2008-05-30 Vladimir Makarov <vmakarov@redhat.com>
[official-gcc.git] / gcc / doc / md.texi
blob05b1754b818b5fa57006f0bb1b49739f71d3e1f7
1 @c Copyright (C) 1988, 1989, 1992, 1993, 1994, 1996, 1998, 1999, 2000, 2001,
2 @c 2002, 2003, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008 Free Software Foundation, Inc.
3 @c This is part of the GCC manual.
4 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
6 @ifset INTERNALS
7 @node Machine Desc
8 @chapter Machine Descriptions
9 @cindex machine descriptions
11 A machine description has two parts: a file of instruction patterns
12 (@file{.md} file) and a C header file of macro definitions.
14 The @file{.md} file for a target machine contains a pattern for each
15 instruction that the target machine supports (or at least each instruction
16 that is worth telling the compiler about).  It may also contain comments.
17 A semicolon causes the rest of the line to be a comment, unless the semicolon
18 is inside a quoted string.
20 See the next chapter for information on the C header file.
22 @menu
23 * Overview::            How the machine description is used.
24 * Patterns::            How to write instruction patterns.
25 * Example::             An explained example of a @code{define_insn} pattern.
26 * RTL Template::        The RTL template defines what insns match a pattern.
27 * Output Template::     The output template says how to make assembler code
28                           from such an insn.
29 * Output Statement::    For more generality, write C code to output
30                           the assembler code.
31 * Predicates::          Controlling what kinds of operands can be used
32                           for an insn.
33 * Constraints::         Fine-tuning operand selection.
34 * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
35 * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
36 * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
37 * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
38 * Looping Patterns::    How to define patterns for special looping insns.
39 * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
40 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
41                           for a standard operation.
42 * Insn Splitting::      Splitting Instructions into Multiple Instructions.
43 * Including Patterns::      Including Patterns in Machine Descriptions.
44 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
45 * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
46 * Conditional Execution::Generating @code{define_insn} patterns for
47                            predication.
48 * Constant Definitions::Defining symbolic constants that can be used in the
49                         md file.
50 * Iterators::           Using iterators to generate patterns from a template.
51 @end menu
53 @node Overview
54 @section Overview of How the Machine Description is Used
56 There are three main conversions that happen in the compiler:
58 @enumerate
60 @item
61 The front end reads the source code and builds a parse tree.
63 @item
64 The parse tree is used to generate an RTL insn list based on named
65 instruction patterns.
67 @item
68 The insn list is matched against the RTL templates to produce assembler
69 code.
71 @end enumerate
73 For the generate pass, only the names of the insns matter, from either a
74 named @code{define_insn} or a @code{define_expand}.  The compiler will
75 choose the pattern with the right name and apply the operands according
76 to the documentation later in this chapter, without regard for the RTL
77 template or operand constraints.  Note that the names the compiler looks
78 for are hard-coded in the compiler---it will ignore unnamed patterns and
79 patterns with names it doesn't know about, but if you don't provide a
80 named pattern it needs, it will abort.
82 If a @code{define_insn} is used, the template given is inserted into the
83 insn list.  If a @code{define_expand} is used, one of three things
84 happens, based on the condition logic.  The condition logic may manually
85 create new insns for the insn list, say via @code{emit_insn()}, and
86 invoke @code{DONE}.  For certain named patterns, it may invoke @code{FAIL} to tell the
87 compiler to use an alternate way of performing that task.  If it invokes
88 neither @code{DONE} nor @code{FAIL}, the template given in the pattern
89 is inserted, as if the @code{define_expand} were a @code{define_insn}.
91 Once the insn list is generated, various optimization passes convert,
92 replace, and rearrange the insns in the insn list.  This is where the
93 @code{define_split} and @code{define_peephole} patterns get used, for
94 example.
96 Finally, the insn list's RTL is matched up with the RTL templates in the
97 @code{define_insn} patterns, and those patterns are used to emit the
98 final assembly code.  For this purpose, each named @code{define_insn}
99 acts like it's unnamed, since the names are ignored.
101 @node Patterns
102 @section Everything about Instruction Patterns
103 @cindex patterns
104 @cindex instruction patterns
106 @findex define_insn
107 Each instruction pattern contains an incomplete RTL expression, with pieces
108 to be filled in later, operand constraints that restrict how the pieces can
109 be filled in, and an output pattern or C code to generate the assembler
110 output, all wrapped up in a @code{define_insn} expression.
112 A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
114 @enumerate
115 @item
116 An optional name.  The presence of a name indicate that this instruction
117 pattern can perform a certain standard job for the RTL-generation
118 pass of the compiler.  This pass knows certain names and will use
119 the instruction patterns with those names, if the names are defined
120 in the machine description.
122 The absence of a name is indicated by writing an empty string
123 where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
124 used for generating RTL code, but they may permit several simpler insns
125 to be combined later on.
127 Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
128 effect; they are equivalent to no name at all.
130 For the purpose of debugging the compiler, you may also specify a
131 name beginning with the @samp{*} character.  Such a name is used only
132 for identifying the instruction in RTL dumps; it is entirely equivalent
133 to having a nameless pattern for all other purposes.
135 @item
136 The @dfn{RTL template} (@pxref{RTL Template}) is a vector of incomplete
137 RTL expressions which show what the instruction should look like.  It is
138 incomplete because it may contain @code{match_operand},
139 @code{match_operator}, and @code{match_dup} expressions that stand for
140 operands of the instruction.
142 If the vector has only one element, that element is the template for the
143 instruction pattern.  If the vector has multiple elements, then the
144 instruction pattern is a @code{parallel} expression containing the
145 elements described.
147 @item
148 @cindex pattern conditions
149 @cindex conditions, in patterns
150 A condition.  This is a string which contains a C expression that is
151 the final test to decide whether an insn body matches this pattern.
153 @cindex named patterns and conditions
154 For a named pattern, the condition (if present) may not depend on
155 the data in the insn being matched, but only the target-machine-type
156 flags.  The compiler needs to test these conditions during
157 initialization in order to learn exactly which named instructions are
158 available in a particular run.
160 @findex operands
161 For nameless patterns, the condition is applied only when matching an
162 individual insn, and only after the insn has matched the pattern's
163 recognition template.  The insn's operands may be found in the vector
164 @code{operands}.  For an insn where the condition has once matched, it
165 can't be used to control register allocation, for example by excluding
166 certain hard registers or hard register combinations.
168 @item
169 The @dfn{output template}: a string that says how to output matching
170 insns as assembler code.  @samp{%} in this string specifies where
171 to substitute the value of an operand.  @xref{Output Template}.
173 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
174 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
176 @item
177 Optionally, a vector containing the values of attributes for insns matching
178 this pattern.  @xref{Insn Attributes}.
179 @end enumerate
181 @node Example
182 @section Example of @code{define_insn}
183 @cindex @code{define_insn} example
185 Here is an actual example of an instruction pattern, for the 68000/68020.
187 @smallexample
188 (define_insn "tstsi"
189   [(set (cc0)
190         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
191   ""
192   "*
194   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
195     return \"tstl %0\";
196   return \"cmpl #0,%0\";
197 @}")
198 @end smallexample
200 @noindent
201 This can also be written using braced strings:
203 @smallexample
204 (define_insn "tstsi"
205   [(set (cc0)
206         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
207   ""
209   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
210     return "tstl %0";
211   return "cmpl #0,%0";
213 @end smallexample
215 This is an instruction that sets the condition codes based on the value of
216 a general operand.  It has no condition, so any insn whose RTL description
217 has the form shown may be handled according to this pattern.  The name
218 @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL generation
219 pass that, when it is necessary to test such a value, an insn to do so
220 can be constructed using this pattern.
222 The output control string is a piece of C code which chooses which
223 output template to return based on the kind of operand and the specific
224 type of CPU for which code is being generated.
226 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
228 @node RTL Template
229 @section RTL Template
230 @cindex RTL insn template
231 @cindex generating insns
232 @cindex insns, generating
233 @cindex recognizing insns
234 @cindex insns, recognizing
236 The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
237 and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
238 says how to construct an insn from specified operands.
240 Construction involves substituting specified operands into a copy of the
241 template.  Matching involves determining the values that serve as the
242 operands in the insn being matched.  Both of these activities are
243 controlled by special expression types that direct matching and
244 substitution of the operands.
246 @table @code
247 @findex match_operand
248 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
249 This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
250 the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
251 will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
252 appears at this position in the insn will be taken as operand
253 number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
254 pattern will not match at all.
256 Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
257 each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
258 expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
259 are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
260 expressions.  In the case of a @code{define_expand}, any operand numbers
261 used only in @code{match_dup} expressions have higher values than all
262 other operand numbers.
264 @var{predicate} is a string that is the name of a function that
265 accepts two arguments, an expression and a machine mode.
266 @xref{Predicates}.  During matching, the function will be called with
267 the putative operand as the expression and @var{m} as the mode
268 argument (if @var{m} is not specified, @code{VOIDmode} will be used,
269 which normally causes @var{predicate} to accept any mode).  If it
270 returns zero, this instruction pattern fails to match.
271 @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be
272 done on the operand, so anything which occurs in this position is
273 valid.
275 Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
276 not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
277 @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
278 Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
279 @code{VOIDmode}.
281 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
282 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
283 If the constraint would be an empty string, it can be omitted.
285 People are often unclear on the difference between the constraint and the
286 predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
287 pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
288 controls various decisions in the case of an insn which does match.
290 @findex match_scratch
291 @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
292 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
293 and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
294 expression.
296 When matching patterns, this is equivalent to
298 @smallexample
299 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{pred})
300 @end smallexample
302 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
303 expression.
305 If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
306 expressions whose operands are either a hard register or
307 @code{match_scratch}, the combiner can add or delete them when
308 necessary.  @xref{Side Effects}.
310 @findex match_dup
311 @item (match_dup @var{n})
312 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
313 It is used when the operand needs to appear more than once in the
314 insn.
316 In construction, @code{match_dup} acts just like @code{match_operand}:
317 the operand is substituted into the insn being constructed.  But in
318 matching, @code{match_dup} behaves differently.  It assumes that operand
319 number @var{n} has already been determined by a @code{match_operand}
320 appearing earlier in the recognition template, and it matches only an
321 identical-looking expression.
323 Note that @code{match_dup} should not be used to tell the compiler that
324 a particular register is being used for two operands (example:
325 @code{add} that adds one register to another; the second register is
326 both an input operand and the output operand).  Use a matching
327 constraint (@pxref{Simple Constraints}) for those.  @code{match_dup} is for the cases where one
328 operand is used in two places in the template, such as an instruction
329 that computes both a quotient and a remainder, where the opcode takes
330 two input operands but the RTL template has to refer to each of those
331 twice; once for the quotient pattern and once for the remainder pattern.
333 @findex match_operator
334 @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
335 This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
336 code.
338 When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
339 expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
340 operands are constructed from the patterns @var{operands}.
342 When matching an expression, it matches an expression if the function
343 @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
344 patterns @var{operands} match the operands of the expression.
346 Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
347 follows, to match any expression whose operator is one of the
348 commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
350 @smallexample
352 commutative_integer_operator (x, mode)
353      rtx x;
354      enum machine_mode mode;
356   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
357   if (GET_MODE (x) != mode)
358     return 0;
359   return (GET_RTX_CLASS (code) == RTX_COMM_ARITH
360           || code == EQ || code == NE);
362 @end smallexample
364 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
365 of a commutative operator applied to two general operands:
367 @smallexample
368 (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
369   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
370    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
371 @end smallexample
373 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
374 because the expressions to be matched all contain two operands.
376 When this pattern does match, the two operands of the commutative
377 operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
378 by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
379 will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
380 (operands[3])} to see which commutative operator was used.
382 The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
383 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
384 predicate function, and that function is solely responsible for
385 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
387 When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
388 the operation (i.e.@: the expression code) for the expression to be
389 made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
390 into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
391 gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
392 only its expression code matters.
394 When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
395 it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
396 is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
397 register allocation because the register allocator often looks at
398 operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
400 There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
401 operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
402 never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
403 However, if parts of its @var{operands} are matched by
404 @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
405 their own.
407 @findex match_op_dup
408 @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
409 Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
410 operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
411 substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
412 differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
413 determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
414 recognition template, and it matches only an identical-looking
415 expression.
417 @findex match_parallel
418 @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
419 This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
420 @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
421 expression should only appear at the top level of an insn pattern.
423 When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
424 this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
425 is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
426 vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
427 @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
428 @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
429 @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
430 of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
431 those listed in the @code{match_parallel}.
433 A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
434 multiple expressions, which can contain a variable number of elements
435 in a @code{parallel}.  For example,
437 @smallexample
438 (define_insn ""
439   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
440      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
441            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
442       (use (reg:SI 179))
443       (clobber (reg:SI 179))])]
444   ""
445   "loadm 0,0,%1,%2")
446 @end smallexample
448 This example comes from @file{a29k.md}.  The function
449 @code{load_multiple_operation} is defined in @file{a29k.c} and checks
450 that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
451 @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
452 registers and memory locations.
454 An insn that matches this pattern might look like:
456 @smallexample
457 (parallel
458  [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
459   (use (reg:SI 179))
460   (clobber (reg:SI 179))
461   (set (reg:SI 21)
462        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
463                         (const_int 4))))
464   (set (reg:SI 22)
465        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
466                         (const_int 8))))])
467 @end smallexample
469 @findex match_par_dup
470 @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
471 Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
472 @code{match_operator}.
474 @end table
476 @node Output Template
477 @section Output Templates and Operand Substitution
478 @cindex output templates
479 @cindex operand substitution
481 @cindex @samp{%} in template
482 @cindex percent sign
483 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
484 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
485 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
486 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
487 identify places where different variants of the assembler require
488 different syntax.
490 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
491 operand @var{n} at that point in the string.
493 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
494 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
495 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
496 additional letters with nonstandard meanings.
498 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
499 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
500 operand.
502 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
503 the constant is negated before printing.
505 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
506 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
507 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
508 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
509 as if it were a memory reference.
511 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
512 instruction.
514 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
515 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
516 referred to more than once in a single template that generates multiple
517 assembler instructions.
519 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
520 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
521 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
522 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
523 which punctuation characters are valid with the
524 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
526 @cindex \
527 @cindex backslash
528 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
529 for the instructions, with @samp{\;} between them.
531 @cindex matching operands
532 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
533 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
534 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
535 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
536 operand.
538 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
539 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
540 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
541 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
542 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
543 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
544 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
545 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
546 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
547 it to do nothing.
549 @cindex @code{#} in template
550 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
551 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
552 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
553 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
554 multiple assembler instructions, and there is an matching @code{define_split}
555 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
556 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
557 instructions.
559 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
560 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
561 describe multiple variants of assembler language syntax.
562 @xref{Instruction Output}.
564 @node Output Statement
565 @section C Statements for Assembler Output
566 @cindex output statements
567 @cindex C statements for assembler output
568 @cindex generating assembler output
570 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
571 assembler code for all the cases that are recognized by a single
572 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
573 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
574 machine instructions.
576 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
577 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
578 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
579 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
580 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
581 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
582 might write this pattern:
584 @smallexample
585 (define_insn "addsi3"
586   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
587         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
588                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
589   ""
590   "@@
591    addr %2,%0
592    addm %2,%0")
593 @end smallexample
595 @cindex @code{*} in template
596 @cindex asterisk in template
597 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
598 output template but rather a piece of C program that should compute a
599 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
600 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
601 require doublequote characters to delimit them.  To include these
602 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
604 If the output control string is written as a brace block instead of a
605 double-quoted string, it is automatically assumed to be C code.  In that
606 case, it is not necessary to put in a leading asterisk, or to escape the
607 doublequotes surrounding C string literals.
609 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
610 is @code{rtx []}.
612 It is very common to select different ways of generating assembler code
613 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
614 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
615 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
616 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
617 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
618 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
619 values of those bits.
621 @findex output_asm_insn
622 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
623 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
624 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
625 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
626 that you declare locally and initialize yourself.
628 @findex which_alternative
629 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
630 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
631 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
632 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
633 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
634 etc.).
636 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
637 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
638 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
640 @smallexample
641 (define_insn ""
642   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
643         (const_int 0))]
644   ""
645   @{
646   return (which_alternative == 0
647           ? "clrreg %0" : "clrmem %0");
648   @})
649 @end smallexample
651 The example above, where the assembler code to generate was
652 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
653 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
655 @smallexample
656 @group
657 (define_insn ""
658   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
659         (const_int 0))]
660   ""
661   "@@
662    clrreg %0
663    clrmem %0")
664 @end group
665 @end smallexample
667 @node Predicates
668 @section Predicates
669 @cindex predicates
670 @cindex operand predicates
671 @cindex operator predicates
673 A predicate determines whether a @code{match_operand} or
674 @code{match_operator} expression matches, and therefore whether the
675 surrounding instruction pattern will be used for that combination of
676 operands.  GCC has a number of machine-independent predicates, and you
677 can define machine-specific predicates as needed.  By convention,
678 predicates used with @code{match_operand} have names that end in
679 @samp{_operand}, and those used with @code{match_operator} have names
680 that end in @samp{_operator}.
682 All predicates are Boolean functions (in the mathematical sense) of
683 two arguments: the RTL expression that is being considered at that
684 position in the instruction pattern, and the machine mode that the
685 @code{match_operand} or @code{match_operator} specifies.  In this
686 section, the first argument is called @var{op} and the second argument
687 @var{mode}.  Predicates can be called from C as ordinary two-argument
688 functions; this can be useful in output templates or other
689 machine-specific code.
691 Operand predicates can allow operands that are not actually acceptable
692 to the hardware, as long as the constraints give reload the ability to
693 fix them up (@pxref{Constraints}).  However, GCC will usually generate
694 better code if the predicates specify the requirements of the machine
695 instructions as closely as possible.  Reload cannot fix up operands
696 that must be constants (``immediate operands''); you must use a
697 predicate that allows only constants, or else enforce the requirement
698 in the extra condition.
700 @cindex predicates and machine modes
701 @cindex normal predicates
702 @cindex special predicates
703 Most predicates handle their @var{mode} argument in a uniform manner.
704 If @var{mode} is @code{VOIDmode} (unspecified), then @var{op} can have
705 any mode.  If @var{mode} is anything else, then @var{op} must have the
706 same mode, unless @var{op} is a @code{CONST_INT} or integer
707 @code{CONST_DOUBLE}.  These RTL expressions always have
708 @code{VOIDmode}, so it would be counterproductive to check that their
709 mode matches.  Instead, predicates that accept @code{CONST_INT} and/or
710 integer @code{CONST_DOUBLE} check that the value stored in the
711 constant will fit in the requested mode.
713 Predicates with this behavior are called @dfn{normal}.
714 @command{genrecog} can optimize the instruction recognizer based on
715 knowledge of how normal predicates treat modes.  It can also diagnose
716 certain kinds of common errors in the use of normal predicates; for
717 instance, it is almost always an error to use a normal predicate
718 without specifying a mode.
720 Predicates that do something different with their @var{mode} argument
721 are called @dfn{special}.  The generic predicates
722 @code{address_operand} and @code{pmode_register_operand} are special
723 predicates.  @command{genrecog} does not do any optimizations or
724 diagnosis when special predicates are used.
726 @menu
727 * Machine-Independent Predicates::  Predicates available to all back ends.
728 * Defining Predicates::             How to write machine-specific predicate
729                                     functions.
730 @end menu
732 @node Machine-Independent Predicates
733 @subsection Machine-Independent Predicates
734 @cindex machine-independent predicates
735 @cindex generic predicates
737 These are the generic predicates available to all back ends.  They are
738 defined in @file{recog.c}.  The first category of predicates allow
739 only constant, or @dfn{immediate}, operands.
741 @defun immediate_operand
742 This predicate allows any sort of constant that fits in @var{mode}.
743 It is an appropriate choice for instructions that take operands that
744 must be constant.
745 @end defun
747 @defun const_int_operand
748 This predicate allows any @code{CONST_INT} expression that fits in
749 @var{mode}.  It is an appropriate choice for an immediate operand that
750 does not allow a symbol or label.
751 @end defun
753 @defun const_double_operand
754 This predicate accepts any @code{CONST_DOUBLE} expression that has
755 exactly @var{mode}.  If @var{mode} is @code{VOIDmode}, it will also
756 accept @code{CONST_INT}.  It is intended for immediate floating point
757 constants.
758 @end defun
760 @noindent
761 The second category of predicates allow only some kind of machine
762 register.
764 @defun register_operand
765 This predicate allows any @code{REG} or @code{SUBREG} expression that
766 is valid for @var{mode}.  It is often suitable for arithmetic
767 instruction operands on a RISC machine.
768 @end defun
770 @defun pmode_register_operand
771 This is a slight variant on @code{register_operand} which works around
772 a limitation in the machine-description reader.
774 @smallexample
775 (match_operand @var{n} "pmode_register_operand" @var{constraint})
776 @end smallexample
778 @noindent
779 means exactly what
781 @smallexample
782 (match_operand:P @var{n} "register_operand" @var{constraint})
783 @end smallexample
785 @noindent
786 would mean, if the machine-description reader accepted @samp{:P}
787 mode suffixes.  Unfortunately, it cannot, because @code{Pmode} is an
788 alias for some other mode, and might vary with machine-specific
789 options.  @xref{Misc}.
790 @end defun
792 @defun scratch_operand
793 This predicate allows hard registers and @code{SCRATCH} expressions,
794 but not pseudo-registers.  It is used internally by @code{match_scratch};
795 it should not be used directly.
796 @end defun
798 @noindent
799 The third category of predicates allow only some kind of memory reference.
801 @defun memory_operand
802 This predicate allows any valid reference to a quantity of mode
803 @var{mode} in memory, as determined by the weak form of
804 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS} (@pxref{Addressing Modes}).
805 @end defun
807 @defun address_operand
808 This predicate is a little unusual; it allows any operand that is a
809 valid expression for the @emph{address} of a quantity of mode
810 @var{mode}, again determined by the weak form of
811 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS}.  To first order, if
812 @samp{@w{(mem:@var{mode} (@var{exp}))}} is acceptable to
813 @code{memory_operand}, then @var{exp} is acceptable to
814 @code{address_operand}.  Note that @var{exp} does not necessarily have
815 the mode @var{mode}.
816 @end defun
818 @defun indirect_operand
819 This is a stricter form of @code{memory_operand} which allows only
820 memory references with a @code{general_operand} as the address
821 expression.  New uses of this predicate are discouraged, because
822 @code{general_operand} is very permissive, so it's hard to tell what
823 an @code{indirect_operand} does or does not allow.  If a target has
824 different requirements for memory operands for different instructions,
825 it is better to define target-specific predicates which enforce the
826 hardware's requirements explicitly.
827 @end defun
829 @defun push_operand
830 This predicate allows a memory reference suitable for pushing a value
831 onto the stack.  This will be a @code{MEM} which refers to
832 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address expression
833 (@pxref{Incdec}); which one is determined by the
834 @code{STACK_PUSH_CODE} macro (@pxref{Frame Layout}).
835 @end defun
837 @defun pop_operand
838 This predicate allows a memory reference suitable for popping a value
839 off the stack.  Again, this will be a @code{MEM} referring to
840 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address
841 expression.  However, this time @code{STACK_POP_CODE} is expected.
842 @end defun
844 @noindent
845 The fourth category of predicates allow some combination of the above
846 operands.
848 @defun nonmemory_operand
849 This predicate allows any immediate or register operand valid for @var{mode}.
850 @end defun
852 @defun nonimmediate_operand
853 This predicate allows any register or memory operand valid for @var{mode}.
854 @end defun
856 @defun general_operand
857 This predicate allows any immediate, register, or memory operand
858 valid for @var{mode}.
859 @end defun
861 @noindent
862 Finally, there is one generic operator predicate.
864 @defun comparison_operator
865 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
866 comparison in @var{mode}; that is, @code{COMPARISON_P} is true for the
867 expression code.
868 @end defun
870 @node Defining Predicates
871 @subsection Defining Machine-Specific Predicates
872 @cindex defining predicates
873 @findex define_predicate
874 @findex define_special_predicate
876 Many machines have requirements for their operands that cannot be
877 expressed precisely using the generic predicates.  You can define
878 additional predicates using @code{define_predicate} and
879 @code{define_special_predicate} expressions.  These expressions have
880 three operands:
882 @itemize @bullet
883 @item
884 The name of the predicate, as it will be referred to in
885 @code{match_operand} or @code{match_operator} expressions.
887 @item
888 An RTL expression which evaluates to true if the predicate allows the
889 operand @var{op}, false if it does not.  This expression can only use
890 the following RTL codes:
892 @table @code
893 @item MATCH_OPERAND
894 When written inside a predicate expression, a @code{MATCH_OPERAND}
895 expression evaluates to true if the predicate it names would allow
896 @var{op}.  The operand number and constraint are ignored.  Due to
897 limitations in @command{genrecog}, you can only refer to generic
898 predicates and predicates that have already been defined.
900 @item MATCH_CODE
901 This expression evaluates to true if @var{op} or a specified
902 subexpression of @var{op} has one of a given list of RTX codes.
904 The first operand of this expression is a string constant containing a
905 comma-separated list of RTX code names (in lower case).  These are the
906 codes for which the @code{MATCH_CODE} will be true.
908 The second operand is a string constant which indicates what
909 subexpression of @var{op} to examine.  If it is absent or the empty
910 string, @var{op} itself is examined.  Otherwise, the string constant
911 must be a sequence of digits and/or lowercase letters.  Each character
912 indicates a subexpression to extract from the current expression; for
913 the first character this is @var{op}, for the second and subsequent
914 characters it is the result of the previous character.  A digit
915 @var{n} extracts @samp{@w{XEXP (@var{e}, @var{n})}}; a letter @var{l}
916 extracts @samp{@w{XVECEXP (@var{e}, 0, @var{n})}} where @var{n} is the
917 alphabetic ordinal of @var{l} (0 for `a', 1 for 'b', and so on).  The
918 @code{MATCH_CODE} then examines the RTX code of the subexpression
919 extracted by the complete string.  It is not possible to extract
920 components of an @code{rtvec} that is not at position 0 within its RTX
921 object.
923 @item MATCH_TEST
924 This expression has one operand, a string constant containing a C
925 expression.  The predicate's arguments, @var{op} and @var{mode}, are
926 available with those names in the C expression.  The @code{MATCH_TEST}
927 evaluates to true if the C expression evaluates to a nonzero value.
928 @code{MATCH_TEST} expressions must not have side effects.
930 @item  AND
931 @itemx IOR
932 @itemx NOT
933 @itemx IF_THEN_ELSE
934 The basic @samp{MATCH_} expressions can be combined using these
935 logical operators, which have the semantics of the C operators
936 @samp{&&}, @samp{||}, @samp{!}, and @samp{@w{? :}} respectively.  As
937 in Common Lisp, you may give an @code{AND} or @code{IOR} expression an
938 arbitrary number of arguments; this has exactly the same effect as
939 writing a chain of two-argument @code{AND} or @code{IOR} expressions.
940 @end table
942 @item
943 An optional block of C code, which should execute
944 @samp{@w{return true}} if the predicate is found to match and
945 @samp{@w{return false}} if it does not.  It must not have any side
946 effects.  The predicate arguments, @var{op} and @var{mode}, are
947 available with those names.
949 If a code block is present in a predicate definition, then the RTL
950 expression must evaluate to true @emph{and} the code block must
951 execute @samp{@w{return true}} for the predicate to allow the operand.
952 The RTL expression is evaluated first; do not re-check anything in the
953 code block that was checked in the RTL expression.
954 @end itemize
956 The program @command{genrecog} scans @code{define_predicate} and
957 @code{define_special_predicate} expressions to determine which RTX
958 codes are possibly allowed.  You should always make this explicit in
959 the RTL predicate expression, using @code{MATCH_OPERAND} and
960 @code{MATCH_CODE}.
962 Here is an example of a simple predicate definition, from the IA64
963 machine description:
965 @smallexample
966 @group
967 ;; @r{True if @var{op} is a @code{SYMBOL_REF} which refers to the sdata section.}
968 (define_predicate "small_addr_symbolic_operand"
969   (and (match_code "symbol_ref")
970        (match_test "SYMBOL_REF_SMALL_ADDR_P (op)")))
971 @end group
972 @end smallexample
974 @noindent
975 And here is another, showing the use of the C block.
977 @smallexample
978 @group
979 ;; @r{True if @var{op} is a register operand that is (or could be) a GR reg.}
980 (define_predicate "gr_register_operand"
981   (match_operand 0 "register_operand")
983   unsigned int regno;
984   if (GET_CODE (op) == SUBREG)
985     op = SUBREG_REG (op);
987   regno = REGNO (op);
988   return (regno >= FIRST_PSEUDO_REGISTER || GENERAL_REGNO_P (regno));
990 @end group
991 @end smallexample
993 Predicates written with @code{define_predicate} automatically include
994 a test that @var{mode} is @code{VOIDmode}, or @var{op} has the same
995 mode as @var{mode}, or @var{op} is a @code{CONST_INT} or
996 @code{CONST_DOUBLE}.  They do @emph{not} check specifically for
997 integer @code{CONST_DOUBLE}, nor do they test that the value of either
998 kind of constant fits in the requested mode.  This is because
999 target-specific predicates that take constants usually have to do more
1000 stringent value checks anyway.  If you need the exact same treatment
1001 of @code{CONST_INT} or @code{CONST_DOUBLE} that the generic predicates
1002 provide, use a @code{MATCH_OPERAND} subexpression to call
1003 @code{const_int_operand}, @code{const_double_operand}, or
1004 @code{immediate_operand}.
1006 Predicates written with @code{define_special_predicate} do not get any
1007 automatic mode checks, and are treated as having special mode handling
1008 by @command{genrecog}.
1010 The program @command{genpreds} is responsible for generating code to
1011 test predicates.  It also writes a header file containing function
1012 declarations for all machine-specific predicates.  It is not necessary
1013 to declare these predicates in @file{@var{cpu}-protos.h}.
1014 @end ifset
1016 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
1017 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the internals
1018 @c manual's context are conditionalized to appear only in the internals manual.
1019 @ifset INTERNALS
1020 @node Constraints
1021 @section Operand Constraints
1022 @cindex operand constraints
1023 @cindex constraints
1025 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify
1026 constraints for the operands allowed.  The constraints allow you to
1027 fine-tune matching within the set of operands allowed by the
1028 predicate.
1030 @end ifset
1031 @ifclear INTERNALS
1032 @node Constraints
1033 @section Constraints for @code{asm} Operands
1034 @cindex operand constraints, @code{asm}
1035 @cindex constraints, @code{asm}
1036 @cindex @code{asm} constraints
1038 Here are specific details on what constraint letters you can use with
1039 @code{asm} operands.
1040 @end ifclear
1041 Constraints can say whether
1042 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
1043 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
1044 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
1045 have.  Constraints can also require two operands to match.
1047 @ifset INTERNALS
1048 @menu
1049 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1050 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1051 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
1052 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1053 * Disable Insn Alternatives:: Disable insn alternatives using the @code{enabled} attribute.
1054 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
1055 * Define Constraints::  How to define machine-specific constraints.
1056 * C Constraint Interface:: How to test constraints from C code.
1057 @end menu
1058 @end ifset
1060 @ifclear INTERNALS
1061 @menu
1062 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1063 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1064 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1065 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
1066 @end menu
1067 @end ifclear
1069 @node Simple Constraints
1070 @subsection Simple Constraints
1071 @cindex simple constraints
1073 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
1074 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
1075 the letters that are allowed:
1077 @table @asis
1078 @item whitespace
1079 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
1080 except the first.  This enables each alternative for different operands to
1081 be visually aligned in the machine description even if they have different
1082 number of constraints and modifiers.
1084 @cindex @samp{m} in constraint
1085 @cindex memory references in constraints
1086 @item @samp{m}
1087 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
1088 supports in general.
1089 Note that the letter used for the general memory constraint can be
1090 re-defined by a back end using the @code{TARGET_MEM_CONSTRAINT} macro.
1092 @cindex offsettable address
1093 @cindex @samp{o} in constraint
1094 @item @samp{o}
1095 A memory operand is allowed, but only if the address is
1096 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
1097 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
1098 may be added to the address and the result is also a valid memory
1099 address.
1101 @cindex autoincrement/decrement addressing
1102 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
1103 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
1104 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
1105 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
1106 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
1107 addresses may or may not be offsettable depending on the other
1108 addressing modes that the machine supports.
1110 Note that in an output operand which can be matched by another
1111 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
1112 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
1113 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
1115 @cindex @samp{V} in constraint
1116 @item @samp{V}
1117 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
1118 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
1120 @cindex @samp{<} in constraint
1121 @item @samp{<}
1122 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
1123 postdecrement) is allowed.
1125 @cindex @samp{>} in constraint
1126 @item @samp{>}
1127 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
1128 postincrement) is allowed.
1130 @cindex @samp{r} in constraint
1131 @cindex registers in constraints
1132 @item @samp{r}
1133 A register operand is allowed provided that it is in a general
1134 register.
1136 @cindex constants in constraints
1137 @cindex @samp{i} in constraint
1138 @item @samp{i}
1139 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
1140 This includes symbolic constants whose values will be known only at
1141 assembly time or later.
1143 @cindex @samp{n} in constraint
1144 @item @samp{n}
1145 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
1146 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
1147 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
1148 rather than @samp{i}.
1150 @cindex @samp{I} in constraint
1151 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
1152 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
1153 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
1154 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
1155 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
1156 This is the range permitted as a shift count in the shift
1157 instructions.
1159 @cindex @samp{E} in constraint
1160 @item @samp{E}
1161 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
1162 allowed, but only if the target floating point format is the same as
1163 that of the host machine (on which the compiler is running).
1165 @cindex @samp{F} in constraint
1166 @item @samp{F}
1167 An immediate floating operand (expression code @code{const_double} or
1168 @code{const_vector}) is allowed.
1170 @cindex @samp{G} in constraint
1171 @cindex @samp{H} in constraint
1172 @item @samp{G}, @samp{H}
1173 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
1174 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
1176 @cindex @samp{s} in constraint
1177 @item @samp{s}
1178 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
1179 allowed.
1181 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
1182 value not known at compile time, it certainly must allow any known
1183 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
1184 better code to be generated.
1186 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
1187 use an immediate operand; but if the immediate value is between @minus{}128
1188 and 127, better code results from loading the value into a register and
1189 using the register.  This is because the load into the register can be
1190 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
1191 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
1192 range @minus{}128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
1193 constraints.
1195 @cindex @samp{g} in constraint
1196 @item @samp{g}
1197 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
1198 registers that are not general registers.
1200 @cindex @samp{X} in constraint
1201 @item @samp{X}
1202 @ifset INTERNALS
1203 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
1204 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
1205 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
1206 require a scratch register.
1207 @end ifset
1208 @ifclear INTERNALS
1209 Any operand whatsoever is allowed.
1210 @end ifclear
1212 @cindex @samp{0} in constraint
1213 @cindex digits in constraint
1214 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
1215 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
1216 digit is used together with letters within the same alternative, the
1217 digit should come last.
1219 This number is allowed to be more than a single digit.  If multiple
1220 digits are encountered consecutively, they are interpreted as a single
1221 decimal integer.  There is scant chance for ambiguity, since to-date
1222 it has never been desirable that @samp{10} be interpreted as matching
1223 either operand 1 @emph{or} operand 0.  Should this be desired, one
1224 can use multiple alternatives instead.
1226 @cindex matching constraint
1227 @cindex constraint, matching
1228 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
1229 that the assembler has only a single operand that fills two roles
1230 @ifset INTERNALS
1231 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
1232 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
1233 @end ifset
1234 @ifclear INTERNALS
1235 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
1236 two input operands and an output operand, but on most CISC
1237 @end ifclear
1238 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
1239 input-output operand:
1241 @smallexample
1242 addl #35,r12
1243 @end smallexample
1245 Matching constraints are used in these circumstances.
1246 More precisely, the two operands that match must include one input-only
1247 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
1248 smaller number than the number of the operand that uses it in the
1249 constraint.
1251 @ifset INTERNALS
1252 For operands to match in a particular case usually means that they
1253 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
1254 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
1255 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
1256 For proper results in such cases, the output template should always
1257 use the output-operand's number when printing the operand.
1258 @end ifset
1260 @cindex load address instruction
1261 @cindex push address instruction
1262 @cindex address constraints
1263 @cindex @samp{p} in constraint
1264 @item @samp{p}
1265 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
1266 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
1268 @findex address_operand
1269 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
1270 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
1271 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
1272 reference for which the address would be valid.
1274 @cindex other register constraints
1275 @cindex extensible constraints
1276 @item @var{other-letters}
1277 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
1278 particular classes of registers or other arbitrary operand types.
1279 @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are defined on the 68000/68020 to stand
1280 for data, address and floating point registers.
1281 @end table
1283 @ifset INTERNALS
1284 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
1285 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
1286 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
1287 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
1288 done by copying an operand into a register.
1290 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
1292 @smallexample
1293 (define_insn ""
1294   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1295         (plus:SI (match_dup 0)
1296                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
1297   ""
1298   "@dots{}")
1299 @end smallexample
1301 @noindent
1302 which has two operands, one of which must appear in two places, and
1304 @smallexample
1305 (define_insn ""
1306   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1307         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
1308                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
1309   ""
1310   "@dots{}")
1311 @end smallexample
1313 @noindent
1314 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
1315 identical.  If we are considering an insn of the form
1317 @smallexample
1318 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
1319   (set (reg:SI 3)
1320        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
1321   @dots{})
1322 @end smallexample
1324 @noindent
1325 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
1326 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
1327 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns''.
1328 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
1329 is something wrong with it''.  It would direct the reload pass of the
1330 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
1331 results might look like this:
1333 @smallexample
1334 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
1335   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
1336   @dots{})
1338 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
1339   (set (reg:SI 3)
1340        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
1341   @dots{})
1342 @end smallexample
1344 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
1345 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
1346 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
1347 for each possible combination of operand expressions, have at least one
1348 alternative which can handle that combination of operands.)  The
1349 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
1350 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
1351 reloading any possible operand so that it will fit.
1353 @itemize @bullet
1354 @item
1355 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
1356 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
1358 For example, an operand whose constraints permit everything except
1359 registers is safe provided its predicate rejects registers.
1361 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
1362 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
1363 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
1364 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
1365 more selective.
1367 @item
1368 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
1369 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
1370 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
1371 compiler knows how to copy a register into another register of the
1372 proper class in order to make an instruction valid.
1374 @cindex nonoffsettable memory reference
1375 @cindex memory reference, nonoffsettable
1376 @item
1377 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
1378 address into a register.  So if the constraint uses the letter
1379 @samp{o}, all memory references are taken care of.
1381 @item
1382 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
1383 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1384 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1385 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1387 @item
1388 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1389 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1390 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1391 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1392 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1393 objects allowed by the constraint.
1394 @end itemize
1396 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1397 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1398 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1399 how to copy a register temporarily into memory.
1401 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1402 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1403 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1404 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1405 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1406 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1407 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1408 @code{sign_extend}.
1409 @end ifset
1411 @node Multi-Alternative
1412 @subsection Multiple Alternative Constraints
1413 @cindex multiple alternative constraints
1415 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1416 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1417 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1418 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1419 another.
1421 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1422 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1423 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1424 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1425 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1426 @ifset INTERNALS
1427 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1429 @smallexample
1430 (define_insn "iorsi3"
1431   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1432         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1433                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1434   @dots{})
1435 @end smallexample
1437 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1438 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1439 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1440 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1441 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1442 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1443 @end ifset
1445 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1446 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1447 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1448 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1449 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1450 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1451 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1453 @table @code
1454 @cindex @samp{?} in constraint
1455 @cindex question mark
1456 @item ?
1457 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1458 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1459 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1460 in it.
1462 @cindex @samp{!} in constraint
1463 @cindex exclamation point
1464 @item !
1465 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1466 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1467 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1468 @end table
1470 @ifset INTERNALS
1471 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1472 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1473 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1474 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1475 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1476 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1477 @end ifset
1479 @ifset INTERNALS
1480 @node Class Preferences
1481 @subsection Register Class Preferences
1482 @cindex class preference constraints
1483 @cindex register class preference constraints
1485 @cindex voting between constraint alternatives
1486 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1487 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1488 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1489 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1490 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1491 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1492 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1493 favor of a general register.  The machine description says which registers
1494 are considered general.
1496 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1497 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1498 @end ifset
1500 @node Modifiers
1501 @subsection Constraint Modifier Characters
1502 @cindex modifiers in constraints
1503 @cindex constraint modifier characters
1505 @c prevent bad page break with this line
1506 Here are constraint modifier characters.
1508 @table @samp
1509 @cindex @samp{=} in constraint
1510 @item =
1511 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1512 value is discarded and replaced by output data.
1514 @cindex @samp{+} in constraint
1515 @item +
1516 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1518 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1519 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1520 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1521 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1522 are assumed to be input only.
1524 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1525 first character of the constraint string.
1527 @cindex @samp{&} in constraint
1528 @cindex earlyclobber operand
1529 @item &
1530 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1531 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1532 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1533 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1534 address.
1536 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1537 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1538 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1539 @samp{movdf} insn of the 68000.
1541 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only
1542 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1543 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1544 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber.
1545 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM@.
1547 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1549 @cindex @samp{%} in constraint
1550 @item %
1551 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1552 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1553 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1554 constraints.
1555 @ifset INTERNALS
1556 This is often used in patterns for addition instructions
1557 that really have only two operands: the result must go in one of the
1558 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1559 instruction is defined:
1561 @smallexample
1562 (define_insn "addhi3"
1563   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1564      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1565               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1566   @dots{})
1567 @end smallexample
1568 @end ifset
1569 GCC can only handle one commutative pair in an asm; if you use more,
1570 the compiler may fail.  Note that you need not use the modifier if
1571 the two alternatives are strictly identical; this would only waste
1572 time in the reload pass.  The modifier is not operational after
1573 register allocation, so the result of @code{define_peephole2}
1574 and @code{define_split}s performed after reload cannot rely on
1575 @samp{%} to make the intended insn match.
1577 @cindex @samp{#} in constraint
1578 @item #
1579 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1580 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1581 register preferences.
1583 @cindex @samp{*} in constraint
1584 @item *
1585 Says that the following character should be ignored when choosing
1586 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1587 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1589 @ifset INTERNALS
1590 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1591 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1592 copying it into an address register.  While either kind of register is
1593 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1594 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1595 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1596 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1597 register preferences.
1599 @smallexample
1600 (define_insn "extendhisi2"
1601   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1602         (sign_extend:SI
1603          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1604   @dots{})
1605 @end smallexample
1606 @end ifset
1607 @end table
1609 @node Machine Constraints
1610 @subsection Constraints for Particular Machines
1611 @cindex machine specific constraints
1612 @cindex constraints, machine specific
1614 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1615 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1616 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1617 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1618 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1619 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1620 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1621 immediate-constant format.
1623 Each architecture defines additional constraints.  These constraints
1624 are used by the compiler itself for instruction generation, as well as
1625 for @code{asm} statements; therefore, some of the constraints are not
1626 particularly useful for @code{asm}.  Here is a summary of some of the
1627 machine-dependent constraints available on some particular machines;
1628 it includes both constraints that are useful for @code{asm} and
1629 constraints that aren't.  The compiler source file mentioned in the
1630 table heading for each architecture is the definitive reference for
1631 the meanings of that architecture's constraints.
1633 @table @emph
1634 @item ARM family---@file{config/arm/arm.h}
1635 @table @code
1636 @item f
1637 Floating-point register
1639 @item w
1640 VFP floating-point register
1642 @item F
1643 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1644 or 10.0
1646 @item G
1647 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1648 were negated
1650 @item I
1651 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1652 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1653 multiple of 2
1655 @item J
1656 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1658 @item K
1659 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1661 @item L
1662 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1664 @item M
1665 Integer in the range 0 to 32
1667 @item Q
1668 A memory reference where the exact address is in a single register
1669 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1671 @item R
1672 An item in the constant pool
1674 @item S
1675 A symbol in the text segment of the current file
1677 @item Uv
1678 A memory reference suitable for VFP load/store insns (reg+constant offset)
1680 @item Uy
1681 A memory reference suitable for iWMMXt load/store instructions.
1683 @item Uq
1684 A memory reference suitable for the ARMv4 ldrsb instruction.
1685 @end table
1687 @item AVR family---@file{config/avr/constraints.md}
1688 @table @code
1689 @item l
1690 Registers from r0 to r15
1692 @item a
1693 Registers from r16 to r23
1695 @item d
1696 Registers from r16 to r31
1698 @item w
1699 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1701 @item e
1702 Pointer register (r26--r31)
1704 @item b
1705 Base pointer register (r28--r31)
1707 @item q
1708 Stack pointer register (SPH:SPL)
1710 @item t
1711 Temporary register r0
1713 @item x
1714 Register pair X (r27:r26)
1716 @item y
1717 Register pair Y (r29:r28)
1719 @item z
1720 Register pair Z (r31:r30)
1722 @item I
1723 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1725 @item J
1726 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1728 @item K
1729 Constant integer 2
1731 @item L
1732 Constant integer 0
1734 @item M
1735 Constant that fits in 8 bits
1737 @item N
1738 Constant integer @minus{}1
1740 @item O
1741 Constant integer 8, 16, or 24
1743 @item P
1744 Constant integer 1
1746 @item G
1747 A floating point constant 0.0
1749 @item R
1750 Integer constant in the range -6 @dots{} 5.
1752 @item Q
1753 A memory address based on Y or Z pointer with displacement.
1754 @end table
1756 @item CRX Architecture---@file{config/crx/crx.h}
1757 @table @code
1759 @item b
1760 Registers from r0 to r14 (registers without stack pointer)
1762 @item l
1763 Register r16 (64-bit accumulator lo register)
1765 @item h
1766 Register r17 (64-bit accumulator hi register)
1768 @item k
1769 Register pair r16-r17. (64-bit accumulator lo-hi pair)
1771 @item I
1772 Constant that fits in 3 bits
1774 @item J
1775 Constant that fits in 4 bits
1777 @item K
1778 Constant that fits in 5 bits
1780 @item L
1781 Constant that is one of -1, 4, -4, 7, 8, 12, 16, 20, 32, 48
1783 @item G
1784 Floating point constant that is legal for store immediate
1785 @end table
1787 @item Hewlett-Packard PA-RISC---@file{config/pa/pa.h}
1788 @table @code
1789 @item a
1790 General register 1
1792 @item f
1793 Floating point register
1795 @item q
1796 Shift amount register
1798 @item x
1799 Floating point register (deprecated)
1801 @item y
1802 Upper floating point register (32-bit), floating point register (64-bit)
1804 @item Z
1805 Any register
1807 @item I
1808 Signed 11-bit integer constant
1810 @item J
1811 Signed 14-bit integer constant
1813 @item K
1814 Integer constant that can be deposited with a @code{zdepi} instruction
1816 @item L
1817 Signed 5-bit integer constant
1819 @item M
1820 Integer constant 0
1822 @item N
1823 Integer constant that can be loaded with a @code{ldil} instruction
1825 @item O
1826 Integer constant whose value plus one is a power of 2
1828 @item P
1829 Integer constant that can be used for @code{and} operations in @code{depi}
1830 and @code{extru} instructions
1832 @item S
1833 Integer constant 31
1835 @item U
1836 Integer constant 63
1838 @item G
1839 Floating-point constant 0.0
1841 @item A
1842 A @code{lo_sum} data-linkage-table memory operand
1844 @item Q
1845 A memory operand that can be used as the destination operand of an
1846 integer store instruction
1848 @item R
1849 A scaled or unscaled indexed memory operand
1851 @item T
1852 A memory operand for floating-point loads and stores
1854 @item W
1855 A register indirect memory operand
1856 @end table
1858 @item PowerPC and IBM RS6000---@file{config/rs6000/rs6000.h}
1859 @table @code
1860 @item b
1861 Address base register
1863 @item f
1864 Floating point register
1866 @item v
1867 Vector register
1869 @item h
1870 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1872 @item q
1873 @samp{MQ} register
1875 @item c
1876 @samp{CTR} register
1878 @item l
1879 @samp{LINK} register
1881 @item x
1882 @samp{CR} register (condition register) number 0
1884 @item y
1885 @samp{CR} register (condition register)
1887 @item z
1888 @samp{FPMEM} stack memory for FPR-GPR transfers
1890 @item I
1891 Signed 16-bit constant
1893 @item J
1894 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
1895 @code{SImode} constants)
1897 @item K
1898 Unsigned 16-bit constant
1900 @item L
1901 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
1903 @item M
1904 Constant larger than 31
1906 @item N
1907 Exact power of 2
1909 @item O
1910 Zero
1912 @item P
1913 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
1915 @item G
1916 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1917 instruction per word
1919 @item H
1920 Integer/Floating point constant that can be loaded into a register using
1921 three instructions
1923 @item Q
1924 Memory operand that is an offset from a register (@samp{m} is preferable
1925 for @code{asm} statements)
1927 @item Z
1928 Memory operand that is an indexed or indirect from a register (@samp{m} is
1929 preferable for @code{asm} statements)
1931 @item R
1932 AIX TOC entry
1934 @item a
1935 Address operand that is an indexed or indirect from a register (@samp{p} is
1936 preferable for @code{asm} statements)
1938 @item S
1939 Constant suitable as a 64-bit mask operand
1941 @item T
1942 Constant suitable as a 32-bit mask operand
1944 @item U
1945 System V Release 4 small data area reference
1947 @item t
1948 AND masks that can be performed by two rldic@{l, r@} instructions
1950 @item W
1951 Vector constant that does not require memory
1953 @end table
1955 @item MorphoTech family---@file{config/mt/mt.h}
1956 @table @code
1957 @item I
1958 Constant for an arithmetic insn (16-bit signed integer).
1960 @item J
1961 The constant 0.
1963 @item K
1964 Constant for a logical insn (16-bit zero-extended integer).
1966 @item L
1967 A constant that can be loaded with @code{lui} (i.e.@: the bottom 16
1968 bits are zero).
1970 @item M
1971 A constant that takes two words to load (i.e.@: not matched by
1972 @code{I}, @code{K}, or @code{L}).
1974 @item N
1975 Negative 16-bit constants other than -65536.
1977 @item O
1978 A 15-bit signed integer constant.
1980 @item P
1981 A positive 16-bit constant.
1982 @end table
1984 @item Intel 386---@file{config/i386/constraints.md}
1985 @table @code
1986 @item R
1987 Legacy register---the eight integer registers available on all
1988 i386 processors (@code{a}, @code{b}, @code{c}, @code{d},
1989 @code{si}, @code{di}, @code{bp}, @code{sp}).
1991 @item q
1992 Any register accessible as @code{@var{r}l}.  In 32-bit mode, @code{a},
1993 @code{b}, @code{c}, and @code{d}; in 64-bit mode, any integer register.
1995 @item Q
1996 Any register accessible as @code{@var{r}h}: @code{a}, @code{b},
1997 @code{c}, and @code{d}.
1999 @ifset INTERNALS
2000 @item l
2001 Any register that can be used as the index in a base+index memory
2002 access: that is, any general register except the stack pointer.
2003 @end ifset
2005 @item a
2006 The @code{a} register.
2008 @item b
2009 The @code{b} register.
2011 @item c
2012 The @code{c} register.
2014 @item d
2015 The @code{d} register.
2017 @item S
2018 The @code{si} register.
2020 @item D
2021 The @code{di} register.
2023 @item A
2024 The @code{a} and @code{d} registers, as a pair (for instructions that
2025 return half the result in one and half in the other).
2027 @item f
2028 Any 80387 floating-point (stack) register.
2030 @item t
2031 Top of 80387 floating-point stack (@code{%st(0)}).
2033 @item u
2034 Second from top of 80387 floating-point stack (@code{%st(1)}).
2036 @item y
2037 Any MMX register.
2039 @item x
2040 Any SSE register.
2042 @ifset INTERNALS
2043 @item Y
2044 Any SSE2 register.
2045 @end ifset
2047 @item I
2048 Integer constant in the range 0 @dots{} 31, for 32-bit shifts.
2050 @item J
2051 Integer constant in the range 0 @dots{} 63, for 64-bit shifts.
2053 @item K
2054 Signed 8-bit integer constant.
2056 @item L
2057 @code{0xFF} or @code{0xFFFF}, for andsi as a zero-extending move.
2059 @item M
2060 0, 1, 2, or 3 (shifts for the @code{lea} instruction).
2062 @item N
2063 Unsigned 8-bit integer constant (for @code{in} and @code{out} 
2064 instructions).
2066 @ifset INTERNALS
2067 @item O
2068 Integer constant in the range 0 @dots{} 127, for 128-bit shifts.
2069 @end ifset
2071 @item G
2072 Standard 80387 floating point constant.
2074 @item C
2075 Standard SSE floating point constant.
2077 @item e
2078 32-bit signed integer constant, or a symbolic reference known
2079 to fit that range (for immediate operands in sign-extending x86-64
2080 instructions).
2082 @item Z
2083 32-bit unsigned integer constant, or a symbolic reference known
2084 to fit that range (for immediate operands in zero-extending x86-64
2085 instructions).
2087 @end table
2089 @item Intel IA-64---@file{config/ia64/ia64.h}
2090 @table @code
2091 @item a
2092 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
2094 @item b
2095 Branch register
2097 @item c
2098 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
2100 @item d
2101 Application register residing in M-unit
2103 @item e
2104 Application register residing in I-unit
2106 @item f
2107 Floating-point register
2109 @item m
2110 Memory operand.
2111 Remember that @samp{m} allows postincrement and postdecrement which
2112 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
2113 Use @samp{S} to disallow postincrement and postdecrement.
2115 @item G
2116 Floating-point constant 0.0 or 1.0
2118 @item I
2119 14-bit signed integer constant
2121 @item J
2122 22-bit signed integer constant
2124 @item K
2125 8-bit signed integer constant for logical instructions
2127 @item L
2128 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
2130 @item M
2131 6-bit unsigned integer constant for shift counts
2133 @item N
2134 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
2136 @item O
2137 The constant zero
2139 @item P
2140 0 or @minus{}1 for @code{dep} instruction
2142 @item Q
2143 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
2145 @item R
2146 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
2148 @item S
2149 Memory operand except postincrement and postdecrement
2150 @end table
2152 @item FRV---@file{config/frv/frv.h}
2153 @table @code
2154 @item a
2155 Register in the class @code{ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2157 @item b
2158 Register in the class @code{EVEN_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2160 @item c
2161 Register in the class @code{CC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3} and
2162 @code{icc0} to @code{icc3}).
2164 @item d
2165 Register in the class @code{GPR_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2167 @item e
2168 Register in the class @code{EVEN_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2169 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2170 mode larger than 4 bytes.
2172 @item f
2173 Register in the class @code{FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2175 @item h
2176 Register in the class @code{FEVEN_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2177 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2178 mode larger than 4 bytes.
2180 @item l
2181 Register in the class @code{LR_REG} (the @code{lr} register).
2183 @item q
2184 Register in the class @code{QUAD_REGS} (@code{gr2} to @code{gr63}).
2185 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2186 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2188 @item t
2189 Register in the class @code{ICC_REGS} (@code{icc0} to @code{icc3}).
2191 @item u
2192 Register in the class @code{FCC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3}).
2194 @item v
2195 Register in the class @code{ICR_REGS} (@code{cc4} to @code{cc7}).
2197 @item w
2198 Register in the class @code{FCR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc3}).
2200 @item x
2201 Register in the class @code{QUAD_FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2202 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2203 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2205 @item z
2206 Register in the class @code{SPR_REGS} (@code{lcr} and @code{lr}).
2208 @item A
2209 Register in the class @code{QUAD_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2211 @item B
2212 Register in the class @code{ACCG_REGS} (@code{accg0} to @code{accg7}).
2214 @item C
2215 Register in the class @code{CR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc7}).
2217 @item G
2218 Floating point constant zero
2220 @item I
2221 6-bit signed integer constant
2223 @item J
2224 10-bit signed integer constant
2226 @item L
2227 16-bit signed integer constant
2229 @item M
2230 16-bit unsigned integer constant
2232 @item N
2233 12-bit signed integer constant that is negative---i.e.@: in the
2234 range of @minus{}2048 to @minus{}1
2236 @item O
2237 Constant zero
2239 @item P
2240 12-bit signed integer constant that is greater than zero---i.e.@: in the
2241 range of 1 to 2047.
2243 @end table
2245 @item Blackfin family---@file{config/bfin/constraints.md}
2246 @table @code
2247 @item a
2248 P register
2250 @item d
2251 D register
2253 @item z
2254 A call clobbered P register.
2256 @item q@var{n}
2257 A single register.  If @var{n} is in the range 0 to 7, the corresponding D
2258 register.  If it is @code{A}, then the register P0.
2260 @item D
2261 Even-numbered D register
2263 @item W
2264 Odd-numbered D register
2266 @item e
2267 Accumulator register.
2269 @item A
2270 Even-numbered accumulator register.
2272 @item B
2273 Odd-numbered accumulator register.
2275 @item b
2276 I register
2278 @item v
2279 B register
2281 @item f
2282 M register
2284 @item c
2285 Registers used for circular buffering, i.e. I, B, or L registers.
2287 @item C
2288 The CC register.
2290 @item t
2291 LT0 or LT1.
2293 @item k
2294 LC0 or LC1.
2296 @item u
2297 LB0 or LB1.
2299 @item x
2300 Any D, P, B, M, I or L register.
2302 @item y
2303 Additional registers typically used only in prologues and epilogues: RETS,
2304 RETN, RETI, RETX, RETE, ASTAT, SEQSTAT and USP.
2306 @item w
2307 Any register except accumulators or CC.
2309 @item Ksh
2310 Signed 16 bit integer (in the range -32768 to 32767)
2312 @item Kuh
2313 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535)
2315 @item Ks7
2316 Signed 7 bit integer (in the range -64 to 63)
2318 @item Ku7
2319 Unsigned 7 bit integer (in the range 0 to 127)
2321 @item Ku5
2322 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31)
2324 @item Ks4
2325 Signed 4 bit integer (in the range -8 to 7)
2327 @item Ks3
2328 Signed 3 bit integer (in the range -3 to 4)
2330 @item Ku3
2331 Unsigned 3 bit integer (in the range 0 to 7)
2333 @item P@var{n}
2334 Constant @var{n}, where @var{n} is a single-digit constant in the range 0 to 4.
2336 @item PA
2337 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2338 use with either accumulator.
2340 @item PB
2341 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2342 use only with accumulator A1.
2344 @item M1
2345 Constant 255.
2347 @item M2
2348 Constant 65535.
2350 @item J
2351 An integer constant with exactly a single bit set.
2353 @item L
2354 An integer constant with all bits set except exactly one.
2356 @item H
2358 @item Q
2359 Any SYMBOL_REF.
2360 @end table
2362 @item M32C---@file{config/m32c/m32c.c}
2363 @table @code
2364 @item Rsp
2365 @itemx Rfb
2366 @itemx Rsb
2367 @samp{$sp}, @samp{$fb}, @samp{$sb}.
2369 @item Rcr
2370 Any control register, when they're 16 bits wide (nothing if control
2371 registers are 24 bits wide)
2373 @item Rcl
2374 Any control register, when they're 24 bits wide.
2376 @item R0w
2377 @itemx R1w
2378 @itemx R2w
2379 @itemx R3w
2380 $r0, $r1, $r2, $r3.
2382 @item R02
2383 $r0 or $r2, or $r2r0 for 32 bit values.
2385 @item R13
2386 $r1 or $r3, or $r3r1 for 32 bit values.
2388 @item Rdi
2389 A register that can hold a 64 bit value.
2391 @item Rhl
2392 $r0 or $r1 (registers with addressable high/low bytes)
2394 @item R23
2395 $r2 or $r3
2397 @item Raa
2398 Address registers
2400 @item Raw
2401 Address registers when they're 16 bits wide.
2403 @item Ral
2404 Address registers when they're 24 bits wide.
2406 @item Rqi
2407 Registers that can hold QI values.
2409 @item Rad
2410 Registers that can be used with displacements ($a0, $a1, $sb).
2412 @item Rsi
2413 Registers that can hold 32 bit values.
2415 @item Rhi
2416 Registers that can hold 16 bit values.
2418 @item Rhc
2419 Registers chat can hold 16 bit values, including all control
2420 registers.
2422 @item Rra
2423 $r0 through R1, plus $a0 and $a1.
2425 @item Rfl
2426 The flags register.
2428 @item Rmm
2429 The memory-based pseudo-registers $mem0 through $mem15.
2431 @item Rpi
2432 Registers that can hold pointers (16 bit registers for r8c, m16c; 24
2433 bit registers for m32cm, m32c).
2435 @item Rpa
2436 Matches multiple registers in a PARALLEL to form a larger register.
2437 Used to match function return values.
2439 @item Is3
2440 -8 @dots{} 7
2442 @item IS1
2443 -128 @dots{} 127
2445 @item IS2
2446 -32768 @dots{} 32767
2448 @item IU2
2449 0 @dots{} 65535
2451 @item In4
2452 -8 @dots{} -1 or 1 @dots{} 8
2454 @item In5
2455 -16 @dots{} -1 or 1 @dots{} 16
2457 @item In6
2458 -32 @dots{} -1 or 1 @dots{} 32
2460 @item IM2
2461 -65536 @dots{} -1
2463 @item Ilb
2464 An 8 bit value with exactly one bit set.
2466 @item Ilw
2467 A 16 bit value with exactly one bit set.
2469 @item Sd
2470 The common src/dest memory addressing modes.
2472 @item Sa
2473 Memory addressed using $a0 or $a1.
2475 @item Si
2476 Memory addressed with immediate addresses.
2478 @item Ss
2479 Memory addressed using the stack pointer ($sp).
2481 @item Sf
2482 Memory addressed using the frame base register ($fb).
2484 @item Ss
2485 Memory addressed using the small base register ($sb).
2487 @item S1
2488 $r1h
2489 @end table
2491 @item MIPS---@file{config/mips/constraints.md}
2492 @table @code
2493 @item d
2494 An address register.  This is equivalent to @code{r} unless
2495 generating MIPS16 code.
2497 @item f
2498 A floating-point register (if available).
2500 @item h
2501 The @code{hi} register.
2503 @item l
2504 The @code{lo} register.
2506 @item x
2507 The @code{hi} and @code{lo} registers.
2509 @item c
2510 A register suitable for use in an indirect jump.  This will always be
2511 @code{$25} for @option{-mabicalls}.
2513 @item y
2514 Equivalent to @code{r}; retained for backwards compatibility.
2516 @item z
2517 A floating-point condition code register.
2519 @item I
2520 A signed 16-bit constant (for arithmetic instructions).
2522 @item J
2523 Integer zero.
2525 @item K
2526 An unsigned 16-bit constant (for logic instructions).
2528 @item L
2529 A signed 32-bit constant in which the lower 16 bits are zero.
2530 Such constants can be loaded using @code{lui}.
2532 @item M
2533 A constant that cannot be loaded using @code{lui}, @code{addiu}
2534 or @code{ori}.
2536 @item N
2537 A constant in the range -65535 to -1 (inclusive).
2539 @item O
2540 A signed 15-bit constant.
2542 @item P
2543 A constant in the range 1 to 65535 (inclusive).
2545 @item G
2546 Floating-point zero.
2548 @item R
2549 An address that can be used in a non-macro load or store.
2550 @end table
2552 @item Motorola 680x0---@file{config/m68k/constraints.md}
2553 @table @code
2554 @item a
2555 Address register
2557 @item d
2558 Data register
2560 @item f
2561 68881 floating-point register, if available
2563 @item I
2564 Integer in the range 1 to 8
2566 @item J
2567 16-bit signed number
2569 @item K
2570 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
2572 @item L
2573 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
2575 @item M
2576 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
2578 @item N
2579 Range 24 to 31, rotatert:SI 8 to 1 expressed as rotate
2581 @item O
2582 16 (for rotate using swap)
2584 @item P
2585 Range 8 to 15, rotatert:HI 8 to 1 expressed as rotate
2587 @item R
2588 Numbers that mov3q can handle
2590 @item G
2591 Floating point constant that is not a 68881 constant
2593 @item S
2594 Operands that satisfy 'm' when -mpcrel is in effect
2596 @item T
2597 Operands that satisfy 's' when -mpcrel is not in effect
2599 @item Q
2600 Address register indirect addressing mode
2602 @item U
2603 Register offset addressing
2605 @item W
2606 const_call_operand
2608 @item Cs
2609 symbol_ref or const
2611 @item Ci
2612 const_int
2614 @item C0
2615 const_int 0
2617 @item Cj
2618 Range of signed numbers that don't fit in 16 bits
2620 @item Cmvq
2621 Integers valid for mvq
2623 @item Capsw
2624 Integers valid for a moveq followed by a swap
2626 @item Cmvz
2627 Integers valid for mvz
2629 @item Cmvs
2630 Integers valid for mvs
2632 @item Ap
2633 push_operand
2635 @item Ac
2636 Non-register operands allowed in clr
2638 @end table
2640 @item Motorola 68HC11 & 68HC12 families---@file{config/m68hc11/m68hc11.h}
2641 @table @code
2642 @item a
2643 Register `a'
2645 @item b
2646 Register `b'
2648 @item d
2649 Register `d'
2651 @item q
2652 An 8-bit register
2654 @item t
2655 Temporary soft register _.tmp
2657 @item u
2658 A soft register _.d1 to _.d31
2660 @item w
2661 Stack pointer register
2663 @item x
2664 Register `x'
2666 @item y
2667 Register `y'
2669 @item z
2670 Pseudo register `z' (replaced by `x' or `y' at the end)
2672 @item A
2673 An address register: x, y or z
2675 @item B
2676 An address register: x or y
2678 @item D
2679 Register pair (x:d) to form a 32-bit value
2681 @item L
2682 Constants in the range @minus{}65536 to 65535
2684 @item M
2685 Constants whose 16-bit low part is zero
2687 @item N
2688 Constant integer 1 or @minus{}1
2690 @item O
2691 Constant integer 16
2693 @item P
2694 Constants in the range @minus{}8 to 2
2696 @end table
2698 @need 1000
2699 @item SPARC---@file{config/sparc/sparc.h}
2700 @table @code
2701 @item f
2702 Floating-point register on the SPARC-V8 architecture and
2703 lower floating-point register on the SPARC-V9 architecture.
2705 @item e
2706 Floating-point register.  It is equivalent to @samp{f} on the
2707 SPARC-V8 architecture and contains both lower and upper
2708 floating-point registers on the SPARC-V9 architecture.
2710 @item c
2711 Floating-point condition code register.
2713 @item d
2714 Lower floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9
2715 architecture when the Visual Instruction Set is available.
2717 @item b
2718 Floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9 architecture
2719 when the Visual Instruction Set is available.
2721 @item h
2722 64-bit global or out register for the SPARC-V8+ architecture.
2724 @item I
2725 Signed 13-bit constant
2727 @item J
2728 Zero
2730 @item K
2731 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
2732 loaded with the @code{sethi} instruction)
2734 @item L
2735 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions
2737 @item M
2738 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions
2740 @item N
2741 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
2742 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
2743 modes wider than @code{SImode}
2745 @item O
2746 The constant 4096
2748 @item G
2749 Floating-point zero
2751 @item H
2752 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
2754 @item Q
2755 Floating-point constant whose integral representation can
2756 be moved into an integer register using a single sethi
2757 instruction
2759 @item R
2760 Floating-point constant whose integral representation can
2761 be moved into an integer register using a single mov
2762 instruction
2764 @item S
2765 Floating-point constant whose integral representation can
2766 be moved into an integer register using a high/lo_sum
2767 instruction sequence
2769 @item T
2770 Memory address aligned to an 8-byte boundary
2772 @item U
2773 Even register
2775 @item W
2776 Memory address for @samp{e} constraint registers
2778 @item Y
2779 Vector zero
2781 @end table
2783 @item SPU---@file{config/spu/spu.h}
2784 @table @code
2785 @item a
2786 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.  
2788 @item c
2789 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.  
2791 @item d
2792 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 64 bit value.  
2794 @item f
2795 An immediate which can be loaded with @code{fsmbi}.  
2797 @item A
2798 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
2800 @item B
2801 An immediate for most arithmetic instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
2803 @item C
2804 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
2806 @item D
2807 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 32 bit value.  
2809 @item I
2810 A constant in the range [-64, 63] for shift/rotate instructions.  
2812 @item J
2813 An unsigned 7-bit constant for conversion/nop/channel instructions.  
2815 @item K
2816 A signed 10-bit constant for most arithmetic instructions.  
2818 @item M
2819 A signed 16 bit immediate for @code{stop}.  
2821 @item N
2822 An unsigned 16-bit constant for @code{iohl} and @code{fsmbi}.  
2824 @item O
2825 An unsigned 7-bit constant whose 3 least significant bits are 0.  
2827 @item P
2828 An unsigned 3-bit constant for 16-byte rotates and shifts 
2830 @item R
2831 Call operand, reg, for indirect calls 
2833 @item S
2834 Call operand, symbol, for relative calls.  
2836 @item T
2837 Call operand, const_int, for absolute calls.  
2839 @item U
2840 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is sign extended to 128 bit.  
2842 @item W
2843 An immediate for shift and rotate instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
2845 @item Y
2846 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is sign extended as a 128 bit.  
2848 @item Z
2849 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is sign extended to 128 bit.  
2851 @end table
2853 @item S/390 and zSeries---@file{config/s390/s390.h}
2854 @table @code
2855 @item a
2856 Address register (general purpose register except r0)
2858 @item c
2859 Condition code register
2861 @item d
2862 Data register (arbitrary general purpose register)
2864 @item f
2865 Floating-point register
2867 @item I
2868 Unsigned 8-bit constant (0--255)
2870 @item J
2871 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
2873 @item K
2874 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
2876 @item L
2877 Value appropriate as displacement.
2878 @table @code
2879        @item (0..4095)
2880        for short displacement
2881        @item (-524288..524287)
2882        for long displacement
2883 @end table
2885 @item M
2886 Constant integer with a value of 0x7fffffff.
2888 @item N
2889 Multiple letter constraint followed by 4 parameter letters.
2890 @table @code
2891          @item 0..9:
2892          number of the part counting from most to least significant
2893          @item H,Q:
2894          mode of the part
2895          @item D,S,H:
2896          mode of the containing operand
2897          @item 0,F:
2898          value of the other parts (F---all bits set)
2899 @end table
2900 The constraint matches if the specified part of a constant
2901 has a value different from its other parts.
2903 @item Q
2904 Memory reference without index register and with short displacement.
2906 @item R
2907 Memory reference with index register and short displacement.
2909 @item S
2910 Memory reference without index register but with long displacement.
2912 @item T
2913 Memory reference with index register and long displacement.
2915 @item U
2916 Pointer with short displacement.
2918 @item W
2919 Pointer with long displacement.
2921 @item Y
2922 Shift count operand.
2924 @end table
2926 @item Score family---@file{config/score/score.h}
2927 @table @code
2928 @item d
2929 Registers from r0 to r32.
2931 @item e
2932 Registers from r0 to r16.
2934 @item t
2935 r8---r11 or r22---r27 registers.
2937 @item h
2938 hi register.
2940 @item l
2941 lo register.
2943 @item x
2944 hi + lo register.
2946 @item q
2947 cnt register.
2949 @item y
2950 lcb register.
2952 @item z
2953 scb register.
2955 @item a
2956 cnt + lcb + scb register.
2958 @item c
2959 cr0---cr15 register.
2961 @item b
2962 cp1 registers.
2964 @item f
2965 cp2 registers.
2967 @item i
2968 cp3 registers.
2970 @item j
2971 cp1 + cp2 + cp3 registers.
2973 @item I
2974 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero).
2976 @item J
2977 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31).
2979 @item K
2980 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535).
2982 @item L
2983 Signed 16 bit integer (in the range @minus{}32768 to 32767).
2985 @item M
2986 Unsigned 14 bit integer (in the range 0 to 16383).
2988 @item N
2989 Signed 14 bit integer (in the range @minus{}8192 to 8191).
2991 @item Z
2992 Any SYMBOL_REF.
2993 @end table
2995 @item Xstormy16---@file{config/stormy16/stormy16.h}
2996 @table @code
2997 @item a
2998 Register r0.
3000 @item b
3001 Register r1.
3003 @item c
3004 Register r2.
3006 @item d
3007 Register r8.
3009 @item e
3010 Registers r0 through r7.
3012 @item t
3013 Registers r0 and r1.
3015 @item y
3016 The carry register.
3018 @item z
3019 Registers r8 and r9.
3021 @item I
3022 A constant between 0 and 3 inclusive.
3024 @item J
3025 A constant that has exactly one bit set.
3027 @item K
3028 A constant that has exactly one bit clear.
3030 @item L
3031 A constant between 0 and 255 inclusive.
3033 @item M
3034 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
3036 @item N
3037 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
3039 @item O
3040 A constant between 1 and 4 inclusive.
3042 @item P
3043 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
3045 @item Q
3046 A memory reference that is a stack push.
3048 @item R
3049 A memory reference that is a stack pop.
3051 @item S
3052 A memory reference that refers to a constant address of known value.
3054 @item T
3055 The register indicated by Rx (not implemented yet).
3057 @item U
3058 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
3060 @item Z
3061 The constant 0.
3063 @end table
3065 @item Xtensa---@file{config/xtensa/constraints.md}
3066 @table @code
3067 @item a
3068 General-purpose 32-bit register
3070 @item b
3071 One-bit boolean register
3073 @item A
3074 MAC16 40-bit accumulator register
3076 @item I
3077 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
3079 @item J
3080 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
3082 @item K
3083 Integer constant valid for BccI instructions
3085 @item L
3086 Unsigned constant valid for BccUI instructions
3088 @end table
3090 @end table
3092 @ifset INTERNALS
3093 @node Disable Insn Alternatives
3094 @subsection Disable insn alternatives using the @code{enabled} attribute
3095 @cindex enabled
3097 The @code{enabled} insn attribute may be used to disable certain insn
3098 alternatives for machine-specific reasons.  This is useful when adding
3099 new instructions to an existing pattern which are only available for
3100 certain cpu architecture levels as specified with the @code{-march=}
3101 option.
3103 If an insn alternative is disabled, then it will never be used.  The
3104 compiler treats the constraints for the disabled alternative as
3105 unsatisfiable.
3107 In order to make use of the @code{enabled} attribute a back end has to add
3108 in the machine description files:
3110 @enumerate
3111 @item
3112 A definition of the @code{enabled} insn attribute.  The attribute is
3113 defined as usual using the @code{define_attr} command.  This
3114 definition should be based on other insn attributes and/or target flags.
3115 The @code{enabled} attribute is a numeric attribute and should evaluate to
3116 @code{(const_int 1)} for an enabled alternative and to
3117 @code{(const_int 0)} otherwise.
3118 @item
3119 A definition of another insn attribute used to describe for what
3120 reason an insn alternative might be available or
3121 not.  E.g. @code{cpu_facility} as in the example below.
3122 @item
3123 An assignement for the second attribute to each insn definition
3124 combining instructions which are not all available under the same
3125 circumstances.  (Note: It obviously only makes sense for definitions
3126 with more than one alternative.  Otherwise the insn pattern should be
3127 disabled or enabled using the insn condition.)
3128 @end enumerate
3130 E.g. the following two patterns could easily be merged using the @code{enabled}
3131 attribute:
3133 @smallexample
3135 (define_insn "*movdi_old"
3136   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
3137         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d"))]
3138   "!TARGET_NEW"
3139   "lgr %0,%1")
3141 (define_insn "*movdi_new"
3142   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d,f,d")
3143         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d,d,f"))]
3144   "TARGET_NEW"
3145   "@@
3146    lgr  %0,%1
3147    ldgr %0,%1
3148    lgdr %0,%1")
3150 @end smallexample
3154 @smallexample
3156 (define_insn "*movdi_combined"
3157   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d,f,d")
3158         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d,d,f"))]
3159   ""
3160   "@@
3161    lgr  %0,%1
3162    ldgr %0,%1
3163    lgdr %0,%1"
3164   [(set_attr "cpu_facility" "*,new,new")])
3166 @end smallexample
3168 with the @code{enabled} attribute defined like this:
3170 @smallexample
3172 (define_attr "cpu_facility" "standard,new" (const_string "standard"))
3174 (define_attr "enabled" ""
3175   (cond [(eq_attr "cpu_facility" "standard") (const_int 1)
3176          (and (eq_attr "cpu_facility" "new")
3177               (ne (symbol_ref "TARGET_NEW") (const_int 0)))
3178          (const_int 1)]
3179         (const_int 0)))
3181 @end smallexample
3183 @end ifset
3185 @ifset INTERNALS
3186 @node Define Constraints
3187 @subsection Defining Machine-Specific Constraints
3188 @cindex defining constraints
3189 @cindex constraints, defining
3191 Machine-specific constraints fall into two categories: register and
3192 non-register constraints.  Within the latter category, constraints
3193 which allow subsets of all possible memory or address operands should
3194 be specially marked, to give @code{reload} more information.
3196 Machine-specific constraints can be given names of arbitrary length,
3197 but they must be entirely composed of letters, digits, underscores
3198 (@samp{_}), and angle brackets (@samp{< >}).  Like C identifiers, they
3199 must begin with a letter or underscore. 
3201 In order to avoid ambiguity in operand constraint strings, no
3202 constraint can have a name that begins with any other constraint's
3203 name.  For example, if @code{x} is defined as a constraint name,
3204 @code{xy} may not be, and vice versa.  As a consequence of this rule,
3205 no constraint may begin with one of the generic constraint letters:
3206 @samp{E F V X g i m n o p r s}.
3208 Register constraints correspond directly to register classes.
3209 @xref{Register Classes}.  There is thus not much flexibility in their
3210 definitions.
3212 @deffn {MD Expression} define_register_constraint name regclass docstring
3213 All three arguments are string constants.
3214 @var{name} is the name of the constraint, as it will appear in
3215 @code{match_operand} expressions.  If @var{name} is a multi-letter
3216 constraint its length shall be the same for all constraints starting
3217 with the same letter.  @var{regclass} can be either the
3218 name of the corresponding register class (@pxref{Register Classes}),
3219 or a C expression which evaluates to the appropriate register class.
3220 If it is an expression, it must have no side effects, and it cannot
3221 look at the operand.  The usual use of expressions is to map some
3222 register constraints to @code{NO_REGS} when the register class
3223 is not available on a given subarchitecture.
3225 @var{docstring} is a sentence documenting the meaning of the
3226 constraint.  Docstrings are explained further below.
3227 @end deffn
3229 Non-register constraints are more like predicates: the constraint
3230 definition gives a Boolean expression which indicates whether the
3231 constraint matches.
3233 @deffn {MD Expression} define_constraint name docstring exp
3234 The @var{name} and @var{docstring} arguments are the same as for
3235 @code{define_register_constraint}, but note that the docstring comes
3236 immediately after the name for these expressions.  @var{exp} is an RTL
3237 expression, obeying the same rules as the RTL expressions in predicate
3238 definitions.  @xref{Defining Predicates}, for details.  If it
3239 evaluates true, the constraint matches; if it evaluates false, it
3240 doesn't. Constraint expressions should indicate which RTL codes they
3241 might match, just like predicate expressions.
3243 @code{match_test} C expressions have access to the
3244 following variables:
3246 @table @var
3247 @item op
3248 The RTL object defining the operand.
3249 @item mode
3250 The machine mode of @var{op}.
3251 @item ival
3252 @samp{INTVAL (@var{op})}, if @var{op} is a @code{const_int}.
3253 @item hval
3254 @samp{CONST_DOUBLE_HIGH (@var{op})}, if @var{op} is an integer
3255 @code{const_double}.
3256 @item lval
3257 @samp{CONST_DOUBLE_LOW (@var{op})}, if @var{op} is an integer
3258 @code{const_double}.
3259 @item rval
3260 @samp{CONST_DOUBLE_REAL_VALUE (@var{op})}, if @var{op} is a floating-point
3261 @code{const_double}.
3262 @end table
3264 The @var{*val} variables should only be used once another piece of the
3265 expression has verified that @var{op} is the appropriate kind of RTL
3266 object.
3267 @end deffn
3269 Most non-register constraints should be defined with
3270 @code{define_constraint}.  The remaining two definition expressions
3271 are only appropriate for constraints that should be handled specially
3272 by @code{reload} if they fail to match.
3274 @deffn {MD Expression} define_memory_constraint name docstring exp
3275 Use this expression for constraints that match a subset of all memory
3276 operands: that is, @code{reload} can make them match by converting the
3277 operand to the form @samp{@w{(mem (reg @var{X}))}}, where @var{X} is a
3278 base register (from the register class specified by
3279 @code{BASE_REG_CLASS}, @pxref{Register Classes}).
3281 For example, on the S/390, some instructions do not accept arbitrary
3282 memory references, but only those that do not make use of an index
3283 register.  The constraint letter @samp{Q} is defined to represent a
3284 memory address of this type.  If @samp{Q} is defined with
3285 @code{define_memory_constraint}, a @samp{Q} constraint can handle any
3286 memory operand, because @code{reload} knows it can simply copy the
3287 memory address into a base register if required.  This is analogous to
3288 the way a @samp{o} constraint can handle any memory operand.
3290 The syntax and semantics are otherwise identical to
3291 @code{define_constraint}.
3292 @end deffn
3294 @deffn {MD Expression} define_address_constraint name docstring exp
3295 Use this expression for constraints that match a subset of all address
3296 operands: that is, @code{reload} can make the constraint match by
3297 converting the operand to the form @samp{@w{(reg @var{X})}}, again
3298 with @var{X} a base register.
3300 Constraints defined with @code{define_address_constraint} can only be
3301 used with the @code{address_operand} predicate, or machine-specific
3302 predicates that work the same way.  They are treated analogously to
3303 the generic @samp{p} constraint.
3305 The syntax and semantics are otherwise identical to
3306 @code{define_constraint}.
3307 @end deffn
3309 For historical reasons, names beginning with the letters @samp{G H}
3310 are reserved for constraints that match only @code{const_double}s, and
3311 names beginning with the letters @samp{I J K L M N O P} are reserved
3312 for constraints that match only @code{const_int}s.  This may change in
3313 the future.  For the time being, constraints with these names must be
3314 written in a stylized form, so that @code{genpreds} can tell you did
3315 it correctly:
3317 @smallexample
3318 @group
3319 (define_constraint "[@var{GHIJKLMNOP}]@dots{}"
3320   "@var{doc}@dots{}"
3321   (and (match_code "const_int")  ; @r{@code{const_double} for G/H}
3322        @var{condition}@dots{}))            ; @r{usually a @code{match_test}}
3323 @end group
3324 @end smallexample
3325 @c the semicolons line up in the formatted manual
3327 It is fine to use names beginning with other letters for constraints
3328 that match @code{const_double}s or @code{const_int}s.
3330 Each docstring in a constraint definition should be one or more complete
3331 sentences, marked up in Texinfo format.  @emph{They are currently unused.}
3332 In the future they will be copied into the GCC manual, in @ref{Machine
3333 Constraints}, replacing the hand-maintained tables currently found in
3334 that section.  Also, in the future the compiler may use this to give
3335 more helpful diagnostics when poor choice of @code{asm} constraints
3336 causes a reload failure.
3338 If you put the pseudo-Texinfo directive @samp{@@internal} at the
3339 beginning of a docstring, then (in the future) it will appear only in
3340 the internals manual's version of the machine-specific constraint tables.
3341 Use this for constraints that should not appear in @code{asm} statements.
3343 @node C Constraint Interface
3344 @subsection Testing constraints from C
3345 @cindex testing constraints
3346 @cindex constraints, testing
3348 It is occasionally useful to test a constraint from C code rather than
3349 implicitly via the constraint string in a @code{match_operand}.  The
3350 generated file @file{tm_p.h} declares a few interfaces for working
3351 with machine-specific constraints.  None of these interfaces work with
3352 the generic constraints described in @ref{Simple Constraints}.  This
3353 may change in the future.
3355 @strong{Warning:} @file{tm_p.h} may declare other functions that
3356 operate on constraints, besides the ones documented here.  Do not use
3357 those functions from machine-dependent code.  They exist to implement
3358 the old constraint interface that machine-independent components of
3359 the compiler still expect.  They will change or disappear in the
3360 future.
3362 Some valid constraint names are not valid C identifiers, so there is a
3363 mangling scheme for referring to them from C@.  Constraint names that
3364 do not contain angle brackets or underscores are left unchanged.
3365 Underscores are doubled, each @samp{<} is replaced with @samp{_l}, and
3366 each @samp{>} with @samp{_g}.  Here are some examples:
3368 @c the @c's prevent double blank lines in the printed manual.
3369 @example
3370 @multitable {Original} {Mangled}
3371 @item @strong{Original} @tab @strong{Mangled}  @c
3372 @item @code{x}     @tab @code{x}       @c
3373 @item @code{P42x}  @tab @code{P42x}    @c
3374 @item @code{P4_x}  @tab @code{P4__x}   @c
3375 @item @code{P4>x}  @tab @code{P4_gx}   @c
3376 @item @code{P4>>}  @tab @code{P4_g_g}  @c
3377 @item @code{P4_g>} @tab @code{P4__g_g} @c
3378 @end multitable
3379 @end example
3381 Throughout this section, the variable @var{c} is either a constraint
3382 in the abstract sense, or a constant from @code{enum constraint_num};
3383 the variable @var{m} is a mangled constraint name (usually as part of
3384 a larger identifier).
3386 @deftp Enum constraint_num
3387 For each machine-specific constraint, there is a corresponding
3388 enumeration constant: @samp{CONSTRAINT_} plus the mangled name of the
3389 constraint.  Functions that take an @code{enum constraint_num} as an
3390 argument expect one of these constants.
3392 Machine-independent constraints do not have associated constants.
3393 This may change in the future.
3394 @end deftp
3396 @deftypefun {inline bool} satisfies_constraint_@var{m} (rtx @var{exp})
3397 For each machine-specific, non-register constraint @var{m}, there is
3398 one of these functions; it returns @code{true} if @var{exp} satisfies the
3399 constraint.  These functions are only visible if @file{rtl.h} was included
3400 before @file{tm_p.h}.
3401 @end deftypefun
3403 @deftypefun bool constraint_satisfied_p (rtx @var{exp}, enum constraint_num @var{c})
3404 Like the @code{satisfies_constraint_@var{m}} functions, but the
3405 constraint to test is given as an argument, @var{c}.  If @var{c}
3406 specifies a register constraint, this function will always return
3407 @code{false}.
3408 @end deftypefun
3410 @deftypefun {enum reg_class} regclass_for_constraint (enum constraint_num @var{c})
3411 Returns the register class associated with @var{c}.  If @var{c} is not
3412 a register constraint, or those registers are not available for the
3413 currently selected subtarget, returns @code{NO_REGS}.
3414 @end deftypefun
3416 Here is an example use of @code{satisfies_constraint_@var{m}}.  In
3417 peephole optimizations (@pxref{Peephole Definitions}), operand
3418 constraint strings are ignored, so if there are relevant constraints,
3419 they must be tested in the C condition.  In the example, the
3420 optimization is applied if operand 2 does @emph{not} satisfy the
3421 @samp{K} constraint.  (This is a simplified version of a peephole
3422 definition from the i386 machine description.)
3424 @smallexample
3425 (define_peephole2
3426   [(match_scratch:SI 3 "r")
3427    (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3428         (mult:SI (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")
3429                  (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "")))]
3431   "!satisfies_constraint_K (operands[2])"
3433   [(set (match_dup 3) (match_dup 1))
3434    (set (match_dup 0) (mult:SI (match_dup 3) (match_dup 2)))]
3436   "")
3437 @end smallexample
3439 @node Standard Names
3440 @section Standard Pattern Names For Generation
3441 @cindex standard pattern names
3442 @cindex pattern names
3443 @cindex names, pattern
3445 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
3446 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
3447 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
3448 pattern to accomplish a certain task.
3450 @table @asis
3451 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
3452 @item @samp{mov@var{m}}
3453 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lowercase.
3454 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
3455 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
3457 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
3458 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
3459 to store the specified value in the part of the register that corresponds
3460 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
3461 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
3462 outside the target word are left unchanged.
3464 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
3465 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
3466 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
3467 If there are patterns accepting operands in larger modes,
3468 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
3470 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
3471 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
3472 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
3473 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
3474 into a register.
3476 @findex force_reg
3477 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
3478 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
3479 registers other than the operands.  For example, if you support the
3480 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
3481 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
3482 function which might generate new pseudo registers.
3484 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
3485 fetching those modes from memory normally requires several insns and
3486 some temporary registers.
3488 @findex change_address
3489 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
3490 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
3491 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
3492 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
3493 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
3494 an address into a valid address and no routine (such as
3495 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
3496 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
3498 @findex reload_in_progress
3499 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
3500 declared if required) can be used to determine whether such special
3501 handling is required.
3503 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
3504 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
3505 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
3506 machines explicit memory references will get optional reloads.
3508 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
3509 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
3511 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
3512 you must provide an appropriate secondary_reload target hook.
3514 @findex can_create_pseudo_p
3515 The macro @code{can_create_pseudo_p} can be used to determine if it
3516 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
3517 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
3519 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
3520 register to any other hard register provided that
3521 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
3522 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
3524 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
3525 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
3526 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
3527 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
3528 point members.
3530 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
3531 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
3532 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
3533 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
3534 floating point registers, then the constraints of the fixed point
3535 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
3536 reload into a floating point register.
3538 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
3539 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
3540 @item @samp{reload_in@var{m}}
3541 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
3542 These named patterns have been obsoleted by the target hook
3543 @code{secondary_reload}.
3545 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
3546 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
3547 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
3548 macro in @pxref{Register Classes}.
3550 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
3551 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
3552 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
3553 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
3554 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
3555 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
3556 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
3557 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
3558 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
3559 for these patterns.
3561 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
3562 @item @samp{movstrict@var{m}}
3563 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
3564 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
3565 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
3566 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
3568 @cindex @code{movmisalign@var{m}} instruction pattern
3569 @item @samp{movmisalign@var{m}}
3570 This variant of a move pattern is designed to load or store a value
3571 from a memory address that is not naturally aligned for its mode.
3572 For a store, the memory will be in operand 0; for a load, the memory
3573 will be in operand 1.  The other operand is guaranteed not to be a
3574 memory, so that it's easy to tell whether this is a load or store.
3576 This pattern is used by the autovectorizer, and when expanding a
3577 @code{MISALIGNED_INDIRECT_REF} expression.
3579 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
3580 @item @samp{load_multiple}
3581 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
3582 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
3583 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
3584 number of consecutive registers.
3586 Define this only if the target machine really has such an instruction;
3587 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
3588 registers from memory is to do them one at a time.
3590 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
3591 registers can be stored into memory, such as particular starting or
3592 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
3593 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3594 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
3596 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
3597 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
3598 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
3599 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
3600 @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn pattern.
3602 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
3603 @item @samp{store_multiple}
3604 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
3605 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
3606 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
3607 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
3609 @cindex @code{vec_set@var{m}} instruction pattern
3610 @item @samp{vec_set@var{m}}
3611 Set given field in the vector value.  Operand 0 is the vector to modify,
3612 operand 1 is new value of field and operand 2 specify the field index.
3614 @cindex @code{vec_extract@var{m}} instruction pattern
3615 @item @samp{vec_extract@var{m}}
3616 Extract given field from the vector value.  Operand 1 is the vector, operand 2
3617 specify field index and operand 0 place to store value into.
3619 @cindex @code{vec_extract_even@var{m}} instruction pattern
3620 @item @samp{vec_extract_even@var{m}}
3621 Extract even elements from the input vectors (operand 1 and operand 2). 
3622 The even elements of operand 2 are concatenated to the even elements of operand
3623 1 in their original order. The result is stored in operand 0. 
3624 The output and input vectors should have the same modes. 
3626 @cindex @code{vec_extract_odd@var{m}} instruction pattern
3627 @item @samp{vec_extract_odd@var{m}}
3628 Extract odd elements from the input vectors (operand 1 and operand 2). 
3629 The odd elements of operand 2 are concatenated to the odd elements of operand 
3630 1 in their original order. The result is stored in operand 0.
3631 The output and input vectors should have the same modes.
3633 @cindex @code{vec_interleave_high@var{m}} instruction pattern
3634 @item @samp{vec_interleave_high@var{m}}
3635 Merge high elements of the two input vectors into the output vector. The output
3636 and input vectors should have the same modes (@code{N} elements). The high
3637 @code{N/2} elements of the first input vector are interleaved with the high
3638 @code{N/2} elements of the second input vector.
3640 @cindex @code{vec_interleave_low@var{m}} instruction pattern
3641 @item @samp{vec_interleave_low@var{m}}
3642 Merge low elements of the two input vectors into the output vector. The output
3643 and input vectors should have the same modes (@code{N} elements). The low
3644 @code{N/2} elements of the first input vector are interleaved with the low 
3645 @code{N/2} elements of the second input vector.
3647 @cindex @code{vec_init@var{m}} instruction pattern
3648 @item @samp{vec_init@var{m}}
3649 Initialize the vector to given values.  Operand 0 is the vector to initialize
3650 and operand 1 is parallel containing values for individual fields.
3652 @cindex @code{push@var{m}1} instruction pattern
3653 @item @samp{push@var{m}1}
3654 Output a push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
3655 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
3656 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
3657 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
3658 method is deprecated.
3660 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
3661 @item @samp{add@var{m}3}
3662 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
3663 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
3664 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
3666 @cindex @code{ssadd@var{m}3} instruction pattern
3667 @cindex @code{usadd@var{m}3} instruction pattern
3668 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
3669 @cindex @code{sssub@var{m}3} instruction pattern
3670 @cindex @code{ussub@var{m}3} instruction pattern
3671 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
3672 @cindex @code{ssmul@var{m}3} instruction pattern
3673 @cindex @code{usmul@var{m}3} instruction pattern
3674 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
3675 @cindex @code{ssdiv@var{m}3} instruction pattern
3676 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
3677 @cindex @code{usdiv@var{m}3} instruction pattern
3678 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
3679 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
3680 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
3681 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
3682 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
3683 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
3684 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
3685 @item @samp{ssadd@var{m}3}, @samp{usadd@var{m}3}
3686 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{sssub@var{m}3}, @samp{ussub@var{m}3}
3687 @item @samp{mul@var{m}3}, @samp{ssmul@var{m}3}, @samp{usmul@var{m}3}
3688 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{ssdiv@var{m}3}
3689 @itemx @samp{udiv@var{m}3}, @samp{usdiv@var{m}3}
3690 @itemx @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
3691 @itemx @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
3692 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
3693 Similar, for other arithmetic operations.
3695 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
3696 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
3697 @item @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}
3698 Signed minimum and maximum operations.  When used with floating point,
3699 if both operands are zeros, or if either operand is @code{NaN}, then
3700 it is unspecified which of the two operands is returned as the result.
3702 @cindex @code{reduc_smin_@var{m}} instruction pattern
3703 @cindex @code{reduc_smax_@var{m}} instruction pattern
3704 @item @samp{reduc_smin_@var{m}}, @samp{reduc_smax_@var{m}}
3705 Find the signed minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
3706 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
3707 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
3708 modes.
3710 @cindex @code{reduc_umin_@var{m}} instruction pattern
3711 @cindex @code{reduc_umax_@var{m}} instruction pattern
3712 @item @samp{reduc_umin_@var{m}}, @samp{reduc_umax_@var{m}}
3713 Find the unsigned minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
3714 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
3715 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
3716 modes.
3718 @cindex @code{reduc_splus_@var{m}} instruction pattern
3719 @item @samp{reduc_splus_@var{m}}
3720 Compute the sum of the signed elements of a vector. The vector is operand 1,
3721 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
3722 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
3724 @cindex @code{reduc_uplus_@var{m}} instruction pattern
3725 @item @samp{reduc_uplus_@var{m}}
3726 Compute the sum of the unsigned elements of a vector. The vector is operand 1,
3727 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
3728 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
3730 @cindex @code{sdot_prod@var{m}} instruction pattern
3731 @item @samp{sdot_prod@var{m}}
3732 @cindex @code{udot_prod@var{m}} instruction pattern
3733 @item @samp{udot_prod@var{m}}
3734 Compute the sum of the products of two signed/unsigned elements. 
3735 Operand 1 and operand 2 are of the same mode. Their product, which is of a 
3736 wider mode, is computed and added to operand 3. Operand 3 is of a mode equal or 
3737 wider than the mode of the product. The result is placed in operand 0, which
3738 is of the same mode as operand 3. 
3740 @cindex @code{ssum_widen@var{m3}} instruction pattern
3741 @item @samp{ssum_widen@var{m3}}
3742 @cindex @code{usum_widen@var{m3}} instruction pattern
3743 @item @samp{usum_widen@var{m3}}
3744 Operands 0 and 2 are of the same mode, which is wider than the mode of 
3745 operand 1. Add operand 1 to operand 2 and place the widened result in
3746 operand 0. (This is used express accumulation of elements into an accumulator
3747 of a wider mode.)
3749 @cindex @code{vec_shl_@var{m}} instruction pattern
3750 @cindex @code{vec_shr_@var{m}} instruction pattern
3751 @item @samp{vec_shl_@var{m}}, @samp{vec_shr_@var{m}}
3752 Whole vector left/right shift in bits.
3753 Operand 1 is a vector to be shifted.
3754 Operand 2 is an integer shift amount in bits.
3755 Operand 0 is where the resulting shifted vector is stored.
3756 The output and input vectors should have the same modes.
3758 @cindex @code{vec_pack_trunc_@var{m}} instruction pattern
3759 @item @samp{vec_pack_trunc_@var{m}}
3760 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors. Operands 1 and 2
3761 are vectors of the same mode having N integral or floating point elements
3762 of size S@.  Operand 0 is the resulting vector in which 2*N elements of
3763 size N/2 are concatenated after narrowing them down using truncation.
3765 @cindex @code{vec_pack_ssat_@var{m}} instruction pattern
3766 @cindex @code{vec_pack_usat_@var{m}} instruction pattern
3767 @item @samp{vec_pack_ssat_@var{m}}, @samp{vec_pack_usat_@var{m}}
3768 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors.  Operands 1 and 2
3769 are vectors of the same mode having N integral elements of size S.
3770 Operand 0 is the resulting vector in which the elements of the two input
3771 vectors are concatenated after narrowing them down using signed/unsigned
3772 saturating arithmetic.
3774 @cindex @code{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}} instruction pattern
3775 @cindex @code{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}} instruction pattern
3776 @item @samp{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}}, @samp{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}}
3777 Narrow, convert to signed/unsigned integral type and merge the elements
3778 of two vectors.  Operands 1 and 2 are vectors of the same mode having N
3779 floating point elements of size S@.  Operand 0 is the resulting vector
3780 in which 2*N elements of size N/2 are concatenated.
3782 @cindex @code{vec_unpacks_hi_@var{m}} instruction pattern
3783 @cindex @code{vec_unpacks_lo_@var{m}} instruction pattern
3784 @item @samp{vec_unpacks_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_lo_@var{m}}
3785 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of signed
3786 integral or floating point elements.  The input vector (operand 1) has N
3787 elements of size S@.  Widen (promote) the high/low elements of the vector
3788 using signed or floating point extension and place the resulting N/2
3789 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
3791 @cindex @code{vec_unpacku_hi_@var{m}} instruction pattern
3792 @cindex @code{vec_unpacku_lo_@var{m}} instruction pattern
3793 @item @samp{vec_unpacku_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_lo_@var{m}}
3794 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of unsigned
3795 integral elements.  The input vector (operand 1) has N elements of size S.
3796 Widen (promote) the high/low elements of the vector using zero extension and
3797 place the resulting N/2 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
3799 @cindex @code{vec_unpacks_float_hi_@var{m}} instruction pattern
3800 @cindex @code{vec_unpacks_float_lo_@var{m}} instruction pattern
3801 @cindex @code{vec_unpacku_float_hi_@var{m}} instruction pattern
3802 @cindex @code{vec_unpacku_float_lo_@var{m}} instruction pattern
3803 @item @samp{vec_unpacks_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_float_lo_@var{m}}
3804 @itemx @samp{vec_unpacku_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_float_lo_@var{m}}
3805 Extract, convert to floating point type and widen the high/low part of a
3806 vector of signed/unsigned integral elements.  The input vector (operand 1)
3807 has N elements of size S@.  Convert the high/low elements of the vector using
3808 floating point conversion and place the resulting N/2 values of size 2*S in
3809 the output vector (operand 0).
3811 @cindex @code{vec_widen_umult_hi_@var{m}} instruction pattern
3812 @cindex @code{vec_widen_umult_lo__@var{m}} instruction pattern
3813 @cindex @code{vec_widen_smult_hi_@var{m}} instruction pattern
3814 @cindex @code{vec_widen_smult_lo_@var{m}} instruction pattern
3815 @item @samp{vec_widen_umult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_umult_lo_@var{m}}
3816 @itemx @samp{vec_widen_smult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_smult_lo_@var{m}}
3817 Signed/Unsigned widening multiplication.  The two inputs (operands 1 and 2)
3818 are vectors with N signed/unsigned elements of size S@.  Multiply the high/low
3819 elements of the two vectors, and put the N/2 products of size 2*S in the
3820 output vector (operand 0).
3822 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
3823 @item @samp{mulhisi3}
3824 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
3825 a @code{SImode} product in operand 0.
3827 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
3828 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
3829 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
3830 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
3832 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
3833 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
3834 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
3835 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
3836 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
3837 multiplication.
3839 @cindex @code{usmulqihi3} instruction pattern
3840 @cindex @code{usmulhisi3} instruction pattern
3841 @cindex @code{usmulsidi3} instruction pattern
3842 @item @samp{usmulqihi3}, @samp{usmulhisi3}, @samp{usmulsidi3}
3843 Similar widening-multiplication instructions that interpret the first
3844 operand as unsigned and the second operand as signed, then do a signed
3845 multiplication.
3847 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
3848 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
3849 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
3850 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
3851 The least significant half of the product is discarded.
3853 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
3854 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
3855 Similar, but the multiplication is unsigned.
3857 @cindex @code{madd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
3858 @item @samp{madd@var{m}@var{n}4}
3859 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, add
3860 operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
3861 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
3862 Both modes must be integer or fixed-point modes and @var{n} must be twice
3863 the size of @var{m}.
3865 In other words, @code{madd@var{m}@var{n}4} is like
3866 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also adds operand 3.
3868 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
3870 @cindex @code{umadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
3871 @item @samp{umadd@var{m}@var{n}4}
3872 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
3873 operands instead of sign-extending them.
3875 @cindex @code{ssmadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
3876 @item @samp{ssmadd@var{m}@var{n}4}
3877 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
3878 signed-saturating.
3880 @cindex @code{usmadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
3881 @item @samp{usmadd@var{m}@var{n}4}
3882 Like @code{umadd@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
3883 unsigned-saturating.
3885 @cindex @code{msub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
3886 @item @samp{msub@var{m}@var{n}4}
3887 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, subtract the
3888 result from operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
3889 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
3890 Both modes must be integer or fixed-point modes and @var{n} must be twice
3891 the size of @var{m}.
3893 In other words, @code{msub@var{m}@var{n}4} is like
3894 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also subtracts the result
3895 from operand 3.
3897 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
3899 @cindex @code{umsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
3900 @item @samp{umsub@var{m}@var{n}4}
3901 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
3902 operands instead of sign-extending them.
3904 @cindex @code{ssmsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
3905 @item @samp{ssmsub@var{m}@var{n}4}
3906 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
3907 signed-saturating.
3909 @cindex @code{usmsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
3910 @item @samp{usmsub@var{m}@var{n}4}
3911 Like @code{umsub@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
3912 unsigned-saturating.
3914 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
3915 @item @samp{divmod@var{m}4}
3916 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
3917 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
3918 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
3920 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
3921 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
3922 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
3923 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
3924 and remainder are computed.
3926 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
3927 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
3928 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
3929 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
3930 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
3932 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
3933 @item @samp{udivmod@var{m}4}
3934 Similar, but does unsigned division.
3936 @anchor{shift patterns}
3937 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
3938 @cindex @code{ssashl@var{m}3} instruction pattern
3939 @cindex @code{usashl@var{m}3} instruction pattern
3940 @item @samp{ashl@var{m}3}, @samp{ssashl@var{m}3}, @samp{usashl@var{m}3}
3941 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
3942 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
3943 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
3944 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
3945 mode before generating the instruction.  The meaning of out-of-range shift
3946 counts can optionally be specified by @code{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
3947 @xref{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.  Operand 2 is always a scalar type.
3949 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
3950 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
3951 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
3952 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
3953 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
3954 Other shift and rotate instructions, analogous to the
3955 @code{ashl@var{m}3} instructions.  Operand 2 is always a scalar type.
3957 @cindex @code{vashl@var{m}3} instruction pattern
3958 @cindex @code{vashr@var{m}3} instruction pattern
3959 @cindex @code{vlshr@var{m}3} instruction pattern
3960 @cindex @code{vrotl@var{m}3} instruction pattern
3961 @cindex @code{vrotr@var{m}3} instruction pattern
3962 @item @samp{vashl@var{m}3}, @samp{vashr@var{m}3}, @samp{vlshr@var{m}3}, @samp{vrotl@var{m}3}, @samp{vrotr@var{m}3}
3963 Vector shift and rotate instructions that take vectors as operand 2
3964 instead of a scalar type.
3966 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
3967 @cindex @code{ssneg@var{m}2} instruction pattern
3968 @cindex @code{usneg@var{m}2} instruction pattern
3969 @item @samp{neg@var{m}2}, @samp{ssneg@var{m}2}, @samp{usneg@var{m}2}
3970 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
3972 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
3973 @item @samp{abs@var{m}2}
3974 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
3976 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
3977 @item @samp{sqrt@var{m}2}
3978 Store the square root of operand 1 into operand 0.
3980 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
3981 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sqrtf}
3982 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3983 type @code{float}.
3985 @cindex @code{fmod@var{m}3} instruction pattern
3986 @item @samp{fmod@var{m}3}
3987 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
3988 operand 0, rounded towards zero to an integer.
3990 The @code{fmod} built-in function of C always uses the mode which
3991 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{fmodf}
3992 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3993 type @code{float}.
3995 @cindex @code{remainder@var{m}3} instruction pattern
3996 @item @samp{remainder@var{m}3}
3997 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
3998 operand 0, rounded to the nearest integer.
4000 The @code{remainder} built-in function of C always uses the mode
4001 which corresponds to the C data type @code{double} and the
4002 @code{remainderf} built-in function uses the mode which corresponds
4003 to the C data type @code{float}.
4005 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
4006 @item @samp{cos@var{m}2}
4007 Store the cosine of operand 1 into operand 0.
4009 The @code{cos} built-in function of C always uses the mode which
4010 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{cosf}
4011 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4012 type @code{float}.
4014 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
4015 @item @samp{sin@var{m}2}
4016 Store the sine of operand 1 into operand 0.
4018 The @code{sin} built-in function of C always uses the mode which
4019 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sinf}
4020 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4021 type @code{float}.
4023 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
4024 @item @samp{exp@var{m}2}
4025 Store the exponential of operand 1 into operand 0.
4027 The @code{exp} built-in function of C always uses the mode which
4028 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{expf}
4029 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4030 type @code{float}.
4032 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
4033 @item @samp{log@var{m}2}
4034 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.
4036 The @code{log} built-in function of C always uses the mode which
4037 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{logf}
4038 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4039 type @code{float}.
4041 @cindex @code{pow@var{m}3} instruction pattern
4042 @item @samp{pow@var{m}3}
4043 Store the value of operand 1 raised to the exponent operand 2
4044 into operand 0.
4046 The @code{pow} built-in function of C always uses the mode which
4047 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{powf}
4048 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4049 type @code{float}.
4051 @cindex @code{atan2@var{m}3} instruction pattern
4052 @item @samp{atan2@var{m}3}
4053 Store the arc tangent (inverse tangent) of operand 1 divided by
4054 operand 2 into operand 0, using the signs of both arguments to
4055 determine the quadrant of the result.
4057 The @code{atan2} built-in function of C always uses the mode which
4058 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{atan2f}
4059 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4060 type @code{float}.
4062 @cindex @code{floor@var{m}2} instruction pattern
4063 @item @samp{floor@var{m}2}
4064 Store the largest integral value not greater than argument.
4066 The @code{floor} built-in function of C always uses the mode which
4067 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{floorf}
4068 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4069 type @code{float}.
4071 @cindex @code{btrunc@var{m}2} instruction pattern
4072 @item @samp{btrunc@var{m}2}
4073 Store the argument rounded to integer towards zero.
4075 The @code{trunc} built-in function of C always uses the mode which
4076 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{truncf}
4077 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4078 type @code{float}.
4080 @cindex @code{round@var{m}2} instruction pattern
4081 @item @samp{round@var{m}2}
4082 Store the argument rounded to integer away from zero.
4084 The @code{round} built-in function of C always uses the mode which
4085 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{roundf}
4086 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4087 type @code{float}.
4089 @cindex @code{ceil@var{m}2} instruction pattern
4090 @item @samp{ceil@var{m}2}
4091 Store the argument rounded to integer away from zero.
4093 The @code{ceil} built-in function of C always uses the mode which
4094 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{ceilf}
4095 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4096 type @code{float}.
4098 @cindex @code{nearbyint@var{m}2} instruction pattern
4099 @item @samp{nearbyint@var{m}2}
4100 Store the argument rounded according to the default rounding mode
4102 The @code{nearbyint} built-in function of C always uses the mode which
4103 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{nearbyintf}
4104 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4105 type @code{float}.
4107 @cindex @code{rint@var{m}2} instruction pattern
4108 @item @samp{rint@var{m}2}
4109 Store the argument rounded according to the default rounding mode and
4110 raise the inexact exception when the result differs in value from
4111 the argument
4113 The @code{rint} built-in function of C always uses the mode which
4114 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{rintf}
4115 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4116 type @code{float}.
4118 @cindex @code{lrint@var{m}@var{n}2}
4119 @item @samp{lrint@var{m}@var{n}2}
4120 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4121 point mode @var{n} as a signed number according to the current
4122 rounding mode and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
4124 @cindex @code{lround@var{m}@var{n}2}
4125 @item @samp{lround@var{m}2}
4126 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4127 point mode @var{n} as a signed number rounding to nearest and away
4128 from zero and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
4130 @cindex @code{lfloor@var{m}@var{n}2}
4131 @item @samp{lfloor@var{m}2}
4132 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4133 point mode @var{n} as a signed number rounding down and store in
4134 operand 0 (which has mode @var{n}).
4136 @cindex @code{lceil@var{m}@var{n}2}
4137 @item @samp{lceil@var{m}2}
4138 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4139 point mode @var{n} as a signed number rounding up and store in
4140 operand 0 (which has mode @var{n}).
4142 @cindex @code{copysign@var{m}3} instruction pattern
4143 @item @samp{copysign@var{m}3}
4144 Store a value with the magnitude of operand 1 and the sign of operand
4145 2 into operand 0.
4147 The @code{copysign} built-in function of C always uses the mode which
4148 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{copysignf}
4149 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4150 type @code{float}.
4152 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
4153 @item @samp{ffs@var{m}2}
4154 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
4155 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
4156 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
4157 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
4158 generating the instruction.
4160 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
4161 corresponds to the C data type @code{int}.
4163 @cindex @code{clz@var{m}2} instruction pattern
4164 @item @samp{clz@var{m}2}
4165 Store into operand 0 the number of leading 0-bits in @var{x}, starting
4166 at the most significant bit position.  If @var{x} is 0, the
4167 @code{CLZ_DEFINED_VALUE_AT_ZERO} (@pxref{Misc}) macro defines if
4168 the result is undefined or has a useful value.
4169 @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
4170 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
4171 operand to that mode before generating the instruction.
4173 @cindex @code{ctz@var{m}2} instruction pattern
4174 @item @samp{ctz@var{m}2}
4175 Store into operand 0 the number of trailing 0-bits in @var{x}, starting
4176 at the least significant bit position.  If @var{x} is 0, the
4177 @code{CTZ_DEFINED_VALUE_AT_ZERO} (@pxref{Misc}) macro defines if
4178 the result is undefined or has a useful value.
4179 @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
4180 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
4181 operand to that mode before generating the instruction.
4183 @cindex @code{popcount@var{m}2} instruction pattern
4184 @item @samp{popcount@var{m}2}
4185 Store into operand 0 the number of 1-bits in @var{x}.  @var{m} is the
4186 mode of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
4187 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
4188 generating the instruction.
4190 @cindex @code{parity@var{m}2} instruction pattern
4191 @item @samp{parity@var{m}2}
4192 Store into operand 0 the parity of @var{x}, i.e.@: the number of 1-bits
4193 in @var{x} modulo 2.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode
4194 is specified by the instruction pattern, and the compiler will convert
4195 the operand to that mode before generating the instruction.
4197 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
4198 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
4199 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
4201 @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
4202 @item @samp{cmp@var{m}}
4203 Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
4204 The RTL pattern should look like this:
4206 @smallexample
4207 (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
4208                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
4209 @end smallexample
4211 @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
4212 @item @samp{tst@var{m}}
4213 Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
4214 The RTL pattern should look like this:
4216 @smallexample
4217 (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
4218 @end smallexample
4220 @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
4221 not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
4222 would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
4223 The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
4225 @cindex @code{movmem@var{m}} instruction pattern
4226 @item @samp{movmem@var{m}}
4227 Block move instruction.  The destination and source blocks of memory
4228 are the first two operands, and both are @code{mem:BLK}s with an
4229 address in mode @code{Pmode}.
4231 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
4232 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
4233 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
4234 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
4235 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
4236 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
4237 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
4239 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
4240 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
4241 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
4242 it may provide the value 4 for this operand.
4244 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
4245 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
4246 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
4247 all cases. Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
4249 Descriptions of multiple @code{movmem@var{m}} patterns can only be
4250 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
4251 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
4252 in @code{movmem@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
4253 individually moved data units in the block.
4255 These patterns need not give special consideration to the possibility
4256 that the source and destination strings might overlap.
4258 @cindex @code{movstr} instruction pattern
4259 @item @samp{movstr}
4260 String copy instruction, with @code{stpcpy} semantics.  Operand 0 is
4261 an output operand in mode @code{Pmode}.  The addresses of the
4262 destination and source strings are operands 1 and 2, and both are
4263 @code{mem:BLK}s with addresses in mode @code{Pmode}.  The execution of
4264 the expansion of this pattern should store in operand 0 the address in
4265 which the @code{NUL} terminator was stored in the destination string.
4267 @cindex @code{setmem@var{m}} instruction pattern
4268 @item @samp{setmem@var{m}}
4269 Block set instruction.  The destination string is the first operand,
4270 given as a @code{mem:BLK} whose address is in mode @code{Pmode}.  The
4271 number of bytes to set is the second operand, in mode @var{m}.  The value to
4272 initialize the memory with is the third operand. Targets that only support the
4273 clearing of memory should reject any value that is not the constant 0.  See
4274 @samp{movmem@var{m}} for a discussion of the choice of mode.
4276 The fourth operand is the known alignment of the destination, in the form
4277 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
4278 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
4279 operand.
4281 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
4282 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
4283 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
4284 all cases. Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
4286 The use for multiple @code{setmem@var{m}} is as for @code{movmem@var{m}}.
4288 @cindex @code{cmpstrn@var{m}} instruction pattern
4289 @item @samp{cmpstrn@var{m}}
4290 String compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
4291 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
4292 of @samp{movmem@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
4293 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
4294 string.  The instruction is not allowed to prefetch more than one byte
4295 at a time since either string may end in the first byte and reading past
4296 that may access an invalid page or segment and cause a fault.  The
4297 effect of the instruction is to store a value in operand 0 whose sign
4298 indicates the result of the comparison.
4300 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
4301 @item @samp{cmpstr@var{m}}
4302 String compare instruction, without known maximum length.  Operand 0 is the
4303 output; it has mode @var{m}.  The second and third operand are the blocks of
4304 memory to be compared; both are @code{mem:BLK} with an address in mode
4305 @code{Pmode}.
4307 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
4308 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
4309 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
4310 it may provide the value 4 for this operand.
4312 The two memory blocks specified are compared byte by byte in lexicographic
4313 order starting at the beginning of each string.  The instruction is not allowed
4314 to prefetch more than one byte at a time since either string may end in the
4315 first byte and reading past that may access an invalid page or segment and
4316 cause a fault.  The effect of the instruction is to store a value in operand 0
4317 whose sign indicates the result of the comparison.
4319 @cindex @code{cmpmem@var{m}} instruction pattern
4320 @item @samp{cmpmem@var{m}}
4321 Block compare instruction, with five operands like the operands
4322 of @samp{cmpstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
4323 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
4324 block.  Unlike @samp{cmpstr@var{m}} the instruction can prefetch
4325 any bytes in the two memory blocks.  The effect of the instruction is
4326 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
4327 comparison.
4329 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
4330 @item @samp{strlen@var{m}}
4331 Compute the length of a string, with three operands.
4332 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
4333 a @code{mem} referring to the first character of the string,
4334 operand 2 is the character to search for (normally zero),
4335 and operand 3 is a constant describing the known alignment
4336 of the beginning of the string.
4338 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
4339 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
4340 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
4341 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
4342 @var{n}).
4344 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
4345 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
4346 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
4347 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
4348 @var{n}).
4350 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
4351 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
4352 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4353 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
4354 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
4355 the value of operand 1 is an integer.
4357 If the machine description defines this pattern, it also needs to
4358 define the @code{ftrunc} pattern.
4360 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
4361 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
4362 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4363 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
4364 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
4365 value of operand 1 is an integer.
4367 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
4368 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
4369 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
4370 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
4371 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
4373 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
4374 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
4375 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
4376 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
4378 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
4379 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
4380 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
4381 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
4383 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
4384 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
4385 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4386 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4387 point or both floating point.
4389 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
4390 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
4391 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4392 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4393 point or both floating point.
4395 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
4396 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
4397 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4398 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4399 point.
4401 @cindex @code{fract@var{mn}2} instruction pattern
4402 @item @samp{fract@var{m}@var{n}2}
4403 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
4404 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
4405 could be fixed-point to fixed-point, signed integer to fixed-point,
4406 fixed-point to signed integer, floating-point to fixed-point,
4407 or fixed-point to floating-point.
4408 When overflows or underflows happen, the results are undefined.
4410 @cindex @code{satfract@var{mn}2} instruction pattern
4411 @item @samp{satfract@var{m}@var{n}2}
4412 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
4413 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
4414 could be fixed-point to fixed-point, signed integer to fixed-point,
4415 or floating-point to fixed-point.
4416 When overflows or underflows happen, the instruction saturates the
4417 results to the maximum or the minimum.
4419 @cindex @code{fractuns@var{mn}2} instruction pattern
4420 @item @samp{fractuns@var{m}@var{n}2}
4421 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
4422 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
4423 could be unsigned integer to fixed-point, or
4424 fixed-point to unsigned integer.
4425 When overflows or underflows happen, the results are undefined.
4427 @cindex @code{satfractuns@var{mn}2} instruction pattern
4428 @item @samp{satfractuns@var{m}@var{n}2}
4429 Convert unsigned integer operand 1 of mode @var{m} to fixed-point mode
4430 @var{n} and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
4431 When overflows or underflows happen, the instruction saturates the
4432 results to the maximum or the minimum.
4434 @cindex @code{extv} instruction pattern
4435 @item @samp{extv}
4436 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
4437 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
4438 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
4439 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
4440 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
4441 be valid for @code{word_mode}.
4443 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
4444 for operands 2 and 3 and the constant is never zero for operand 2.
4446 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
4447 before it is stored in operand 0.
4449 @cindex @code{extzv} instruction pattern
4450 @item @samp{extzv}
4451 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
4453 @cindex @code{insv} instruction pattern
4454 @item @samp{insv}
4455 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
4456 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
4457 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
4458 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
4459 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
4461 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
4462 for operands 1 and 2 and the constant is never zero for operand 1.
4464 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
4465 @item @samp{mov@var{mode}cc}
4466 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
4467 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
4468 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
4470 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
4471 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
4472 conditionally move an integer value based on the floating point condition
4473 codes and vice versa.
4475 If the machine does not have conditional move instructions, do not
4476 define these patterns.
4478 @cindex @code{add@var{mode}cc} instruction pattern
4479 @item @samp{add@var{mode}cc}
4480 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional addition.  Conditionally
4481 move operand 2 or (operands 2 + operand 3) into operand 0 according to the
4482 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved into
4483 operand 0, otherwise (operand 2 + operand 3) is moved.
4485 @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
4486 @item @samp{s@var{cond}}
4487 Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
4488 Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
4489 @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
4490 as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
4492 You specify the mode that the operand must have when you write the
4493 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
4494 which mode you have used and supplies an operand of that mode.
4496 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
4497 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
4498 you should omit it from the machine description.  You describe to the
4499 compiler exactly which value is stored by defining the macro
4500 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
4501 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
4502 should omit those operations from the machine description.
4504 These operations may fail, but should do so only in relatively
4505 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
4506 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
4508 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
4509 that copies the constant one to the target and branches around an
4510 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
4511 the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
4512 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
4513 @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
4514 the machine description.
4516 @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
4517 @item @samp{b@var{cond}}
4518 Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
4519 refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
4520 condition @var{cond}.
4522 Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
4523 instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
4524 case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
4525 simply store the operands away and generate all the required insns in a
4526 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
4527 branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
4528 immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
4529 pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
4531 Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
4532 where the mode used for the comparison depends on the condition being
4533 tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}.
4535 The above discussion also applies to the @samp{mov@var{mode}cc} and
4536 @samp{s@var{cond}} patterns.
4538 @cindex @code{cbranch@var{mode}4} instruction pattern
4539 @item @samp{cbranch@var{mode}4}
4540 Conditional branch instruction combined with a compare instruction.
4541 Operand 0 is a comparison operator.  Operand 1 and operand 2 are the
4542 first and second operands of the comparison, respectively.  Operand 3
4543 is a @code{label_ref} that refers to the label to jump to.
4545 @cindex @code{jump} instruction pattern
4546 @item @samp{jump}
4547 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
4548 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
4549 on all machines.
4551 @cindex @code{call} instruction pattern
4552 @item @samp{call}
4553 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
4554 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
4555 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
4556 operands.
4558 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
4559 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
4560 to put this information into the assembler code; they can put it in
4561 the RTL instead of operand 1.
4563 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
4564 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
4565 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
4566 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
4567 instruction, the pattern for this operation should be a
4568 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
4569 address into a register and uses that register in the call instruction.
4571 @cindex @code{call_value} instruction pattern
4572 @item @samp{call_value}
4573 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
4574 register in which the value is returned.  There are three more
4575 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
4576 instruction (but with numbers increased by one).
4578 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
4579 insn.
4581 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
4582 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
4583 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
4584 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
4585 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
4586 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
4587 adjustment made to the frame pointer.
4589 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
4590 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
4591 can be eliminated, if desired.
4593 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
4594 @item @samp{untyped_call}
4595 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
4596 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
4597 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
4598 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
4599 the saving of a function return value into the result block.
4601 This instruction pattern should be defined to support
4602 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
4603 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
4604 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
4605 multiple registers that can hold a return value
4606 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
4608 @cindex @code{return} instruction pattern
4609 @item @samp{return}
4610 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
4611 defined only if a single instruction can do all the work of returning
4612 from a function.
4614 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
4615 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
4616 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
4617 some class of functions only requires one instruction to implement a
4618 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
4619 to save any registers or allocate stack space.
4621 @findex reload_completed
4622 @findex leaf_function_p
4623 For such machines, the condition specified in this pattern should only
4624 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
4625 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
4626 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
4627 a register window push is required.
4629 Machines that have conditional return instructions should define patterns
4630 such as
4632 @smallexample
4633 (define_insn ""
4634   [(set (pc)
4635         (if_then_else (match_operator
4636                          0 "comparison_operator"
4637                          [(cc0) (const_int 0)])
4638                       (return)
4639                       (pc)))]
4640   "@var{condition}"
4641   "@dots{}")
4642 @end smallexample
4644 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
4645 named @samp{return} pattern.
4647 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
4648 @item @samp{untyped_return}
4649 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
4650 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
4651 instructions are needed to return a value of any type.
4653 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
4654 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
4655 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
4656 the restoring of a function return value from the result block.
4658 @cindex @code{nop} instruction pattern
4659 @item @samp{nop}
4660 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
4661 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
4662 RTL pattern.
4664 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
4665 @item @samp{indirect_jump}
4666 An instruction to jump to an address which is operand zero.
4667 This pattern name is mandatory on all machines.
4669 @cindex @code{casesi} instruction pattern
4670 @item @samp{casesi}
4671 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
4672 This instruction takes five operands:
4674 @enumerate
4675 @item
4676 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
4678 @item
4679 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
4681 @item
4682 The total range of indices in the table---the largest index
4683 minus the smallest one (both inclusive).
4685 @item
4686 A label that precedes the table itself.
4688 @item
4689 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
4690 @end enumerate
4692 The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
4693 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
4694 difference between the upper bound and the lower bound.
4696 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
4697 @item @samp{tablejump}
4698 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
4699 capability which can be used to implement a dispatch table when there
4700 is no @samp{casesi} pattern.
4702 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
4703 which should immediately precede the jump table.  If the macro
4704 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
4705 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
4706 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
4707 mode @code{Pmode}.
4709 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
4710 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
4711 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
4712 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
4715 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
4716 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
4717 Conditional branch instruction that decrements a register and
4718 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
4719 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
4720 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
4722 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
4723 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
4724 reduction is enabled.
4726 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
4727 @item @samp{doloop_end}
4728 Conditional branch instruction that decrements a register and jumps if
4729 the register is nonzero.  This instruction takes five operands: Operand
4730 0 is the register to decrement and test; operand 1 is the number of loop
4731 iterations as a @code{const_int} or @code{const0_rtx} if this cannot be
4732 determined until run-time; operand 2 is the actual or estimated maximum
4733 number of iterations as a @code{const_int}; operand 3 is the number of
4734 enclosed loops as a @code{const_int} (an innermost loop has a value of
4735 1); operand 4 is the label to jump to if the register is nonzero.
4736 @xref{Looping Patterns}.
4738 This optional instruction pattern should be defined for machines with
4739 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
4740 modify suitable loops to utilize it.  If nested low-overhead looping is
4741 not supported, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
4742 and make the pattern fail if operand 3 is not @code{const1_rtx}.
4743 Similarly, if the actual or estimated maximum number of iterations is
4744 too large for this instruction, make it fail.
4746 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
4747 @item @samp{doloop_begin}
4748 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
4749 need to perform some initialization, such as loading special registers
4750 used by a low-overhead looping instruction.  If initialization insns do
4751 not always need to be emitted, use a @code{define_expand}
4752 (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
4755 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
4756 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
4757 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
4758 into operand 0.
4760 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
4761 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
4762 and also has mode @code{Pmode}.
4764 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
4765 the address of the function which would be called if the function
4766 pointer were used in an indirect call.
4768 Only define this pattern if function pointers on the target machine
4769 can have different values but still call the same function when
4770 used in an indirect call.
4772 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
4773 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
4774 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
4775 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
4776 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
4777 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
4778 @item @samp{save_stack_block}
4779 @itemx @samp{save_stack_function}
4780 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
4781 @itemx @samp{restore_stack_block}
4782 @itemx @samp{restore_stack_function}
4783 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
4784 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
4785 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
4786 such machines.
4788 Some machines require special handling for stack pointer saves and
4789 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
4790 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
4791 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
4792 saves and restores are:
4794 @enumerate
4795 @item
4796 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
4797 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
4798 restores the stack pointer when the block is exited.
4800 @item
4801 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
4802 similar job for the outermost block of a function and are used when the
4803 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
4804 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
4805 restore sequence on some machines.
4807 @item
4808 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
4809 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
4810 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
4811 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
4812 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
4813 and restoring additional data such as register window information or
4814 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
4815 such required data.
4816 @end enumerate
4818 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
4819 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
4820 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
4821 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
4822 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
4823 for a particular type of save (either because no save is needed or
4824 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
4825 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
4826 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
4827 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
4829 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
4830 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
4831 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
4833 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
4834 @item @samp{allocate_stack}
4835 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
4836 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
4838 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
4839 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
4840 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
4841 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
4842 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
4843 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
4844 stack is free.
4846 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
4847 Some machines require other operations such as stack probes or
4848 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
4849 operations in addition to updating the stack pointer.
4851 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
4852 @item @samp{check_stack}
4853 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
4854 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
4855 to perform the needed check and signaling an error if the stack
4856 has overflowed.  The single operand is the location in the stack furthest
4857 from the current stack pointer that you need to validate.  Normally,
4858 on machines where this pattern is needed, you would obtain the stack
4859 limit from a global or thread-specific variable or register.
4861 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
4862 @item @samp{nonlocal_goto}
4863 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
4864 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
4865 each representing a value to be used in the jump.  The first
4866 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
4867 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
4868 the third is the address of a location where the stack is saved,
4869 and the last is the address of the label, to be placed in the
4870 location for the incoming static chain.
4872 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
4873 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
4874 and static chain, restore the stack (using the
4875 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
4876 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
4877 not work on your machine.
4879 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
4880 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
4881 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
4882 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
4883 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
4884 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
4885 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
4886 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
4887 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
4888 There are no arguments.
4890 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
4891 @item @samp{exception_receiver}
4892 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
4893 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
4894 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
4895 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
4896 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
4897 an exception.  There are no arguments.
4899 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
4900 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
4901 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
4902 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
4903 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
4904 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
4905 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
4906 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
4907 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
4908 the first three are normally used by the generic mechanism.
4910 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
4911 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
4912 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
4913 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
4914 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
4915 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
4916 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
4917 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
4918 at a small offset from that label.
4920 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
4921 @item @samp{builtin_longjmp}
4922 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
4923 You will not normally need to define this pattern unless you also define
4924 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
4925 @code{jmp_buf}.
4927 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
4928 @item @samp{eh_return}
4929 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
4930 and thence the call frame exception handling library routines, are
4931 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
4932 the abnormal return path.
4934 The address of the exception handler to which the function should return
4935 is passed as operand to this pattern.  It will normally need to copied by
4936 the pattern to some special register or memory location.
4937 If the pattern needs to determine the location of the target call
4938 frame in order to do so, it may use @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX},
4939 if defined; it will have already been assigned.
4941 If this pattern is not defined, the default action will be to simply
4942 copy the return address to @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX}.  Either
4943 that macro or this pattern needs to be defined if call frame exception
4944 handling is to be used.
4946 @cindex @code{prologue} instruction pattern
4947 @anchor{prologue instruction pattern}
4948 @item @samp{prologue}
4949 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
4950 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
4951 pointer register, saving callee saved registers, etc.
4953 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
4954 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
4956 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
4957 instruction scheduling.
4959 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
4960 @anchor{epilogue instruction pattern}
4961 @item @samp{epilogue}
4962 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
4963 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
4964 registers and emitting the return instruction.
4966 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
4967 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
4969 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
4970 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
4972 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
4973 @item @samp{sibcall_epilogue}
4974 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
4975 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
4976 sibling call (aka tail call) sites.
4978 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
4979 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
4980 function.
4982 @cindex @code{trap} instruction pattern
4983 @item @samp{trap}
4984 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
4985 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
4986 front end to signal `invalid array index' exceptions.
4988 @cindex @code{conditional_trap} instruction pattern
4989 @item @samp{conditional_trap}
4990 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
4991 performs a comparison.  Operand 1 is the trap code, an integer.
4993 A typical @code{conditional_trap} pattern looks like
4995 @smallexample
4996 (define_insn "conditional_trap"
4997   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
4998              [(cc0) (const_int 0)])
4999             (match_operand 1 "const_int_operand" "i"))]
5000   ""
5001   "@dots{}")
5002 @end smallexample
5004 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
5005 @item @samp{prefetch}
5007 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
5008 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
5009 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
5010 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
5011 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
5012 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
5013 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
5014 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
5015 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
5017 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
5018 the values of operands 1 and 2.
5020 @cindex @code{blockage} instruction pattern
5021 @item @samp{blockage}
5023 This pattern defines a pseudo insn that prevents the instruction
5024 scheduler from moving instructions across the boundary defined by the
5025 blockage insn.  Normally an UNSPEC_VOLATILE pattern.
5027 @cindex @code{memory_barrier} instruction pattern
5028 @item @samp{memory_barrier}
5030 If the target memory model is not fully synchronous, then this pattern
5031 should be defined to an instruction that orders both loads and stores
5032 before the instruction with respect to loads and stores after the instruction.
5033 This pattern has no operands.
5035 @cindex @code{sync_compare_and_swap@var{mode}} instruction pattern
5036 @item @samp{sync_compare_and_swap@var{mode}}
5038 This pattern, if defined, emits code for an atomic compare-and-swap
5039 operation.  Operand 1 is the memory on which the atomic operation is
5040 performed.  Operand 2 is the ``old'' value to be compared against the
5041 current contents of the memory location.  Operand 3 is the ``new'' value
5042 to store in the memory if the compare succeeds.  Operand 0 is the result
5043 of the operation; it should contain the contents of the memory
5044 before the operation.  If the compare succeeds, this should obviously be
5045 a copy of operand 2.
5047 This pattern must show that both operand 0 and operand 1 are modified.
5049 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
5050 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
5051 operation and all memory operations after the atomic operation occur
5052 after the atomic operation.
5054 @cindex @code{sync_compare_and_swap_cc@var{mode}} instruction pattern
5055 @item @samp{sync_compare_and_swap_cc@var{mode}}
5057 This pattern is just like @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}, except
5058 it should act as if compare part of the compare-and-swap were issued via
5059 @code{cmp@var{m}}.  This comparison will only be used with @code{EQ} and
5060 @code{NE} branches and @code{setcc} operations.
5062 Some targets do expose the success or failure of the compare-and-swap
5063 operation via the status flags.  Ideally we wouldn't need a separate
5064 named pattern in order to take advantage of this, but the combine pass
5065 does not handle patterns with multiple sets, which is required by
5066 definition for @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}.
5068 @cindex @code{sync_add@var{mode}} instruction pattern
5069 @cindex @code{sync_sub@var{mode}} instruction pattern
5070 @cindex @code{sync_ior@var{mode}} instruction pattern
5071 @cindex @code{sync_and@var{mode}} instruction pattern
5072 @cindex @code{sync_xor@var{mode}} instruction pattern
5073 @cindex @code{sync_nand@var{mode}} instruction pattern
5074 @item @samp{sync_add@var{mode}}, @samp{sync_sub@var{mode}}
5075 @itemx @samp{sync_ior@var{mode}}, @samp{sync_and@var{mode}}
5076 @itemx @samp{sync_xor@var{mode}}, @samp{sync_nand@var{mode}}
5078 These patterns emit code for an atomic operation on memory.
5079 Operand 0 is the memory on which the atomic operation is performed.
5080 Operand 1 is the second operand to the binary operator.
5082 The ``nand'' operation is @code{~op0 & op1}.
5084 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
5085 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
5086 operation and all memory operations after the atomic operation occur
5087 after the atomic operation.
5089 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
5090 from a compare-and-swap operation, if defined.
5092 @cindex @code{sync_old_add@var{mode}} instruction pattern
5093 @cindex @code{sync_old_sub@var{mode}} instruction pattern
5094 @cindex @code{sync_old_ior@var{mode}} instruction pattern
5095 @cindex @code{sync_old_and@var{mode}} instruction pattern
5096 @cindex @code{sync_old_xor@var{mode}} instruction pattern
5097 @cindex @code{sync_old_nand@var{mode}} instruction pattern
5098 @item @samp{sync_old_add@var{mode}}, @samp{sync_old_sub@var{mode}}
5099 @itemx @samp{sync_old_ior@var{mode}}, @samp{sync_old_and@var{mode}}
5100 @itemx @samp{sync_old_xor@var{mode}}, @samp{sync_old_nand@var{mode}}
5102 These patterns are emit code for an atomic operation on memory,
5103 and return the value that the memory contained before the operation.
5104 Operand 0 is the result value, operand 1 is the memory on which the
5105 atomic operation is performed, and operand 2 is the second operand
5106 to the binary operator.
5108 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
5109 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
5110 operation and all memory operations after the atomic operation occur
5111 after the atomic operation.
5113 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
5114 from a compare-and-swap operation, if defined.
5116 @cindex @code{sync_new_add@var{mode}} instruction pattern
5117 @cindex @code{sync_new_sub@var{mode}} instruction pattern
5118 @cindex @code{sync_new_ior@var{mode}} instruction pattern
5119 @cindex @code{sync_new_and@var{mode}} instruction pattern
5120 @cindex @code{sync_new_xor@var{mode}} instruction pattern
5121 @cindex @code{sync_new_nand@var{mode}} instruction pattern
5122 @item @samp{sync_new_add@var{mode}}, @samp{sync_new_sub@var{mode}}
5123 @itemx @samp{sync_new_ior@var{mode}}, @samp{sync_new_and@var{mode}}
5124 @itemx @samp{sync_new_xor@var{mode}}, @samp{sync_new_nand@var{mode}}
5126 These patterns are like their @code{sync_old_@var{op}} counterparts,
5127 except that they return the value that exists in the memory location
5128 after the operation, rather than before the operation.
5130 @cindex @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}} instruction pattern
5131 @item @samp{sync_lock_test_and_set@var{mode}}
5133 This pattern takes two forms, based on the capabilities of the target.
5134 In either case, operand 0 is the result of the operand, operand 1 is
5135 the memory on which the atomic operation is performed, and operand 2
5136 is the value to set in the lock.
5138 In the ideal case, this operation is an atomic exchange operation, in
5139 which the previous value in memory operand is copied into the result
5140 operand, and the value operand is stored in the memory operand.
5142 For less capable targets, any value operand that is not the constant 1
5143 should be rejected with @code{FAIL}.  In this case the target may use
5144 an atomic test-and-set bit operation.  The result operand should contain
5145 1 if the bit was previously set and 0 if the bit was previously clear.
5146 The true contents of the memory operand are implementation defined.
5148 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
5149 pattern as a whole acts as an acquire barrier, that is all memory
5150 operations after the pattern do not occur until the lock is acquired.
5152 If this pattern is not defined, the operation will be constructed from
5153 a compare-and-swap operation, if defined.
5155 @cindex @code{sync_lock_release@var{mode}} instruction pattern
5156 @item @samp{sync_lock_release@var{mode}}
5158 This pattern, if defined, releases a lock set by
5159 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}.  Operand 0 is the memory
5160 that contains the lock; operand 1 is the value to store in the lock.
5162 If the target doesn't implement full semantics for
5163 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}, any value operand which is not
5164 the constant 0 should be rejected with @code{FAIL}, and the true contents
5165 of the memory operand are implementation defined.
5167 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
5168 pattern as a whole acts as a release barrier, that is the lock is
5169 released only after all previous memory operations have completed.
5171 If this pattern is not defined, then a @code{memory_barrier} pattern
5172 will be emitted, followed by a store of the value to the memory operand.
5174 @cindex @code{stack_protect_set} instruction pattern
5175 @item @samp{stack_protect_set}
5177 This pattern, if defined, moves a @code{Pmode} value from the memory
5178 in operand 1 to the memory in operand 0 without leaving the value in
5179 a register afterward.  This is to avoid leaking the value some place
5180 that an attacker might use to rewrite the stack guard slot after
5181 having clobbered it.
5183 If this pattern is not defined, then a plain move pattern is generated.
5185 @cindex @code{stack_protect_test} instruction pattern
5186 @item @samp{stack_protect_test}
5188 This pattern, if defined, compares a @code{Pmode} value from the
5189 memory in operand 1 with the memory in operand 0 without leaving the
5190 value in a register afterward and branches to operand 2 if the values
5191 weren't equal.
5193 If this pattern is not defined, then a plain compare pattern and
5194 conditional branch pattern is used.
5196 @cindex @code{clear_cache} instruction pattern
5197 @item @samp{clear_cache}
5199 This pattern, if defined, flushes the instruction cache for a region of
5200 memory.  The region is bounded to by the Pmode pointers in operand 0
5201 inclusive and operand 1 exclusive.
5203 If this pattern is not defined, a call to the library function
5204 @code{__clear_cache} is used.
5206 @end table
5208 @end ifset
5209 @c Each of the following nodes are wrapped in separate
5210 @c "@ifset INTERNALS" to work around memory limits for the default
5211 @c configuration in older tetex distributions.  Known to not work:
5212 @c tetex-1.0.7, known to work: tetex-2.0.2.
5213 @ifset INTERNALS
5214 @node Pattern Ordering
5215 @section When the Order of Patterns Matters
5216 @cindex Pattern Ordering
5217 @cindex Ordering of Patterns
5219 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
5220 pattern that appears first in the machine description is the one used.
5221 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
5222 and faster instructions (those that will produce better code when they
5223 do match) should usually go first in the description.
5225 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
5226 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
5227 instruction for converting a fullword to floating point and another
5228 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
5229 an integer to floating point could match either one.  We put the
5230 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
5231 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
5232 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
5233 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
5234 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
5235 constant value.
5237 @end ifset
5238 @ifset INTERNALS
5239 @node Dependent Patterns
5240 @section Interdependence of Patterns
5241 @cindex Dependent Patterns
5242 @cindex Interdependence of Patterns
5244 Every machine description must have a named pattern for each of the
5245 conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
5246 must always have the form
5248 @smallexample
5249 (set (pc)
5250      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
5251                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
5252                    (pc)))
5253 @end smallexample
5255 @noindent
5256 In addition, every machine description must have an anonymous pattern
5257 for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
5258 look like
5260 @smallexample
5261 (set (pc)
5262      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
5263                    (pc)
5264                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
5265 @end smallexample
5267 @noindent
5268 They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
5269 branches into reverse-conditional branches.
5271 It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
5272 reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
5273 example,
5275 @smallexample
5276 (define_insn ""
5277   [(set (pc)
5278         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
5279                                       [(cc0) (const_int 0)])
5280                       (pc)
5281                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
5282   "@var{condition}"
5283   "@dots{}")
5284 @end smallexample
5286 In some cases machines support instructions identical except for the
5287 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
5288 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
5289 patterns are
5291 @smallexample
5292 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
5293      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
5295 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
5296      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
5297 @end smallexample
5299 @noindent
5300 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
5301 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
5302 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
5303 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
5304 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
5305 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
5307 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
5308 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
5309 compilations.
5311 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
5312 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
5313 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
5314 you should not provide separate patterns for increment and decrement
5315 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
5316 that supports register-register add insns by examining the operands and
5317 generating the appropriate machine instruction.
5319 @end ifset
5320 @ifset INTERNALS
5321 @node Jump Patterns
5322 @section Defining Jump Instruction Patterns
5323 @cindex jump instruction patterns
5324 @cindex defining jump instruction patterns
5326 For most machines, GCC assumes that the machine has a condition code.
5327 A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
5328 signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
5329 insn tests the condition code and branches or not according its value.
5330 The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
5331 common machines, such as the VAX, the 68000 and the 32000, work this
5332 way.
5334 Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
5335 only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
5336 these machines is to treat them just like the others until the final stage
5337 where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
5338 compare instruction, peek ahead at the following branch using
5339 @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
5340 being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
5341 the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
5342 otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
5343 can treat signed and unsigned branches identically.
5345 The reason you can do this is that GCC always generates a pair of
5346 consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
5347 set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
5348 until the end.
5350 To go with this technique, you must define the machine-description macro
5351 @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
5352 compare instruction is superfluous.
5354 Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
5355 A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
5356 compare instruction, record its operands in two static variables.  When
5357 outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
5358 output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
5360 It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
5361 In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
5362 will be combined according to these patterns.  But this does not happen
5363 if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
5364 above in addition to any special patterns you define.
5366 In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
5367 code and there may not even be a separate condition code register.  On
5368 these machines, the restriction that the definition and use of the
5369 condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
5370 important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
5371 delay for taken branches unless the condition code register is set three
5372 instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
5373 scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
5374 separate the definition and use of the condition code register.
5376 On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
5377 to represent the condition code.  If there is a specific condition code
5378 register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
5379 comparison result can be placed in any general register, or if there are
5380 multiple condition registers, use a pseudo register.
5382 @findex prev_cc0_setter
5383 @findex next_cc0_user
5384 On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
5385 the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
5386 SPARC, setting the condition code directly from an add or subtract
5387 instruction does not clear the overflow bit the way that a test
5388 instruction does, so a different branch instruction must be used for
5389 some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
5390 and use of the condition code must be adjacent (separated only by
5391 @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
5392 (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
5393 located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
5394 and @code{next_cc0_user}.
5396 However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
5397 those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
5398 compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
5399 we use the machine mode of the condition code register to record
5400 different formats of the condition code register.
5402 Registers used to store the condition code value should have a mode that
5403 is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
5404 additional modes are required (as for the add example mentioned above in
5405 the SPARC), define them in @file{@var{machine}-modes.def}
5406 (@pxref{Condition Code}).  Also define @code{SELECT_CC_MODE} to choose
5407 a mode given an operand of a compare.
5409 If it is known during RTL generation that a different mode will be
5410 required (for example, if the machine has separate compare instructions
5411 for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
5412 be specified at that time.
5414 If the cases that require different modes would be made by instruction
5415 combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
5416 mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
5417 written using that mode.  To support the case of the add on the SPARC
5418 discussed above, we have the pattern
5420 @smallexample
5421 (define_insn ""
5422   [(set (reg:CC_NOOV 0)
5423         (compare:CC_NOOV
5424           (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
5425                    (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
5426           (const_int 0)))]
5427   ""
5428   "@dots{}")
5429 @end smallexample
5431 The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the SPARC returns @code{CC_NOOVmode}
5432 for comparisons whose argument is a @code{plus}.
5434 @end ifset
5435 @ifset INTERNALS
5436 @node Looping Patterns
5437 @section Defining Looping Instruction Patterns
5438 @cindex looping instruction patterns
5439 @cindex defining looping instruction patterns
5441 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
5442 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
5443 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
5444 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
5445 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
5446 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
5447 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
5448 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
5449 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
5450 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
5451 the jump.
5453 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
5454 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
5455 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
5456 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
5457 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
5458 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
5459 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
5460 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
5461 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
5462 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
5463 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
5464 following for its @code{dbra} instruction:
5466 @smallexample
5467 @group
5468 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
5469   [(set (pc)
5470         (if_then_else
5471           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
5472                        (const_int -1))
5473               (const_int 0))
5474           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
5475           (pc)))
5476    (set (match_dup 0)
5477         (plus:SI (match_dup 0)
5478                  (const_int -1)))]
5479   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
5480   "@dots{}")
5481 @end group
5482 @end smallexample
5484 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
5485 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
5486 since this insn is generated by the instruction combination phase
5487 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
5488 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
5489 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
5490 pattern will not be matched by the combiner.
5492 @smallexample
5493 @group
5494 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
5495   [(set (pc)
5496         (if_then_else
5497           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
5498               (const_int 1))
5499           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
5500           (pc)))
5501    (set (match_dup 0)
5502         (plus:SI (match_dup 0)
5503                  (const_int -1)))]
5504   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
5505   "@dots{}")
5506 @end group
5507 @end smallexample
5509 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
5510 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
5511 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
5512 information collected during strength reduction.
5514 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
5515 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
5516 is an optional companion pattern that can be used for initialization
5517 needed for some low-overhead looping instructions.
5519 Note that some machines require the actual looping instruction to be
5520 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
5521 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
5522 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
5523 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
5524 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
5525 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
5526 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
5527 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
5528 desired special iteration counter register was not allocated, this
5529 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
5530 instruction pair.
5532 The essential difference between the
5533 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
5534 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
5535 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
5536 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
5537 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
5538 may become redundant and removed by the flow pass.
5541 @end ifset
5542 @ifset INTERNALS
5543 @node Insn Canonicalizations
5544 @section Canonicalization of Instructions
5545 @cindex canonicalization of instructions
5546 @cindex insn canonicalization
5548 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
5549 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
5550 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
5551 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
5552 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
5553 number of insn patterns required.
5555 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
5556 are performed:
5558 @itemize @bullet
5559 @item
5560 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
5561 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
5562 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
5563 be supplied.
5565 @item
5566 For associative operators, a sequence of operators will always chain
5567 to the left; for instance, only the left operand of an integer @code{plus}
5568 can itself be a @code{plus}.  @code{and}, @code{ior}, @code{xor},
5569 @code{plus}, @code{mult}, @code{smin}, @code{smax}, @code{umin}, and
5570 @code{umax} are associative when applied to integers, and sometimes to
5571 floating-point.
5573 @item
5574 @cindex @code{neg}, canonicalization of
5575 @cindex @code{not}, canonicalization of
5576 @cindex @code{mult}, canonicalization of
5577 @cindex @code{plus}, canonicalization of
5578 @cindex @code{minus}, canonicalization of
5579 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
5580 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
5581 first operand.
5583 @item
5584 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
5585 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
5586 the operations as far as possible.  For instance,
5587 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
5588 @code{(plus (mult (neg A) B) C)} is canonicalized as
5589 @code{(minus A (mult B C))}.
5591 @cindex @code{compare}, canonicalization of
5592 @item
5593 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
5594 on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
5595 machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
5596 a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
5597 cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
5598 matching a constant as the first operand unless the machine actually has
5599 such an instruction.
5601 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
5602 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
5603 above.
5605 @item
5606 @code{(ltu (plus @var{a} @var{b}) @var{b})} is converted to
5607 @code{(ltu (plus @var{a} @var{b}) @var{a})}. Likewise with @code{geu} instead
5608 of @code{ltu}.
5610 @item
5611 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
5612 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
5614 @item
5615 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
5616 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
5618 @cindex @code{ior}, canonicalization of
5619 @cindex @code{and}, canonicalization of
5620 @cindex De Morgan's law
5621 @item
5622 De Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
5623 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
5624 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
5626 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
5627 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
5628 for that instruction as
5630 @smallexample
5631 (define_insn ""
5632   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
5633         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
5634                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
5635   "@dots{}"
5636   "@dots{}")
5637 @end smallexample
5639 @noindent
5640 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
5642 @smallexample
5643 (define_insn ""
5644   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
5645         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
5646                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
5647   "@dots{}"
5648   "@dots{}")
5649 @end smallexample
5651 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
5652 logically equivalent RTL expressions.
5654 @cindex @code{xor}, canonicalization of
5655 @item
5656 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
5657 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
5658 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
5660 @item
5661 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
5662 the form
5664 @smallexample
5665 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
5666 @end smallexample
5668 @item
5669 On machines that do not use @code{cc0},
5670 @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
5671 @var{x}.
5673 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
5674 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
5675 @item
5676 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
5677 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
5678 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
5680 @end itemize
5682 Further canonicalization rules are defined in the function
5683 @code{commutative_operand_precedence} in @file{gcc/rtlanal.c}.
5685 @end ifset
5686 @ifset INTERNALS
5687 @node Expander Definitions
5688 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
5689 @cindex expander definitions
5690 @cindex code generation RTL sequences
5691 @cindex defining RTL sequences for code generation
5693 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
5694 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
5695 represent them.  For these target machines, you can write a
5696 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
5698 @findex define_expand
5699 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
5700 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
5701 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
5703 A @code{define_expand} RTX has four operands:
5705 @itemize @bullet
5706 @item
5707 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
5708 use for it is to refer to it by name.
5710 @item
5711 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
5712 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
5713 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
5715 @item
5716 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
5717 used to express how the availability of this pattern depends on
5718 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
5719 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
5720 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
5721 depend on the data in the insn being matched, but only the
5722 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
5723 during initialization in order to learn exactly which named instructions
5724 are available in a particular run.
5726 @item
5727 The preparation statements, a string containing zero or more C
5728 statements which are to be executed before RTL code is generated from
5729 the RTL template.
5731 Usually these statements prepare temporary registers for use as
5732 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
5733 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
5734 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
5735 @end itemize
5737 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
5738 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
5739 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
5742 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
5743 also describes the operands that need to be specified when this pattern
5744 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
5746 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
5747 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
5748 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
5749 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
5750 information to preload the operand into a register if that is required for
5751 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
5752 references should use @code{match_dup}.
5754 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
5755 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
5756 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
5757 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
5758 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
5759 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
5760 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
5761 compute the values and store them into the appropriate elements of
5762 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
5764 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
5765 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
5766 as a statement.
5768 @table @code
5770 @findex DONE
5771 @item DONE
5772 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
5773 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
5774 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
5775 preparation statements; the RTL template will not be generated.
5777 @findex FAIL
5778 @item FAIL
5779 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
5780 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
5781 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
5783 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
5784 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
5785 operations.
5786 @end table
5788 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
5789 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
5790 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
5791 insn.
5793 The RTL template is not used for matching, only for generating the
5794 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
5795 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
5796 list of operands, such as this example:
5798 @smallexample
5799 @group
5800 (define_expand "addsi3"
5801   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5802    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
5803    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
5804 @end group
5805 @group
5806   ""
5807   "
5809   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
5810   DONE;
5811 @}")
5812 @end group
5813 @end smallexample
5815 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
5817 @smallexample
5818 @group
5819 (define_expand "ashlsi3"
5820   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5821         (ashift:SI
5822 @end group
5823 @group
5824           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
5825           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
5826   ""
5827   "
5828 @end group
5829 @end smallexample
5831 @smallexample
5832 @group
5834   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
5835       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
5836     FAIL;
5837 @}")
5838 @end group
5839 @end smallexample
5841 @noindent
5842 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
5843 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
5844 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
5845 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
5846 library call).
5848 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
5849 patterns with names, then it would be possible to use a
5850 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
5851 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
5853 @smallexample
5854 (define_expand "zero_extendhisi2"
5855   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
5856         (const_int 0))
5857    (set (strict_low_part
5858           (subreg:HI
5859             (match_dup 0)
5860             0))
5861         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
5862   ""
5863   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
5864 @end smallexample
5866 @noindent
5867 @findex make_safe_from
5868 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
5869 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
5870 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
5871 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
5872 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
5873 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
5874 by emitting another RTL insn.
5876 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
5877 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
5878 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
5879 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
5880 on this machine.  So it must be copied into a register with
5881 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
5883 @smallexample
5884 (define_expand "zero_extendhisi2"
5885   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5886         (and:SI (subreg:SI
5887                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
5888                   0)
5889                 (match_dup 2)))]
5890   ""
5891   "operands[2]
5892      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
5893 @end smallexample
5895 @emph{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
5896 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
5897 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
5898 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
5899 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
5900 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
5901 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
5902 in the compiler.
5904 @end ifset
5905 @ifset INTERNALS
5906 @node Insn Splitting
5907 @section Defining How to Split Instructions
5908 @cindex insn splitting
5909 @cindex instruction splitting
5910 @cindex splitting instructions
5912 There are two cases where you should specify how to split a pattern
5913 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
5914 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
5915 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
5916 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
5917 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
5918 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
5919 cannot be placed into a delay slot.
5921 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
5922 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
5923 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
5924 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
5925 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
5926 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
5927 scheduling.
5929 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
5930 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
5931 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
5932 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
5933 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
5934 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
5935 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
5936 split the addition into two insns is machine-dependent.
5938 @findex define_split
5939 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
5940 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
5942 @smallexample
5943 (define_split
5944   [@var{insn-pattern}]
5945   "@var{condition}"
5946   [@var{new-insn-pattern-1}
5947    @var{new-insn-pattern-2}
5948    @dots{}]
5949   "@var{preparation-statements}")
5950 @end smallexample
5952 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
5953 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
5954 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
5955 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
5956 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
5957 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
5959 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
5960 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
5961 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
5962 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
5963 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
5964 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
5965 must not allocate any space in the stack frame.
5967 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
5968 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
5969 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
5970 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
5971 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
5972 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
5973 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
5974 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
5975 of those definitions.
5977 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
5978 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
5979 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
5981 @smallexample
5982 (define_split
5983   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
5984         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
5985   ""
5986   [(set (match_dup 0)
5987         (ashift:SI (match_dup 1)
5988                    (const_int 16)))
5989    (set (match_dup 0)
5990         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
5991                      (const_int 16)))]
5992   "
5993 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
5994 @end smallexample
5996 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
5997 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
5998 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
5999 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
6000 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
6001 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
6002 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
6003 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
6004 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
6005 @code{define_split} that will never produce insns that match).
6007 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
6008 @file{rs6000.md}:
6010 @smallexample
6011 (define_split
6012   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
6013         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
6014                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
6015   ""
6016   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
6017    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
6020   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
6021   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
6023   if (low & 0x8000)
6024     high++, low |= 0xffff0000;
6026   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
6027   operands[4] = GEN_INT (low);
6028 @}")
6029 @end smallexample
6031 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
6032 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
6033 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
6034 can be substituted into the address of a subsequent operation.
6036 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
6037 an equality comparison of a register and a large constant:
6039 @smallexample
6040 (define_split
6041   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
6042         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
6043                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
6044    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
6045   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
6046    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
6047        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
6048   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
6049    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
6050   "
6052   /* @r{Get the constant we are comparing against, C, and see what it
6053      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
6054      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.}  */
6056   int c = INTVAL (operands[2]);
6057   int sextc = (c << 16) >> 16;
6058   int xorv = c ^ sextc;
6060   operands[4] = GEN_INT (xorv);
6061   operands[5] = GEN_INT (sextc);
6062 @}")
6063 @end smallexample
6065 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
6066 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
6067 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
6068 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
6069 are not valid.
6071 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
6072 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
6073 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
6074 several restriction apply.
6076 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
6077 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
6078 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
6079 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
6080 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
6081 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump.  A global variable
6082 @code{split_branch_probability} holds the probability of the original branch in case
6083 it was an simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
6084 recomputing of edge frequencies, the new sequence is required to have only
6085 forward jumps to the newly created labels.
6087 @findex define_insn_and_split
6088 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
6089 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
6090 this:
6092 @smallexample
6093 (define_insn_and_split
6094   [@var{insn-pattern}]
6095   "@var{condition}"
6096   "@var{output-template}"
6097   "@var{split-condition}"
6098   [@var{new-insn-pattern-1}
6099    @var{new-insn-pattern-2}
6100    @dots{}]
6101   "@var{preparation-statements}"
6102   [@var{insn-attributes}])
6104 @end smallexample
6106 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
6107 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
6108 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
6109 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
6110 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
6111 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
6112 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
6113 from i386.md:
6115 @smallexample
6116 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
6117   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
6118      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
6119    (clobber (reg:CC 17))]
6120   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
6121   "#"
6122   "&& reload_completed"
6123   [(parallel [(set (match_dup 0)
6124                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
6125               (clobber (reg:CC 17))])]
6126   ""
6127   [(set_attr "type" "alu1")])
6129 @end smallexample
6131 In this case, the actual split condition will be
6132 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
6134 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
6135 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
6136 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
6137 having to ensure the two patterns' templates match.
6139 @end ifset
6140 @ifset INTERNALS
6141 @node Including Patterns
6142 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
6143 @cindex insn includes
6145 @findex include
6146 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
6147 look for patterns that are in files other than in the file
6148 @file{.md}.  This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
6150 It looks like:
6152 @smallexample
6154 (include
6155   @var{pathname})
6156 @end smallexample
6158 For example:
6160 @smallexample
6162 (include "filestuff")
6164 @end smallexample
6166 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
6167 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}.  The
6168 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
6171 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
6172 and placed into subdirectories.
6174 By specifying:
6176 @smallexample
6178 (include "BOGUS/filestuff")
6180 @end smallexample
6182 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
6184 Specifying an absolute path for the include file such as;
6185 @smallexample
6187 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
6189 @end smallexample
6190 is permitted but is not encouraged.
6192 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
6193 @cindex directory options .md
6194 @cindex options, directory search
6195 @cindex search options
6197 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
6198 For example:
6200 @smallexample
6202 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
6204 @end smallexample
6207 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
6208 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
6209 file, substituting your own version, since these directories are
6210 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
6211 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
6212 order; the standard default directory come after.
6215 @end ifset
6216 @ifset INTERNALS
6217 @node Peephole Definitions
6218 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
6219 @cindex peephole optimizer definitions
6220 @cindex defining peephole optimizers
6222 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
6223 definitions of machine-specific peephole optimizations.
6225 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
6226 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
6227 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
6228 though the second one does not appear to use a register computed in the
6229 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
6230 opportunities.
6232 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
6233 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
6234 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
6235 is deprecated.
6237 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
6238 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
6239 but before scheduling, which may result in much better code for
6240 targets that do scheduling.
6242 @menu
6243 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
6244 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
6245 @end menu
6247 @end ifset
6248 @ifset INTERNALS
6249 @node define_peephole
6250 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
6251 @findex define_peephole
6253 @need 1000
6254 A definition looks like this:
6256 @smallexample
6257 (define_peephole
6258   [@var{insn-pattern-1}
6259    @var{insn-pattern-2}
6260    @dots{}]
6261   "@var{condition}"
6262   "@var{template}"
6263   "@var{optional-insn-attributes}")
6264 @end smallexample
6266 @noindent
6267 The last string operand may be omitted if you are not using any
6268 machine-specific information in this machine description.  If present,
6269 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
6271 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
6272 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
6273 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
6274 the next, and so on.
6276 Each of the insns matched by a peephole must also match a
6277 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
6278 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
6279 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
6280 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
6281 stages.
6283 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
6284 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
6285 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
6286 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
6287 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
6288 other.
6290 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
6291 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
6292 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
6293 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
6294 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
6296 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
6297 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
6298 previously tested.
6300 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
6301 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
6302 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
6303 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
6304 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
6305 patterns.
6307 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
6308 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
6309 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
6310 the operands.
6312 @findex prev_active_insn
6313 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
6314 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
6315 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
6316 to refer to the last of the insns being matched; use
6317 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
6319 @findex dead_or_set_p
6320 When optimizing computations with intermediate results, you can use
6321 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
6322 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
6323 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
6324 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
6325 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
6326 value (from @code{operands[@var{i}]}).
6328 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
6329 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
6330 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
6331 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
6332 used in matching the original sequence of insns.
6334 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
6335 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
6336 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
6337 as the insn pattern to control how the insn is output.
6339 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
6340 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
6342 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
6344 @smallexample
6345 (define_peephole
6346   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
6347    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
6348         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
6349   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
6351   rtx xoperands[2];
6352   xoperands[1] = gen_rtx_REG (SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
6353 #ifdef MOTOROLA
6354   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
6355   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
6356   return "fmove.d (sp)+,%0";
6357 #else
6358   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
6359   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
6360   return "fmoved sp@@+,%0";
6361 #endif
6363 @end smallexample
6365 @need 1000
6366 The effect of this optimization is to change
6368 @smallexample
6369 @group
6370 jbsr _foobar
6371 addql #4,sp
6372 movel d1,sp@@-
6373 movel d0,sp@@-
6374 fmoved sp@@+,fp0
6375 @end group
6376 @end smallexample
6378 @noindent
6379 into
6381 @smallexample
6382 @group
6383 jbsr _foobar
6384 movel d1,sp@@
6385 movel d0,sp@@-
6386 fmoved sp@@+,fp0
6387 @end group
6388 @end smallexample
6390 @ignore
6391 @findex CC_REVERSED
6392 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
6393 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
6394 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
6395 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
6396 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
6397 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
6398 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
6399 and in this C code check the condition code status flags and change the
6400 assembler code as appropriate.
6401 @end ignore
6403 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
6404 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
6405 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
6406 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
6407 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
6408 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
6409 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
6410 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
6411 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
6413 @smallexample
6414 (define_insn "divmodsi4"
6415   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
6416         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
6417                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
6418    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
6419         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
6420   "TARGET_68020"
6421   "divsl%.l %2,%3:%0")
6422 @end smallexample
6424 @noindent
6425 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
6427 @smallexample
6428 (define_peephole
6429   [@dots{}
6430    (parallel
6431     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
6432           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
6433                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
6434      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
6435           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
6436    @dots{}]
6437   @dots{})
6438 @end smallexample
6440 @end ifset
6441 @ifset INTERNALS
6442 @node define_peephole2
6443 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
6444 @findex define_peephole2
6446 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
6447 substitute one sequence of instructions for another sequence,
6448 what additional scratch registers may be needed and what their
6449 lifetimes must be.
6451 @smallexample
6452 (define_peephole2
6453   [@var{insn-pattern-1}
6454    @var{insn-pattern-2}
6455    @dots{}]
6456   "@var{condition}"
6457   [@var{new-insn-pattern-1}
6458    @var{new-insn-pattern-2}
6459    @dots{}]
6460   "@var{preparation-statements}")
6461 @end smallexample
6463 The definition is almost identical to @code{define_split}
6464 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
6465 single instruction, but a sequence of instructions.
6467 It is possible to request additional scratch registers for use in the
6468 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
6469 will simply not match.
6471 @findex match_scratch
6472 @findex match_dup
6473 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
6474 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
6475 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
6476 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
6477 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
6478 at which the register must be available.
6480 Here is an example from the IA-32 machine description:
6482 @smallexample
6483 (define_peephole2
6484   [(match_scratch:SI 2 "r")
6485    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
6486                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
6487                      [(match_dup 0)
6488                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
6489               (clobber (reg:CC 17))])]
6490   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
6491   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
6492    (parallel [(set (match_dup 0)
6493                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
6494               (clobber (reg:CC 17))])]
6495   "")
6496 @end smallexample
6498 @noindent
6499 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
6500 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
6501 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
6502 to be live only at the point just before the arithmetic.
6504 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
6505 so here's a silly made-up example:
6507 @smallexample
6508 (define_peephole2
6509   [(match_scratch:SI 4 "r")
6510    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
6511    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
6512    (match_dup 4)
6513    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
6514   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
6515   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
6516    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
6517    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
6518    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
6519   "")
6520 @end smallexample
6522 @noindent
6523 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
6524 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
6525 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
6527 @end ifset
6528 @ifset INTERNALS
6529 @node Insn Attributes
6530 @section Instruction Attributes
6531 @cindex insn attributes
6532 @cindex instruction attributes
6534 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
6535 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
6536 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
6537 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
6538 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
6539 to track the condition codes.
6541 @menu
6542 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
6543 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
6544 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
6545 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
6546 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
6547 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
6548 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
6549 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
6550 @end menu
6552 @end ifset
6553 @ifset INTERNALS
6554 @node Defining Attributes
6555 @subsection Defining Attributes and their Values
6556 @cindex defining attributes and their values
6557 @cindex attributes, defining
6559 @findex define_attr
6560 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
6561 by the target machine.  It looks like:
6563 @smallexample
6564 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
6565 @end smallexample
6567 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
6569 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
6570 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
6571 indicate that the attribute takes numeric values.
6573 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
6574 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
6575 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
6576 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
6577 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
6579 @findex insn-attr.h
6580 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
6581 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
6582 specified for an attribute, the following are defined:
6584 @itemize @bullet
6585 @item
6586 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
6588 @item
6589 An enumerated class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
6590 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
6591 the attribute name and value are first converted to uppercase.
6593 @item
6594 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
6595 returns the attribute value for that insn.
6596 @end itemize
6598 For example, if the following is present in the @file{md} file:
6600 @smallexample
6601 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
6602 @end smallexample
6604 @noindent
6605 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
6607 @smallexample
6608 #define HAVE_ATTR_type
6609 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
6610                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
6611 extern enum attr_type get_attr_type ();
6612 @end smallexample
6614 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
6615 defined and the function to obtain the attribute's value will return
6616 @code{int}.
6618 There are attributes which are tied to a specific meaning.  These
6619 attributes are not free to use for other purposes:
6621 @table @code
6622 @item length
6623 The @code{length} attribute is used to calculate the length of emitted
6624 code chunks.  This is especially important when verifying branch
6625 distances. @xref{Insn Lengths}.
6627 @item enabled
6628 The @code{enabled} attribute can be defined to prevent certain
6629 alternatives of an insn definition from being used during code
6630 generation. @xref{Disable Insn Alternatives}.
6632 @end table
6634 @end ifset
6635 @ifset INTERNALS
6636 @node Expressions
6637 @subsection Attribute Expressions
6638 @cindex attribute expressions
6640 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
6641 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
6642 Attribute value expressions must have one of the following forms:
6644 @table @code
6645 @cindex @code{const_int} and attributes
6646 @item (const_int @var{i})
6647 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
6648 must be non-negative.
6650 The value of a numeric attribute can be specified either with a
6651 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
6652 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
6653 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
6654 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
6656 @cindex @code{const_string} and attributes
6657 @item (const_string @var{value})
6658 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
6659 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
6660 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
6661 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
6662 of a @code{define_attr}.
6664 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
6665 must be a string containing a non-negative integer (normally
6666 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
6667 contain one of the valid values for the attribute.
6669 @cindex @code{if_then_else} and attributes
6670 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
6671 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
6672 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
6673 otherwise it is @var{false-value}.
6675 @cindex @code{cond} and attributes
6676 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
6677 The first operand of this expression is a vector containing an even
6678 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
6679 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
6680 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
6681 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
6682 expression is that of the @var{default} expression.
6683 @end table
6685 @var{test} expressions can have one of the following forms:
6687 @table @code
6688 @cindex @code{const_int} and attribute tests
6689 @item (const_int @var{i})
6690 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
6692 @cindex @code{not} and attributes
6693 @cindex @code{ior} and attributes
6694 @cindex @code{and} and attributes
6695 @item (not @var{test})
6696 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
6697 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
6698 These tests are true if the indicated logical function is true.
6700 @cindex @code{match_operand} and attributes
6701 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
6702 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
6703 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
6704 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
6705 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
6706 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
6707 string).
6709 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
6711 @cindex @code{le} and attributes
6712 @cindex @code{leu} and attributes
6713 @cindex @code{lt} and attributes
6714 @cindex @code{gt} and attributes
6715 @cindex @code{gtu} and attributes
6716 @cindex @code{ge} and attributes
6717 @cindex @code{geu} and attributes
6718 @cindex @code{ne} and attributes
6719 @cindex @code{eq} and attributes
6720 @cindex @code{plus} and attributes
6721 @cindex @code{minus} and attributes
6722 @cindex @code{mult} and attributes
6723 @cindex @code{div} and attributes
6724 @cindex @code{mod} and attributes
6725 @cindex @code{abs} and attributes
6726 @cindex @code{neg} and attributes
6727 @cindex @code{ashift} and attributes
6728 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
6729 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
6730 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
6731 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
6732 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
6733 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
6734 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
6735 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
6736 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
6737 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
6738 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
6739 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
6740 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
6741 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
6742 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
6743 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
6744 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
6746 @findex get_attr
6747 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
6748 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
6749 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
6750 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
6751 variable.
6753 @findex eq_attr
6754 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
6755 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
6757 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
6758 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
6759 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
6760 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
6761 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
6762 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
6763 @emph{not} in the specified list.
6765 For example,
6767 @smallexample
6768 (eq_attr "type" "load,store")
6769 @end smallexample
6771 @noindent
6772 is equivalent to
6774 @smallexample
6775 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
6776 @end smallexample
6778 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
6779 value of the compiler variable @code{which_alternative}
6780 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
6781 example,
6783 @smallexample
6784 (eq_attr "alternative" "2,3")
6785 @end smallexample
6787 @noindent
6788 is equivalent to
6790 @smallexample
6791 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
6792      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
6793 @end smallexample
6795 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
6796 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
6797 a particular pattern.  This is by far the most common case.
6799 @findex attr_flag
6800 @item (attr_flag @var{name})
6801 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
6802 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
6803 scheduled.
6805 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
6806 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
6807 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
6808 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
6809 if a conditional branch is expected to be taken.
6811 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
6812 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
6814 This example describes a conditional branch delay slot which
6815 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
6816 for backward branches which are not taken (annul-false).
6818 @smallexample
6819 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
6820   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
6821    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
6822         (attr_flag "forward"))
6823    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
6824         (attr_flag "backward"))])
6825 @end smallexample
6827 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
6828 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
6830 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
6831 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
6832 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
6833 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
6835 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
6836 meaning to other passes of the compiler.
6838 @findex attr
6839 @item (attr @var{name})
6840 The value of another attribute is returned.  This is most useful
6841 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
6842 produce more efficient code for non-numeric attributes.
6843 @end table
6845 @end ifset
6846 @ifset INTERNALS
6847 @node Tagging Insns
6848 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
6849 @cindex tagging insns
6850 @cindex assigning attribute values to insns
6852 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
6853 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
6854 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
6855 have an optional last argument to specify the values of attributes for
6856 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
6857 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
6858 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
6859 permits the specification of the values for only one or two attributes
6860 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
6861 next section.
6863 The optional last argument of @code{define_insn} and
6864 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
6865 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
6866 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
6867 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
6868 second operand of the @code{set} is an attribute expression
6869 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
6871 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
6872 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
6873 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
6874 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
6875 each alternative.
6877 @findex set_attr
6878 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
6879 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
6880 specifying a string giving either a single attribute value or a list
6881 of attribute values, one for each alternative.
6883 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
6884 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
6886 @table @code
6887 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
6888 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
6889 or a string containing a comma-separated list giving the values for
6890 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
6891 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
6893 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
6894 which case the attribute will assume its default value for insns matching
6895 that alternative.
6897 @findex set_attr_alternative
6898 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
6899 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
6900 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
6901 tests on the @samp{alternative} attribute.
6903 @findex attr
6904 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
6905 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
6906 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
6907 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
6908 @end table
6910 The following shows three different ways of representing the same
6911 attribute value specification:
6913 @smallexample
6914 (set_attr "type" "load,store,arith")
6916 (set_attr_alternative "type"
6917                       [(const_string "load") (const_string "store")
6918                        (const_string "arith")])
6920 (set (attr "type")
6921      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
6922             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
6923            (const_string "arith")))
6924 @end smallexample
6926 @need 1000
6927 @findex define_asm_attributes
6928 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
6929 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
6930 statement.  It has the form:
6932 @smallexample
6933 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
6934 @end smallexample
6936 @noindent
6937 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
6938 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
6940 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
6941 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
6943 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
6944 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
6945 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
6946 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
6947 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
6948 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
6949 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
6950 of a single machine instruction.
6952 @end ifset
6953 @ifset INTERNALS
6954 @node Attr Example
6955 @subsection Example of Attribute Specifications
6956 @cindex attribute specifications example
6957 @cindex attribute specifications
6959 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
6960 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
6961 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
6962 value.  This attribute is normally used only to define the default value
6963 for other attributes.  An example will clarify this usage.
6965 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
6966 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
6967 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
6968 operations, floating point operations, and branches.
6970 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
6971 the condition code and will limit ourselves to the following possible
6972 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
6973 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
6974 changed if the item previously set into the condition code has been
6975 modified.
6977 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
6979 @smallexample
6980 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
6982 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
6983              (cond [(eq_attr "type" "load")
6984                         (const_string "change0")
6985                     (eq_attr "type" "store,branch")
6986                         (const_string "unchanged")
6987                     (eq_attr "type" "arith")
6988                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
6989                                       (const_string "set")
6990                                       (const_string "clobber"))]
6991                    (const_string "clobber")))
6993 (define_insn ""
6994   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
6995         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
6996   ""
6997   "@@
6998    move %0,%1
6999    load %0,%1
7000    store %0,%1"
7001   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
7002 @end smallexample
7004 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
7005 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
7006 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
7007 full-word result.
7009 @end ifset
7010 @ifset INTERNALS
7011 @node Insn Lengths
7012 @subsection Computing the Length of an Insn
7013 @cindex insn lengths, computing
7014 @cindex computing the length of an insn
7016 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
7017 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
7018 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
7019 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @code{length}
7020 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
7021 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
7023 In the case of the @code{length} attribute, two additional forms of
7024 arithmetic terms are allowed in test expressions:
7026 @table @code
7027 @cindex @code{match_dup} and attributes
7028 @item (match_dup @var{n})
7029 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
7030 must be a @code{label_ref}.
7032 @cindex @code{pc} and attributes
7033 @item (pc)
7034 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
7035 been more consistent with other usage to make this the address of the
7036 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
7037 current insn is to be computed.
7038 @end table
7040 @cindex @code{addr_vec}, length of
7041 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
7042 For normal insns, the length will be determined by value of the
7043 @code{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
7044 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
7045 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
7047 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
7049 The following macros can be used to refine the length computation:
7051 @table @code
7052 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
7053 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
7054 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
7055 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
7056 that contains the initially computed length of the insn and should be
7057 updated with the correct length of the insn.
7059 This macro will normally not be required.  A case in which it is
7060 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
7061 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
7062 may be required.
7063 @end table
7065 @findex get_attr_length
7066 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
7067 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
7068 determine the form of the branch instruction to be written, as the
7069 example below illustrates.
7071 As an example of the specification of variable-length branches, consider
7072 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
7073 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
7074 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
7075 sequence to load the address from memory and then branch to it.
7077 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
7078 as follows:
7080 @smallexample
7081 (define_insn "jump"
7082   [(set (pc)
7083         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
7084   ""
7086    return (get_attr_length (insn) == 4
7087            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
7089   [(set (attr "length")
7090         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
7091                       (const_int 4)
7092                       (const_int 6)))])
7093 @end smallexample
7095 @end ifset
7096 @ifset INTERNALS
7097 @node Constant Attributes
7098 @subsection Constant Attributes
7099 @cindex constant attributes
7101 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
7102 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
7103 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
7104 used to specify which variety of processor is used.  For example,
7106 @smallexample
7107 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
7108  (const
7109   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
7110          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
7111         (const_string "m88000"))))
7113 (define_attr "memory" "fast,slow"
7114  (const
7115   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
7116                 (const_string "fast")
7117                 (const_string "slow"))))
7118 @end smallexample
7120 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
7121 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
7122 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
7123 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
7124 forms involving insn attributes.
7126 @end ifset
7127 @ifset INTERNALS
7128 @node Delay Slots
7129 @subsection Delay Slot Scheduling
7130 @cindex delay slots, defining
7132 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
7133 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
7134 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
7135 after the instruction are executed as if they were located before it.
7136 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
7137 the following instruction before the branch or call is performed.
7139 On some machines, conditional branch instructions can optionally
7140 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
7141 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
7142 instructions that annul if the branch is true and instructions that
7143 annul if the branch is false are supported.
7145 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
7146 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
7147 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
7148 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
7149 instruction scheduling.
7151 @findex define_delay
7152 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
7153 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
7155 @smallexample
7156 (define_delay @var{test}
7157               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
7158                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
7159                @dots{}])
7160 @end smallexample
7162 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
7163 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
7164 required delay slots is determined by the length of the vector specified
7165 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
7166 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
7167 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
7168 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
7169 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
7170 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
7172 For example, in the common case where branch and call insns require
7173 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
7174 call, the following would be placed in the @file{md} file:
7176 @smallexample
7177 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
7178               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
7179 @end smallexample
7181 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
7182 case, each such expression specifies different delay slot requirements
7183 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
7184 expressions are both true.
7186 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
7187 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
7188 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
7189 branch is true, we might represent this as follows:
7191 @smallexample
7192 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
7193    [(eq_attr "type" "!branch,call")
7194     (eq_attr "type" "!branch,call")
7195     (nil)])
7197 (define_delay (eq_attr "type" "call")
7198               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
7199                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
7200 @end smallexample
7201 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
7203 @end ifset
7204 @ifset INTERNALS
7205 @node Processor pipeline description
7206 @subsection Specifying processor pipeline description
7207 @cindex processor pipeline description
7208 @cindex processor functional units
7209 @cindex instruction latency time
7210 @cindex interlock delays
7211 @cindex data dependence delays
7212 @cindex reservation delays
7213 @cindex pipeline hazard recognizer
7214 @cindex automaton based pipeline description
7215 @cindex regular expressions
7216 @cindex deterministic finite state automaton
7217 @cindex automaton based scheduler
7218 @cindex RISC
7219 @cindex VLIW
7221 To achieve better performance, most modern processors
7222 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
7223 processors) have many @dfn{functional units} on which several
7224 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
7225 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
7226 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
7227 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
7228 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g.@: for some
7229 MIPS processors).
7231 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
7232 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
7233 latency time}.  The instruction execution is not started until all
7234 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
7235 complex cases when the instruction execution starts even when the data
7236 are not available but will be ready in given time after the
7237 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
7238 account is simple.  The data dependence (true, output, and
7239 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
7240 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
7241 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
7242 means that two instructions under execution will be in need of shared
7243 processors resources, i.e.@: buses, internal registers, and/or
7244 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
7245 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
7246 processors.
7248 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
7249 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
7250 instruction scheduler has to have an adequate description of the
7251 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  GCC
7252 machine descriptions describe processor parallelism and functional
7253 unit reservations for groups of instructions with the aid of
7254 @dfn{regular expressions}.
7256 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
7257 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
7258 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
7259 automatically generated from the processor pipeline description.  The
7260 pipeline hazard recognizer generated from the machine description
7261 is based on a deterministic finite state automaton (@acronym{DFA}):
7262 the instruction issue is possible if there is a transition from one
7263 automaton state to another one.  This algorithm is very fast, and
7264 furthermore, its speed is not dependent on processor
7265 complexity@footnote{However, the size of the automaton depends on
7266   processor complexity.  To limit this effect, machine descriptions
7267   can split orthogonal parts of the machine description among several
7268   automata: but then, since each of these must be stepped independently,
7269   this does cause a small decrease in the algorithm's performance.}.
7271 @cindex automaton based pipeline description
7272 The rest of this section describes the directives that constitute
7273 an automaton-based processor pipeline description.  The order of
7274 these constructions within the machine description file is not
7275 important.
7277 @findex define_automaton
7278 @cindex pipeline hazard recognizer
7279 The following optional construction describes names of automata
7280 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
7281 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
7282 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
7283 units to the automata, the total size of the automata is usually
7284 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
7285 construction, only one finite state automaton is generated.
7287 @smallexample
7288 (define_automaton @var{automata-names})
7289 @end smallexample
7291 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
7292 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
7293 The automaton name is used in the constructions @code{define_cpu_unit} and
7294 @code{define_query_cpu_unit}.
7296 @findex define_cpu_unit
7297 @cindex processor functional units
7298 Each processor functional unit used in the description of instruction
7299 reservations should be described by the following construction.
7301 @smallexample
7302 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
7303 @end smallexample
7305 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
7306 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
7307 for other goals.
7309 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
7310 which the unit is bound.  The automaton should be described in
7311 construction @code{define_automaton}.  You should give
7312 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
7314 The assignment of units to automata are constrained by the uses of the
7315 units in insn reservations.  The most important constraint is: if a
7316 unit reservation is present on a particular cycle of an alternative
7317 for an insn reservation, then some unit from the same automaton must
7318 be present on the same cycle for the other alternatives of the insn
7319 reservation.  The rest of the constraints are mentioned in the
7320 description of the subsequent constructions.
7322 @findex define_query_cpu_unit
7323 @cindex querying function unit reservations
7324 The following construction describes CPU functional units analogously
7325 to @code{define_cpu_unit}.  The reservation of such units can be
7326 queried for an automaton state.  The instruction scheduler never
7327 queries reservation of functional units for given automaton state.  So
7328 as a rule, you don't need this construction.  This construction could
7329 be used for future code generation goals (e.g.@: to generate
7330 @acronym{VLIW} insn templates).
7332 @smallexample
7333 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
7334 @end smallexample
7336 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
7337 separated by commas.
7339 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
7340 which the unit is bound.
7342 @findex define_insn_reservation
7343 @cindex instruction latency time
7344 @cindex regular expressions
7345 @cindex data bypass
7346 The following construction is the major one to describe pipeline
7347 characteristics of an instruction.
7349 @smallexample
7350 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
7351                          @var{condition} @var{regexp})
7352 @end smallexample
7354 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
7355 instruction.  There is an important difference between the old
7356 description and the automaton based pipeline description.  The latency
7357 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
7358 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
7359 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
7360 zero and the cost of output dependencies is the difference between
7361 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
7362 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
7363 change the default costs for any description by using the target hook
7364 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
7366 @var{insn-name} is a string giving the internal name of the insn.  The
7367 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
7368 the automaton description file generated for debugging.  The internal
7369 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
7370 good practice to use insn classes described in the processor manual.
7372 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
7373 construction.  You should remember that you will be in trouble if
7374 @var{condition} for two or more different
7375 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
7376 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
7377 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
7378 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
7379 the same value is quite difficult (especially if the conditions
7380 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
7381 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
7382 recognizer considerably.
7384 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
7385 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
7386 expression according to the following syntax:
7388 @smallexample
7389        regexp = regexp "," oneof
7390               | oneof
7392        oneof = oneof "|" allof
7393              | allof
7395        allof = allof "+" repeat
7396              | repeat
7398        repeat = element "*" number
7399               | element
7401        element = cpu_function_unit_name
7402                | reservation_name
7403                | result_name
7404                | "nothing"
7405                | "(" regexp ")"
7406 @end smallexample
7408 @itemize @bullet
7409 @item
7410 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
7411 the reservation.
7413 @item
7414 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
7415 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
7416 regular expression @strong{or} etc.
7418 @item
7419 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
7420 regular expression @strong{and} a reservation described by the
7421 second regular expression @strong{and} etc.
7423 @item
7424 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
7425 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
7426 advancing (see @samp{,}).
7428 @item
7429 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
7430 functional unit.
7432 @item
7433 @samp{reservation_name} --- see description of construction
7434 @samp{define_reservation}.
7436 @item
7437 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
7438 @end itemize
7440 @findex define_reservation
7441 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
7442 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
7443 the common part by the following construction
7445 @smallexample
7446 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
7447 @end smallexample
7449 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
7450 Functional unit names and reservation names are in the same name
7451 space.  So the reservation names should be different from the
7452 functional unit names and can not be the reserved name @samp{nothing}.
7454 @findex define_bypass
7455 @cindex instruction latency time
7456 @cindex data bypass
7457 The following construction is used to describe exceptions in the
7458 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
7460 @smallexample
7461 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
7462                [@var{guard}])
7463 @end smallexample
7465 @var{number} defines when the result generated by the instructions
7466 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
7467 instructions given in string @var{in_insn_names}.  The instructions in
7468 the string are separated by commas.
7470 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
7471 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
7472 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
7473 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
7474 recognize complicated bypasses, e.g.@: when the consumer is only an address
7475 of insn @samp{store} (not a stored value).
7477 @findex exclusion_set
7478 @findex presence_set
7479 @findex final_presence_set
7480 @findex absence_set
7481 @findex final_absence_set
7482 @cindex VLIW
7483 @cindex RISC
7484 The following five constructions are usually used to describe
7485 @acronym{VLIW} processors, or more precisely, to describe a placement
7486 of small instructions into @acronym{VLIW} instruction slots.  They
7487 can be used for @acronym{RISC} processors, too.
7489 @smallexample
7490 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
7491 (presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7492 (final_presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7493 (absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7494 (final_absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7495 @end smallexample
7497 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
7498 separated by commas.
7500 @var{patterns} is a string giving patterns of functional units
7501 separated by comma.  Currently pattern is one unit or units
7502 separated by white-spaces.
7504 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
7505 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
7506 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
7507 example, the construction is useful for describing processors
7508 (e.g.@: some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
7509 functional unit which can execute simultaneously only single floating
7510 point insns or only double floating point insns.
7512 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
7513 functional unit in the first string can not be reserved unless at
7514 least one of pattern of units whose names are in the second string is
7515 reserved.  This is an asymmetric relation.  For example, it is useful
7516 for description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
7517 @samp{slot0} reservation.  We could describe it by the following
7518 construction
7520 @smallexample
7521 (presence_set "slot1" "slot0")
7522 @end smallexample
7524 Or @samp{slot1} is reserved only after @samp{slot0} and unit @samp{b0}
7525 reservation.  In this case we could write
7527 @smallexample
7528 (presence_set "slot1" "slot0 b0")
7529 @end smallexample
7531 The third construction (@samp{final_presence_set}) is analogous to
7532 @samp{presence_set}.  The difference between them is when checking is
7533 done.  When an instruction is issued in given automaton state
7534 reflecting all current and planned unit reservations, the automaton
7535 state is changed.  The first state is a source state, the second one
7536 is a result state.  Checking for @samp{presence_set} is done on the
7537 source state reservation, checking for @samp{final_presence_set} is
7538 done on the result reservation.  This construction is useful to
7539 describe a reservation which is actually two subsequent reservations.
7540 For example, if we use
7542 @smallexample
7543 (presence_set "slot1" "slot0")
7544 @end smallexample
7546 the following insn will be never issued (because @samp{slot1} requires
7547 @samp{slot0} which is absent in the source state).
7549 @smallexample
7550 (define_reservation "insn_and_nop" "slot0 + slot1")
7551 @end smallexample
7553 but it can be issued if we use analogous @samp{final_presence_set}.
7555 The forth construction (@samp{absence_set}) means that each functional
7556 unit in the first string can be reserved only if each pattern of units
7557 whose names are in the second string is not reserved.  This is an
7558 asymmetric relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to
7559 this one but it is symmetric).  For example it might be useful in a 
7560 @acronym{VLIW} description to say that @samp{slot0} cannot be reserved
7561 after either @samp{slot1} or @samp{slot2} have been reserved.  This
7562 can be described as:
7564 @smallexample
7565 (absence_set "slot0" "slot1, slot2")
7566 @end smallexample
7568 Or @samp{slot2} can not be reserved if @samp{slot0} and unit @samp{b0}
7569 are reserved or @samp{slot1} and unit @samp{b1} are reserved.  In
7570 this case we could write
7572 @smallexample
7573 (absence_set "slot2" "slot0 b0, slot1 b1")
7574 @end smallexample
7576 All functional units mentioned in a set should belong to the same
7577 automaton.
7579 The last construction (@samp{final_absence_set}) is analogous to
7580 @samp{absence_set} but checking is done on the result (state)
7581 reservation.  See comments for @samp{final_presence_set}.
7583 @findex automata_option
7584 @cindex deterministic finite state automaton
7585 @cindex nondeterministic finite state automaton
7586 @cindex finite state automaton minimization
7587 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
7588 the following construction.
7590 @smallexample
7591 (automata_option @var{options})
7592 @end smallexample
7594 @var{options} is a string giving options which affect the generated
7595 code.  Currently there are the following options:
7597 @itemize @bullet
7598 @item
7599 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
7600 only worth to do when we are debugging the description and need to
7601 look more accurately at reservations of states.
7603 @item
7604 @dfn{time} means printing time statistics about the generation of
7605 automata.
7607 @item
7608 @dfn{stats} means printing statistics about the generated automata
7609 such as the number of DFA states, NDFA states and arcs.
7611 @item
7612 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
7613 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
7614 verification and debugging.
7616 @item
7617 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
7618 non-critical errors.
7620 @item
7621 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
7622 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
7623 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
7624 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
7625 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
7626 may be rejected by reservations in the subsequent insns.
7628 @item
7629 @dfn{progress} means output of a progress bar showing how many states
7630 were generated so far for automaton being processed.  This is useful
7631 during debugging a @acronym{DFA} description.  If you see too many
7632 generated states, you could interrupt the generator of the pipeline
7633 hazard recognizer and try to figure out a reason for generation of the
7634 huge automaton.
7635 @end itemize
7637 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
7638 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
7639 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
7640 the following functional units.
7642 @smallexample
7643 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
7644 (define_cpu_unit "port0, port1")
7645 @end smallexample
7647 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
7648 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
7649 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
7650 are issued into the second pipeline.  Integer division and
7651 multiplication insns can be executed only in the second integer
7652 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
7653 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e.@: the subsequent
7654 integer division insn can not be issued until the current division
7655 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
7656 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
7657 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
7658 incurred.  To describe all of this we could specify
7660 @smallexample
7661 (define_cpu_unit "div")
7663 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
7664                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
7666 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "type" "mult")
7667                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
7669 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "type" "div")
7670                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
7672 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "type" "float")
7673                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
7675 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
7676 @end smallexample
7678 To simplify the description we could describe the following reservation
7680 @smallexample
7681 (define_reservation "finish" "port0|port1")
7682 @end smallexample
7684 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
7685 construction
7687 @smallexample
7688 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
7689                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
7690 @end smallexample
7693 @end ifset
7694 @ifset INTERNALS
7695 @node Conditional Execution
7696 @section Conditional Execution
7697 @cindex conditional execution
7698 @cindex predication
7700 A number of architectures provide for some form of conditional
7701 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
7702 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
7703 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
7704 can be quite tedious to describe these forms directly in the
7705 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
7707 @findex define_cond_exec
7708 @smallexample
7709 (define_cond_exec
7710   [@var{predicate-pattern}]
7711   "@var{condition}"
7712   "@var{output-template}")
7713 @end smallexample
7715 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
7716 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
7717 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
7718 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
7719 alternative.
7721 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
7722 pattern to match.
7724 @findex current_insn_predicate
7725 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
7726 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
7727 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
7728 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
7729 In order to handle the general case, there is a global variable
7730 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
7731 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
7733 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
7734 the @code{predicable} instruction attribute is made.
7735 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be boolean (i.e.@: have
7736 exactly two elements in its @var{list-of-values}).  Further, it must
7737 not be used with complex expressions.  That is, the default and all
7738 uses in the insns must be a simple constant, not dependent on the
7739 alternative or anything else.
7741 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
7742 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
7743 generated that matches a predicated version of the instruction.
7744 For example,
7746 @smallexample
7747 (define_insn "addsi"
7748   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
7749         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
7750                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
7751   "@var{test1}"
7752   "add %2,%1,%0")
7754 (define_cond_exec
7755   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
7756        (const_int 0))]
7757   "@var{test2}"
7758   "(%0)")
7759 @end smallexample
7761 @noindent
7762 generates a new pattern
7764 @smallexample
7765 (define_insn ""
7766   [(cond_exec
7767      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
7768      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
7769           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
7770                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
7771   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
7772   "(%3) add %2,%1,%0")
7773 @end smallexample
7775 @end ifset
7776 @ifset INTERNALS
7777 @node Constant Definitions
7778 @section Constant Definitions
7779 @cindex constant definitions
7780 @findex define_constants
7782 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
7783 can be a maintenance problem.
7785 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
7786 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
7787 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
7788 if the corresponding value had been written instead.  You may use
7789 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
7790 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
7791 a different value.
7793 To come back to the a29k load multiple example, instead of
7795 @smallexample
7796 (define_insn ""
7797   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
7798      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
7799            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
7800       (use (reg:SI 179))
7801       (clobber (reg:SI 179))])]
7802   ""
7803   "loadm 0,0,%1,%2")
7804 @end smallexample
7806 You could write:
7808 @smallexample
7809 (define_constants [
7810     (R_BP 177)
7811     (R_FC 178)
7812     (R_CR 179)
7813     (R_Q  180)
7816 (define_insn ""
7817   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
7818      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
7819            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
7820       (use (reg:SI R_CR))
7821       (clobber (reg:SI R_CR))])]
7822   ""
7823   "loadm 0,0,%1,%2")
7824 @end smallexample
7826 The constants that are defined with a define_constant are also output
7827 in the insn-codes.h header file as #defines.
7828 @end ifset
7829 @ifset INTERNALS
7830 @node Iterators
7831 @section Iterators
7832 @cindex iterators in @file{.md} files
7834 Ports often need to define similar patterns for more than one machine
7835 mode or for more than one rtx code.  GCC provides some simple iterator
7836 facilities to make this process easier.
7838 @menu
7839 * Mode Iterators::         Generating variations of patterns for different modes.
7840 * Code Iterators::         Doing the same for codes.
7841 @end menu
7843 @node Mode Iterators
7844 @subsection Mode Iterators
7845 @cindex mode iterators in @file{.md} files
7847 Ports often need to define similar patterns for two or more different modes.
7848 For example:
7850 @itemize @bullet
7851 @item
7852 If a processor has hardware support for both single and double
7853 floating-point arithmetic, the @code{SFmode} patterns tend to be
7854 very similar to the @code{DFmode} ones.
7856 @item
7857 If a port uses @code{SImode} pointers in one configuration and
7858 @code{DImode} pointers in another, it will usually have very similar
7859 @code{SImode} and @code{DImode} patterns for manipulating pointers.
7860 @end itemize
7862 Mode iterators allow several patterns to be instantiated from one
7863 @file{.md} file template.  They can be used with any type of
7864 rtx-based construct, such as a @code{define_insn},
7865 @code{define_split}, or @code{define_peephole2}.
7867 @menu
7868 * Defining Mode Iterators:: Defining a new mode iterator.
7869 * Substitutions::           Combining mode iterators with substitutions
7870 * Examples::                Examples
7871 @end menu
7873 @node Defining Mode Iterators
7874 @subsubsection Defining Mode Iterators
7875 @findex define_mode_iterator
7877 The syntax for defining a mode iterator is:
7879 @smallexample
7880 (define_mode_iterator @var{name} [(@var{mode1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{moden} "@var{condn}")])
7881 @end smallexample
7883 This allows subsequent @file{.md} file constructs to use the mode suffix
7884 @code{:@var{name}}.  Every construct that does so will be expanded
7885 @var{n} times, once with every use of @code{:@var{name}} replaced by
7886 @code{:@var{mode1}}, once with every use replaced by @code{:@var{mode2}},
7887 and so on.  In the expansion for a particular @var{modei}, every
7888 C condition will also require that @var{condi} be true.
7890 For example:
7892 @smallexample
7893 (define_mode_iterator P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
7894 @end smallexample
7896 defines a new mode suffix @code{:P}.  Every construct that uses
7897 @code{:P} will be expanded twice, once with every @code{:P} replaced
7898 by @code{:SI} and once with every @code{:P} replaced by @code{:DI}.
7899 The @code{:SI} version will only apply if @code{Pmode == SImode} and
7900 the @code{:DI} version will only apply if @code{Pmode == DImode}.
7902 As with other @file{.md} conditions, an empty string is treated
7903 as ``always true''.  @code{(@var{mode} "")} can also be abbreviated
7904 to @code{@var{mode}}.  For example:
7906 @smallexample
7907 (define_mode_iterator GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
7908 @end smallexample
7910 means that the @code{:DI} expansion only applies if @code{TARGET_64BIT}
7911 but that the @code{:SI} expansion has no such constraint.
7913 Iterators are applied in the order they are defined.  This can be
7914 significant if two iterators are used in a construct that requires
7915 substitutions.  @xref{Substitutions}.
7917 @node Substitutions
7918 @subsubsection Substitution in Mode Iterators
7919 @findex define_mode_attr
7921 If an @file{.md} file construct uses mode iterators, each version of the
7922 construct will often need slightly different strings or modes.  For
7923 example:
7925 @itemize @bullet
7926 @item
7927 When a @code{define_expand} defines several @code{add@var{m}3} patterns
7928 (@pxref{Standard Names}), each expander will need to use the
7929 appropriate mode name for @var{m}.
7931 @item
7932 When a @code{define_insn} defines several instruction patterns,
7933 each instruction will often use a different assembler mnemonic.
7935 @item
7936 When a @code{define_insn} requires operands with different modes,
7937 using an iterator for one of the operand modes usually requires a specific
7938 mode for the other operand(s).
7939 @end itemize
7941 GCC supports such variations through a system of ``mode attributes''.
7942 There are two standard attributes: @code{mode}, which is the name of
7943 the mode in lower case, and @code{MODE}, which is the same thing in
7944 upper case.  You can define other attributes using:
7946 @smallexample
7947 (define_mode_attr @var{name} [(@var{mode1} "@var{value1}") @dots{} (@var{moden} "@var{valuen}")])
7948 @end smallexample
7950 where @var{name} is the name of the attribute and @var{valuei}
7951 is the value associated with @var{modei}.
7953 When GCC replaces some @var{:iterator} with @var{:mode}, it will scan
7954 each string and mode in the pattern for sequences of the form
7955 @code{<@var{iterator}:@var{attr}>}, where @var{attr} is the name of a
7956 mode attribute.  If the attribute is defined for @var{mode}, the whole
7957 @code{<@dots{}>} sequence will be replaced by the appropriate attribute
7958 value.
7960 For example, suppose an @file{.md} file has:
7962 @smallexample
7963 (define_mode_iterator P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
7964 (define_mode_attr load [(SI "lw") (DI "ld")])
7965 @end smallexample
7967 If one of the patterns that uses @code{:P} contains the string
7968 @code{"<P:load>\t%0,%1"}, the @code{SI} version of that pattern
7969 will use @code{"lw\t%0,%1"} and the @code{DI} version will use
7970 @code{"ld\t%0,%1"}.
7972 Here is an example of using an attribute for a mode:
7974 @smallexample
7975 (define_mode_iterator LONG [SI DI])
7976 (define_mode_attr SHORT [(SI "HI") (DI "SI")])
7977 (define_insn @dots{}
7978   (sign_extend:LONG (match_operand:<LONG:SHORT> @dots{})) @dots{})
7979 @end smallexample
7981 The @code{@var{iterator}:} prefix may be omitted, in which case the
7982 substitution will be attempted for every iterator expansion.
7984 @node Examples
7985 @subsubsection Mode Iterator Examples
7987 Here is an example from the MIPS port.  It defines the following
7988 modes and attributes (among others):
7990 @smallexample
7991 (define_mode_iterator GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
7992 (define_mode_attr d [(SI "") (DI "d")])
7993 @end smallexample
7995 and uses the following template to define both @code{subsi3}
7996 and @code{subdi3}:
7998 @smallexample
7999 (define_insn "sub<mode>3"
8000   [(set (match_operand:GPR 0 "register_operand" "=d")
8001         (minus:GPR (match_operand:GPR 1 "register_operand" "d")
8002                    (match_operand:GPR 2 "register_operand" "d")))]
8003   ""
8004   "<d>subu\t%0,%1,%2"
8005   [(set_attr "type" "arith")
8006    (set_attr "mode" "<MODE>")])
8007 @end smallexample
8009 This is exactly equivalent to:
8011 @smallexample
8012 (define_insn "subsi3"
8013   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=d")
8014         (minus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "d")
8015                   (match_operand:SI 2 "register_operand" "d")))]
8016   ""
8017   "subu\t%0,%1,%2"
8018   [(set_attr "type" "arith")
8019    (set_attr "mode" "SI")])
8021 (define_insn "subdi3"
8022   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
8023         (minus:DI (match_operand:DI 1 "register_operand" "d")
8024                   (match_operand:DI 2 "register_operand" "d")))]
8025   ""
8026   "dsubu\t%0,%1,%2"
8027   [(set_attr "type" "arith")
8028    (set_attr "mode" "DI")])
8029 @end smallexample
8031 @node Code Iterators
8032 @subsection Code Iterators
8033 @cindex code iterators in @file{.md} files
8034 @findex define_code_iterator
8035 @findex define_code_attr
8037 Code iterators operate in a similar way to mode iterators.  @xref{Mode Iterators}.
8039 The construct:
8041 @smallexample
8042 (define_code_iterator @var{name} [(@var{code1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{coden} "@var{condn}")])
8043 @end smallexample
8045 defines a pseudo rtx code @var{name} that can be instantiated as
8046 @var{codei} if condition @var{condi} is true.  Each @var{codei}
8047 must have the same rtx format.  @xref{RTL Classes}.
8049 As with mode iterators, each pattern that uses @var{name} will be
8050 expanded @var{n} times, once with all uses of @var{name} replaced by
8051 @var{code1}, once with all uses replaced by @var{code2}, and so on.
8052 @xref{Defining Mode Iterators}.
8054 It is possible to define attributes for codes as well as for modes.
8055 There are two standard code attributes: @code{code}, the name of the
8056 code in lower case, and @code{CODE}, the name of the code in upper case.
8057 Other attributes are defined using:
8059 @smallexample
8060 (define_code_attr @var{name} [(@var{code1} "@var{value1}") @dots{} (@var{coden} "@var{valuen}")])
8061 @end smallexample
8063 Here's an example of code iterators in action, taken from the MIPS port:
8065 @smallexample
8066 (define_code_iterator any_cond [unordered ordered unlt unge uneq ltgt unle ungt
8067                                 eq ne gt ge lt le gtu geu ltu leu])
8069 (define_expand "b<code>"
8070   [(set (pc)
8071         (if_then_else (any_cond:CC (cc0)
8072                                    (const_int 0))
8073                       (label_ref (match_operand 0 ""))
8074                       (pc)))]
8075   ""
8077   gen_conditional_branch (operands, <CODE>);
8078   DONE;
8080 @end smallexample
8082 This is equivalent to:
8084 @smallexample
8085 (define_expand "bunordered"
8086   [(set (pc)
8087         (if_then_else (unordered:CC (cc0)
8088                                     (const_int 0))
8089                       (label_ref (match_operand 0 ""))
8090                       (pc)))]
8091   ""
8093   gen_conditional_branch (operands, UNORDERED);
8094   DONE;
8097 (define_expand "bordered"
8098   [(set (pc)
8099         (if_then_else (ordered:CC (cc0)
8100                                   (const_int 0))
8101                       (label_ref (match_operand 0 ""))
8102                       (pc)))]
8103   ""
8105   gen_conditional_branch (operands, ORDERED);
8106   DONE;
8109 @dots{}
8110 @end smallexample
8112 @end ifset