A little more debug printing
[ghc-hetmet.git] / ghc / compiler / simplCore / SimplUtils.lhs
index 5f8c77f..9e616b5 100644 (file)
@@ -5,43 +5,53 @@
 
 \begin{code}
 module SimplUtils (
-       simplBinder, simplBinders, simplIds,
-       tryRhsTyLam, tryEtaExpansion,
-       mkCase, findAlt, findDefault,
+       mkLam, prepareAlts, mkCase,
+
+       -- Inlining,
+       preInlineUnconditionally, postInlineUnconditionally, activeInline, activeRule,
+       inlineMode,
 
        -- The continuation type
-       SimplCont(..), DupFlag(..), contIsDupable, contResultType,
-       countValArgs, countArgs, mkRhsStop, mkStop,
-       getContArgs, interestingCallContext, interestingArg, isStrictType, discardInline
+       SimplCont(..), DupFlag(..), LetRhsFlag(..), 
+       contIsDupable, contResultType,
+       countValArgs, countArgs, pushContArgs,
+       mkBoringStop, mkRhsStop, contIsRhs, contIsRhsOrArg,
+       getContArgs, interestingCallContext, interestingArg, isStrictType
 
     ) where
 
 #include "HsVersions.h"
 
-import CmdLineOpts     ( switchIsOn, SimplifierSwitch(..),
-                         opt_SimplDoLambdaEtaExpansion, opt_SimplCaseMerge, opt_DictsStrict,
-                         opt_UF_UpdateInPlace
-                       )
+import SimplEnv
+import DynFlags                ( SimplifierSwitch(..), SimplifierMode(..),
+                         DynFlag(..), dopt )
+import StaticFlags     ( opt_UF_UpdateInPlace, opt_SimplNoPreInlining,
+                         opt_RulesOff )
 import CoreSyn
-import CoreUtils       ( exprIsTrivial, cheapEqExpr, exprType, exprIsCheap, etaExpand, exprEtaExpandArity, bindNonRec )
-import Subst           ( InScopeSet, mkSubst, substBndrs, substBndr, substIds, substExpr )
-import Id              ( idType, idName, 
-                         idUnfolding, idStrictness,
-                         mkVanillaId, idInfo
+import CoreFVs         ( exprFreeVars )
+import CoreUtils       ( cheapEqExpr, exprType, exprIsTrivial, exprIsCheap,
+                         etaExpand, exprEtaExpandArity, bindNonRec, mkCoerce2,
+                         findDefault, exprOkForSpeculation, exprIsHNF
+                       )
+import Literal         ( mkStringLit )
+import CoreUnfold      ( smallEnoughToInline )
+import MkId            ( eRROR_ID )
+import Id              ( idType, isDataConWorkId, idOccInfo, isDictId, 
+                         mkSysLocal, isDeadBinder, idNewDemandInfo, isExportedId,
+                         idUnfolding, idNewStrictness, idInlinePragma,
                        )
-import IdInfo          ( StrictnessInfo(..) )
-import Maybes          ( maybeToBool, catMaybes )
-import Name            ( setNameUnique )
-import Demand          ( isStrict )
+import NewDemand       ( isStrictDmd, isBotRes, splitStrictSig )
 import SimplMonad
-import Type            ( Type, mkForAllTys, seqType, repType,
-                         splitTyConApp_maybe, tyConAppArgs, mkTyVarTys,
-                         isDictTy, isDataType, isUnLiftedType,
-                         splitRepFunTys
+import Type            ( Type, splitFunTys, dropForAlls, isStrictType,
+                         splitTyConApp_maybe, tyConAppArgs, mkTyVarTys
                        )
-import TyCon           ( tyConDataConsIfAvailable )
-import DataCon         ( dataConRepArity )
-import VarEnv          ( SubstEnv )
+import Name            ( mkSysTvName )
+import TyCon           ( tyConDataCons_maybe, isAlgTyCon, isNewTyCon )
+import DataCon         ( dataConRepArity, dataConTyVars, dataConInstArgTys, isVanillaDataCon )
+import Var             ( tyVarKind, mkTyVar )
+import VarSet
+import BasicTypes      ( TopLevelFlag(..), isNotTopLevel, OccInfo(..), isLoopBreaker, isOneOcc,
+                         Activation, isAlwaysActive, isActive )
 import Util            ( lengthExceeds )
 import Outputable
 \end{code}
@@ -56,9 +66,10 @@ import Outputable
 \begin{code}
 data SimplCont         -- Strict contexts
   = Stop     OutType           -- Type of the result
-            Bool               -- True => This is the RHS of a thunk whose type suggests
-                               --         that update-in-place would be possible
-                               --         (This makes the inliner a little keener.)
+            LetRhsFlag
+            Bool               -- True <=> This is the RHS of a thunk whose type suggests
+                               --          that update-in-place would be possible
+                               --          (This makes the inliner a little keener.)
 
   | CoerceIt OutType                   -- The To-type, simplified
             SimplCont
@@ -67,27 +78,37 @@ data SimplCont              -- Strict contexts
             SimplCont                  -- keen to inline itelf
 
   | ApplyTo  DupFlag 
-            InExpr SubstEnv            -- The argument, as yet unsimplified, 
-            SimplCont                  -- and its subst-env
+            InExpr SimplEnv            -- The argument, as yet unsimplified, 
+            SimplCont                  -- and its environment
 
   | Select   DupFlag 
-            InId [InAlt] SubstEnv      -- The case binder, alts, and subst-env
+            InId [InAlt] SimplEnv      -- The case binder, alts, and subst-env
             SimplCont
 
-  | ArgOf    DupFlag           -- An arbitrary strict context: the argument 
+  | ArgOf    LetRhsFlag                -- An arbitrary strict context: the argument 
                                --      of a strict function, or a primitive-arg fn
                                --      or a PrimOp
+                               -- No DupFlag because we never duplicate it
+            OutType            -- arg_ty: type of the argument itself
             OutType            -- cont_ty: the type of the expression being sought by the context
                                --      f (error "foo") ==> coerce t (error "foo")
                                -- when f is strict
                                -- We need to know the type t, to which to coerce.
-            (OutExpr -> SimplM OutExprStuff)   -- What to do with the result
+
+            (SimplEnv -> OutExpr -> SimplM FloatsWithExpr)     -- What to do with the result
                                -- The result expression in the OutExprStuff has type cont_ty
 
+data LetRhsFlag = AnArg                -- It's just an argument not a let RHS
+               | AnRhs         -- It's the RHS of a let (so please float lets out of big lambdas)
+
+instance Outputable LetRhsFlag where
+  ppr AnArg = ptext SLIT("arg")
+  ppr AnRhs = ptext SLIT("rhs")
+
 instance Outputable SimplCont where
-  ppr (Stop _ _)                            = ptext SLIT("Stop")
+  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) $$ ppr cont
-  ppr (ArgOf   dup _ _)             = ptext SLIT("ArgOf...") <+> ppr dup
+  ppr (ArgOf _ _ _ _)               = ptext SLIT("ArgOf...")
   ppr (Select dup bndr alts se cont) = (ptext SLIT("Select") <+> ppr dup <+> ppr bndr) $$ 
                                       (nest 4 (ppr alts)) $$ ppr cont
   ppr (CoerceIt ty cont)            = (ptext SLIT("CoerceIt") <+> ppr ty) $$ ppr cont
@@ -101,30 +122,31 @@ instance Outputable DupFlag where
 
 
 -------------------
-mkRhsStop, mkStop :: OutType -> SimplCont
-mkStop    ty = Stop ty False
-mkRhsStop ty = Stop ty (canUpdateInPlace ty)
+mkBoringStop, mkRhsStop :: OutType -> SimplCont
+mkBoringStop ty = Stop ty AnArg (canUpdateInPlace ty)
+mkRhsStop    ty = Stop ty AnRhs (canUpdateInPlace ty)
 
+contIsRhs :: SimplCont -> Bool
+contIsRhs (Stop _ AnRhs _)    = True
+contIsRhs (ArgOf AnRhs _ _ _) = True
+contIsRhs other                      = False
+
+contIsRhsOrArg (Stop _ _ _)    = True
+contIsRhsOrArg (ArgOf _ _ _ _) = True
+contIsRhsOrArg other          = False
 
 -------------------
 contIsDupable :: SimplCont -> Bool
-contIsDupable (Stop _ _)                        = True
+contIsDupable (Stop _ _ _)                      = True
 contIsDupable (ApplyTo  OkToDup _ _ _)   = True
-contIsDupable (ArgOf    OkToDup _ _)     = True
 contIsDupable (Select   OkToDup _ _ _ _) = True
 contIsDupable (CoerceIt _ cont)          = contIsDupable cont
-contIsDupable (InlinePlease cont)       = contIsDupable cont
-contIsDupable other                     = False
-
--------------------
-discardInline :: SimplCont -> SimplCont
-discardInline (InlinePlease cont)  = cont
-discardInline (ApplyTo d e s cont) = ApplyTo d e s (discardInline cont)
-discardInline cont                = cont
+contIsDupable (InlinePlease cont)        = contIsDupable cont
+contIsDupable other                     = False
 
 -------------------
 discardableCont :: SimplCont -> Bool
-discardableCont (Stop _ _)         = False
+discardableCont (Stop _ _ _)       = False
 discardableCont (CoerceIt _ cont)   = discardableCont cont
 discardableCont (InlinePlease cont) = discardableCont cont
 discardableCont other              = True
@@ -132,15 +154,15 @@ discardableCont other                 = True
 discardCont :: SimplCont       -- A continuation, expecting
            -> SimplCont        -- Replace the continuation with a suitable coerce
 discardCont cont = case cont of
-                    Stop to_ty _ -> cont
-                    other        -> CoerceIt to_ty (mkStop to_ty)
+                    Stop to_ty is_rhs _ -> cont
+                    other               -> CoerceIt to_ty (mkBoringStop to_ty)
                 where
                   to_ty = contResultType cont
 
 -------------------
 contResultType :: SimplCont -> OutType
-contResultType (Stop to_ty _)       = to_ty
-contResultType (ArgOf _ to_ty _)     = to_ty
+contResultType (Stop to_ty _ _)             = to_ty
+contResultType (ArgOf _ _ to_ty _)   = to_ty
 contResultType (ApplyTo _ _ _ cont)  = contResultType cont
 contResultType (CoerceIt _ cont)     = contResultType cont
 contResultType (InlinePlease cont)   = contResultType cont
@@ -155,21 +177,27 @@ countValArgs other                           = 0
 countArgs :: SimplCont -> Int
 countArgs (ApplyTo _ arg se cont) = 1 + countArgs cont
 countArgs other                          = 0
+
+-------------------
+pushContArgs :: SimplEnv -> [OutArg] -> SimplCont -> SimplCont
+-- Pushes args with the specified environment
+pushContArgs env []           cont = cont
+pushContArgs env (arg : args) cont = ApplyTo NoDup arg env (pushContArgs env args cont)
 \end{code}
 
 
 \begin{code}
-getContArgs :: OutId -> SimplCont 
-           -> SimplM ([(InExpr, SubstEnv, Bool)],      -- Arguments; the Bool is true for strict args
-                       SimplCont,                      -- Remaining continuation
-                       Bool)                           -- Whether we came across an InlineCall
+getContArgs :: SwitchChecker
+           -> OutId -> SimplCont 
+           -> ([(InExpr, SimplEnv, Bool)],     -- Arguments; the Bool is true for strict args
+               SimplCont,                      -- Remaining continuation
+               Bool)                           -- Whether we came across an InlineCall
 -- getContArgs id k = (args, k', inl)
 --     args are the leading ApplyTo items in k
 --     (i.e. outermost comes first)
 --     augmented with demand info from the functionn
-getContArgs fun orig_cont
-  = getSwitchChecker   `thenSmpl` \ chkr ->
-    let
+getContArgs chkr fun orig_cont
+  = let
                -- Ignore strictness info if the no-case-of-case
                -- flag is on.  Strictness changes evaluation order
                -- and that can change full laziness
@@ -200,10 +228,12 @@ getContArgs fun orig_cont
        --      * (error "Hello") arg
        --      * f (error "Hello") where f is strict
        --      etc
+       -- Then, especially in the first of these cases, we'd like to discard
+       -- the continuation, leaving just the bottoming expression.  But the
+       -- type might not be right, so we may have to add a coerce.
     go acc ss inl cont 
-       | null ss && discardableCont cont = tick BottomFound    `thenSmpl_`
-                                           returnSmpl (reverse acc, discardCont cont, inl)
-       | otherwise                       = returnSmpl (reverse acc, cont,             inl)
+       | null ss && discardableCont cont = (reverse acc, discardCont cont, inl)
+       | otherwise                       = (reverse acc, cont,             inl)
 
     ----------------------------
     vanilla_stricts, computed_stricts :: [Bool]
@@ -211,22 +241,22 @@ getContArgs fun orig_cont
     computed_stricts = zipWith (||) fun_stricts arg_stricts
 
     ----------------------------
-    (val_arg_tys, _) = splitRepFunTys (idType fun)
+    (val_arg_tys, _) = splitFunTys (dropForAlls (idType fun))
     arg_stricts      = map isStrictType val_arg_tys ++ repeat False
        -- These argument types are used as a cheap and cheerful way to find
        -- unboxed arguments, which must be strict.  But it's an InType
        -- and so there might be a type variable where we expect a function
        -- type (the substitution hasn't happened yet).  And we don't bother
        -- doing the type applications for a polymorphic function.
-       -- Hence the split*Rep*FunTys
+       -- Hence the splitFunTys*IgnoringForAlls*
 
     ----------------------------
        -- If fun_stricts is finite, it means the function returns bottom
        -- after that number of value args have been consumed
        -- Otherwise it's infinite, extended with False
     fun_stricts
-      = case idStrictness fun of
-         StrictnessInfo demands result_bot 
+      = case splitStrictSig (idNewStrictness fun) of
+         (demands, result_info)
                | not (demands `lengthExceeds` countValArgs orig_cont)
                ->      -- Enough args, use the strictness given.
                        -- For bottoming functions we used to pretend that the arg
@@ -235,46 +265,30 @@ getContArgs fun orig_cont
                        -- top-level bindings for (say) strings into 
                        -- calls to error.  But now we are more careful about
                        -- inlining lone variables, so its ok (see SimplUtils.analyseCont)
-                  if result_bot then
-                       map isStrict demands            -- Finite => result is bottom
+                  if isBotRes result_info then
+                       map isStrictDmd demands         -- Finite => result is bottom
                   else
-                       map isStrict demands ++ vanilla_stricts
+                       map isStrictDmd demands ++ vanilla_stricts
 
          other -> vanilla_stricts      -- Not enough args, or no strictness
 
-
--------------------
-isStrictType :: Type -> Bool
-       -- isStrictType computes whether an argument (or let RHS) should
-       -- be computed strictly or lazily, based only on its type
-isStrictType ty
-  | isUnLiftedType ty                              = True
-  | opt_DictsStrict && isDictTy ty && isDataType ty = True
-  | otherwise                                      = False 
-       -- Return true only for dictionary types where the dictionary
-       -- has more than one component (else we risk poking on the component
-       -- of a newtype dictionary)
-
 -------------------
-interestingArg :: InScopeSet -> InExpr -> SubstEnv -> Bool
+interestingArg :: OutExpr -> Bool
        -- An argument is interesting if it has *some* structure
        -- We are here trying to avoid unfolding a function that
        -- is applied only to variables that have no unfolding
        -- (i.e. they are probably lambda bound): f x y z
        -- There is little point in inlining f here.
-interestingArg in_scope arg subst
-  = analyse (substExpr (mkSubst in_scope subst) arg)
-       -- 'analyse' only looks at the top part of the result
-       -- and substExpr is lazy, so this isn't nearly as brutal
-       -- as it looks.
-  where
-    analyse (Var v)          = hasSomeUnfolding (idUnfolding v)
-                               -- Was: isValueUnfolding (idUnfolding v')
-                               -- But that seems over-pessimistic
-    analyse (Type _)         = False
-    analyse (App fn (Type _)) = analyse fn
-    analyse (Note _ a)       = analyse a
-    analyse other            = True
+interestingArg (Var v)          = hasSomeUnfolding (idUnfolding v)
+                                       -- Was: isValueUnfolding (idUnfolding v')
+                                       -- But that seems over-pessimistic
+                                || isDataConWorkId v
+                                       -- This accounts for an argument like
+                                       -- () or [], which is definitely interesting
+interestingArg (Type _)                 = False
+interestingArg (App fn (Type _)) = interestingArg fn
+interestingArg (Note _ a)       = interestingArg a
+interestingArg other            = True
        -- Consider     let x = 3 in f x
        -- The substitution will contain (x -> ContEx 3), and we want to
        -- to say that x is an interesting argument.
@@ -344,7 +358,7 @@ interestingCallContext :: Bool              -- False <=> no args at all
        --      s = "foo"
        --      f = \x -> ...(error s)...
 
-       -- Fundamentally such contexts should not ecourage inlining becuase
+       -- Fundamentally such contexts should not ecourage inlining because
        -- the context can ``see'' the unfolding of the variable (e.g. case or a RULE)
        -- so there's no gain.
        --
@@ -363,12 +377,15 @@ interestingCallContext :: Bool            -- False <=> no args at all
 interestingCallContext some_args some_val_args cont
   = interesting cont
   where
-    interesting (InlinePlease _)       = True
-    interesting (Select _ _ _ _ _)     = some_args
-    interesting (ApplyTo _ _ _ _)      = some_args     -- Can happen if we have (coerce t (f x)) y
-    interesting (ArgOf _ _ _)         = some_val_args
-    interesting (Stop ty upd_in_place) = some_val_args && upd_in_place
-    interesting (CoerceIt _ cont)      = interesting cont
+    interesting (InlinePlease _)         = True
+    interesting (Select _ _ _ _ _)       = some_args
+    interesting (ApplyTo _ _ _ _)        = True        -- Can happen if we have (coerce t (f x)) y
+                                               -- Perhaps True is a bit over-keen, but I've
+                                               -- seen (coerce f) x, where f has an INLINE prag,
+                                               -- So we have to give some motivaiton for inlining it
+    interesting (ArgOf _ _ _ _)                 = some_val_args
+    interesting (Stop ty _ upd_in_place) = some_val_args && upd_in_place
+    interesting (CoerceIt _ cont)        = interesting cont
        -- If this call is the arg of a strict function, the context
        -- is a bit interesting.  If we inline here, we may get useful
        -- evaluation information to avoid repeated evals: e.g.
@@ -395,80 +412,490 @@ canUpdateInPlace :: Type -> Bool
 -- small arity.  But arity zero isn't good -- we share the single copy
 -- for that case, so no point in sharing.
 
--- Note the repType: we want to look through newtypes for this purpose
-
 canUpdateInPlace ty 
   | not opt_UF_UpdateInPlace = False
   | otherwise
-  = case splitTyConApp_maybe (repType ty) of {
-                       Nothing         -> False ;
-                       Just (tycon, _) -> 
-
-                     case tyConDataConsIfAvailable tycon of
-                       [dc]  -> arity == 1 || arity == 2
-                             where
-                                arity = dataConRepArity dc
-                       other -> False
-                     }
+  = case splitTyConApp_maybe ty of 
+       Nothing         -> False 
+       Just (tycon, _) -> case tyConDataCons_maybe tycon of
+                               Just [dc]  -> arity == 1 || arity == 2
+                                          where
+                                             arity = dataConRepArity dc
+                               other -> False
 \end{code}
 
 
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
-\section{Dealing with a single binder}
+\subsection{Decisions about inlining}
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
+Inlining is controlled partly by the SimplifierMode switch.  This has two
+settings:
+
+       SimplGently     (a) Simplifying before specialiser/full laziness
+                       (b) Simplifiying inside INLINE pragma
+                       (c) Simplifying the LHS of a rule
+                       (d) Simplifying a GHCi expression or Template 
+                               Haskell splice
+
+       SimplPhase n    Used at all other times
+
+The key thing about SimplGently is that it does no call-site inlining.
+Before full laziness we must be careful not to inline wrappers,
+because doing so inhibits floating
+    e.g. ...(case f x of ...)...
+    ==> ...(case (case x of I# x# -> fw x#) of ...)...
+    ==> ...(case x of I# x# -> case fw x# of ...)...
+and now the redex (f x) isn't floatable any more.
+
+The no-inling thing is also important for Template Haskell.  You might be 
+compiling in one-shot mode with -O2; but when TH compiles a splice before
+running it, we don't want to use -O2.  Indeed, we don't want to inline
+anything, because the byte-code interpreter might get confused about 
+unboxed tuples and suchlike.
+
+INLINE pragmas
+~~~~~~~~~~~~~~
+SimplGently is also used as the mode to simplify inside an InlineMe note.
+
 \begin{code}
-simplBinders :: [InBinder] -> ([OutBinder] -> SimplM a) -> SimplM a
-simplBinders bndrs thing_inside
-  = getSubst           `thenSmpl` \ subst ->
-    let
-       (subst', bndrs') = substBndrs subst bndrs
-    in
-    seqBndrs bndrs'    `seq`
-    setSubst subst' (thing_inside bndrs')
-
-simplBinder :: InBinder -> (OutBinder -> SimplM a) -> SimplM a
-simplBinder bndr thing_inside
-  = getSubst           `thenSmpl` \ subst ->
-    let
-       (subst', bndr') = substBndr subst bndr
-    in
-    seqBndr bndr'      `seq`
-    setSubst subst' (thing_inside bndr')
-
-
--- Same semantics as simplBinders, but a little less 
--- plumbing and hence a little more efficient.
--- Maybe not worth the candle?
-simplIds :: [InBinder] -> ([OutBinder] -> SimplM a) -> SimplM a
-simplIds ids thing_inside
-  = getSubst           `thenSmpl` \ subst ->
-    let
-       (subst', bndrs') = substIds subst ids
-    in
-    seqBndrs bndrs'    `seq`
-    setSubst subst' (thing_inside bndrs')
+inlineMode :: SimplifierMode
+inlineMode = SimplGently
+\end{code}
 
-seqBndrs [] = ()
-seqBndrs (b:bs) = seqBndr b `seq` seqBndrs bs
+It really is important to switch off inlinings inside such
+expressions.  Consider the following example 
+
+       let f = \pq -> BIG
+       in
+       let g = \y -> f y y
+           {-# INLINE g #-}
+       in ...g...g...g...g...g...
+
+Now, if that's the ONLY occurrence of f, it will be inlined inside g,
+and thence copied multiple times when g is inlined.
+
+
+This function may be inlinined in other modules, so we
+don't want to remove (by inlining) calls to functions that have
+specialisations, or that may have transformation rules in an importing
+scope.
+
+E.g.   {-# INLINE f #-}
+               f x = ...g...
+
+and suppose that g is strict *and* has specialisations.  If we inline
+g's wrapper, we deny f the chance of getting the specialised version
+of g when f is inlined at some call site (perhaps in some other
+module).
+
+It's also important not to inline a worker back into a wrapper.
+A wrapper looks like
+       wraper = inline_me (\x -> ...worker... )
+Normally, the inline_me prevents the worker getting inlined into
+the wrapper (initially, the worker's only call site!).  But,
+if the wrapper is sure to be called, the strictness analyser will
+mark it 'demanded', so when the RHS is simplified, it'll get an ArgOf
+continuation.  That's why the keep_inline predicate returns True for
+ArgOf continuations.  It shouldn't do any harm not to dissolve the
+inline-me note under these circumstances.
+
+Note that the result is that we do very little simplification
+inside an InlineMe.  
+
+       all xs = foldr (&&) True xs
+       any p = all . map p  {-# INLINE any #-}
+
+Problem: any won't get deforested, and so if it's exported and the
+importer doesn't use the inlining, (eg passes it as an arg) then we
+won't get deforestation at all.  We havn't solved this problem yet!
+
+
+preInlineUnconditionally
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+@preInlineUnconditionally@ examines a bndr to see if it is used just
+once in a completely safe way, so that it is safe to discard the
+binding inline its RHS at the (unique) usage site, REGARDLESS of how
+big the RHS might be.  If this is the case we don't simplify the RHS
+first, but just inline it un-simplified.
+
+This is much better than first simplifying a perhaps-huge RHS and then
+inlining and re-simplifying it.  Indeed, it can be at least quadratically
+better.  Consider
+
+       x1 = e1
+       x2 = e2[x1]
+       x3 = e3[x2]
+       ...etc...
+       xN = eN[xN-1]
+
+We may end up simplifying e1 N times, e2 N-1 times, e3 N-3 times etc.
+This can happen with cascades of functions too:
+
+       f1 = \x1.e1
+       f2 = \xs.e2[f1]
+       f3 = \xs.e3[f3]
+       ...etc...
+
+THE MAIN INVARIANT is this:
+
+       ----  preInlineUnconditionally invariant -----
+   IF preInlineUnconditionally chooses to inline x = <rhs>
+   THEN doing the inlining should not change the occurrence
+       info for the free vars of <rhs>
+       ----------------------------------------------
+
+For example, it's tempting to look at trivial binding like
+       x = y
+and inline it unconditionally.  But suppose x is used many times,
+but this is the unique occurrence of y.  Then inlining x would change
+y's occurrence info, which breaks the invariant.  It matters: y
+might have a BIG rhs, which will now be dup'd at every occurrenc of x.
+
+
+Evne RHSs labelled InlineMe aren't caught here, because there might be
+no benefit from inlining at the call site.
+
+[Sept 01] Don't unconditionally inline a top-level thing, because that
+can simply make a static thing into something built dynamically.  E.g.
+       x = (a,b)
+       main = \s -> h x
+
+[Remember that we treat \s as a one-shot lambda.]  No point in
+inlining x unless there is something interesting about the call site.
+
+But watch out: if you aren't careful, some useful foldr/build fusion
+can be lost (most notably in spectral/hartel/parstof) because the
+foldr didn't see the build.  Doing the dynamic allocation isn't a big
+deal, in fact, but losing the fusion can be.  But the right thing here
+seems to be to do a callSiteInline based on the fact that there is
+something interesting about the call site (it's strict).  Hmm.  That
+seems a bit fragile.
+
+Conclusion: inline top level things gaily until Phase 0 (the last
+phase), at which point don't.
 
-seqBndr b | isTyVar b = b `seq` ()
-         | otherwise = seqType (idType b)      `seq`
-                       idInfo b                `seq`
-                       ()
+\begin{code}
+preInlineUnconditionally :: SimplEnv -> TopLevelFlag -> InId -> InExpr -> Bool
+preInlineUnconditionally env top_lvl bndr rhs
+  | not active                    = False
+  | opt_SimplNoPreInlining = False
+  | otherwise = case idOccInfo bndr of
+                 IAmDead                    -> True    -- Happens in ((\x.1) v)
+                 OneOcc in_lam True int_cxt -> try_once in_lam int_cxt
+                 other                      -> False
+  where
+    phase = getMode env
+    active = case phase of
+                  SimplGently  -> isAlwaysActive prag
+                  SimplPhase n -> isActive n prag
+    prag = idInlinePragma bndr
+
+    try_once in_lam int_cxt    -- There's one textual occurrence
+       | not in_lam = isNotTopLevel top_lvl || early_phase
+       | otherwise  = int_cxt && canInlineInLam rhs
+
+-- Be very careful before inlining inside a lambda, becuase (a) we must not 
+-- invalidate occurrence information, and (b) we want to avoid pushing a
+-- single allocation (here) into multiple allocations (inside lambda).  
+-- Inlining a *function* with a single *saturated* call would be ok, mind you.
+--     || (if is_cheap && not (canInlineInLam rhs) then pprTrace "preinline" (ppr bndr <+> ppr rhs) ok else ok)
+--     where 
+--             is_cheap = exprIsCheap rhs
+--             ok = is_cheap && int_cxt
+
+       --      int_cxt         The context isn't totally boring
+       -- E.g. let f = \ab.BIG in \y. map f xs
+       --      Don't want to substitute for f, because then we allocate
+       --      its closure every time the \y is called
+       -- But: let f = \ab.BIG in \y. map (f y) xs
+       --      Now we do want to substitute for f, even though it's not 
+       --      saturated, because we're going to allocate a closure for 
+       --      (f y) every time round the loop anyhow.
+
+       -- canInlineInLam => free vars of rhs are (Once in_lam) or Many,
+       -- so substituting rhs inside a lambda doesn't change the occ info.
+       -- Sadly, not quite the same as exprIsHNF.
+    canInlineInLam (Lit l)             = True
+    canInlineInLam (Lam b e)           = isRuntimeVar b || canInlineInLam e
+    canInlineInLam (Note _ e)          = canInlineInLam e
+    canInlineInLam _                   = False
+
+    early_phase = case phase of
+                       SimplPhase 0 -> False
+                       other        -> True
+-- If we don't have this early_phase test, consider
+--     x = length [1,2,3]
+-- The full laziness pass carefully floats all the cons cells to
+-- top level, and preInlineUnconditionally floats them all back in.
+-- Result is (a) static allocation replaced by dynamic allocation
+--          (b) many simplifier iterations because this tickles
+--              a related problem; only one inlining per pass
+-- 
+-- On the other hand, I have seen cases where top-level fusion is
+-- lost if we don't inline top level thing (e.g. string constants)
+-- Hence the test for phase zero (which is the phase for all the final
+-- simplifications).  Until phase zero we take no special notice of
+-- top level things, but then we become more leery about inlining
+-- them.  
+
+\end{code}
+
+postInlineUnconditionally
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+@postInlineUnconditionally@ decides whether to unconditionally inline
+a thing based on the form of its RHS; in particular if it has a
+trivial RHS.  If so, we can inline and discard the binding altogether.
+
+NB: a loop breaker has must_keep_binding = True and non-loop-breakers
+only have *forward* references Hence, it's safe to discard the binding
+       
+NOTE: This isn't our last opportunity to inline.  We're at the binding
+site right now, and we'll get another opportunity when we get to the
+ocurrence(s)
+
+Note that we do this unconditional inlining only for trival RHSs.
+Don't inline even WHNFs inside lambdas; doing so may simply increase
+allocation when the function is called. This isn't the last chance; see
+NOTE above.
+
+NB: Even inline pragmas (e.g. IMustBeINLINEd) are ignored here Why?
+Because we don't even want to inline them into the RHS of constructor
+arguments. See NOTE above
+
+NB: At one time even NOINLINE was ignored here: if the rhs is trivial
+it's best to inline it anyway.  We often get a=E; b=a from desugaring,
+with both a and b marked NOINLINE.  But that seems incompatible with
+our new view that inlining is like a RULE, so I'm sticking to the 'active'
+story for now.
+
+\begin{code}
+postInlineUnconditionally :: SimplEnv -> TopLevelFlag -> OutId -> OccInfo -> OutExpr -> Unfolding -> Bool
+postInlineUnconditionally env top_lvl bndr occ_info rhs unfolding
+  | not active            = False
+  | isLoopBreaker occ_info = False
+  | isExportedId bndr      = False
+  | exprIsTrivial rhs     = True
+  | otherwise
+  = case occ_info of
+      OneOcc in_lam one_br int_cxt
+       ->     (one_br || smallEnoughToInline unfolding)        -- Small enough to dup
+                       -- ToDo: consider discount on smallEnoughToInline if int_cxt is true
+                       --
+                       -- NB: Do we want to inline arbitrarily big things becuase
+                       -- one_br is True? that can lead to inline cascades.  But
+                       -- preInlineUnconditionlly has dealt with all the common cases
+                       -- so perhaps it's worth the risk. Here's an example
+                       --      let f = if b then Left (\x.BIG) else Right (\y.BIG)
+                       --      in \y. ....f....
+                       -- We can't preInlineUnconditionally because that woud invalidate
+                       -- the occ info for b.  Yet f is used just once, and duplicating
+                       -- the case work is fine (exprIsCheap).
+
+          &&  ((isNotTopLevel top_lvl && not in_lam) || 
+                       -- But outside a lambda, we want to be reasonably aggressive
+                       -- about inlining into multiple branches of case
+                       -- e.g. let x = <non-value> 
+                       --      in case y of { C1 -> ..x..; C2 -> ..x..; C3 -> ... } 
+                       -- Inlining can be a big win if C3 is the hot-spot, even if
+                       -- the uses in C1, C2 are not 'interesting'
+                       -- An example that gets worse if you add int_cxt here is 'clausify'
+
+               (isCheapUnfolding unfolding && int_cxt))
+                       -- isCheap => acceptable work duplication; in_lam may be true
+                       -- int_cxt to prevent us inlining inside a lambda without some 
+                       -- good reason.  See the notes on int_cxt in preInlineUnconditionally
+
+      other -> False
+       -- The point here is that for *non-values* that occur
+       -- outside a lambda, the call-site inliner won't have
+       -- a chance (becuase it doesn't know that the thing
+       -- only occurs once).   The pre-inliner won't have gotten
+       -- it either, if the thing occurs in more than one branch
+       -- So the main target is things like
+       --      let x = f y in
+       --      case v of
+       --         True  -> case x of ...
+       --         False -> case x of ...
+       -- I'm not sure how important this is in practice
+  where
+    active = case getMode env of
+                  SimplGently  -> isAlwaysActive prag
+                  SimplPhase n -> isActive n prag
+    prag = idInlinePragma bndr
+
+activeInline :: SimplEnv -> OutId -> OccInfo -> Bool
+activeInline env id occ
+  = case getMode env of
+      SimplGently -> isOneOcc occ && isAlwaysActive prag
+       -- No inlining at all when doing gentle stuff,
+       -- except for local things that occur once
+       -- The reason is that too little clean-up happens if you 
+       -- don't inline use-once things.   Also a bit of inlining is *good* for
+       -- full laziness; it can expose constant sub-expressions.
+       -- Example in spectral/mandel/Mandel.hs, where the mandelset 
+       -- function gets a useful let-float if you inline windowToViewport
+
+       -- NB: we used to have a second exception, for data con wrappers.
+       -- On the grounds that we use gentle mode for rule LHSs, and 
+       -- they match better when data con wrappers are inlined.
+       -- But that only really applies to the trivial wrappers (like (:)),
+       -- and they are now constructed as Compulsory unfoldings (in MkId)
+       -- so they'll happen anyway.
+
+      SimplPhase n -> isActive n prag
+  where
+    prag = idInlinePragma id
+
+activeRule :: SimplEnv -> Maybe (Activation -> Bool)
+-- Nothing => No rules at all
+activeRule env
+  | opt_RulesOff = Nothing
+  | otherwise
+  = case getMode env of
+       SimplGently  -> Just isAlwaysActive
+                       -- Used to be Nothing (no rules in gentle mode)
+                       -- Main motivation for changing is that I wanted
+                       --      lift String ===> ...
+                       -- to work in Template Haskell when simplifying
+                       -- splices, so we get simpler code for literal strings
+       SimplPhase n -> Just (isActive n)
+\end{code}     
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{Rebuilding a lambda}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+\begin{code}
+mkLam :: SimplEnv -> [OutBinder] -> OutExpr -> SimplCont -> SimplM FloatsWithExpr
+\end{code}
+
+Try three things
+       a) eta reduction, if that gives a trivial expression
+       b) eta expansion [only if there are some value lambdas]
+       c) floating lets out through big lambdas 
+               [only if all tyvar lambdas, and only if this lambda
+                is the RHS of a let]
+
+\begin{code}
+mkLam env bndrs body cont
+ = getDOptsSmpl         `thenSmpl` \dflags ->
+   mkLam' dflags env bndrs body cont
+ where
+ mkLam' dflags env bndrs body cont
+   | dopt Opt_DoEtaReduction dflags,
+     Just etad_lam <- tryEtaReduce bndrs body
+   = tick (EtaReduction (head bndrs))  `thenSmpl_`
+     returnSmpl (emptyFloats env, etad_lam)
+
+   | dopt Opt_DoLambdaEtaExpansion dflags,
+     any isRuntimeVar bndrs
+   = tryEtaExpansion body              `thenSmpl` \ body' ->
+     returnSmpl (emptyFloats env, mkLams bndrs body')
+
+{-     Sept 01: I'm experimenting with getting the
+       full laziness pass to float out past big lambdsa
+ | all isTyVar bndrs,  -- Only for big lambdas
+   contIsRhs cont      -- Only try the rhs type-lambda floating
+                       -- if this is indeed a right-hand side; otherwise
+                       -- we end up floating the thing out, only for float-in
+                       -- to float it right back in again!
+ = tryRhsTyLam env bndrs body          `thenSmpl` \ (floats, body') ->
+   returnSmpl (floats, mkLams bndrs body')
+-}
+
+   | otherwise 
+   = returnSmpl (emptyFloats env, mkLams bndrs body)
+\end{code}
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{Eta expansion and reduction}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+We try for eta reduction here, but *only* if we get all the 
+way to an exprIsTrivial expression.    
+We don't want to remove extra lambdas unless we are going 
+to avoid allocating this thing altogether
+
+\begin{code}
+tryEtaReduce :: [OutBinder] -> OutExpr -> Maybe OutExpr
+tryEtaReduce bndrs body 
+       -- We don't use CoreUtils.etaReduce, because we can be more
+       -- efficient here:
+       --  (a) we already have the binders
+       --  (b) we can do the triviality test before computing the free vars
+  = go (reverse bndrs) body
+  where
+    go (b : bs) (App fun arg) | ok_arg b arg = go bs fun       -- Loop round
+    go []       fun           | ok_fun fun   = Just fun                -- Success!
+    go _        _                           = Nothing          -- Failure!
+
+    ok_fun fun =  exprIsTrivial fun
+              && not (any (`elemVarSet` (exprFreeVars fun)) bndrs)
+              && (exprIsHNF fun || all ok_lam bndrs)
+    ok_lam v = isTyVar v || isDictId v
+       -- The exprIsHNF is because eta reduction is not 
+       -- valid in general:  \x. bot  /=  bot
+       -- So we need to be sure that the "fun" is a value.
+       --
+       -- However, we always want to reduce (/\a -> f a) to f
+       -- This came up in a RULE: foldr (build (/\a -> g a))
+       --      did not match      foldr (build (/\b -> ...something complex...))
+       -- The type checker can insert these eta-expanded versions,
+       -- with both type and dictionary lambdas; hence the slightly 
+       -- ad-hoc isDictTy
+
+    ok_arg b arg = varToCoreExpr b `cheapEqExpr` arg
+\end{code}
+
+
+       Try eta expansion for RHSs
+
+We go for:
+   f = \x1..xn -> N  ==>   f = \x1..xn y1..ym -> N y1..ym
+                                (n >= 0)
+
+where (in both cases) 
+
+       * The xi can include type variables
+
+       * The yi are all value variables
+
+       * N is a NORMAL FORM (i.e. no redexes anywhere)
+         wanting a suitable number of extra args.
+
+We may have to sandwich some coerces between the lambdas
+to make the types work.   exprEtaExpandArity looks through coerces
+when computing arity; and etaExpand adds the coerces as necessary when
+actually computing the expansion.
+
+\begin{code}
+tryEtaExpansion :: OutExpr -> SimplM OutExpr
+-- There is at least one runtime binder in the binders
+tryEtaExpansion body
+  = getUniquesSmpl                     `thenSmpl` \ us ->
+    returnSmpl (etaExpand fun_arity us body (exprType body))
+  where
+    fun_arity = exprEtaExpandArity body
 \end{code}
 
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
-\subsection{Local tyvar-lifting}
+\subsection{Floating lets out of big lambdas}
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
-mkRhsTyLam tries this transformation, when the big lambda appears as
+tryRhsTyLam tries this transformation, when the big lambda appears as
 the RHS of a let(rec) binding:
 
        /\abc -> let(rec) x = e in b
@@ -533,42 +960,42 @@ as we would normally do.
 
 
 \begin{code}
-tryRhsTyLam :: OutExpr -> SimplM ([OutBind], OutExpr)
+{-     Trying to do this in full laziness
+
+tryRhsTyLam :: SimplEnv -> [OutTyVar] -> OutExpr -> SimplM FloatsWithExpr
+-- Call ensures that all the binders are type variables
 
-tryRhsTyLam rhs                        -- Only does something if there's a let
-  | null tyvars || not (worth_it body) -- inside a type lambda, 
-  = returnSmpl ([], rhs)               -- and a WHNF inside that
+tryRhsTyLam env tyvars body            -- Only does something if there's a let
+  |  not (all isTyVar tyvars)
+  || not (worth_it body)               -- inside a type lambda, 
+  = returnSmpl (emptyFloats env, body) -- and a WHNF inside that
 
   | otherwise
-  = go (\x -> x) body          `thenSmpl` \ (binds, body') ->
-    returnSmpl (binds,  mkLams tyvars body')
+  = go env (\x -> x) body
 
   where
-    (tyvars, body) = collectTyBinders rhs
-
-    worth_it (Let (NonRec x rhs) e) | isUnLiftedType (exprType rhs) = False
-    worth_it (Let _ e) = whnf_in_middle e
-    worth_it other     = False
+    worth_it e@(Let _ _) = whnf_in_middle e
+    worth_it e          = False
 
-    whnf_in_middle (Let (NonRec x rhs) e) | isUnLiftedType (exprType rhs) = False
+    whnf_in_middle (Let (NonRec x rhs) e) | isUnLiftedType (idType x) = False
     whnf_in_middle (Let _ e) = whnf_in_middle e
     whnf_in_middle e        = exprIsCheap e
 
-    go fn (Let bind@(NonRec var rhs) body)
+    main_tyvar_set = mkVarSet tyvars
+
+    go env fn (Let bind@(NonRec var rhs) body)
       | exprIsTrivial rhs
-      = go (fn . Let bind) body
+      = go env (fn . Let bind) body
 
-    go fn (Let (NonRec var rhs) body)
-      = mk_poly tyvars_here var                                `thenSmpl` \ (var', rhs') ->
-       go (fn . Let (mk_silly_bind var rhs')) body     `thenSmpl` \ (binds, body') ->
-       returnSmpl (NonRec var' (mkLams tyvars_here (fn rhs)) : binds, body')
+    go env fn (Let (NonRec var rhs) body)
+      = mk_poly tyvars_here var                                                        `thenSmpl` \ (var', rhs') ->
+       addAuxiliaryBind env (NonRec var' (mkLams tyvars_here (fn rhs)))        $ \ env -> 
+       go env (fn . Let (mk_silly_bind var rhs')) body
 
       where
-       tyvars_here = tyvars
-               --      main_tyvar_set = mkVarSet tyvars
-               --      var_ty = idType var
-               -- varSetElems (main_tyvar_set `intersectVarSet` tyVarsOfType var_ty)
-               -- tyvars_here was an attempt to reduce the number of tyvars
+
+       tyvars_here = varSetElems (main_tyvar_set `intersectVarSet` exprSomeFreeVars isTyVar rhs)
+               -- Abstract only over the type variables free in the rhs
                -- wrt which the new binding is abstracted.  But the naive
                -- approach of abstract wrt the tyvars free in the Id's type
                -- fails. Consider:
@@ -584,29 +1011,27 @@ tryRhsTyLam rhs                  -- Only does something if there's a let
                -- abstracting wrt *all* the tyvars.  We'll see if that
                -- gives rise to problems.   SLPJ June 98
 
-    go fn (Let (Rec prs) body)
+    go env fn (Let (Rec prs) body)
        = mapAndUnzipSmpl (mk_poly tyvars_here) vars    `thenSmpl` \ (vars', rhss') ->
         let
-           gn body  = fn (foldr Let body (zipWith mk_silly_bind vars rhss'))
-           new_bind = Rec (vars' `zip` [mkLams tyvars_here (gn rhs) | rhs <- rhss])
+           gn body = fn (foldr Let body (zipWith mk_silly_bind vars rhss'))
+           pairs   = vars' `zip` [mkLams tyvars_here (gn rhs) | rhs <- rhss]
         in
-        go gn body                             `thenSmpl` \ (binds, body') -> 
-        returnSmpl (new_bind : binds, body')
+        addAuxiliaryBind env (Rec pairs)               $ \ env ->
+        go env gn body 
        where
         (vars,rhss) = unzip prs
-        tyvars_here = tyvars
-               -- varSetElems (main_tyvar_set `intersectVarSet` tyVarsOfTypes var_tys)
-               --       var_tys     = map idType vars
+        tyvars_here = varSetElems (main_tyvar_set `intersectVarSet` exprsSomeFreeVars isTyVar (map snd prs))
                -- See notes with tyvars_here above
 
-    go fn body = returnSmpl ([], fn body)
+    go env fn body = returnSmpl (emptyFloats env, fn body)
 
     mk_poly tyvars_here var
       = getUniqueSmpl          `thenSmpl` \ uniq ->
        let
            poly_name = setNameUnique (idName var) uniq         -- Keep same name
            poly_ty   = mkForAllTys tyvars_here (idType var)    -- But new type of course
-           poly_id   = mkVanillaId poly_name poly_ty 
+           poly_id   = mkLocalId poly_name poly_ty 
 
                -- In the olden days, it was crucial to copy the occInfo of the original var, 
                -- because we were looking at occurrence-analysed but as yet unsimplified code!
@@ -643,75 +1068,144 @@ tryRhsTyLam rhs                         -- Only does something if there's a let
                -- Solution: put an INLINE note on g's RHS, so that poly_g seems
                --           to appear many times.  (NB: mkInlineMe eliminates
                --           such notes on trivial RHSs, so do it manually.)
+-}
 \end{code}
 
-
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
-\subsection{Eta expansion}
+\subsection{Case alternative filtering
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
-       Try eta expansion for RHSs
+prepareAlts does two things:
 
-We go for:
-   Case 1    f = \x1..xn -> N  ==>   f = \x1..xn y1..ym -> N y1..ym
-                (n >= 0)
-     OR                
-   Case 2    f = N E1..En      ==>   z1=E1
-                (n > 0)                 .. 
-                                    zn=En
-                                    f = \y1..ym -> N z1..zn y1..ym
+1.  Eliminate alternatives that cannot match, including the
+    DEFAULT alternative.
 
-where (in both cases) 
+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.
 
-       * The xi can include type variables
+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.
 
-       * The yi are all value variables
+Eliminating the default alternative in (1) isn't so obvious, but it can
+happen:
 
-       * N is a NORMAL FORM (i.e. no redexes anywhere)
-         wanting a suitable number of extra args.
+data Colour = Red | Green | Blue
+
+f x = case x of
+       Red -> ..
+       Green -> ..
+       DEFAULT -> h x
 
-       * the Ei must not have unlifted type
+h y = case y of
+       Blue -> ..
+       DEFAULT -> [ case y of ... ]
+
+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!
 
-There is no point in looking for a combination of the two, because
-that would leave use with some lets sandwiched between lambdas; that's
-what the final test in the first equation is for.
 
 \begin{code}
-tryEtaExpansion :: OutExpr -> OutType -> SimplM ([OutBind], OutExpr)
-tryEtaExpansion rhs rhs_ty
-  |  not opt_SimplDoLambdaEtaExpansion                 -- Not if switched off
-  || exprIsTrivial rhs                         -- Not if RHS is trivial
-  || final_arity == 0                          -- Not if arity is zero
-  = returnSmpl ([], rhs)
-
-  | n_val_args == 0 && not arity_is_manifest
-  =    -- Some lambdas but not enough: case 1
-    getUniqSupplySmpl                          `thenSmpl` \ us ->
-    returnSmpl ([], etaExpand final_arity us rhs rhs_ty)
-
-  | n_val_args > 0 && not (any cant_bind arg_infos)
-  =    -- Partial application: case 2
-    mapAndUnzipSmpl bind_z_arg arg_infos       `thenSmpl` \ (maybe_z_binds, z_args) ->
-    getUniqSupplySmpl                          `thenSmpl` \ us ->
-    returnSmpl (catMaybes maybe_z_binds, 
-               etaExpand final_arity us (mkApps fun z_args) rhs_ty)
+prepareAlts :: OutExpr                 -- Scrutinee
+           -> InId             -- Case binder (passed only to use in statistics)
+           -> [InAlt]          -- Increasing order
+           -> SimplM ([InAlt],         -- Better alternatives, still incresaing order
+                       [AltCon])       -- These cases are handled
+
+prepareAlts scrut case_bndr alts
+  = let
+       (alts_wo_default, maybe_deflt) = findDefault alts
+
+        impossible_cons = case scrut of
+                           Var v -> otherCons (idUnfolding v)
+                           other -> []
+
+       -- Filter out alternatives that can't possibly match
+       better_alts | null impossible_cons = alts_wo_default
+                   | otherwise            = [alt | alt@(con,_,_) <- alts_wo_default, 
+                                                   not (con `elem` impossible_cons)]
+
+       -- "handled_cons" are handled either by the context, 
+       -- or by a branch in this case expression
+       -- (Don't add DEFAULT to the handled_cons!!)
+       handled_cons = impossible_cons ++ [con | (con,_,_) <- better_alts]
+    in
+       -- Filter out the default, if it can't happen,
+       -- or replace it with "proper" alternative if there
+       -- is only one constructor left
+    prepareDefault scrut case_bndr handled_cons maybe_deflt    `thenSmpl` \ deflt_alt ->
+
+    returnSmpl (mergeAlts better_alts deflt_alt, handled_cons)
+       -- We need the mergeAlts in case the new default_alt 
+       -- has turned into a constructor alternative.
+
+prepareDefault scrut case_bndr handled_cons (Just rhs)
+  | Just (tycon, inst_tys) <- splitTyConApp_maybe (exprType scrut),
+       -- Use exprType scrut here, rather than idType case_bndr, because
+       -- case_bndr is an InId, so exprType scrut may have more information
+       -- Test simpl013 is an example
+    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 handled_data_cons = [data_con | DataAlt data_con <- handled_cons],
+    let missing_cons      = [con | con <- all_cons, 
+                                  not (con `elem` handled_data_cons)]
+  = case missing_cons of
+       []          -> returnSmpl []    -- Eliminate the default alternative
+                                       -- if it can't match
+
+       [con]       ->  -- It matches exactly one constructor, so fill it in
+                      tick (FillInCaseDefault case_bndr)       `thenSmpl_`
+                      mk_args con inst_tys                     `thenSmpl` \ args ->
+                      returnSmpl [(DataAlt con, args, rhs)]
+
+       two_or_more -> returnSmpl [(DEFAULT, [], rhs)]
 
   | otherwise
-  = returnSmpl ([], rhs)
-  where
-    (fun, args)                           = collectArgs rhs
-    n_val_args                    = valArgCount args
-    (fun_arity, arity_is_manifest) = exprEtaExpandArity fun
-    final_arity                           = 0 `max` (fun_arity - n_val_args)
-    arg_infos                     = [(arg, exprType arg, exprIsTrivial arg) | arg <- args]
-    cant_bind (_, ty, triv)       = not triv && isUnLiftedType ty
-
-    bind_z_arg (arg, arg_ty, trivial_arg) 
-       | trivial_arg = returnSmpl (Nothing, arg)
-        | otherwise   = newId SLIT("z") arg_ty $ \ z ->
-                       returnSmpl (Just (NonRec z arg), Var z)
+  = returnSmpl [(DEFAULT, [], rhs)]
+
+prepareDefault scrut case_bndr handled_cons Nothing
+  = returnSmpl []
+
+mk_args missing_con inst_tys
+  = mk_tv_bndrs missing_con inst_tys   `thenSmpl` \ (tv_bndrs, inst_tys') ->
+    getUniquesSmpl                     `thenSmpl` \ id_uniqs ->
+    let arg_tys = dataConInstArgTys missing_con inst_tys'
+       arg_ids = zipWith (mkSysLocal FSLIT("a")) id_uniqs arg_tys
+    in
+    returnSmpl (tv_bndrs ++ arg_ids)
+
+mk_tv_bndrs missing_con inst_tys
+  | isVanillaDataCon missing_con
+  = returnSmpl ([], inst_tys)
+  | otherwise
+  = getUniquesSmpl             `thenSmpl` \ tv_uniqs ->
+    let new_tvs    = zipWith mk tv_uniqs (dataConTyVars missing_con)
+       mk uniq tv = mkTyVar (mkSysTvName uniq FSLIT("t")) (tyVarKind tv)
+    in
+    returnSmpl (new_tvs, mkTyVarTys new_tvs)
 \end{code}
 
 
@@ -721,109 +1215,378 @@ tryEtaExpansion rhs rhs_ty
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
+mkCase puts a case expression back together, trying various transformations first.
+
 \begin{code}
-mkCase :: OutExpr -> OutId -> [OutAlt] -> SimplM OutExpr
+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}
 
-@mkCase@ tries the following transformation (if possible):
-
-case e of b {             ==>   case e of b {
-  p1 -> rhs1                     p1 -> rhs1
-  ...                            ...
-  pm -> rhsm                      pm -> rhsm
-  _  -> case b of b' {            pn -> rhsn[b/b'] {or (alg)  let b=b' in rhsn}
-                                                  {or (prim) case b of b' { _ -> rhsn}}
-             pn -> rhsn          ...
-             ...                 po -> rhso[b/b']
-             po -> rhso          _  -> rhsd[b/b'] {or 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.
+
+mkAlts 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)
+
+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.
+
+
+The case where transformation (1) showed up was like this (lib/std/PrelCError.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 scrut outer_bndr outer_alts
-  |  opt_SimplCaseMerge
-  && maybeToBool maybe_case_in_default
-     
-  = tick (CaseMerge outer_bndr)                `thenSmpl_`
-    returnSmpl (Case scrut outer_bndr new_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 bindNonRec
-       -- in munge_rhs puts a case into the DEFAULT branch!
+--------------------------------------------------
+--     1. Merge identical branches
+--------------------------------------------------
+mkAlts dflags scrut 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
+  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!
+       -- 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!
   where
-    new_alts = outer_alts_without_deflt ++ munged_inner_alts
-    maybe_case_in_default = case findDefault outer_alts of
-                               (outer_alts_without_default,
-                                Just (Case (Var scrut_var) inner_bndr inner_alts))
-                                
-                                  | outer_bndr == scrut_var
-                                  -> Just (outer_alts_without_default, inner_bndr, inner_alts)
-                               other -> Nothing
-
-    Just (outer_alts_without_deflt, inner_bndr, inner_alts) = maybe_case_in_default
-
-               --  Eliminate any inner alts which are shadowed by the outer ones
-    outer_cons = [con | (con,_,_) <- outer_alts_without_deflt]
-
-    munged_inner_alts = [ (con, args, munge_rhs rhs) 
-                       | (con, args, rhs) <- inner_alts, 
-                          not (con `elem` outer_cons)  -- Eliminate shadowed inner alts
-                       ]
-    munge_rhs rhs = bindNonRec inner_bndr (Var outer_bndr) rhs
+       -- We are scrutinising the same variable if it's
+       -- the outer case-binder, or if the outer case scrutinises a variable
+       -- (and it's the same).  Testing both allows us not to replace the
+       -- outer scrut-var with the outer case-binder (Simplify.simplCaseBinder).
+    scruting_same_var = case scrut of
+                         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
+
+
+---------------------------------
+mergeAlts :: [OutAlt] -> [OutAlt] -> [OutAlt]
+-- Merge preserving order; alternatives in the first arg
+-- shadow ones in the second
+mergeAlts [] as2 = as2
+mergeAlts as1 [] = as1
+mergeAlts (a1:as1) (a2:as2)
+  = case a1 `cmpAlt` a2 of
+       LT -> a1 : mergeAlts as1      (a2:as2)
+       EQ -> a1 : mergeAlts as1      as2       -- Discard a2
+       GT -> a2 : mergeAlts (a1:as1) as2
 \end{code}
 
-Now the identity-case transformation:
+
+
+=================================================================================
+
+mkCase1 tries these things
+
+1.  Eliminate the case altogether if possible
+
+2.  Case-identity:
 
        case e of               ===> e
-               True -> True;
+               True  -> True;
                False -> False
 
-and similar friends.
+    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 scrut case_bndr alts
+--------------------------------------------------
+--     0. 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) $
+    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
   | all identity_alt alts
   = tick (CaseIdentity case_bndr)              `thenSmpl_`
-    returnSmpl scrut
+    returnSmpl (re_note scrut)
   where
-    identity_alt (DEFAULT, [], Var v)     = v == case_bndr
-    identity_alt (DataAlt con, args, rhs) = cheapEqExpr rhs
-                                                       (mkConApp con (map Type arg_tys ++ map varToCoreExpr args))
-    identity_alt other                   = False
+    identity_alt (con, args, rhs) = de_note rhs `cheapEqExpr` identity_rhs con args
 
-    arg_tys = tyConAppArgs (idType case_bndr)
-\end{code}
+    identity_rhs (DataAlt con) args = mkConApp con (arg_tys ++ map varToCoreExpr args)
+    identity_rhs (LitAlt lit)  _    = Lit lit
+    identity_rhs DEFAULT       _    = Var case_bndr
 
-The catch-all case
+    arg_tys = map Type (tyConAppArgs (idType case_bndr))
 
-\begin{code}
-mkCase other_scrut case_bndr other_alts
-  = returnSmpl (Case other_scrut case_bndr other_alts)
+       -- We've seen this:
+       --      case coerce T e of x { _ -> coerce T' x }
+       -- And we definitely want to eliminate this case!
+       -- So we throw away notes from the RHS, and reconstruct
+       -- (at least an approximation) at the other end
+    de_note (Note _ e) = de_note e
+    de_note e         = e
+
+       -- re_note wraps a coerce if it might be necessary
+    re_note scrut = case head alts of
+                       (_,_,rhs1@(Note _ _)) -> mkCoerce2 (exprType rhs1) (idType case_bndr) scrut
+                       other                 -> scrut
+
+
+--------------------------------------------------
+--     Catch-all
+--------------------------------------------------
+mkCase1 scrut bndr ty alts = returnSmpl (Case scrut bndr ty alts)
 \end{code}
 
 
-\begin{code}
-findDefault :: [CoreAlt] -> ([CoreAlt], Maybe CoreExpr)
-findDefault []                         = ([], Nothing)
-findDefault ((DEFAULT,args,rhs) : alts) = ASSERT( null alts && null args ) 
-                                         ([], Just rhs)
-findDefault (alt : alts)               = case findDefault alts of 
-                                           (alts', deflt) -> (alt : alts', deflt)
-
-findAlt :: AltCon -> [CoreAlt] -> CoreAlt
-findAlt con alts
-  = go alts
-  where
-    go []          = pprPanic "Missing alternative" (ppr con $$ vcat (map ppr alts))
-    go (alt : alts) | matches alt = alt
-                   | otherwise   = go alts
+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.
 
-    matches (DEFAULT, _, _) = True
-    matches (con1, _, _)    = con == con1
+\begin{code}
+bindCaseBndr bndr rhs body
+  | isDeadBinder bndr = body
+  | otherwise        = bindNonRec bndr rhs body
 \end{code}