Move the application of "everywhere" to dotransforms.
[matthijs/master-project/cλash.git] / cλash / CLasH / Normalize.hs
index a550124e0f01fccaa2dd8bcfb07b0e2f7cfa94b1..dc3c0c2052141045c09b53f6af5af42012a50d6d 100644 (file)
@@ -20,10 +20,13 @@ import qualified Data.Map as Map
 -- GHC API
 import CoreSyn
 import qualified CoreUtils
+import qualified BasicTypes
 import qualified Type
+import qualified TysWiredIn
 import qualified Id
 import qualified Var
 import qualified Name
+import qualified DataCon
 import qualified VarSet
 import qualified CoreFVs
 import qualified Class
@@ -53,19 +56,18 @@ import CLasH.Utils.Pretty
 -- it has a function type. Eventually this will result in a function
 -- body consisting of a bunch of nested lambdas containing a
 -- non-function value (e.g., a complete application).
-eta, etatop :: Transform
+eta :: Transform
 eta c expr | is_fun expr && not (is_lam expr) && all (== LambdaBody) c = do
   let arg_ty = (fst . Type.splitFunTy . CoreUtils.exprType) expr
   id <- Trans.lift $ mkInternalVar "param" arg_ty
   change (Lam id (App expr (Var id)))
 -- Leave all other expressions unchanged
 eta c e = return e
-etatop = everywhere ("eta", eta)
 
 --------------------------------
 -- β-reduction
 --------------------------------
-beta, betatop :: Transform
+beta :: Transform
 -- Substitute arg for x in expr. For value lambda's, also clone before
 -- substitution.
 beta c (App (Lam x expr) arg) | CoreSyn.isTyVar x = setChanged >> substitute x arg c expr
@@ -79,28 +81,64 @@ beta c (App (Case scrut b ty alts) arg) = change $ Case scrut b ty' alts'
     ty' = CoreUtils.applyTypeToArg ty arg
 -- Leave all other expressions unchanged
 beta c expr = return expr
--- Perform this transform everywhere
-betatop = everywhere ("beta", beta)
+
+--------------------------------
+-- Case of known constructor simplification
+--------------------------------
+-- If a case expressions scrutinizes a datacon application, we can
+-- determine which alternative to use and remove the case alltogether.
+-- We replace it with a let expression the binds every binder in the
+-- alternative bound to the corresponding argument of the datacon. We do
+-- this instead of substituting the binders, to prevent duplication of
+-- work and preserve sharing wherever appropriate.
+knowncase :: Transform
+knowncase context expr@(Case scrut@(App _ _) bndr ty alts) | not bndr_used = do
+    case collectArgs scrut of
+      (Var f, args) -> case Id.isDataConId_maybe f of
+        -- Not a dataconstructor? Don't change anything (probably a
+        -- function, then)
+        Nothing -> return expr
+        Just dc -> do
+          let (altcon, bndrs, res) =  case List.find (\(altcon, bndrs, res) -> altcon == (DataAlt dc)) alts of
+                Just alt -> alt -- Return the alternative found
+                Nothing -> head alts -- If the datacon is not present, the first must be the default alternative
+          -- Double check if we have either the correct alternative, or
+          -- the default.
+          if altcon /= (DataAlt dc) && altcon /= DEFAULT then error ("Normalize.knowncase: Invalid core, datacon not found in alternatives and DEFAULT alternative is not first? " ++ pprString expr) else return ()
+          -- Find out how many arguments to drop (type variables and
+          -- predicates like dictionaries).
+          let (tvs, preds, _, _) = DataCon.dataConSig dc
+          let count = length tvs + length preds
+          -- Create a let expression that binds each of the binders in
+          -- this alternative to the corresponding argument of the data
+          -- constructor.
+          let binds = zip bndrs (drop count args)
+          change $ Let (Rec binds) res
+      _ -> return expr -- Scrutinee is not an application of a var
+  where
+    is_used (_, _, expr) = expr_uses_binders [bndr] expr
+    bndr_used = or $ map is_used alts
+
+-- Leave all other expressions unchanged
+knowncase c expr = return expr
 
 --------------------------------
 -- Cast propagation
 --------------------------------
 -- Try to move casts as much downward as possible.
-castprop, castproptop :: Transform
+castprop :: Transform
 castprop c (Cast (Let binds expr) ty) = change $ Let binds (Cast expr ty)
 castprop c expr@(Cast (Case scrut b _ alts) ty) = change (Case scrut b ty alts')
   where
     alts' = map (\(con, bndrs, expr) -> (con, bndrs, (Cast expr ty))) alts
 -- Leave all other expressions unchanged
 castprop c expr = return expr
--- Perform this transform everywhere
-castproptop = everywhere ("castprop", castprop)
 
 --------------------------------
 -- Cast simplification. Mostly useful for state packing and unpacking, but
 -- perhaps for others as well.
 --------------------------------
-castsimpl, castsimpltop :: Transform
+castsimpl :: Transform
 castsimpl c expr@(Cast val ty) = do
   -- Don't extract values that are already simpl
   local_var <- Trans.lift $ is_local_var val
@@ -117,15 +155,25 @@ castsimpl c expr@(Cast val ty) = do
       return expr
 -- Leave all other expressions unchanged
 castsimpl c expr = return expr
--- Perform this transform everywhere
-castsimpltop = everywhere ("castsimpl", castsimpl)
 
 --------------------------------
--- Ensure that a function that just returns another function (or rather,
--- another top-level binder) is still properly normalized. This is a temporary
--- solution, we should probably integrate this pass with lambdasimpl and
--- letsimpl instead.
+-- Return value simplification
 --------------------------------
+-- Ensure the return value of a function follows proper normal form. eta
+-- expansion ensures the body starts with lambda abstractions, this
+-- transformation ensures that the lambda abstractions always contain a
+-- recursive let and that, when the return value is representable, the
+-- let contains a local variable reference in its body.
+retvalsimpl c expr | all (== LambdaBody) c && not (is_lam expr) && not (is_let expr) = do
+  local_var <- Trans.lift $ is_local_var expr
+  repr <- isRepr expr
+  if not local_var && repr
+    then do
+      id <- Trans.lift $ mkBinderFor expr "res" 
+      change $ Let (Rec [(id, expr)]) (Var id)
+    else
+      return expr
+
 retvalsimpl c expr@(Let (Rec binds) body) | all (== LambdaBody) c = do
   -- Don't extract values that are already a local variable, to prevent
   -- loops with ourselves.
@@ -140,44 +188,19 @@ retvalsimpl c expr@(Let (Rec binds) body) | all (== LambdaBody) c = do
     else
       return expr
 
-retvalsimpl c expr | all (== LambdaBody) c && not (is_lam expr) && not (is_let expr) = do
-  local_var <- Trans.lift $ is_local_var expr
-  repr <- isRepr expr
-  if not local_var && repr
-    then do
-      id <- Trans.lift $ mkBinderFor expr "res" 
-      change $ Let (Rec [(id, expr)]) (Var id)
-    else
-      return expr
 
 -- Leave all other expressions unchanged
 retvalsimpl c expr = return expr
--- Perform this transform everywhere
-retvalsimpltop = everywhere ("retvalsimpl", retvalsimpl)
 
 --------------------------------
 -- let derecursification
 --------------------------------
-letderec, letderectop :: Transform
-letderec c expr@(Let (Rec binds) res) = case liftable of
-  -- Nothing is liftable, just return
-  [] -> return expr
-  -- Something can be lifted, generate a new let expression
-  _ -> change $ mkNonRecLets liftable (Let (Rec nonliftable) res)
-  where
-    -- Make a list of all the binders bound in this recursive let
-    bndrs = map fst binds
-    -- See which bindings are liftable
-    (liftable, nonliftable) = List.partition canlift binds
-    -- Any expression that does not use any of the binders in this recursive let
-    -- can be lifted into a nonrec let. It can't use its own binder either,
-    -- since that would mean the binding is self-recursive and should be in a
-    -- single bind recursive let.
-    canlift (bndr, e) = not $ expr_uses_binders bndrs e
+letrec :: Transform
+letrec c expr@(Let (NonRec bndr val) res) = 
+  change $ Let (Rec [(bndr, val)]) res
+
 -- Leave all other expressions unchanged
-letderec c expr = return expr
--- Perform this transform everywhere
-letderectop = everywhere ("letderec", letderec)
+letrec c expr = return expr
 
 --------------------------------
 -- let flattening
@@ -187,7 +210,7 @@ letderectop = everywhere ("letderec", letderec)
 -- let b = (let b' = expr' in res') in res
 -- to:
 -- let b' = expr' in (let b = res' in res)
-letflat, letflattop :: Transform
+letflat :: Transform
 -- Turn a nonrec let that binds a let into two nested lets.
 letflat c (Let (NonRec b (Let binds  res')) res) = 
   change $ Let binds (Let (NonRec b res') res)
@@ -207,31 +230,27 @@ letflat c (Let (Rec binds) expr) = do
     flatbind (b, expr) = return [(b, expr)]
 -- Leave all other expressions unchanged
 letflat c expr = return expr
--- Perform this transform everywhere
-letflattop = everywhere ("letflat", letflat)
 
 --------------------------------
 -- empty let removal
 --------------------------------
 -- Remove empty (recursive) lets
-letremove, letremovetop :: Transform
+letremove :: Transform
 letremove c (Let (Rec []) res) = change res
 -- Leave all other expressions unchanged
 letremove c expr = return expr
--- Perform this transform everywhere
-letremovetop = everywhere ("letremove", letremove)
 
 --------------------------------
 -- Simple let binding removal
 --------------------------------
 -- Remove a = b bindings from let expressions everywhere
-letremovesimpletop :: Transform
-letremovesimpletop = everywhere ("letremovesimple", inlinebind (\(b, e) -> Trans.lift $ is_local_var e))
+letremovesimple :: Transform
+letremovesimple = inlinebind (\(b, e) -> Trans.lift $ is_local_var e)
 
 --------------------------------
 -- Unused let binding removal
 --------------------------------
-letremoveunused, letremoveunusedtop :: Transform
+letremoveunused :: Transform
 letremoveunused c expr@(Let (NonRec b bound) res) = do
   let used = expr_uses_binders [b] res
   if used
@@ -249,7 +268,6 @@ letremoveunused c expr@(Let (Rec binds) res) = do
       dobind (bndr, _) = any (expr_uses_binders [bndr]) (res:bound_exprs)
 -- Leave all other expressions unchanged
 letremoveunused c expr = return expr
-letremoveunusedtop = everywhere ("letremoveunused", letremoveunused)
 
 {-
 --------------------------------
@@ -258,7 +276,7 @@ letremoveunusedtop = everywhere ("letremoveunused", letremoveunused)
 -- Merge two bindings in a let if they are identical 
 -- TODO: We would very much like to use GHC's CSE module for this, but that
 -- doesn't track if something changed or not, so we can't use it properly.
-letmerge, letmergetop :: Transform
+letmerge :: Transform
 letmerge c expr@(Let _ _) = do
   let (binds, res) = flattenLets expr
   binds' <- domerge binds
@@ -281,7 +299,6 @@ letmerge c expr@(Let _ _) = do
       | otherwise = return (b2, e2)
 -- Leave all other expressions unchanged
 letmerge c expr = return expr
-letmergetop = everywhere ("letmerge", letmerge)
 -}
 
 --------------------------------
@@ -298,8 +315,8 @@ letmergetop = everywhere ("letmerge", letmerge)
 -- transformations will just not work on those function-typed values at first,
 -- but the other transformations (in particular β-reduction) should make sure
 -- that the type of those values eventually becomes representable.
-inlinenonreptop :: Transform
-inlinenonreptop = everywhere ("inlinenonrep", inlinebind ((Monad.liftM not) . isRepr . snd))
+inlinenonrep :: Transform
+inlinenonrep = inlinebind ((Monad.liftM not) . isRepr . snd)
 
 --------------------------------
 -- Top level function inlining
@@ -329,7 +346,7 @@ inlinenonreptop = everywhere ("inlinenonrep", inlinebind ((Monad.liftM not) . is
 -- that will eventually generate instantiations of trivial components.
 -- By not inlining any other reference, we also prevent looping problems
 -- with funextract and inlinedict.
-inlinetoplevel, inlinetopleveltop :: Transform
+inlinetoplevel :: Transform
 inlinetoplevel (LetBinding:_) expr | not (is_fun expr) =
   case collectArgs expr of
        (Var f, args) -> do
@@ -347,8 +364,7 @@ inlinetoplevel (LetBinding:_) expr | not (is_fun expr) =
 
 -- Leave all other expressions unchanged
 inlinetoplevel c expr = return expr
-inlinetopleveltop = everywhere ("inlinetoplevel", inlinetoplevel)
-  
+
 -- | Does the given binder need to be inlined? If so, return the body to
 -- be used for inlining.
 needsInline :: CoreBndr -> TransformMonad (Maybe CoreExpr)
@@ -363,17 +379,17 @@ needsInline f = do
       (Var f, args) -> return $ Just body
       -- Body is more complicated, try normalizing it
       _ -> do
-        norm_maybe <- Trans.lift $ getNormalized_maybe f
+        norm_maybe <- Trans.lift $ getNormalized_maybe False f
         case norm_maybe of
           -- Noth normalizeable
           Nothing -> return Nothing 
-          Just norm -> case splitNormalized norm of
+          Just norm -> case splitNormalizedNonRep norm of
             -- The function has just a single binding, so that's simple
             -- enough to inline.
-            (args, [bind], res) -> return $ Just norm
+            (args, [bind], Var res) -> return $ Just norm
             -- More complicated function, don't inline
             _ -> return Nothing
-            
+
 --------------------------------
 -- Dictionary inlining
 --------------------------------
@@ -399,7 +415,6 @@ inlinedict c expr@(App (App (Var sel) ty) (Var dict)) | not is_builtin && is_cla
 
 -- Leave all other expressions unchanged
 inlinedict c expr = return expr
-inlinedicttop = everywhere ("inlinedict", inlinedict)
 
 --------------------------------
 -- ClassOp resolution
@@ -435,7 +450,7 @@ inlinedicttop = everywhere ("inlinedict", inlinedict)
 -- translateable. For example, when deriving ==, GHC generates code
 -- using $con2tag functions to translate a datacon to an int and compare
 -- that with GHC.Prim.==# . Better to avoid that for now.
-classopresolution, classopresolutiontop :: Transform
+classopresolution :: Transform
 classopresolution c expr@(App (App (Var sel) ty) dict) | not is_builtin =
   case Id.isClassOpId_maybe sel of
     -- Not a class op selector
@@ -462,13 +477,11 @@ classopresolution c expr@(App (App (Var sel) ty) dict) | not is_builtin =
 
 -- Leave all other expressions unchanged
 classopresolution c expr = return expr
--- Perform this transform everywhere
-classopresolutiontop = everywhere ("classopresolution", classopresolution)
 
 --------------------------------
 -- Scrutinee simplification
 --------------------------------
-scrutsimpl,scrutsimpltop :: Transform
+scrutsimpl :: Transform
 -- Don't touch scrutinees that are already simple
 scrutsimpl c expr@(Case (Var _) _ _ _) = return expr
 -- Replace all other cases with a let that binds the scrutinee and a new
@@ -485,8 +498,6 @@ scrutsimpl c expr@(Case scrut b ty alts) = do
       return expr
 -- Leave all other expressions unchanged
 scrutsimpl c expr = return expr
--- Perform this transform everywhere
-scrutsimpltop = everywhere ("scrutsimpl", scrutsimpl)
 
 --------------------------------
 -- Scrutinee binder removal
@@ -496,7 +507,7 @@ scrutsimpltop = everywhere ("scrutsimpl", scrutsimpl)
 -- arguments. Since strictness does not matter for us (rather, everything is
 -- sort of strict), this binder is ignored when generating VHDL, and must thus
 -- be wild in the normal form.
-scrutbndrremove, scrutbndrremovetop :: Transform
+scrutbndrremove :: Transform
 -- If the scrutinee is already simple, and the bndr is not wild yet, replace
 -- all occurences of the binder with the scrutinee variable.
 scrutbndrremove c (Case (Var scrut) bndr ty alts) | bndr_used = do
@@ -511,12 +522,11 @@ scrutbndrremove c (Case (Var scrut) bndr ty alts) | bndr_used = do
     wild = MkCore.mkWildBinder (Id.idType bndr)
 -- Leave all other expressions unchanged
 scrutbndrremove c expr = return expr
-scrutbndrremovetop = everywhere ("scrutbndrremove", scrutbndrremove)
 
 --------------------------------
 -- Case binder wildening
 --------------------------------
-casesimpl, casesimpltop :: Transform
+casesimpl :: Transform
 -- This is already a selector case (or, if x does not appear in bndrs, a very
 -- simple case statement that will be removed by caseremove below). Just leave
 -- it be.
@@ -578,12 +588,9 @@ casesimpl c expr@(Case scrut bndr ty alts) | not bndr_used = do
         -- inlinenonrep).
         if (not wild) && repr
           then do
-            -- Create on new binder that will actually capture a value in this
+            caseexpr <- Trans.lift $ mkSelCase scrut i
+            -- Create a new binder that will actually capture a value in this
             -- case statement, and return it.
-            let bty = (Id.idType b)
-            id <- Trans.lift $ mkInternalVar "sel" bty
-            let binders = take i wildbndrs ++ [id] ++ drop (i+1) wildbndrs
-            let caseexpr = Case scrut b bty [(con, binders, Var id)]
             return (wildbndrs!!i, Just (b, caseexpr))
           else 
             -- Just leave the original binder in place, and don't generate an
@@ -610,29 +617,25 @@ casesimpl c expr@(Case scrut bndr ty alts) | not bndr_used = do
             return (Nothing, expr)
 -- Leave all other expressions unchanged
 casesimpl c expr = return expr
--- Perform this transform everywhere
-casesimpltop = everywhere ("casesimpl", casesimpl)
 
 --------------------------------
 -- Case removal
 --------------------------------
 -- Remove case statements that have only a single alternative and only wild
 -- binders.
-caseremove, caseremovetop :: Transform
+caseremove :: Transform
 -- Replace a useless case by the value of its single alternative
 caseremove c (Case scrut b ty [(con, bndrs, expr)]) | not usesvars = change expr
     -- Find if any of the binders are used by expr
     where usesvars = (not . VarSet.isEmptyVarSet . (CoreFVs.exprSomeFreeVars (`elem` b:bndrs))) expr
 -- Leave all other expressions unchanged
 caseremove c expr = return expr
--- Perform this transform everywhere
-caseremovetop = everywhere ("caseremove", caseremove)
 
 --------------------------------
 -- Argument extraction
 --------------------------------
 -- Make sure that all arguments of a representable type are simple variables.
-appsimpl, appsimpltop :: Transform
+appsimpl :: Transform
 -- Simplify all representable arguments. Do this by introducing a new Let
 -- that binds the argument and passing the new binder in the application.
 appsimpl c expr@(App f arg) = do
@@ -647,8 +650,6 @@ appsimpl c expr@(App f arg) = do
       return expr
 -- Leave all other expressions unchanged
 appsimpl c expr = return expr
--- Perform this transform everywhere
-appsimpltop = everywhere ("appsimpl", appsimpl)
 
 --------------------------------
 -- Function-typed argument propagation
@@ -656,7 +657,7 @@ appsimpltop = everywhere ("appsimpl", appsimpl)
 -- Remove all applications to function-typed arguments, by duplication the
 -- function called with the function-typed parameter replaced by the free
 -- variables of the argument passed in.
-argprop, argproptop :: Transform
+argprop :: Transform
 -- Transform any application of a named function (i.e., skip applications of
 -- lambda's). Also skip applications that have arguments with free type
 -- variables, since we can't inline those.
@@ -743,8 +744,105 @@ argprop c expr@(App _ _) | is_var fexpr = do
           return ([arg], [id], mkReferenceTo id) 
 -- Leave all other expressions unchanged
 argprop c expr = return expr
--- Perform this transform everywhere
-argproptop = everywhere ("argprop", argprop)
+
+--------------------------------
+-- Non-representable result inlining
+--------------------------------
+-- This transformation takes a function (top level binding) that has a
+-- non-representable result (e.g., a tuple containing a function, or an
+-- Integer. The latter can occur in some cases as the result of the
+-- fromIntegerT function) and inlines enough of the function to make the
+-- result representable again.
+--
+-- This is done by first normalizing the function and then "inlining"
+-- the result. Since no unrepresentable let bindings are allowed in
+-- normal form, we can be sure that all free variables of the result
+-- expression will be representable (Note that we probably can't
+-- guarantee that all representable parts of the expression will be free
+-- variables, so we might inline more than strictly needed).
+--
+-- The new function result will be a tuple containing all free variables
+-- of the old result, so the old result can be rebuild at the caller.
+--
+-- We take care not to inline dictionary id's, which are top level
+-- bindings with a non-representable result type as well, since those
+-- will never become VHDL signals directly. There is a separate
+-- transformation (inlinedict) that specifically inlines dictionaries
+-- only when it is useful.
+inlinenonrepresult :: Transform
+
+-- Apply to any (application of) a reference to a top level function
+-- that is fully applied (i.e., dos not have a function type) but is not
+-- representable. We apply in any context, since non-representable
+-- expressions are generally left alone and can occur anywhere.
+inlinenonrepresult context expr | not (is_fun expr) =
+  case collectArgs expr of
+    (Var f, args) | not (Id.isDictId f) -> do
+      repr <- isRepr expr
+      if not repr
+        then do
+          body_maybe <- Trans.lift $ getNormalized_maybe True f
+          case body_maybe of
+            Just body -> do
+              let (bndrs, binds, res) = splitNormalizedNonRep body
+              if has_free_tyvars res 
+                then
+                  -- Don't touch anything with free type variables, since
+                  -- we can't return those. We'll wait until argprop
+                  -- removed those variables.
+                  return expr
+                else do
+                  -- Get the free local variables of res
+                  global_bndrs <- Trans.lift getGlobalBinders
+                  let interesting var = Var.isLocalVar var && (var `notElem` global_bndrs)
+                  let free_vars = VarSet.varSetElems $ CoreFVs.exprSomeFreeVars interesting res
+                  let free_var_types = map Id.idType free_vars
+                  let n_free_vars = length free_vars
+                  -- Get a tuple datacon to wrap around the free variables
+                  let fvs_datacon = TysWiredIn.tupleCon BasicTypes.Boxed n_free_vars
+                  let fvs_datacon_id = DataCon.dataConWorkId fvs_datacon
+                  -- Let the function now return a tuple with references to
+                  -- all free variables of the old return value. First pass
+                  -- all the types of the variables, since tuple
+                  -- constructors are polymorphic.
+                  let newres = mkApps (Var fvs_datacon_id) (map Type free_var_types ++  map Var free_vars)
+                  -- Recreate the function body with the changed return value
+                  let newbody = mkLams bndrs (Let (Rec binds) newres) 
+                  -- Create the new function
+                  f' <- Trans.lift $ mkFunction f newbody
+
+                  -- Call the new function
+                  let newapp = mkApps (Var f') args
+                  res_bndr <- Trans.lift $ mkBinderFor newapp "res"
+                  -- Create extractor case expressions to extract each of the
+                  -- free variables from the tuple.
+                  sel_cases <- Trans.lift $ mapM (mkSelCase (Var res_bndr)) [0..n_free_vars-1]
+
+                  -- Bind the res_bndr to the result of the new application
+                  -- and each of the free variables to the corresponding
+                  -- selector case. Replace the let body with the original
+                  -- body of the called function (which can still access all
+                  -- of its free variables, from the let).
+                  let binds = (res_bndr, newapp):(zip free_vars sel_cases)
+                  let letexpr = Let (Rec binds) res
+
+                  -- Finally, regenarate all uniques in the new expression,
+                  -- since the free variables could otherwise become
+                  -- duplicated. It is not strictly necessary to regenerate
+                  -- res, since we're moving that expression, but it won't
+                  -- hurt.
+                  letexpr_uniqued <- Trans.lift $ genUniques letexpr
+                  change letexpr_uniqued
+            Nothing -> return expr
+        else
+          -- Don't touch representable expressions or (applications of)
+          -- dictionary ids.
+          return expr
+    -- Not a reference to or application of a top level function
+    _ -> return expr
+-- Leave all other expressions unchanged
+inlinenonrepresult c expr = return expr
+
 
 --------------------------------
 -- Function-typed argument extraction
@@ -754,7 +852,7 @@ argproptop = everywhere ("argprop", argprop)
 -- puts it in a brand new top level binder. This allows us to for example
 -- apply map to a lambda expression This will not conflict with inlinenonrep,
 -- since that only inlines local let bindings, not top level bindings.
-funextract, funextracttop :: Transform
+funextract :: Transform
 funextract c expr@(App _ _) | is_var fexpr = do
   body_maybe <- Trans.lift $ getGlobalBind f
   case body_maybe of
@@ -794,8 +892,6 @@ funextract c expr@(App _ _) | is_var fexpr = do
 
 -- Leave all other expressions unchanged
 funextract c expr = return expr
--- Perform this transform everywhere
-funextracttop = everywhere ("funextract", funextract)
 
 --------------------------------
 -- End of transformations
@@ -805,15 +901,39 @@ funextracttop = everywhere ("funextract", funextract)
 
 
 -- What transforms to run?
-transforms = [inlinedicttop, inlinetopleveltop, classopresolutiontop, argproptop, funextracttop, etatop, betatop, castproptop, letremovesimpletop, letderectop, letremovetop, retvalsimpltop, letflattop, scrutsimpltop, scrutbndrremovetop, casesimpltop, caseremovetop, inlinenonreptop, appsimpltop, letremoveunusedtop, castsimpltop]
+transforms = [ ("inlinedict", inlinedict)
+             , ("inlinetoplevel", inlinetoplevel)
+             , ("inlinenonrepresult", inlinenonrepresult)
+             , ("knowncase", knowncase)
+             , ("classopresolution", classopresolution)
+             , ("argprop", argprop)
+             , ("funextract", funextract)
+             , ("eta", eta)
+             , ("beta", beta)
+             , ("castprop", castprop)
+             , ("letremovesimple", letremovesimple)
+             , ("letrec", letrec)
+             , ("letremove", letremove)
+             , ("retvalsimpl", retvalsimpl)
+             , ("letflat", letflat)
+             , ("scrutsimpl", scrutsimpl)
+             , ("scrutbndrremove", scrutbndrremove)
+             , ("casesimpl", casesimpl)
+             , ("caseremove", caseremove)
+             , ("inlinenonrep", inlinenonrep)
+             , ("appsimpl", appsimpl)
+             , ("letremoveunused", letremoveunused)
+             , ("castsimpl", castsimpl)
+             ]
 
 -- | Returns the normalized version of the given function, or an error
 -- if it is not a known global binder.
 getNormalized ::
-  CoreBndr -- ^ The function to get
+  Bool -- ^ Allow the result to be unrepresentable?
+  -> CoreBndr -- ^ The function to get
   -> TranslatorSession CoreExpr -- The normalized function body
-getNormalized bndr = do
-  norm <- getNormalized_maybe bndr
+getNormalized result_nonrep bndr = do
+  norm <- getNormalized_maybe result_nonrep bndr
   return $ Maybe.fromMaybe
     (error $ "Normalize.getNormalized: Unknown or non-representable function requested: " ++ show bndr)
     norm
@@ -821,27 +941,23 @@ getNormalized bndr = do
 -- | Returns the normalized version of the given function, or Nothing
 -- when the binder is not a known global binder or is not normalizeable.
 getNormalized_maybe ::
-  CoreBndr -- ^ The function to get
+  Bool -- ^ Allow the result to be unrepresentable?
+  -> CoreBndr -- ^ The function to get
   -> TranslatorSession (Maybe CoreExpr) -- The normalized function body
 
-getNormalized_maybe bndr = do
+getNormalized_maybe result_nonrep bndr = do
     expr_maybe <- getGlobalBind bndr
-    normalizeable <- isNormalizeable' bndr
+    normalizeable <- isNormalizeable result_nonrep bndr
     if not normalizeable || Maybe.isNothing expr_maybe
       then
         -- Binder not normalizeable or not found
         return Nothing
-      else if is_poly (Var bndr)
-        then
-          -- This should really only happen at the top level... TODO: Give
-          -- a different error if this happens down in the recursion.
-          error $ "\nNormalize.normalizeBind: Function " ++ show bndr ++ " is polymorphic, can't normalize"
-        else do
-          -- Binder found and is monomorphic. Normalize the expression
-          -- and cache the result.
-          normalized <- Utils.makeCached bndr tsNormalized $ 
-            normalizeExpr (show bndr) (Maybe.fromJust expr_maybe)
-          return (Just normalized)
+      else do
+        -- Binder found and is monomorphic. Normalize the expression
+        -- and cache the result.
+        normalized <- Utils.makeCached bndr tsNormalized $ 
+          normalizeExpr (show bndr) (Maybe.fromJust expr_maybe)
+        return (Just normalized)
 
 -- | Normalize an expression
 normalizeExpr ::
@@ -861,14 +977,21 @@ normalizeExpr what expr = do
        return expr'
 
 -- | Split a normalized expression into the argument binders, top level
---   bindings and the result binder.
+--   bindings and the result binder. This function returns an error if
+--   the type of the expression is not representable.
 splitNormalized ::
   CoreExpr -- ^ The normalized expression
   -> ([CoreBndr], [Binding], CoreBndr)
-splitNormalized expr = (args, binds, res)
+splitNormalized expr = 
+  case splitNormalizedNonRep expr of
+    (args, binds, Var res) -> (args, binds, res)
+    _ -> error $ "Normalize.splitNormalized: Not in normal form: " ++ pprString expr ++ "\n"
+
+-- Split a normalized expression, whose type can be unrepresentable.
+splitNormalizedNonRep::
+  CoreExpr -- ^ The normalized expression
+  -> ([CoreBndr], [Binding], CoreExpr)
+splitNormalizedNonRep expr = (args, binds, resexpr)
   where
     (args, letexpr) = CoreSyn.collectBinders expr
     (binds, resexpr) = flattenLets letexpr
-    res = case resexpr of 
-      (Var x) -> x
-      _ -> error $ "Normalize.splitNormalized: Not in normal form: " ++ pprString expr ++ "\n"