that the same
-    variable is scrutinised multiple times.
+2.  If the DEFAULT alternative can match only one possible constructor,
+    then make that constructor explicit.
+    e.g.
+        case e of x { DEFAULT -> rhs }
+     ===>
+        case e of x { (a,b) -> rhs }
+    where the type is a single constructor type.  This gives better code
+    when rhs also scrutinises x or e.
 
+3. Returns a list of the constructors that cannot holds in the
+   DEFAULT alternative (if there is one)
 
-The case where transformation (1) showed up was like this (lib/std/PrelCError.lhs):
+Here "cannot match" includes knowledge from GADTs
 
-       x | p `is` 1 -> e1
-         | p `is` 2 -> e2
-       ...etc...
+It's a good idea do do this stuff before simplifying the alternatives, to
+avoid simplifying alternatives we know can't happen, and to come up with
+the list of constructors that are handled, to put into the IdInfo of the
+case binder, for use when simplifying the alternatives.
 
-where @is@ was something like
-       
-       p `is` n = p /= (-1) && p == n
+Eliminating the default alternative in (1) isn't so obvious, but it can
+happen:
 
-This gave rise to a horrible sequence of cases
+data Colour = Red | Green | Blue
 
-       case p of
-         (-1) -> $j p
-         1    -> e1
-         DEFAULT -> $j p
+f x = case x of
+        Red -> ..
+        Green -> ..
+        DEFAULT -> h x
 
-and similarly in cascade for all the join points!
+h y = case y of
+        Blue -> ..
+        DEFAULT -> [ case y of ... ]
 
-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.
+If we inline h into f, the default case of the inlined h can't happen.
+If we don't notice this, we may end up filtering out *all* the cases
+of the inner case y, which give us nowhere to go!
 
 \begin{code}
-prepareAlts :: SimplEnv -> OutExpr -> OutId -> [InAlt] -> SimplM ([AltCon], [InAlt])
-prepareAlts env scrut case_bndr' alts
-  = do { dflags <- getDOptsSmpl
-       ; alts <- combineIdenticalAlts case_bndr' alts
-
-       ; let (alts_wo_default, maybe_deflt) = findDefault alts
+prepareAlts :: OutExpr -> OutId -> [InAlt] -> SimplM ([AltCon], [InAlt])
+prepareAlts scrut case_bndr' alts
+  = do { 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 non-DEFAULT branch in this case expression.
 
-       ; default_alts <- prepareDefault dflags env case_bndr' mb_tc_app 
+       ; default_alts <- prepareDefault case_bndr' mb_tc_app 
                                         imposs_deflt_cons maybe_deflt
 
        ; let trimmed_alts = filterOut impossible_alt alts_wo_default
-             merged_alts = mergeAlts trimmed_alts default_alts
+             merged_alts  = mergeAlts trimmed_alts default_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
@@ -1393,29 +1371,7 @@ prepareAlts env scrut case_bndr' alts
     impossible_alt _                   = False
 
 
---------------------------------------------------
---     1. Merge identical branches
---------------------------------------------------
-combineIdenticalAlts :: OutId -> [InAlt] -> SimplM [InAlt]
-
-combineIdenticalAlts case_bndr ((_con1,bndrs1,rhs1) : con_alts)
-  | all isDeadBinder bndrs1,                   -- Remember the default 
-    length filtered_alts < length con_alts     -- alternative comes first
-       -- 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)
-
-combineIdenticalAlts _ alts = return alts
-
--------------------------------------------------------------------------
---                     Prepare the default alternative
--------------------------------------------------------------------------
-prepareDefault :: DynFlags
-              -> SimplEnv
-              -> OutId         -- Case binder; need just for its type. Note that as an
+prepareDefault :: 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
@@ -1423,42 +1379,9 @@ prepareDefault :: DynFlags
               -> 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 env outer_bndr _bndr_ty imposs_cons (Just deflt_rhs)
-  | dopt Opt_CaseMerge dflags
-  , Case (Var inner_scrut_var) inner_bndr _ inner_alts <- deflt_rhs
-  , DoneId inner_scrut_var' <- substId env inner_scrut_var
-       -- Remember, inner_scrut_var is an InId, but outer_bndr is an OutId
-  , inner_scrut_var' == outer_bndr
-       -- NB: the substId means that if the outer scrutinee was a 
-       --     variable, and inner scrutinee is the same variable, 
-       --     then inner_scrut_var' will be outer_bndr
-       --     via the magic of simplCaseBinder
-  = 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,
-                                              not (con `elem` imposs_cons) ]
-               -- NB: filter out any imposs_cons.  Example:
-               --      case x of 
-               --        A -> e1
-               --        DEFAULT -> case x of 
-               --                      A -> e2
-               --                      B -> e3
-               -- When we merge, we must ensure that e1 takes 
-               -- precedence over e2 as the value for A!  
-       }
-       -- 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
-       -- in munge_rhs may put a case into the DEFAULT branch!
-
 
 --------- Fill in known constructor -----------
-prepareDefault _ _ case_bndr (Just (tycon, inst_tys)) imposs_cons (Just deflt_rhs)
+prepareDefault 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.  
@@ -1477,7 +1400,7 @@ prepareDefault _ _ case_bndr (Just (tycon, inst_tys)) imposs_cons (Just deflt_rh
                                -- 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 
-       impossible con  = con `elem` imposs_data_cons || dataConCannotMatch inst_tys con
+       impossible con   = con `elem` imposs_data_cons || dataConCannotMatch inst_tys con
   = case filterOut impossible all_cons of
        []    -> return []      -- Eliminate the default alternative
                                -- altogether if it can't match
@@ -1492,27 +1415,48 @@ prepareDefault _ _ case_bndr (Just (tycon, inst_tys)) imposs_cons (Just deflt_rh
        _ -> return [(DEFAULT, [], deflt_rhs)]
 
   | debugIsOn, isAlgTyCon tycon, not (isOpenTyCon tycon), null (tyConDataCons tycon)
-       -- This can legitimately happen for type families, so don't report that
+       -- Check for no data constructors
+        -- This can legitimately happen for type families, so don't report that
   = pprTrace "prepareDefault" (ppr case_bndr <+> ppr tycon)
         $ return [(DEFAULT, [], deflt_rhs)]
 
 --------- Catch-all cases -----------
-prepareDefault _dflags _env _case_bndr _bndr_ty _imposs_cons (Just deflt_rhs)
+prepareDefault _case_bndr _bndr_ty _imposs_cons (Just deflt_rhs)
   = return [(DEFAULT, [], deflt_rhs)]
 
-prepareDefault _dflags _env _case_bndr _bndr_ty _imposs_cons Nothing
+prepareDefault _case_bndr _bndr_ty _imposs_cons Nothing
   = return []  -- No default branch
 \end{code}
 
 
 
-=================================================================================
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+               mkCase
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
 
 mkCase tries these things
 
-1.  Eliminate the case altogether if possible
+1.  Merge Nested Cases
 
-2.  Case-identity:
+       case e of b {             ==>   case e of b {
+        p1 -> rhs1                      p1 -> rhs1
+        ...                             ...
+        pm -> rhsm                      pm -> rhsm
+        _  -> case b of b' {            pn -> let b'=b in rhsn
+                    pn -> rhsn          ...
+                    ...                 po -> let b'=b in rhso
+                    po -> rhso          _  -> let b'=b in rhsd
+                    _  -> rhsd
+       }  
+    
+    which merges two cases in one case when -- the default alternative of
+    the outer case scrutises the same variable as the outer case. This
+    transformation is called Case Merging.  It avoids that the same
+    variable is scrutinised multiple times.
+
+2.  Eliminate Identity Case
 
        case e of               ===> e
                True  -> True;
@@ -1520,19 +1464,99 @@ mkCase tries these things
 
     and similar friends.
 
+3.  Merge identical alternatives.
+    If several alternatives are identical, merge them into
+    a single DEFAULT alternative.  I've occasionally seen this 
+    making a big difference:
+
+       case e of               =====>     case e of
+         C _ -> f x                         D v -> ....v....
+         D v -> ....v....                   DEFAULT -> f x
+         DEFAULT -> f x
+
+   The point is that we merge common RHSs, at least for the DEFAULT case.
+   [One could do something more elaborate but I've never seen it needed.]
+   To avoid an expensive test, we just merge branches equal to the *first*
+   alternative; this picks up the common cases
+       a) all branches equal
+       b) some branches equal to the DEFAULT (which occurs first)
+
+The case where Merge Identical Alternatives transformation showed up
+was like this (base/Foreign/C/Err/Error.lhs):
+
+       x | p `is` 1 -> e1
+         | p `is` 2 -> e2
+       ...etc...
+
+where @is@ was something like
+       
+       p `is` n = p /= (-1) && p == n
+
+This gave rise to a horrible sequence of cases
+
+       case p of
+         (-1) -> $j p
+         1    -> e1
+         DEFAULT -> $j p
+
+and similarly in cascade for all the join points!
+
 
 \begin{code}
-mkCase :: OutExpr -> OutId -> [OutAlt] -- Increasing order
-       -> SimplM OutExpr
+mkCase, mkCase1, mkCase2 
+   :: DynFlags 
+   -> OutExpr -> OutId
+   -> [OutAlt]         -- Alternatives in standard (increasing) order
+   -> SimplM OutExpr
 
 --------------------------------------------------
---     2. Identity case
+--     1. Merge Nested Cases
 --------------------------------------------------
 
-mkCase scrut case_bndr alts    -- Identity case
+mkCase dflags scrut outer_bndr ((DEFAULT, _, deflt_rhs) : outer_alts)
+  | dopt Opt_CaseMerge dflags
+  , Case (Var inner_scrut_var) inner_bndr _ inner_alts <- deflt_rhs
+  , inner_scrut_var == outer_bndr
+  = do { tick (CaseMerge outer_bndr)
+
+       ; let wrap_alt (con, args, rhs) = ASSERT( outer_bndr `notElem` args )
+                                          (con, args, wrap_rhs rhs)
+               -- Simplifier's no-shadowing invariant should ensure
+               -- that outer_bndr is not shadowed by the inner patterns
+              wrap_rhs rhs = Let (NonRec inner_bndr (Var outer_bndr)) rhs
+               -- The let is OK even for unboxed binders, 
+
+             wrapped_alts | isDeadBinder inner_bndr = inner_alts
+                           | otherwise               = map wrap_alt inner_alts
+
+             merged_alts = mergeAlts outer_alts wrapped_alts
+               -- NB: mergeAlts gives priority to the left
+               --      case x of 
+               --        A -> e1
+               --        DEFAULT -> case x of 
+               --                      A -> e2
+               --                      B -> e3
+               -- When we merge, we must ensure that e1 takes 
+               -- precedence over e2 as the value for A!  
+
+       ; mkCase1 dflags scrut outer_bndr merged_alts
+       }
+       -- Warning: don't call mkCase 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
+       -- in munge_rhs may put a case into the DEFAULT branch!
+
+mkCase dflags scrut bndr alts = mkCase1 dflags scrut bndr alts
+
+--------------------------------------------------
+--     2. Eliminate Identity Case
+--------------------------------------------------
+
+mkCase1 _dflags scrut case_bndr alts   -- Identity case
   | all identity_alt alts
-  = do tick (CaseIdentity case_bndr)
-       return (re_cast scrut)
+  = do { tick (CaseIdentity case_bndr)
+       ; return (re_cast scrut) }
   where
     identity_alt (con, args, rhs) = check_eq con args (de_cast rhs)
 
@@ -1560,22 +1584,93 @@ mkCase scrut case_bndr alts     -- Identity case
                        (_,_,Cast _ co) -> Cast scrut co
                        _               -> scrut
 
+--------------------------------------------------
+--     3. Merge Identical Alternatives
+--------------------------------------------------
+mkCase1 dflags scrut case_bndr ((_con1,bndrs1,rhs1) : con_alts)
+  | all isDeadBinder bndrs1                    -- Remember the default 
+  , length filtered_alts < length con_alts     -- alternative comes first
+       -- Also Note [Dead binders]
+  = do { tick (AltMerge case_bndr)
+       ; mkCase2 dflags scrut case_bndr alts' }
+  where
+    alts' = (DEFAULT, [], rhs1) : filtered_alts
+    filtered_alts        = filter keep con_alts
+    keep (_con,bndrs,rhs) = not (all isDeadBinder bndrs && rhs `cheapEqExpr` rhs1)
 
+mkCase1 dflags scrut bndr alts = mkCase2 dflags scrut bndr alts
 
 --------------------------------------------------
 --     Catch-all
 --------------------------------------------------
-mkCase scrut bndr alts = return (Case scrut bndr (coreAltsType alts) alts)
+mkCase2 _dflags scrut bndr alts 
+  = return (Case scrut bndr (coreAltsType alts) alts)
 \end{code}
 
-
-When adding auxiliary bindings for the case binder, it's worth checking if
-its dead, because it often is, and occasionally these mkCase transformations
-cascade rather nicely.
-
-\begin{code}
-bindCaseBndr :: Id -> CoreExpr -> CoreExpr -> CoreExpr
-bindCaseBndr bndr rhs body
-  | isDeadBinder bndr = body
-  | otherwise         = bindNonRec bndr rhs body
-\end{code}
+Note [Dead binders]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+Note that dead-ness is maintained by the simplifier, so that it is
+accurate after simplification as well as before.
+
+
+Note [Cascading case merge]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+Case merging should cascade in one sweep, because it
+happens bottom-up
+
+      case e of a {
+        DEFAULT -> case a of b 
+                      DEFAULT -> case b of c {
+                                     DEFAULT -> e
+                                     A -> ea
+                      B -> eb
+        C -> ec
+==>
+      case e of a {
+        DEFAULT -> case a of b 
+                      DEFAULT -> let c = b in e
+                      A -> let c = b in ea
+                      B -> eb
+        C -> ec
+==>
+      case e of a {
+        DEFAULT -> let b = a in let c = b in e
+        A -> let b = a in let c = b in ea
+        B -> let b = a in eb
+        C -> ec
+
+
+However here's a tricky case that we still don't catch, and I don't
+see how to catch it in one pass:
+
+  case x of c1 { I# a1 ->
+  case a1 of c2 ->
+    0 -> ...
+    DEFAULT -> case x of c3 { I# a2 ->
+               case a2 of ...
+
+After occurrence analysis (and its binder-swap) we get this
+  case x of c1 { I# a1 -> 
+  let x = c1 in                -- Binder-swap addition
+  case a1 of c2 -> 
+    0 -> ...
+    DEFAULT -> case x of c3 { I# a2 ->
+               case a2 of ...
+
+When we simplify the inner case x, we'll see that
+x=c1=I# a1.  So we'll bind a2 to a1, and get
+
+  case x of c1 { I# a1 -> 
+  case a1 of c2 -> 
+    0 -> ...
+    DEFAULT -> case a1 of ...
+
+This is corect, but we can't do a case merge in this sweep
+because c2 /= a1.  Reason: the binding c1=I# a1 went inwards
+without getting changed to c1=I# c2.  
+
+I don't think this is worth fixing, even if I knew how. It'll
+all come out in the next pass anyway.
+
+  
\ No newline at end of file