Propagate scalar variables and tycons for vectorisation through 'HscTypes.VectInfo'.
[ghc-hetmet.git] / compiler / vectorise / Vectorise.hs
index 5fbd053..4994e3f 100644 (file)
-module Vectorise( vectorise )
-where
-
-#include "HsVersions.h"
+{-# OPTIONS -fno-warn-missing-signatures -fno-warn-unused-do-bind #-}
 
-import DynFlags
-import HscTypes
+module Vectorise ( vectorise )
+where
 
-import CoreLint             ( showPass, endPass )
+import Vectorise.Type.Env
+import Vectorise.Type.Type
+import Vectorise.Convert
+import Vectorise.Utils.Hoisting
+import Vectorise.Exp
+import Vectorise.Vect
+import Vectorise.Env
+import Vectorise.Monad
+
+import HscTypes hiding      ( MonadThings(..) )
+import CoreUnfold           ( mkInlineUnfolding )
+import CoreFVs
+import PprCore
 import CoreSyn
-import TyCon
+import CoreMonad            ( CoreM, getHscEnv )
 import Type
-import TypeRep
-import Var
-import VarEnv
-import Name                 ( mkSysTvName )
-import NameEnv
-
-import DsMonad
-
-import PrelNames
-
+import Id
+import OccName
+import DynFlags
+import BasicTypes           ( isLoopBreaker )
 import Outputable
-import FastString
-import Control.Monad        ( liftM2 )
-
-vectorise :: HscEnv -> ModGuts -> IO ModGuts
-vectorise hsc_env guts
-  | not (Opt_Vectorise `dopt` dflags) = return guts
-  | otherwise
-  = do
-      showPass dflags "Vectorisation"
-      eps <- hscEPS hsc_env
-      let info = hptVectInfo hsc_env `plusVectInfo` eps_vect_info eps
-      Just guts' <- initDs hsc_env (mg_module guts)
-                                   (mg_rdr_env guts)
-                                   (mg_types guts)
-                                   (vectoriseModule info guts)
-      endPass dflags "Vectorisation" Opt_D_dump_vect (mg_binds guts')
-      return guts'
-  where
-    dflags = hsc_dflags hsc_env
-
--- ----------------------------------------------------------------------------
--- Vectorisation monad
-
-data Builtins = Builtins {
-                  parrayTyCon      :: TyCon
-                , paTyCon          :: TyCon
-                , closureTyCon     :: TyCon
-                , mkClosureVar     :: Var
-                , applyClosureVar  :: Var
-                , mkClosurePVar    :: Var
-                , applyClosurePVar :: Var
-                , closurePAVar     :: Var
-                , lengthPAVar      :: Var
-                , replicatePAVar   :: Var
-                }
-
-initBuiltins :: DsM Builtins
-initBuiltins
-  = do
-      parrayTyCon  <- dsLookupTyCon parrayTyConName
-      paTyCon      <- dsLookupTyCon paTyConName
-      closureTyCon <- dsLookupTyCon closureTyConName
-
-      mkClosureVar     <- dsLookupGlobalId mkClosureName
-      applyClosureVar  <- dsLookupGlobalId applyClosureName
-      mkClosurePVar    <- dsLookupGlobalId mkClosurePName
-      applyClosurePVar <- dsLookupGlobalId applyClosurePName
-      closurePAVar     <- dsLookupGlobalId closurePAName
-      lengthPAVar      <- dsLookupGlobalId lengthPAName
-      replicatePAVar   <- dsLookupGlobalId replicatePAName
-
-      return $ Builtins {
-                 parrayTyCon      = parrayTyCon
-               , paTyCon          = paTyCon
-               , closureTyCon     = closureTyCon
-               , mkClosureVar     = mkClosureVar
-               , applyClosureVar  = applyClosureVar
-               , mkClosurePVar    = mkClosurePVar
-               , applyClosurePVar = applyClosurePVar
-               , closurePAVar     = closurePAVar
-               , lengthPAVar      = lengthPAVar
-               , replicatePAVar   = replicatePAVar
-               }
-
-data VEnv = VEnv {
-              -- Mapping from variables to their vectorised versions. Mapping
-              -- to expressions instead of just Vars gives us more freedom.
-              -- 
-              vect_vars :: VarEnv CoreExpr
-
-              -- Exported variables which have a vectorised version
-              --
-            , vect_exported_vars :: VarEnv (Var, Var)
-
-              -- Mapping from TyCons to their vectorised versions.
-              -- TyCons which do not have to be vectorised are mapped to
-              -- themselves.
-            , vect_tycons :: NameEnv TyCon
-            }
-
-initVEnv :: VectInfo -> DsM VEnv
-initVEnv info
-  = return $ VEnv {
-               vect_vars          = mapVarEnv  (Var . snd) $ vectInfoCCVar   info
-             , vect_exported_vars = emptyVarEnv
-             , vect_tycons        = mapNameEnv snd $ vectInfoCCTyCon info
-             }
-
--- FIXME
-updVectInfo :: VEnv -> ModGuts -> ModGuts
-updVectInfo env guts = guts { mg_vect_info = info' }
-  where
-    info' = info {
-              vectInfoCCVar   = vect_exported_vars env
-            , vectInfoCCTyCon = tc_env
-            }
-
-    info  = mg_vect_info guts
-    tyenv = mg_types guts
-
-    tc_env = mkNameEnv [(tc_name, (tc,tc')) | tc <- typeEnvTyCons tyenv
-                                            , let tc_name = tyConName tc
-                                            , Just tc' <- [lookupNameEnv (vect_tycons env) tc_name]]
+import Util                 ( zipLazy )
+import MonadUtils
 
-data VResult a = Yes VEnv a | No
+import Control.Monad
 
-newtype VM a = VM { runVM :: Builtins -> VEnv -> DsM (VResult a) }
 
-instance Monad VM where
-  return x   = VM $ \bi env -> return (Yes env x)
-  VM p >>= f = VM $ \bi env -> do
-                                 r <- p bi env
-                                 case r of
-                                   Yes env' x -> runVM (f x) bi env'
-                                   No         -> return No
+-- | Vectorise a single module.
+--
+vectorise :: ModGuts -> CoreM ModGuts
+vectorise guts
+ = do { hsc_env <- getHscEnv
+      ; liftIO $ vectoriseIO hsc_env guts
+      }
 
-noV :: VM a
-noV = VM $ \bi env -> return No
+-- | Vectorise a single monad, given the dynamic compiler flags and HscEnv.
+--
+vectoriseIO :: HscEnv -> ModGuts -> IO ModGuts
+vectoriseIO hsc_env guts
+ = do {   -- Get information about currently loaded external packages.
+      ; eps <- hscEPS hsc_env
 
-tryV :: VM a -> VM (Maybe a)
-tryV (VM p) = VM $ \bi env -> do
-                                r <- p bi env
-                                case r of
-                                  Yes env' x -> return (Yes env' (Just x))
-                                  No         -> return (Yes env Nothing)
+          -- Combine vectorisation info from the current module, and external ones.
+      ; let info = hptVectInfo hsc_env `plusVectInfo` eps_vect_info eps
 
-maybeV :: VM (Maybe a) -> VM a
-maybeV p = maybe noV return =<< p
-
-liftDs :: DsM a -> VM a
-liftDs p = VM $ \bi env -> do { x <- p; return (Yes env x) }
-
-builtin :: (Builtins -> a) -> VM a
-builtin f = VM $ \bi env -> return (Yes env (f bi))
-
-readEnv :: (VEnv -> a) -> VM a
-readEnv f = VM $ \bi env -> return (Yes env (f env))
-
-setEnv :: VEnv -> VM ()
-setEnv env = VM $ \_ _ -> return (Yes env ())
-
-updEnv :: (VEnv -> VEnv) -> VM ()
-updEnv f = VM $ \_ env -> return (Yes (f env) ())
-
-newTyVar :: FastString -> Kind -> VM Var
-newTyVar fs k
-  = do
-      u <- liftDs newUnique
-      return $ mkTyVar (mkSysTvName u fs) k
-
-lookupVar :: Var -> VM CoreExpr
-lookupVar v = maybeV . readEnv $ \env -> lookupVarEnv (vect_vars env) v
-
-lookupTyCon :: TyCon -> VM (Maybe TyCon)
-lookupTyCon tc = readEnv $ \env -> lookupNameEnv (vect_tycons env) (tyConName tc)
-
--- ----------------------------------------------------------------------------
--- Bindings
-
-vectoriseModule :: VectInfo -> ModGuts -> DsM ModGuts
-vectoriseModule info guts
-  = do
-      builtins <- initBuiltins
-      env <- initVEnv info
-      r <- runVM (vectModule guts) builtins env
-      case r of
-        Yes env' guts' -> return $ updVectInfo env' guts'
-        No             -> return guts
+          -- Run the main VM computation.
+      ; Just (info', guts') <- initV hsc_env guts info (vectModule guts)
+      ; return (guts' { mg_vect_info = info' })
+      }
 
+-- | Vectorise a single module, in the VM monad.
+--
 vectModule :: ModGuts -> VM ModGuts
-vectModule guts = return guts
-
--- ----------------------------------------------------------------------------
--- Types
-
-paArgType :: Type -> Kind -> VM (Maybe Type)
-paArgType ty k
-  | Just k' <- kindView k = paArgType ty k'
-
--- Here, we assume that for a kind (k1 -> k2) to be valid, k1 and k2 can only
--- be made up of * and (->), i.e., they can't be coercion kinds or #.
-paArgType ty (FunTy k1 k2)
-  = do
-      tv  <- newTyVar FSLIT("a") k1
-      ty1 <- paArgType' (TyVarTy tv) k1
-      ty2 <- paArgType' (AppTy ty (TyVarTy tv)) k2
-      return . Just $ ForAllTy tv (FunTy ty1 ty2)
-
-paArgType ty k
-  | isLiftedTypeKind k
-  = do
-      tc <- builtin paTyCon
-      return . Just $ TyConApp tc [ty]
-
-  | otherwise
-  = return Nothing 
-
-paArgType' :: Type -> Kind -> VM Type
-paArgType' ty k
-  = do
-      r <- paArgType ty k
-      case r of
-        Just ty' -> return ty'
-        Nothing  -> pprPanic "paArgType'" (ppr ty)
-
-vectTyCon :: TyCon -> VM TyCon
-vectTyCon tc
-  | isFunTyCon tc        = builtin closureTyCon
-  | isBoxedTupleTyCon tc = return tc
-  | isUnLiftedTyCon tc   = return tc
-  | otherwise = do
-                  r <- lookupTyCon tc
-                  case r of
-                    Just tc' -> return tc'
-
-                    -- FIXME: just for now
-                    Nothing  -> pprTrace "ccTyCon:" (ppr tc) $ return tc
-
-vectType :: Type -> VM Type
-vectType ty | Just ty' <- coreView ty = vectType ty
-vectType (TyVarTy tv) = return $ TyVarTy tv
-vectType (AppTy ty1 ty2) = liftM2 AppTy (vectType ty1) (vectType ty2)
-vectType (TyConApp tc tys) = liftM2 TyConApp (vectTyCon tc) (mapM vectType tys)
-vectType (FunTy ty1 ty2)   = liftM2 TyConApp (builtin closureTyCon)
-                                             (mapM vectType [ty1,ty2])
-vectType (ForAllTy tv ty)
-  = do
-      r   <- paArgType (TyVarTy tv) (tyVarKind tv)
-      ty' <- vectType ty
-      return . ForAllTy tv $ case r of { Just paty -> FunTy paty ty'; Nothing -> ty' }
-
-vectType ty = pprPanic "vectType:" (ppr ty)
-
+vectModule guts@(ModGuts { mg_types     = types
+                         , mg_binds     = binds
+                         , mg_fam_insts = fam_insts
+                         })
+ = do { dumpOptVt Opt_D_dump_vt_trace "Before vectorisation" $ 
+          pprCoreBindings binds
+          -- Vectorise the type environment.
+          -- This may add new TyCons and DataCons.
+      ; (types', new_fam_insts, tc_binds) <- vectTypeEnv types
+
+      ; (_, fam_inst_env) <- readGEnv global_fam_inst_env
+
+      -- dicts   <- mapM buildPADict pa_insts
+      -- workers <- mapM vectDataConWorkers pa_insts
+
+          -- Vectorise all the top level bindings.
+      ; binds'  <- mapM vectTopBind binds
+
+      ; return $ guts { mg_types        = types'
+                      , mg_binds        = Rec tc_binds : binds'
+                      , mg_fam_inst_env = fam_inst_env
+                      , mg_fam_insts    = fam_insts ++ new_fam_insts
+                      }
+      }
+
+-- | Try to vectorise a top-level binding.
+--   If it doesn't vectorise then return it unharmed.
+--
+--   For example, for the binding 
+--
+--   @  
+--      foo :: Int -> Int
+--      foo = \x -> x + x
+--   @
+--  
+--   we get
+--   @
+--      foo  :: Int -> Int
+--      foo  = \x -> vfoo $: x                  
+-- 
+--      v_foo :: Closure void vfoo lfoo
+--      v_foo = closure vfoo lfoo void        
+-- 
+--      vfoo :: Void -> Int -> Int
+--      vfoo = ...
+--
+--      lfoo :: PData Void -> PData Int -> PData Int
+--      lfoo = ...
+--   @ 
+--
+--   @vfoo@ is the "vectorised", or scalar, version that does the same as the original
+--   function foo, but takes an explicit environment.
+-- 
+--   @lfoo@ is the "lifted" version that works on arrays.
+--
+--   @v_foo@ combines both of these into a `Closure` that also contains the
+--   environment.
+--
+--   The original binding @foo@ is rewritten to call the vectorised version
+--   present in the closure.
+--
+vectTopBind :: CoreBind -> VM CoreBind
+vectTopBind b@(NonRec var expr)
+ = do {   -- Vectorise the right-hand side, create an appropriate top-level binding and add it to
+          -- the vectorisation map.
+      ; (inline, isScalar, expr') <- vectTopRhs [] var expr
+      ; var' <- vectTopBinder var inline expr'
+      ; when isScalar $ 
+          addGlobalScalar var
+
+          -- We replace the original top-level binding by a value projected from the vectorised
+          -- closure and add any newly created hoisted top-level bindings.
+      ; cexpr <- tryConvert var var' expr
+      ; hs <- takeHoisted
+      ; return . Rec $ (var, cexpr) : (var', expr') : hs
+      }
+  `orElseV`
+    return b
+vectTopBind b@(Rec bs)
+ = let (vars, exprs) = unzip bs
+   in
+   do { (vars', _, exprs', hs) <- fixV $ 
+          \ ~(_, inlines, rhss, _) ->
+            do {   -- Vectorise the right-hand sides, create an appropriate top-level bindings and
+                   --  add them to the vectorisation map.
+               ; vars' <- sequence [vectTopBinder var inline rhs
+                                   | (var, ~(inline, rhs)) <- zipLazy vars (zip inlines rhss)]
+               ; (inlines, areScalars, exprs') <- mapAndUnzip3M (uncurry $ vectTopRhs vars) bs
+               ; hs <- takeHoisted
+               ; if and areScalars
+                 then      -- (1) Entire recursive group is scalar
+                           --      => add all variables to the global set of scalars
+                      do { mapM addGlobalScalar vars
+                         ; return (vars', inlines, exprs', hs)
+                         }
+                 else      -- (2) At least one binding is not scalar
+                           --     => vectorise again with empty set of local scalars
+                      do { (inlines, _, exprs') <- mapAndUnzip3M (uncurry $ vectTopRhs []) bs
+                         ; hs <- takeHoisted
+                         ; return (vars', inlines, exprs', hs)
+                         }
+               }
+                      
+          -- Replace the original top-level bindings by a values projected from the vectorised
+          -- closures and add any newly created hoisted top-level bindings to the group.
+      ; cexprs <- sequence $ zipWith3 tryConvert vars vars' exprs
+      ; return . Rec $ zip vars cexprs ++ zip vars' exprs' ++ hs
+      }
+  `orElseV`
+    return b    
+    
+-- | Make the vectorised version of this top level binder, and add the mapping
+--   between it and the original to the state. For some binder @foo@ the vectorised
+--   version is @$v_foo@
+--
+--   NOTE: vectTopBinder *MUST* be lazy in inline and expr because of how it is
+--   used inside of fixV in vectTopBind
+--
+vectTopBinder :: Var      -- ^ Name of the binding.
+              -> Inline   -- ^ Whether it should be inlined, used to annotate it.
+              -> CoreExpr -- ^ RHS of binding, used to set the 'Unfolding' of the returned 'Var'.
+              -> VM Var   -- ^ Name of the vectorised binding.
+vectTopBinder var inline expr
+ = do {   -- Vectorise the type attached to the var.
+      ; vty  <- vectType (idType var)
+      
+          -- If there is a vectorisation declartion for this binding, make sure that its type
+          --  matches
+      ; vectDecl <- lookupVectDecl var
+      ; case vectDecl of
+          Nothing                 -> return ()
+          Just (vdty, _) 
+            | eqType vty vdty -> return ()
+            | otherwise           -> 
+              cantVectorise ("Type mismatch in vectorisation pragma for " ++ show var) $
+                (text "Expected type" <+> ppr vty)
+                $$
+                (text "Inferred type" <+> ppr vdty)
+
+          -- Make the vectorised version of binding's name, and set the unfolding used for inlining
+      ; var' <- liftM (`setIdUnfoldingLazily` unfolding) 
+                $  cloneId mkVectOcc var vty
+
+          -- Add the mapping between the plain and vectorised name to the state.
+      ; defGlobalVar var var'
+
+      ; return var'
+    }
+  where
+    unfolding = case inline of
+                  Inline arity -> mkInlineUnfolding (Just arity) expr
+                  DontInline   -> noUnfolding
+
+-- | Vectorise the RHS of a top-level binding, in an empty local environment.
+--
+-- We need to distinguish three cases:
+--
+-- (1) We have a (non-scalar) vectorisation declaration for the variable (which explicitly provides
+--     vectorised code implemented by the user)
+--     => no automatic vectorisation & instead use the user-supplied code
+-- 
+-- (2) We have a scalar vectorisation declaration for the variable
+--     => generate vectorised code that uses a scalar 'map'/'zipWith' to lift the computation
+-- 
+-- (3) There is no vectorisation declaration for the variable
+--     => perform automatic vectorisation of the RHS
+--
+vectTopRhs :: [Var]           -- ^ Names of all functions in the rec block
+           -> Var             -- ^ Name of the binding.
+           -> CoreExpr        -- ^ Body of the binding.
+           -> VM ( Inline     -- (1) inline specification for the binding
+                 , Bool       -- (2) whether the right-hand side is a scalar computation
+                 , CoreExpr)  -- (3) the vectorised right-hand side
+vectTopRhs recFs var expr
+  = closedV
+  $ do { traceVt ("vectTopRhs of " ++ show var) $ ppr expr
+  
+       ; globalScalar <- isGlobalScalar var
+       ; vectDecl     <- lookupVectDecl var
+       ; rhs globalScalar vectDecl
+       }
+  where
+    rhs _globalScalar (Just (_, expr'))               -- Case (1)
+      = return (inlineMe, False, expr')
+    rhs True          Nothing                         -- Case (2)
+      = do { expr' <- vectScalarFun True recFs expr
+           ; return (inlineMe, True, vectorised expr')
+           }
+    rhs False         Nothing                         -- Case (3)
+      = do { let fvs = freeVars expr
+           ; (inline, isScalar, vexpr) <- inBind var $
+                                            vectPolyExpr (isLoopBreaker $ idOccInfo var) recFs fvs
+           ; return (inline, isScalar, vectorised vexpr)
+           }
+
+-- | Project out the vectorised version of a binding from some closure,
+--   or return the original body if that doesn't work or the binding is scalar. 
+--
+tryConvert :: Var       -- ^ Name of the original binding (eg @foo@)
+           -> Var       -- ^ Name of vectorised version of binding (eg @$vfoo@)
+           -> CoreExpr  -- ^ The original body of the binding.
+           -> VM CoreExpr
+tryConvert var vect_var rhs
+  = do { globalScalar <- isGlobalScalar var
+       ; if globalScalar
+         then
+           return rhs
+         else
+           fromVect (idType var) (Var vect_var) `orElseV` return rhs
+       }