Merge from the pain train
[official-gcc.git] / gcc / doc / md.texi
bloba2b992e432304bd4b1ddf6bb1ef59cccb9b0cb37
1 @c Copyright (C) 1988, 1989, 1992, 1993, 1994, 1996, 1998, 1999, 2000, 2001,
2 @c 2002, 2003, 2004, 2005 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 * Macros::              Using macros 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 has one operand, a string constant containing a
902 comma-separated list of RTX code names (in lower case).  It evaluates
903 to true if @var{op} has any of the listed codes.
905 @item MATCH_TEST
906 This expression has one operand, a string constant containing a C
907 expression.  The predicate's arguments, @var{op} and @var{mode}, are
908 available with those names in the C expression.  The @code{MATCH_TEST}
909 evaluates to true if the C expression evaluates to a nonzero value.
910 @code{MATCH_TEST} expressions must not have side effects.
912 @item  AND
913 @itemx IOR
914 @itemx NOT
915 @itemx IF_THEN_ELSE
916 The basic @samp{MATCH_} expressions can be combined using these
917 logical operators, which have the semantics of the C operators
918 @samp{&&}, @samp{||}, @samp{!}, and @samp{@w{? :}} respectively.
919 @end table
921 @item
922 An optional block of C code, which should execute
923 @samp{@w{return true}} if the predicate is found to match and
924 @samp{@w{return false}} if it does not.  It must not have any side
925 effects.  The predicate arguments, @var{op} and @var{mode}, are
926 available with those names.
928 If a code block is present in a predicate definition, then the RTL
929 expression must evaluate to true @emph{and} the code block must
930 execute @samp{@w{return true}} for the predicate to allow the operand.
931 The RTL expression is evaluated first; do not re-check anything in the
932 code block that was checked in the RTL expression.
933 @end itemize
935 The program @command{genrecog} scans @code{define_predicate} and
936 @code{define_special_predicate} expressions to determine which RTX
937 codes are possibly allowed.  You should always make this explicit in
938 the RTL predicate expression, using @code{MATCH_OPERAND} and
939 @code{MATCH_CODE}.
941 Here is an example of a simple predicate definition, from the IA64
942 machine description:
944 @smallexample
945 @group
946 ;; @r{True if @var{op} is a @code{SYMBOL_REF} which refers to the sdata section.}
947 (define_predicate "small_addr_symbolic_operand"
948   (and (match_code "symbol_ref")
949        (match_test "SYMBOL_REF_SMALL_ADDR_P (op)")))
950 @end group
951 @end smallexample
953 @noindent
954 And here is another, showing the use of the C block.
956 @smallexample
957 @group
958 ;; @r{True if @var{op} is a register operand that is (or could be) a GR reg.}
959 (define_predicate "gr_register_operand"
960   (match_operand 0 "register_operand")
962   unsigned int regno;
963   if (GET_CODE (op) == SUBREG)
964     op = SUBREG_REG (op);
966   regno = REGNO (op);
967   return (regno >= FIRST_PSEUDO_REGISTER || GENERAL_REGNO_P (regno));
969 @end group
970 @end smallexample
972 Predicates written with @code{define_predicate} automatically include
973 a test that @var{mode} is @code{VOIDmode}, or @var{op} has the same
974 mode as @var{mode}, or @var{op} is a @code{CONST_INT} or
975 @code{CONST_DOUBLE}.  They do @emph{not} check specifically for
976 integer @code{CONST_DOUBLE}, nor do they test that the value of either
977 kind of constant fits in the requested mode.  This is because
978 target-specific predicates that take constants usually have to do more
979 stringent value checks anyway.  If you need the exact same treatment
980 of @code{CONST_INT} or @code{CONST_DOUBLE} that the generic predicates
981 provide, use a @code{MATCH_OPERAND} subexpression to call
982 @code{const_int_operand}, @code{const_double_operand}, or
983 @code{immediate_operand}.
985 Predicates written with @code{define_special_predicate} do not get any
986 automatic mode checks, and are treated as having special mode handling
987 by @command{genrecog}.
989 The program @command{genpreds} is responsible for generating code to
990 test predicates.  It also writes a header file containing function
991 declarations for all machine-specific predicates.  It is not necessary
992 to declare these predicates in @file{@var{cpu}-protos.h}.
993 @end ifset
995 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
996 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the internals
997 @c manual's context are conditionalized to appear only in the internals manual.
998 @ifset INTERNALS
999 @node Constraints
1000 @section Operand Constraints
1001 @cindex operand constraints
1002 @cindex constraints
1004 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify
1005 constraints for the operands allowed.  The constraints allow you to
1006 fine-tune matching within the set of operands allowed by the
1007 predicate.
1009 @end ifset
1010 @ifclear INTERNALS
1011 @node Constraints
1012 @section Constraints for @code{asm} Operands
1013 @cindex operand constraints, @code{asm}
1014 @cindex constraints, @code{asm}
1015 @cindex @code{asm} constraints
1017 Here are specific details on what constraint letters you can use with
1018 @code{asm} operands.
1019 @end ifclear
1020 Constraints can say whether
1021 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
1022 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
1023 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
1024 have.  Constraints can also require two operands to match.
1026 @ifset INTERNALS
1027 @menu
1028 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1029 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1030 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
1031 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1032 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
1033 @end menu
1034 @end ifset
1036 @ifclear INTERNALS
1037 @menu
1038 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1039 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1040 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1041 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
1042 @end menu
1043 @end ifclear
1045 @node Simple Constraints
1046 @subsection Simple Constraints
1047 @cindex simple constraints
1049 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
1050 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
1051 the letters that are allowed:
1053 @table @asis
1054 @item whitespace
1055 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
1056 except the first.  This enables each alternative for different operands to
1057 be visually aligned in the machine description even if they have different
1058 number of constraints and modifiers.
1060 @cindex @samp{m} in constraint
1061 @cindex memory references in constraints
1062 @item @samp{m}
1063 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
1064 supports in general.
1066 @cindex offsettable address
1067 @cindex @samp{o} in constraint
1068 @item @samp{o}
1069 A memory operand is allowed, but only if the address is
1070 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
1071 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
1072 may be added to the address and the result is also a valid memory
1073 address.
1075 @cindex autoincrement/decrement addressing
1076 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
1077 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
1078 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
1079 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
1080 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
1081 addresses may or may not be offsettable depending on the other
1082 addressing modes that the machine supports.
1084 Note that in an output operand which can be matched by another
1085 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
1086 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
1087 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
1089 @cindex @samp{V} in constraint
1090 @item @samp{V}
1091 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
1092 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
1094 @cindex @samp{<} in constraint
1095 @item @samp{<}
1096 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
1097 postdecrement) is allowed.
1099 @cindex @samp{>} in constraint
1100 @item @samp{>}
1101 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
1102 postincrement) is allowed.
1104 @cindex @samp{r} in constraint
1105 @cindex registers in constraints
1106 @item @samp{r}
1107 A register operand is allowed provided that it is in a general
1108 register.
1110 @cindex constants in constraints
1111 @cindex @samp{i} in constraint
1112 @item @samp{i}
1113 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
1114 This includes symbolic constants whose values will be known only at
1115 assembly time or later.
1117 @cindex @samp{n} in constraint
1118 @item @samp{n}
1119 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
1120 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
1121 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
1122 rather than @samp{i}.
1124 @cindex @samp{I} in constraint
1125 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
1126 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
1127 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
1128 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
1129 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
1130 This is the range permitted as a shift count in the shift
1131 instructions.
1133 @cindex @samp{E} in constraint
1134 @item @samp{E}
1135 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
1136 allowed, but only if the target floating point format is the same as
1137 that of the host machine (on which the compiler is running).
1139 @cindex @samp{F} in constraint
1140 @item @samp{F}
1141 An immediate floating operand (expression code @code{const_double} or
1142 @code{const_vector}) is allowed.
1144 @cindex @samp{G} in constraint
1145 @cindex @samp{H} in constraint
1146 @item @samp{G}, @samp{H}
1147 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
1148 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
1150 @cindex @samp{s} in constraint
1151 @item @samp{s}
1152 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
1153 allowed.
1155 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
1156 value not known at compile time, it certainly must allow any known
1157 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
1158 better code to be generated.
1160 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
1161 use an immediate operand; but if the immediate value is between @minus{}128
1162 and 127, better code results from loading the value into a register and
1163 using the register.  This is because the load into the register can be
1164 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
1165 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
1166 range @minus{}128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
1167 constraints.
1169 @cindex @samp{g} in constraint
1170 @item @samp{g}
1171 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
1172 registers that are not general registers.
1174 @cindex @samp{X} in constraint
1175 @item @samp{X}
1176 @ifset INTERNALS
1177 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
1178 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
1179 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
1180 require a scratch register.
1181 @end ifset
1182 @ifclear INTERNALS
1183 Any operand whatsoever is allowed.
1184 @end ifclear
1186 @cindex @samp{0} in constraint
1187 @cindex digits in constraint
1188 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
1189 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
1190 digit is used together with letters within the same alternative, the
1191 digit should come last.
1193 This number is allowed to be more than a single digit.  If multiple
1194 digits are encountered consecutively, they are interpreted as a single
1195 decimal integer.  There is scant chance for ambiguity, since to-date
1196 it has never been desirable that @samp{10} be interpreted as matching
1197 either operand 1 @emph{or} operand 0.  Should this be desired, one
1198 can use multiple alternatives instead.
1200 @cindex matching constraint
1201 @cindex constraint, matching
1202 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
1203 that the assembler has only a single operand that fills two roles
1204 @ifset INTERNALS
1205 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
1206 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
1207 @end ifset
1208 @ifclear INTERNALS
1209 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
1210 two input operands and an output operand, but on most CISC
1211 @end ifclear
1212 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
1213 input-output operand:
1215 @smallexample
1216 addl #35,r12
1217 @end smallexample
1219 Matching constraints are used in these circumstances.
1220 More precisely, the two operands that match must include one input-only
1221 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
1222 smaller number than the number of the operand that uses it in the
1223 constraint.
1225 @ifset INTERNALS
1226 For operands to match in a particular case usually means that they
1227 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
1228 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
1229 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
1230 For proper results in such cases, the output template should always
1231 use the output-operand's number when printing the operand.
1232 @end ifset
1234 @cindex load address instruction
1235 @cindex push address instruction
1236 @cindex address constraints
1237 @cindex @samp{p} in constraint
1238 @item @samp{p}
1239 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
1240 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
1242 @findex address_operand
1243 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
1244 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
1245 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
1246 reference for which the address would be valid.
1248 @cindex other register constraints
1249 @cindex extensible constraints
1250 @item @var{other-letters}
1251 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
1252 particular classes of registers or other arbitrary operand types.
1253 @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are defined on the 68000/68020 to stand
1254 for data, address and floating point registers.
1256 @ifset INTERNALS
1257 The machine description macro @code{REG_CLASS_FROM_LETTER} has first
1258 cut at the otherwise unused letters.  If it evaluates to @code{NO_REGS},
1259 then @code{EXTRA_CONSTRAINT} is evaluated.
1261 A typical use for @code{EXTRA_CONSTRAINT} would be to distinguish certain
1262 types of memory references that affect other insn operands.
1263 @end ifset
1264 @end table
1266 @ifset INTERNALS
1267 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
1268 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
1269 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
1270 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
1271 done by copying an operand into a register.
1273 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
1275 @smallexample
1276 (define_insn ""
1277   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1278         (plus:SI (match_dup 0)
1279                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
1280   ""
1281   "@dots{}")
1282 @end smallexample
1284 @noindent
1285 which has two operands, one of which must appear in two places, and
1287 @smallexample
1288 (define_insn ""
1289   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1290         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
1291                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
1292   ""
1293   "@dots{}")
1294 @end smallexample
1296 @noindent
1297 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
1298 identical.  If we are considering an insn of the form
1300 @smallexample
1301 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
1302   (set (reg:SI 3)
1303        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
1304   @dots{})
1305 @end smallexample
1307 @noindent
1308 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
1309 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
1310 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns''.
1311 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
1312 is something wrong with it''.  It would direct the reload pass of the
1313 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
1314 results might look like this:
1316 @smallexample
1317 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
1318   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
1319   @dots{})
1321 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
1322   (set (reg:SI 3)
1323        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
1324   @dots{})
1325 @end smallexample
1327 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
1328 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
1329 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
1330 for each possible combination of operand expressions, have at least one
1331 alternative which can handle that combination of operands.)  The
1332 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
1333 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
1334 reloading any possible operand so that it will fit.
1336 @itemize @bullet
1337 @item
1338 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
1339 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
1341 For example, an operand whose constraints permit everything except
1342 registers is safe provided its predicate rejects registers.
1344 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
1345 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
1346 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
1347 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
1348 more selective.
1350 @item
1351 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
1352 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
1353 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
1354 compiler knows how to copy a register into another register of the
1355 proper class in order to make an instruction valid.
1357 @cindex nonoffsettable memory reference
1358 @cindex memory reference, nonoffsettable
1359 @item
1360 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
1361 address into a register.  So if the constraint uses the letter
1362 @samp{o}, all memory references are taken care of.
1364 @item
1365 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
1366 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1367 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1368 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1370 @item
1371 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1372 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1373 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1374 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1375 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1376 objects allowed by the constraint.
1377 @end itemize
1379 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1380 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1381 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1382 how to copy a register temporarily into memory.
1384 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1385 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1386 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1387 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1388 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1389 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1390 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1391 @code{sign_extend}.
1392 @end ifset
1394 @node Multi-Alternative
1395 @subsection Multiple Alternative Constraints
1396 @cindex multiple alternative constraints
1398 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1399 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1400 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1401 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1402 another.
1404 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1405 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1406 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1407 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1408 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1409 @ifset INTERNALS
1410 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1412 @smallexample
1413 (define_insn "iorsi3"
1414   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1415         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1416                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1417   @dots{})
1418 @end smallexample
1420 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1421 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1422 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1423 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1424 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1425 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1426 @end ifset
1428 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1429 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1430 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1431 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1432 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1433 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1434 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1436 @table @code
1437 @cindex @samp{?} in constraint
1438 @cindex question mark
1439 @item ?
1440 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1441 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1442 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1443 in it.
1445 @cindex @samp{!} in constraint
1446 @cindex exclamation point
1447 @item !
1448 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1449 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1450 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1451 @end table
1453 @ifset INTERNALS
1454 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1455 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1456 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1457 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1458 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1459 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1460 @end ifset
1462 @ifset INTERNALS
1463 @node Class Preferences
1464 @subsection Register Class Preferences
1465 @cindex class preference constraints
1466 @cindex register class preference constraints
1468 @cindex voting between constraint alternatives
1469 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1470 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1471 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1472 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1473 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1474 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1475 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1476 favor of a general register.  The machine description says which registers
1477 are considered general.
1479 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1480 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1481 @end ifset
1483 @node Modifiers
1484 @subsection Constraint Modifier Characters
1485 @cindex modifiers in constraints
1486 @cindex constraint modifier characters
1488 @c prevent bad page break with this line
1489 Here are constraint modifier characters.
1491 @table @samp
1492 @cindex @samp{=} in constraint
1493 @item =
1494 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1495 value is discarded and replaced by output data.
1497 @cindex @samp{+} in constraint
1498 @item +
1499 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1501 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1502 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1503 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1504 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1505 are assumed to be input only.
1507 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1508 first character of the constraint string.
1510 @cindex @samp{&} in constraint
1511 @cindex earlyclobber operand
1512 @item &
1513 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1514 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1515 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1516 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1517 address.
1519 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1520 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1521 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1522 @samp{movdf} insn of the 68000.
1524 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only
1525 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1526 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1527 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber.
1528 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM@.
1530 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1532 @cindex @samp{%} in constraint
1533 @item %
1534 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1535 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1536 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1537 constraints.
1538 @ifset INTERNALS
1539 This is often used in patterns for addition instructions
1540 that really have only two operands: the result must go in one of the
1541 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1542 instruction is defined:
1544 @smallexample
1545 (define_insn "addhi3"
1546   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1547      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1548               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1549   @dots{})
1550 @end smallexample
1551 @end ifset
1552 GCC can only handle one commutative pair in an asm; if you use more,
1553 the compiler may fail.  Note that you need not use the modifier if
1554 the two alternatives are strictly identical; this would only waste
1555 time in the reload pass.
1557 @cindex @samp{#} in constraint
1558 @item #
1559 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1560 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1561 register preferences.
1563 @cindex @samp{*} in constraint
1564 @item *
1565 Says that the following character should be ignored when choosing
1566 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1567 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1569 @ifset INTERNALS
1570 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1571 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1572 copying it into an address register.  While either kind of register is
1573 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1574 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1575 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1576 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1577 register preferences.
1579 @smallexample
1580 (define_insn "extendhisi2"
1581   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1582         (sign_extend:SI
1583          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1584   @dots{})
1585 @end smallexample
1586 @end ifset
1587 @end table
1589 @node Machine Constraints
1590 @subsection Constraints for Particular Machines
1591 @cindex machine specific constraints
1592 @cindex constraints, machine specific
1594 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1595 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1596 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1597 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1598 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1599 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1600 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1601 immediate-constant format.
1603 For each machine architecture, the
1604 @file{config/@var{machine}/@var{machine}.h} file defines additional
1605 constraints.  These constraints are used by the compiler itself for
1606 instruction generation, as well as for @code{asm} statements; therefore,
1607 some of the constraints are not particularly interesting for @code{asm}.
1608 The constraints are defined through these macros:
1610 @table @code
1611 @item REG_CLASS_FROM_LETTER
1612 Register class constraints (usually lowercase).
1614 @item CONST_OK_FOR_LETTER_P
1615 Immediate constant constraints, for non-floating point constants of
1616 word size or smaller precision (usually uppercase).
1618 @item CONST_DOUBLE_OK_FOR_LETTER_P
1619 Immediate constant constraints, for all floating point constants and for
1620 constants of greater than word size precision (usually uppercase).
1622 @item EXTRA_CONSTRAINT
1623 Special cases of registers or memory.  This macro is not required, and
1624 is only defined for some machines.
1625 @end table
1627 Inspecting these macro definitions in the compiler source for your
1628 machine is the best way to be certain you have the right constraints.
1629 However, here is a summary of the machine-dependent constraints
1630 available on some particular machines.
1632 @table @emph
1633 @item ARM family---@file{arm.h}
1634 @table @code
1635 @item f
1636 Floating-point register
1638 @item w
1639 VFP floating-point register
1641 @item F
1642 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1643 or 10.0
1645 @item G
1646 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1647 were negated
1649 @item I
1650 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1651 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1652 multiple of 2
1654 @item J
1655 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1657 @item K
1658 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1660 @item L
1661 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1663 @item M
1664 Integer in the range 0 to 32
1666 @item Q
1667 A memory reference where the exact address is in a single register
1668 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1670 @item R
1671 An item in the constant pool
1673 @item S
1674 A symbol in the text segment of the current file
1675 @end table
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 for the ARMv4 ldrsb instruction.
1686 @item AVR family---@file{avr.h}
1687 @table @code
1688 @item l
1689 Registers from r0 to r15
1691 @item a
1692 Registers from r16 to r23
1694 @item d
1695 Registers from r16 to r31
1697 @item w
1698 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1700 @item e
1701 Pointer register (r26--r31)
1703 @item b
1704 Base pointer register (r28--r31)
1706 @item q
1707 Stack pointer register (SPH:SPL)
1709 @item t
1710 Temporary register r0
1712 @item x
1713 Register pair X (r27:r26)
1715 @item y
1716 Register pair Y (r29:r28)
1718 @item z
1719 Register pair Z (r31:r30)
1721 @item I
1722 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1724 @item J
1725 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1727 @item K
1728 Constant integer 2
1730 @item L
1731 Constant integer 0
1733 @item M
1734 Constant that fits in 8 bits
1736 @item N
1737 Constant integer @minus{}1
1739 @item O
1740 Constant integer 8, 16, or 24
1742 @item P
1743 Constant integer 1
1745 @item G
1746 A floating point constant 0.0
1747 @end table
1749 @item PowerPC and IBM RS6000---@file{rs6000.h}
1750 @table @code
1751 @item b
1752 Address base register
1754 @item f
1755 Floating point register
1757 @item v
1758 Vector register
1760 @item h
1761 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1763 @item q
1764 @samp{MQ} register
1766 @item c
1767 @samp{CTR} register
1769 @item l
1770 @samp{LINK} register
1772 @item x
1773 @samp{CR} register (condition register) number 0
1775 @item y
1776 @samp{CR} register (condition register)
1778 @item z
1779 @samp{FPMEM} stack memory for FPR-GPR transfers
1781 @item I
1782 Signed 16-bit constant
1784 @item J
1785 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
1786 @code{SImode} constants)
1788 @item K
1789 Unsigned 16-bit constant
1791 @item L
1792 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
1794 @item M
1795 Constant larger than 31
1797 @item N
1798 Exact power of 2
1800 @item O
1801 Zero
1803 @item P
1804 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
1806 @item G
1807 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1808 instruction per word
1810 @item Q
1811 Memory operand that is an offset from a register (@samp{m} is preferable
1812 for @code{asm} statements)
1814 @item R
1815 AIX TOC entry
1817 @item S
1818 Constant suitable as a 64-bit mask operand
1820 @item T
1821 Constant suitable as a 32-bit mask operand
1823 @item U
1824 System V Release 4 small data area reference
1825 @end table
1827 @item Intel 386---@file{i386.h}
1828 @table @code
1829 @item q
1830 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register for the i386.
1831 For x86-64 it is equivalent to @samp{r} class (for 8-bit instructions that
1832 do not use upper halves).
1834 @item Q
1835 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register (for 8-bit instructions,
1836 that do use upper halves).
1838 @item R
1839 Legacy register---equivalent to @code{r} class in i386 mode.
1840 (for non-8-bit registers used together with 8-bit upper halves in a single
1841 instruction)
1843 @item A
1844 Specifies the @samp{a} or @samp{d} registers.  This is primarily useful
1845 for 64-bit integer values (when in 32-bit mode) intended to be returned
1846 with the @samp{d} register holding the most significant bits and the
1847 @samp{a} register holding the least significant bits.
1849 @item f
1850 Floating point register
1852 @item t
1853 First (top of stack) floating point register
1855 @item u
1856 Second floating point register
1858 @item a
1859 @samp{a} register
1861 @item b
1862 @samp{b} register
1864 @item c
1865 @samp{c} register
1867 @item C
1868 Specifies constant that can be easily constructed in SSE register without
1869 loading it from memory.
1871 @item d
1872 @samp{d} register
1874 @item D
1875 @samp{di} register
1877 @item S
1878 @samp{si} register
1880 @item x
1881 @samp{xmm} SSE register
1883 @item y
1884 MMX register
1886 @item I
1887 Constant in range 0 to 31 (for 32-bit shifts)
1889 @item J
1890 Constant in range 0 to 63 (for 64-bit shifts)
1892 @item K
1893 @samp{0xff}
1895 @item L
1896 @samp{0xffff}
1898 @item M
1899 0, 1, 2, or 3 (shifts for @code{lea} instruction)
1901 @item N
1902 Constant in range 0 to 255 (for @code{out} instruction)
1904 @item Z
1905 Constant in range 0 to @code{0xffffffff} or symbolic reference known to fit specified range.
1906 (for using immediates in zero extending 32-bit to 64-bit x86-64 instructions)
1908 @item e
1909 Constant in range @minus{}2147483648 to 2147483647 or symbolic reference known to fit specified range.
1910 (for using immediates in 64-bit x86-64 instructions)
1912 @item G
1913 Standard 80387 floating point constant
1914 @end table
1916 @item Intel IA-64---@file{ia64.h}
1917 @table @code
1918 @item a
1919 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
1921 @item b
1922 Branch register
1924 @item c
1925 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
1927 @item d
1928 Application register residing in M-unit
1930 @item e
1931 Application register residing in I-unit
1933 @item f
1934 Floating-point register
1936 @item m
1937 Memory operand.
1938 Remember that @samp{m} allows postincrement and postdecrement which
1939 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
1940 Use @samp{S} to disallow postincrement and postdecrement.
1942 @item G
1943 Floating-point constant 0.0 or 1.0
1945 @item I
1946 14-bit signed integer constant
1948 @item J
1949 22-bit signed integer constant
1951 @item K
1952 8-bit signed integer constant for logical instructions
1954 @item L
1955 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
1957 @item M
1958 6-bit unsigned integer constant for shift counts
1960 @item N
1961 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
1963 @item O
1964 The constant zero
1966 @item P
1967 0 or @minus{}1 for @code{dep} instruction
1969 @item Q
1970 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
1972 @item R
1973 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
1975 @item S
1976 Memory operand except postincrement and postdecrement
1977 @end table
1979 @item FRV---@file{frv.h}
1980 @table @code
1981 @item a
1982 Register in the class @code{ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
1984 @item b
1985 Register in the class @code{EVEN_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
1987 @item c
1988 Register in the class @code{CC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3} and
1989 @code{icc0} to @code{icc3}).
1991 @item d
1992 Register in the class @code{GPR_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
1994 @item e
1995 Register in the class @code{EVEN_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
1996 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
1997 mode larger than 4 bytes.
1999 @item f
2000 Register in the class @code{FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2002 @item h
2003 Register in the class @code{FEVEN_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2004 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2005 mode larger than 4 bytes.
2007 @item l
2008 Register in the class @code{LR_REG} (the @code{lr} register).
2010 @item q
2011 Register in the class @code{QUAD_REGS} (@code{gr2} to @code{gr63}).
2012 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2013 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2015 @item t
2016 Register in the class @code{ICC_REGS} (@code{icc0} to @code{icc3}).
2018 @item u
2019 Register in the class @code{FCC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3}).
2021 @item v
2022 Register in the class @code{ICR_REGS} (@code{cc4} to @code{cc7}).
2024 @item w
2025 Register in the class @code{FCR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc3}).
2027 @item x
2028 Register in the class @code{QUAD_FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2029 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2030 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2032 @item z
2033 Register in the class @code{SPR_REGS} (@code{lcr} and @code{lr}).
2035 @item A
2036 Register in the class @code{QUAD_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2038 @item B
2039 Register in the class @code{ACCG_REGS} (@code{accg0} to @code{accg7}).
2041 @item C
2042 Register in the class @code{CR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc7}).
2044 @item G
2045 Floating point constant zero
2047 @item I
2048 6-bit signed integer constant
2050 @item J
2051 10-bit signed integer constant
2053 @item L
2054 16-bit signed integer constant
2056 @item M
2057 16-bit unsigned integer constant
2059 @item N
2060 12-bit signed integer constant that is negative---i.e.@: in the
2061 range of @minus{}2048 to @minus{}1
2063 @item O
2064 Constant zero
2066 @item P
2067 12-bit signed integer constant that is greater than zero---i.e.@: in the
2068 range of 1 to 2047.
2070 @end table
2072 @item IP2K---@file{ip2k.h}
2073 @table @code
2074 @item a
2075 @samp{DP} or @samp{IP} registers (general address)
2077 @item f
2078 @samp{IP} register
2080 @item j
2081 @samp{IPL} register
2083 @item k
2084 @samp{IPH} register
2086 @item b
2087 @samp{DP} register
2089 @item y
2090 @samp{DPH} register
2092 @item z
2093 @samp{DPL} register
2095 @item q
2096 @samp{SP} register
2098 @item c
2099 @samp{DP} or @samp{SP} registers (offsettable address)
2101 @item d
2102 Non-pointer registers (not @samp{SP}, @samp{DP}, @samp{IP})
2104 @item u
2105 Non-SP registers (everything except @samp{SP})
2107 @item R
2108 Indirect through @samp{IP}---Avoid this except for @code{QImode}, since we
2109 can't access extra bytes
2111 @item S
2112 Indirect through @samp{SP} or @samp{DP} with short displacement (0..127)
2114 @item T
2115 Data-section immediate value
2117 @item I
2118 Integers from @minus{}255 to @minus{}1
2120 @item J
2121 Integers from 0 to 7---valid bit number in a register
2123 @item K
2124 Integers from 0 to 127---valid displacement for addressing mode
2126 @item L
2127 Integers from 1 to 127
2129 @item M
2130 Integer @minus{}1
2132 @item N
2133 Integer 1
2135 @item O
2136 Zero
2138 @item P
2139 Integers from 0 to 255
2140 @end table
2142 @item MIPS---@file{mips.h}
2143 @table @code
2144 @item d
2145 General-purpose integer register
2147 @item f
2148 Floating-point register (if available)
2150 @item h
2151 @samp{Hi} register
2153 @item l
2154 @samp{Lo} register
2156 @item x
2157 @samp{Hi} or @samp{Lo} register
2159 @item y
2160 General-purpose integer register
2162 @item z
2163 Floating-point status register
2165 @item I
2166 Signed 16-bit constant (for arithmetic instructions)
2168 @item J
2169 Zero
2171 @item K
2172 Zero-extended 16-bit constant (for logic instructions)
2174 @item L
2175 Constant with low 16 bits zero (can be loaded with @code{lui})
2177 @item M
2178 32-bit constant which requires two instructions to load (a constant
2179 which is not @samp{I}, @samp{K}, or @samp{L})
2181 @item N
2182 Negative 16-bit constant
2184 @item O
2185 Exact power of two
2187 @item P
2188 Positive 16-bit constant
2190 @item G
2191 Floating point zero
2193 @item Q
2194 Memory reference that can be loaded with more than one instruction
2195 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
2197 @item R
2198 Memory reference that can be loaded with one instruction
2199 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
2201 @item S
2202 Memory reference in external OSF/rose PIC format
2203 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
2204 @end table
2206 @item Motorola 680x0---@file{m68k.h}
2207 @table @code
2208 @item a
2209 Address register
2211 @item d
2212 Data register
2214 @item f
2215 68881 floating-point register, if available
2217 @item I
2218 Integer in the range 1 to 8
2220 @item J
2221 16-bit signed number
2223 @item K
2224 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
2226 @item L
2227 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
2229 @item M
2230 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
2232 @item G
2233 Floating point constant that is not a 68881 constant
2234 @end table
2236 @item Motorola 68HC11 & 68HC12 families---@file{m68hc11.h}
2237 @table @code
2238 @item a
2239 Register `a'
2241 @item b
2242 Register `b'
2244 @item d
2245 Register `d'
2247 @item q
2248 An 8-bit register
2250 @item t
2251 Temporary soft register _.tmp
2253 @item u
2254 A soft register _.d1 to _.d31
2256 @item w
2257 Stack pointer register
2259 @item x
2260 Register `x'
2262 @item y
2263 Register `y'
2265 @item z
2266 Pseudo register `z' (replaced by `x' or `y' at the end)
2268 @item A
2269 An address register: x, y or z
2271 @item B
2272 An address register: x or y
2274 @item D
2275 Register pair (x:d) to form a 32-bit value
2277 @item L
2278 Constants in the range @minus{}65536 to 65535
2280 @item M
2281 Constants whose 16-bit low part is zero
2283 @item N
2284 Constant integer 1 or @minus{}1
2286 @item O
2287 Constant integer 16
2289 @item P
2290 Constants in the range @minus{}8 to 2
2292 @end table
2294 @need 1000
2295 @item SPARC---@file{sparc.h}
2296 @table @code
2297 @item f
2298 Floating-point register on the SPARC-V8 architecture and
2299 lower floating-point register on the SPARC-V9 architecture.
2301 @item e
2302 Floating-point register.  It is equivalent to @samp{f} on the
2303 SPARC-V8 architecture and contains both lower and upper
2304 floating-point registers on the SPARC-V9 architecture.
2306 @item c
2307 Floating-point condition code register.
2309 @item d
2310 Lower floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9
2311 architecture when the Visual Instruction Set is available.
2313 @item b
2314 Floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9 architecture
2315 when the Visual Instruction Set is available.
2317 @item h
2318 64-bit global or out register for the SPARC-V8+ architecture.
2320 @item I
2321 Signed 13-bit constant
2323 @item J
2324 Zero
2326 @item K
2327 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
2328 loaded with the @code{sethi} instruction)
2330 @item L
2331 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions
2333 @item M
2334 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions
2336 @item N
2337 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
2338 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
2339 modes wider than @code{SImode}
2341 @item O
2342 The constant 4096
2344 @item G
2345 Floating-point zero
2347 @item H
2348 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
2350 @item Q
2351 Floating-point constant whose integral representation can
2352 be moved into an integer register using a single sethi
2353 instruction
2355 @item R
2356 Floating-point constant whose integral representation can
2357 be moved into an integer register using a single mov
2358 instruction
2360 @item S
2361 Floating-point constant whose integral representation can
2362 be moved into an integer register using a high/lo_sum
2363 instruction sequence
2365 @item T
2366 Memory address aligned to an 8-byte boundary
2368 @item U
2369 Even register
2371 @item W
2372 Memory address for @samp{e} constraint registers
2374 @item Y
2375 Vector zero
2377 @end table
2379 @item TMS320C3x/C4x---@file{c4x.h}
2380 @table @code
2381 @item a
2382 Auxiliary (address) register (ar0-ar7)
2384 @item b
2385 Stack pointer register (sp)
2387 @item c
2388 Standard (32-bit) precision integer register
2390 @item f
2391 Extended (40-bit) precision register (r0-r11)
2393 @item k
2394 Block count register (bk)
2396 @item q
2397 Extended (40-bit) precision low register (r0-r7)
2399 @item t
2400 Extended (40-bit) precision register (r0-r1)
2402 @item u
2403 Extended (40-bit) precision register (r2-r3)
2405 @item v
2406 Repeat count register (rc)
2408 @item x
2409 Index register (ir0-ir1)
2411 @item y
2412 Status (condition code) register (st)
2414 @item z
2415 Data page register (dp)
2417 @item G
2418 Floating-point zero
2420 @item H
2421 Immediate 16-bit floating-point constant
2423 @item I
2424 Signed 16-bit constant
2426 @item J
2427 Signed 8-bit constant
2429 @item K
2430 Signed 5-bit constant
2432 @item L
2433 Unsigned 16-bit constant
2435 @item M
2436 Unsigned 8-bit constant
2438 @item N
2439 Ones complement of unsigned 16-bit constant
2441 @item O
2442 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero)
2444 @item Q
2445 Indirect memory reference with signed 8-bit or index register displacement
2447 @item R
2448 Indirect memory reference with unsigned 5-bit displacement
2450 @item S
2451 Indirect memory reference with 1 bit or index register displacement
2453 @item T
2454 Direct memory reference
2456 @item U
2457 Symbolic address
2459 @end table
2461 @item S/390 and zSeries---@file{s390.h}
2462 @table @code
2463 @item a
2464 Address register (general purpose register except r0)
2466 @item c
2467 Condition code register
2469 @item d
2470 Data register (arbitrary general purpose register)
2472 @item f
2473 Floating-point register
2475 @item I
2476 Unsigned 8-bit constant (0--255)
2478 @item J
2479 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
2481 @item K
2482 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
2484 @item L
2485 Value appropriate as displacement.
2486 @table @code
2487        @item (0..4095)
2488        for short displacement
2489        @item (-524288..524287)
2490        for long displacement
2491 @end table
2493 @item M
2494 Constant integer with a value of 0x7fffffff.
2496 @item N
2497 Multiple letter constraint followed by 4 parameter letters.
2498 @table @code
2499          @item 0..9:
2500          number of the part counting from most to least significant
2501          @item H,Q:
2502          mode of the part
2503          @item D,S,H:
2504          mode of the containing operand
2505          @item 0,F:
2506          value of the other parts (F---all bits set)
2507 @end table
2508 The constraint matches if the specified part of a constant
2509 has a value different from it's other parts.
2511 @item Q
2512 Memory reference without index register and with short displacement.
2514 @item R
2515 Memory reference with index register and short displacement.
2517 @item S
2518 Memory reference without index register but with long displacement.
2520 @item T
2521 Memory reference with index register and long displacement.
2523 @item U
2524 Pointer with short displacement.
2526 @item W
2527 Pointer with long displacement.
2529 @item Y
2530 Shift count operand.
2532 @end table
2534 @item Xstormy16---@file{stormy16.h}
2535 @table @code
2536 @item a
2537 Register r0.
2539 @item b
2540 Register r1.
2542 @item c
2543 Register r2.
2545 @item d
2546 Register r8.
2548 @item e
2549 Registers r0 through r7.
2551 @item t
2552 Registers r0 and r1.
2554 @item y
2555 The carry register.
2557 @item z
2558 Registers r8 and r9.
2560 @item I
2561 A constant between 0 and 3 inclusive.
2563 @item J
2564 A constant that has exactly one bit set.
2566 @item K
2567 A constant that has exactly one bit clear.
2569 @item L
2570 A constant between 0 and 255 inclusive.
2572 @item M
2573 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
2575 @item N
2576 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
2578 @item O
2579 A constant between 1 and 4 inclusive.
2581 @item P
2582 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
2584 @item Q
2585 A memory reference that is a stack push.
2587 @item R
2588 A memory reference that is a stack pop.
2590 @item S
2591 A memory reference that refers to a constant address of known value.
2593 @item T
2594 The register indicated by Rx (not implemented yet).
2596 @item U
2597 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
2599 @item Z
2600 The constant 0.
2602 @end table
2604 @item Xtensa---@file{xtensa.h}
2605 @table @code
2606 @item a
2607 General-purpose 32-bit register
2609 @item b
2610 One-bit boolean register
2612 @item A
2613 MAC16 40-bit accumulator register
2615 @item I
2616 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
2618 @item J
2619 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
2621 @item K
2622 Integer constant valid for BccI instructions
2624 @item L
2625 Unsigned constant valid for BccUI instructions
2627 @end table
2629 @end table
2631 @ifset INTERNALS
2632 @node Standard Names
2633 @section Standard Pattern Names For Generation
2634 @cindex standard pattern names
2635 @cindex pattern names
2636 @cindex names, pattern
2638 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
2639 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
2640 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
2641 pattern to accomplish a certain task.
2643 @table @asis
2644 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
2645 @item @samp{mov@var{m}}
2646 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lowercase.
2647 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
2648 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
2650 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
2651 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
2652 to store the specified value in the part of the register that corresponds
2653 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
2654 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
2655 outside the target word are left unchanged.
2657 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
2658 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
2659 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
2660 If there are patterns accepting operands in larger modes,
2661 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
2663 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
2664 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
2665 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
2666 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
2667 into a register.
2669 @findex force_reg
2670 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
2671 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
2672 registers other than the operands.  For example, if you support the
2673 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
2674 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
2675 function which might generate new pseudo registers.
2677 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
2678 fetching those modes from memory normally requires several insns and
2679 some temporary registers.
2681 @findex change_address
2682 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
2683 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
2684 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
2685 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
2686 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
2687 an address into a valid address and no routine (such as
2688 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
2689 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
2691 @findex reload_in_progress
2692 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
2693 declared if required) can be used to determine whether such special
2694 handling is required.
2696 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
2697 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
2698 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
2699 machines explicit memory references will get optional reloads.
2701 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
2702 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
2704 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
2705 you must define @code{SECONDARY_INPUT_RELOAD_CLASS} and/or
2706 @code{SECONDARY_OUTPUT_RELOAD_CLASS} to detect them, and provide
2707 patterns @samp{reload_in@var{m}} or @samp{reload_out@var{m}} to handle
2708 them.  @xref{Register Classes}.
2710 @findex no_new_pseudos
2711 The global variable @code{no_new_pseudos} can be used to determine if it
2712 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
2713 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
2715 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
2716 register to any other hard register provided that
2717 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
2718 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
2720 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
2721 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
2722 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
2723 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
2724 point members.
2726 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
2727 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
2728 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
2729 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
2730 floating point registers, then the constraints of the fixed point
2731 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
2732 reload into a floating point register.
2734 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
2735 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
2736 @item @samp{reload_in@var{m}}
2737 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
2738 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
2739 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
2740 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
2741 macro in @pxref{Register Classes}.
2743 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
2744 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
2745 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
2746 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
2747 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
2748 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
2749 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
2750 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
2751 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
2752 for these patterns.
2754 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
2755 @item @samp{movstrict@var{m}}
2756 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
2757 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
2758 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
2759 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
2761 @cindex @code{movmisalign@var{m}} instruction pattern
2762 @item @samp{movmisalign@var{m}}
2763 This variant of a move pattern is designed to load or store a value
2764 from a memory address that is not naturally aligned for its mode.
2765 For a store, the memory will be in operand 0; for a load, the memory
2766 will be in operand 1.  The other operand is guaranteed not to be a
2767 memory, so that it's easy to tell whether this is a load or store.
2769 This pattern is used by the autovectorizer, and when expanding a
2770 @code{MISALIGNED_INDIRECT_REF} expression.
2772 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
2773 @item @samp{load_multiple}
2774 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
2775 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
2776 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
2777 number of consecutive registers.
2779 Define this only if the target machine really has such an instruction;
2780 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
2781 registers from memory is to do them one at a time.
2783 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
2784 registers can be stored into memory, such as particular starting or
2785 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
2786 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
2787 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
2789 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
2790 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
2791 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
2792 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
2793 @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn pattern.
2795 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
2796 @item @samp{store_multiple}
2797 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
2798 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
2799 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
2800 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
2802 @cindex @code{vec_set@var{m}} instruction pattern
2803 @item @samp{vec_set@var{m}}
2804 Set given field in the vector value.  Operand 0 is the vector to modify,
2805 operand 1 is new value of field and operand 2 specify the field index.
2807 @cindex @code{vec_extract@var{m}} instruction pattern
2808 @item @samp{vec_extract@var{m}}
2809 Extract given field from the vector value.  Operand 1 is the vector, operand 2
2810 specify field index and operand 0 place to store value into.
2812 @cindex @code{vec_init@var{m}} instruction pattern
2813 @item @samp{vec_init@var{m}}
2814 Initialize the vector to given values.  Operand 0 is the vector to initialize
2815 and operand 1 is parallel containing values for individual fields.
2817 @cindex @code{push@var{m}} instruction pattern
2818 @item @samp{push@var{m}}
2819 Output a push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
2820 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
2821 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
2822 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
2823 method is deprecated.
2825 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
2826 @item @samp{add@var{m}3}
2827 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
2828 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
2829 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
2831 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
2832 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
2833 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
2834 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
2835 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
2836 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
2837 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
2838 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
2839 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
2840 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
2841 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
2842 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{mul@var{m}3}
2843 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{udiv@var{m}3}
2844 @itemx @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
2845 @itemx @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
2846 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
2847 Similar, for other arithmetic operations.
2849 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
2850 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
2851 @item @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}
2852 Signed minimum and maximum operations.  When used with floating point,
2853 if both operands are zeros, or if either operand is @code{NaN}, then
2854 it is unspecified which of the two operands is returned as the result.
2856 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
2857 @item @samp{mulhisi3}
2858 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
2859 a @code{SImode} product in operand 0.
2861 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
2862 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
2863 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
2864 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
2866 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
2867 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
2868 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
2869 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
2870 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
2871 multiplication.
2873 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2874 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
2875 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
2876 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
2877 The least significant half of the product is discarded.
2879 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2880 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
2881 Similar, but the multiplication is unsigned.
2883 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
2884 @item @samp{divmod@var{m}4}
2885 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
2886 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
2887 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
2889 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
2890 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
2891 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
2892 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
2893 and remainder are computed.
2895 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
2896 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
2897 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
2898 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
2899 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
2901 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
2902 @item @samp{udivmod@var{m}4}
2903 Similar, but does unsigned division.
2905 @anchor{shift patterns}
2906 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
2907 @item @samp{ashl@var{m}3}
2908 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
2909 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
2910 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
2911 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
2912 mode before generating the instruction.  The meaning of out-of-range shift
2913 counts can optionally be specified by @code{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
2914 @xref{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
2916 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
2917 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
2918 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
2919 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
2920 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
2921 Other shift and rotate instructions, analogous to the
2922 @code{ashl@var{m}3} instructions.
2924 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
2925 @item @samp{neg@var{m}2}
2926 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
2928 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
2929 @item @samp{abs@var{m}2}
2930 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
2932 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
2933 @item @samp{sqrt@var{m}2}
2934 Store the square root of operand 1 into operand 0.
2936 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
2937 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sqrtf}
2938 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2939 type @code{float}.
2941 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
2942 @item @samp{cos@var{m}2}
2943 Store the cosine of operand 1 into operand 0.
2945 The @code{cos} built-in function of C always uses the mode which
2946 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{cosf}
2947 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2948 type @code{float}.
2950 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
2951 @item @samp{sin@var{m}2}
2952 Store the sine of operand 1 into operand 0.
2954 The @code{sin} built-in function of C always uses the mode which
2955 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sinf}
2956 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2957 type @code{float}.
2959 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
2960 @item @samp{exp@var{m}2}
2961 Store the exponential of operand 1 into operand 0.
2963 The @code{exp} built-in function of C always uses the mode which
2964 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{expf}
2965 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2966 type @code{float}.
2968 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
2969 @item @samp{log@var{m}2}
2970 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.
2972 The @code{log} built-in function of C always uses the mode which
2973 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{logf}
2974 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2975 type @code{float}.
2977 @cindex @code{pow@var{m}3} instruction pattern
2978 @item @samp{pow@var{m}3}
2979 Store the value of operand 1 raised to the exponent operand 2
2980 into operand 0.
2982 The @code{pow} built-in function of C always uses the mode which
2983 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{powf}
2984 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2985 type @code{float}.
2987 @cindex @code{atan2@var{m}3} instruction pattern
2988 @item @samp{atan2@var{m}3}
2989 Store the arc tangent (inverse tangent) of operand 1 divided by
2990 operand 2 into operand 0, using the signs of both arguments to
2991 determine the quadrant of the result.
2993 The @code{atan2} built-in function of C always uses the mode which
2994 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{atan2f}
2995 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2996 type @code{float}.
2998 @cindex @code{floor@var{m}2} instruction pattern
2999 @item @samp{floor@var{m}2}
3000 Store the largest integral value not greater than argument.
3002 The @code{floor} built-in function of C always uses the mode which
3003 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{floorf}
3004 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3005 type @code{float}.
3007 @cindex @code{trunc@var{m}2} instruction pattern
3008 @item @samp{trunc@var{m}2}
3009 Store the argument rounded to integer towards zero.
3011 The @code{trunc} built-in function of C always uses the mode which
3012 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{truncf}
3013 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3014 type @code{float}.
3016 @cindex @code{round@var{m}2} instruction pattern
3017 @item @samp{round@var{m}2}
3018 Store the argument rounded to integer away from zero.
3020 The @code{round} built-in function of C always uses the mode which
3021 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{roundf}
3022 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3023 type @code{float}.
3025 @cindex @code{ceil@var{m}2} instruction pattern
3026 @item @samp{ceil@var{m}2}
3027 Store the argument rounded to integer away from zero.
3029 The @code{ceil} built-in function of C always uses the mode which
3030 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{ceilf}
3031 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3032 type @code{float}.
3034 @cindex @code{nearbyint@var{m}2} instruction pattern
3035 @item @samp{nearbyint@var{m}2}
3036 Store the argument rounded according to the default rounding mode
3038 The @code{nearbyint} built-in function of C always uses the mode which
3039 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{nearbyintf}
3040 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3041 type @code{float}.
3043 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
3044 @item @samp{ffs@var{m}2}
3045 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
3046 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
3047 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
3048 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
3049 generating the instruction.
3051 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
3052 corresponds to the C data type @code{int}.
3054 @cindex @code{clz@var{m}2} instruction pattern
3055 @item @samp{clz@var{m}2}
3056 Store into operand 0 the number of leading 0-bits in @var{x}, starting
3057 at the most significant bit position.  If @var{x} is 0, the result is
3058 undefined.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
3059 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
3060 operand to that mode before generating the instruction.
3062 @cindex @code{ctz@var{m}2} instruction pattern
3063 @item @samp{ctz@var{m}2}
3064 Store into operand 0 the number of trailing 0-bits in @var{x}, starting
3065 at the least significant bit position.  If @var{x} is 0, the result is
3066 undefined.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
3067 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
3068 operand to that mode before generating the instruction.
3070 @cindex @code{popcount@var{m}2} instruction pattern
3071 @item @samp{popcount@var{m}2}
3072 Store into operand 0 the number of 1-bits in @var{x}.  @var{m} is the
3073 mode of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
3074 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
3075 generating the instruction.
3077 @cindex @code{parity@var{m}2} instruction pattern
3078 @item @samp{parity@var{m}2}
3079 Store into operand 0 the parity of @var{x}, i.e.@: the number of 1-bits
3080 in @var{x} modulo 2.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode
3081 is specified by the instruction pattern, and the compiler will convert
3082 the operand to that mode before generating the instruction.
3084 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
3085 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
3086 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
3088 @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
3089 @item @samp{cmp@var{m}}
3090 Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
3091 The RTL pattern should look like this:
3093 @smallexample
3094 (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3095                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
3096 @end smallexample
3098 @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
3099 @item @samp{tst@var{m}}
3100 Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
3101 The RTL pattern should look like this:
3103 @smallexample
3104 (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
3105 @end smallexample
3107 @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
3108 not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
3109 would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
3110 The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
3112 @cindex @code{movmem@var{m}} instruction pattern
3113 @item @samp{movmem@var{m}}
3114 Block move instruction.  The destination and source blocks of memory
3115 are the first two operands, and both are @code{mem:BLK}s with an
3116 address in mode @code{Pmode}.
3118 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
3119 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
3120 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
3121 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
3122 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
3123 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
3124 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
3126 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
3127 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
3128 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
3129 it may provide the value 4 for this operand.
3131 Descriptions of multiple @code{movmem@var{m}} patterns can only be
3132 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
3133 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
3134 in @code{movmem@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
3135 individually moved data units in the block.
3137 These patterns need not give special consideration to the possibility
3138 that the source and destination strings might overlap.
3140 @cindex @code{movstr} instruction pattern
3141 @item @samp{movstr}
3142 String copy instruction, with @code{stpcpy} semantics.  Operand 0 is
3143 an output operand in mode @code{Pmode}.  The addresses of the
3144 destination and source strings are operands 1 and 2, and both are
3145 @code{mem:BLK}s with addresses in mode @code{Pmode}.  The execution of
3146 the expansion of this pattern should store in operand 0 the address in
3147 which the @code{NUL} terminator was stored in the destination string.
3149 @cindex @code{clrmem@var{m}} instruction pattern
3150 @item @samp{clrmem@var{m}}
3151 Block clear instruction.  The destination string is the first operand,
3152 given as a @code{mem:BLK} whose address is in mode @code{Pmode}.  The
3153 number of bytes to clear is the second operand, in mode @var{m}.  See
3154 @samp{movmem@var{m}} for a discussion of the choice of mode.
3156 The third operand is the known alignment of the destination, in the form
3157 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
3158 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
3159 operand.
3161 The use for multiple @code{clrmem@var{m}} is as for @code{movmem@var{m}}.
3163 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
3164 @item @samp{cmpstr@var{m}}
3165 String compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
3166 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
3167 of @samp{movmem@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
3168 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
3169 string.  The instruction is not allowed to prefetch more than one byte
3170 at a time since either string may end in the first byte and reading past
3171 that may access an invalid page or segment and cause a fault.  The
3172 effect of the instruction is to store a value in operand 0 whose sign
3173 indicates the result of the comparison.
3175 @cindex @code{cmpmem@var{m}} instruction pattern
3176 @item @samp{cmpmem@var{m}}
3177 Block compare instruction, with five operands like the operands
3178 of @samp{cmpstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
3179 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
3180 block.  Unlike @samp{cmpstr@var{m}} the instruction can prefetch
3181 any bytes in the two memory blocks.  The effect of the instruction is
3182 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
3183 comparison.
3185 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
3186 @item @samp{strlen@var{m}}
3187 Compute the length of a string, with three operands.
3188 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
3189 a @code{mem} referring to the first character of the string,
3190 operand 2 is the character to search for (normally zero),
3191 and operand 3 is a constant describing the known alignment
3192 of the beginning of the string.
3194 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
3195 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
3196 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
3197 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
3198 @var{n}).
3200 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
3201 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
3202 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
3203 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
3204 @var{n}).
3206 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
3207 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
3208 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
3209 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
3210 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
3211 the value of operand 1 is an integer.
3213 If the machine description defines this pattern, it also needs to
3214 define the @code{ftrunc} pattern.
3216 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
3217 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
3218 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
3219 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
3220 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
3221 value of operand 1 is an integer.
3223 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
3224 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
3225 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
3226 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
3227 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
3229 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
3230 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
3231 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
3232 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
3234 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
3235 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
3236 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
3237 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
3239 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
3240 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
3241 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
3242 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
3243 point or both floating point.
3245 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
3246 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
3247 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
3248 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
3249 point or both floating point.
3251 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
3252 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
3253 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
3254 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
3255 point.
3257 @cindex @code{extv} instruction pattern
3258 @item @samp{extv}
3259 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
3260 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
3261 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
3262 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
3263 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
3264 be valid for @code{word_mode}.
3266 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
3267 for operands 2 and 3.
3269 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
3270 before it is stored in operand 0.
3272 @cindex @code{extzv} instruction pattern
3273 @item @samp{extzv}
3274 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
3276 @cindex @code{insv} instruction pattern
3277 @item @samp{insv}
3278 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
3279 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
3280 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
3281 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
3282 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
3284 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
3285 for operands 1 and 2.
3287 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
3288 @item @samp{mov@var{mode}cc}
3289 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
3290 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
3291 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
3293 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
3294 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
3295 conditionally move an integer value based on the floating point condition
3296 codes and vice versa.
3298 If the machine does not have conditional move instructions, do not
3299 define these patterns.
3301 @cindex @code{add@var{mode}cc} instruction pattern
3302 @item @samp{add@var{mode}cc}
3303 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional addition.  Conditionally
3304 move operand 2 or (operands 2 + operand 3) into operand 0 according to the
3305 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved into
3306 operand 0, otherwise (operand 2 + operand 3) is moved.
3308 @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
3309 @item @samp{s@var{cond}}
3310 Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
3311 Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
3312 @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
3313 as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
3315 You specify the mode that the operand must have when you write the
3316 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
3317 which mode you have used and supplies an operand of that mode.
3319 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
3320 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
3321 you should omit it from the machine description.  You describe to the
3322 compiler exactly which value is stored by defining the macro
3323 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
3324 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
3325 should omit those operations from the machine description.
3327 These operations may fail, but should do so only in relatively
3328 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
3329 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
3331 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
3332 that copies the constant one to the target and branches around an
3333 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
3334 the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
3335 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
3336 @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
3337 the machine description.
3339 @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
3340 @item @samp{b@var{cond}}
3341 Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
3342 refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
3343 condition @var{cond}.
3345 Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
3346 instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
3347 case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
3348 simply store the operands away and generate all the required insns in a
3349 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
3350 branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
3351 immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
3352 pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
3354 Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
3355 where the mode used for the comparison depends on the condition being
3356 tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}.
3358 The above discussion also applies to the @samp{mov@var{mode}cc} and
3359 @samp{s@var{cond}} patterns.
3361 @cindex @code{cbranch@var{mode}4} instruction pattern
3362 @item @samp{cbranch@var{mode}4}
3363 Conditional branch instruction combined with a compare instruction.
3364 Operand 0 is a comparison operator.  Operand 1 and operand 2 are the
3365 first and second operands of the comparison, respectively.  Operand 3
3366 is a @code{label_ref} that refers to the label to jump to.
3368 @cindex @code{jump} instruction pattern
3369 @item @samp{jump}
3370 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
3371 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
3372 on all machines.
3374 @cindex @code{call} instruction pattern
3375 @item @samp{call}
3376 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
3377 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
3378 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
3379 operands.
3381 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
3382 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
3383 to put this information into the assembler code; they can put it in
3384 the RTL instead of operand 1.
3386 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
3387 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
3388 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
3389 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
3390 instruction, the pattern for this operation should be a
3391 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
3392 address into a register and uses that register in the call instruction.
3394 @cindex @code{call_value} instruction pattern
3395 @item @samp{call_value}
3396 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
3397 register in which the value is returned.  There are three more
3398 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
3399 instruction (but with numbers increased by one).
3401 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
3402 insn.
3404 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
3405 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
3406 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
3407 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
3408 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
3409 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
3410 adjustment made to the frame pointer.
3412 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
3413 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
3414 can be eliminated, if desired.
3416 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
3417 @item @samp{untyped_call}
3418 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
3419 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
3420 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
3421 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
3422 the saving of a function return value into the result block.
3424 This instruction pattern should be defined to support
3425 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
3426 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
3427 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
3428 multiple registers that can hold a return value
3429 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
3431 @cindex @code{return} instruction pattern
3432 @item @samp{return}
3433 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
3434 defined only if a single instruction can do all the work of returning
3435 from a function.
3437 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
3438 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
3439 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
3440 some class of functions only requires one instruction to implement a
3441 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
3442 to save any registers or allocate stack space.
3444 @findex reload_completed
3445 @findex leaf_function_p
3446 For such machines, the condition specified in this pattern should only
3447 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
3448 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
3449 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
3450 a register window push is required.
3452 Machines that have conditional return instructions should define patterns
3453 such as
3455 @smallexample
3456 (define_insn ""
3457   [(set (pc)
3458         (if_then_else (match_operator
3459                          0 "comparison_operator"
3460                          [(cc0) (const_int 0)])
3461                       (return)
3462                       (pc)))]
3463   "@var{condition}"
3464   "@dots{}")
3465 @end smallexample
3467 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
3468 named @samp{return} pattern.
3470 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
3471 @item @samp{untyped_return}
3472 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
3473 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
3474 instructions are needed to return a value of any type.
3476 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
3477 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
3478 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
3479 the restoring of a function return value from the result block.
3481 @cindex @code{nop} instruction pattern
3482 @item @samp{nop}
3483 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
3484 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
3485 RTL pattern.
3487 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
3488 @item @samp{indirect_jump}
3489 An instruction to jump to an address which is operand zero.
3490 This pattern name is mandatory on all machines.
3492 @cindex @code{casesi} instruction pattern
3493 @item @samp{casesi}
3494 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
3495 This instruction takes five operands:
3497 @enumerate
3498 @item
3499 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
3501 @item
3502 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
3504 @item
3505 The total range of indices in the table---the largest index
3506 minus the smallest one (both inclusive).
3508 @item
3509 A label that precedes the table itself.
3511 @item
3512 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
3513 @end enumerate
3515 The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
3516 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
3517 difference between the upper bound and the lower bound.
3519 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
3520 @item @samp{tablejump}
3521 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
3522 capability which can be used to implement a dispatch table when there
3523 is no @samp{casesi} pattern.
3525 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
3526 which should immediately precede the jump table.  If the macro
3527 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
3528 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
3529 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
3530 mode @code{Pmode}.
3532 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
3533 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
3534 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
3535 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
3538 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
3539 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
3540 Conditional branch instruction that decrements a register and
3541 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
3542 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
3543 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
3545 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
3546 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
3547 reduction is enabled.
3549 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
3550 @item @samp{doloop_end}
3551 Conditional branch instruction that decrements a register and jumps if
3552 the register is nonzero.  This instruction takes five operands: Operand
3553 0 is the register to decrement and test; operand 1 is the number of loop
3554 iterations as a @code{const_int} or @code{const0_rtx} if this cannot be
3555 determined until run-time; operand 2 is the actual or estimated maximum
3556 number of iterations as a @code{const_int}; operand 3 is the number of
3557 enclosed loops as a @code{const_int} (an innermost loop has a value of
3558 1); operand 4 is the label to jump to if the register is nonzero.
3559 @xref{Looping Patterns}.
3561 This optional instruction pattern should be defined for machines with
3562 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
3563 modify suitable loops to utilize it.  If nested low-overhead looping is
3564 not supported, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3565 and make the pattern fail if operand 3 is not @code{const1_rtx}.
3566 Similarly, if the actual or estimated maximum number of iterations is
3567 too large for this instruction, make it fail.
3569 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
3570 @item @samp{doloop_begin}
3571 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
3572 need to perform some initialization, such as loading special registers
3573 used by a low-overhead looping instruction.  If initialization insns do
3574 not always need to be emitted, use a @code{define_expand}
3575 (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
3578 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
3579 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
3580 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
3581 into operand 0.
3583 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
3584 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
3585 and also has mode @code{Pmode}.
3587 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
3588 the address of the function which would be called if the function
3589 pointer were used in an indirect call.
3591 Only define this pattern if function pointers on the target machine
3592 can have different values but still call the same function when
3593 used in an indirect call.
3595 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
3596 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
3597 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
3598 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
3599 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
3600 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
3601 @item @samp{save_stack_block}
3602 @itemx @samp{save_stack_function}
3603 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
3604 @itemx @samp{restore_stack_block}
3605 @itemx @samp{restore_stack_function}
3606 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
3607 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
3608 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
3609 such machines.
3611 Some machines require special handling for stack pointer saves and
3612 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
3613 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
3614 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
3615 saves and restores are:
3617 @enumerate
3618 @item
3619 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
3620 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
3621 restores the stack pointer when the block is exited.
3623 @item
3624 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
3625 similar job for the outermost block of a function and are used when the
3626 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
3627 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
3628 restore sequence on some machines.
3630 @item
3631 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
3632 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
3633 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
3634 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
3635 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
3636 and restoring additional data such as register window information or
3637 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
3638 such required data.
3639 @end enumerate
3641 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
3642 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
3643 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
3644 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
3645 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
3646 for a particular type of save (either because no save is needed or
3647 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
3648 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
3649 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
3650 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
3652 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
3653 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
3654 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
3656 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
3657 @item @samp{allocate_stack}
3658 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
3659 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
3661 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
3662 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
3663 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
3664 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
3665 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
3666 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
3667 stack is free.
3669 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
3670 Some machines require other operations such as stack probes or
3671 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
3672 operations in addition to updating the stack pointer.
3674 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
3675 @item @samp{check_stack}
3676 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
3677 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
3678 to perform the needed check and signaling an error if the stack
3679 has overflowed.  The single operand is the location in the stack furthest
3680 from the current stack pointer that you need to validate.  Normally,
3681 on machines where this pattern is needed, you would obtain the stack
3682 limit from a global or thread-specific variable or register.
3684 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
3685 @item @samp{nonlocal_goto}
3686 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
3687 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
3688 each representing a value to be used in the jump.  The first
3689 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
3690 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
3691 the third is the address of a location where the stack is saved,
3692 and the last is the address of the label, to be placed in the
3693 location for the incoming static chain.
3695 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
3696 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
3697 and static chain, restore the stack (using the
3698 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
3699 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
3700 not work on your machine.
3702 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
3703 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
3704 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
3705 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
3706 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
3707 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
3708 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
3709 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
3710 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
3711 There are no arguments.
3713 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
3714 @item @samp{exception_receiver}
3715 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
3716 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
3717 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
3718 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
3719 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
3720 an exception.  There are no arguments.
3722 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
3723 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
3724 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
3725 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
3726 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
3727 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
3728 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
3729 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
3730 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
3731 the first three are normally used by the generic mechanism.
3733 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
3734 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
3735 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
3736 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
3737 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
3738 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
3739 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
3740 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
3741 at a small offset from that label.
3743 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
3744 @item @samp{builtin_longjmp}
3745 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
3746 You will not normally need to define this pattern unless you also define
3747 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
3748 @code{jmp_buf}.
3750 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
3751 @item @samp{eh_return}
3752 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
3753 and thence the call frame exception handling library routines, are
3754 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
3755 the abnormal return path.
3757 The address of the exception handler to which the function should return
3758 is passed as operand to this pattern.  It will normally need to copied by
3759 the pattern to some special register or memory location.
3760 If the pattern needs to determine the location of the target call
3761 frame in order to do so, it may use @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX},
3762 if defined; it will have already been assigned.
3764 If this pattern is not defined, the default action will be to simply
3765 copy the return address to @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX}.  Either
3766 that macro or this pattern needs to be defined if call frame exception
3767 handling is to be used.
3769 @cindex @code{prologue} instruction pattern
3770 @anchor{prologue instruction pattern}
3771 @item @samp{prologue}
3772 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
3773 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
3774 pointer register, saving callee saved registers, etc.
3776 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
3777 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
3779 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
3780 instruction scheduling.
3782 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
3783 @anchor{epilogue instruction pattern}
3784 @item @samp{epilogue}
3785 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
3786 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
3787 registers and emitting the return instruction.
3789 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
3790 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
3792 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
3793 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
3795 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
3796 @item @samp{sibcall_epilogue}
3797 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
3798 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
3799 sibling call (aka tail call) sites.
3801 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
3802 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
3803 function.
3805 @cindex @code{trap} instruction pattern
3806 @item @samp{trap}
3807 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
3808 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
3809 front end to signal `invalid array index' exceptions.
3811 @cindex @code{conditional_trap} instruction pattern
3812 @item @samp{conditional_trap}
3813 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
3814 performs a comparison.  Operand 1 is the trap code, an integer.
3816 A typical @code{conditional_trap} pattern looks like
3818 @smallexample
3819 (define_insn "conditional_trap"
3820   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
3821              [(cc0) (const_int 0)])
3822             (match_operand 1 "const_int_operand" "i"))]
3823   ""
3824   "@dots{}")
3825 @end smallexample
3827 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
3828 @item @samp{prefetch}
3830 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
3831 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
3832 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
3833 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
3834 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
3835 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
3836 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
3837 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
3838 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
3840 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
3841 the values of operands 1 and 2.
3843 @end table
3845 @end ifset
3846 @c Each of the following nodes are wrapped in separate
3847 @c "@ifset INTERNALS" to work around memory limits for the default
3848 @c configuration in older tetex distributions.  Known to not work:
3849 @c tetex-1.0.7, known to work: tetex-2.0.2.
3850 @ifset INTERNALS
3851 @node Pattern Ordering
3852 @section When the Order of Patterns Matters
3853 @cindex Pattern Ordering
3854 @cindex Ordering of Patterns
3856 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
3857 pattern that appears first in the machine description is the one used.
3858 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
3859 and faster instructions (those that will produce better code when they
3860 do match) should usually go first in the description.
3862 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
3863 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
3864 instruction for converting a fullword to floating point and another
3865 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
3866 an integer to floating point could match either one.  We put the
3867 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
3868 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
3869 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
3870 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
3871 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
3872 constant value.
3874 @end ifset
3875 @ifset INTERNALS
3876 @node Dependent Patterns
3877 @section Interdependence of Patterns
3878 @cindex Dependent Patterns
3879 @cindex Interdependence of Patterns
3881 Every machine description must have a named pattern for each of the
3882 conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
3883 must always have the form
3885 @smallexample
3886 (set (pc)
3887      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
3888                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
3889                    (pc)))
3890 @end smallexample
3892 @noindent
3893 In addition, every machine description must have an anonymous pattern
3894 for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
3895 look like
3897 @smallexample
3898 (set (pc)
3899      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
3900                    (pc)
3901                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
3902 @end smallexample
3904 @noindent
3905 They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
3906 branches into reverse-conditional branches.
3908 It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
3909 reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
3910 example,
3912 @smallexample
3913 (define_insn ""
3914   [(set (pc)
3915         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
3916                                       [(cc0) (const_int 0)])
3917                       (pc)
3918                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
3919   "@var{condition}"
3920   "@dots{}")
3921 @end smallexample
3923 In some cases machines support instructions identical except for the
3924 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
3925 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
3926 patterns are
3928 @smallexample
3929 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
3930      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
3932 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
3933      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
3934 @end smallexample
3936 @noindent
3937 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
3938 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
3939 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
3940 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
3941 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
3942 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
3944 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
3945 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
3946 compilations.
3948 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
3949 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
3950 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
3951 you should not provide separate patterns for increment and decrement
3952 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
3953 that supports register-register add insns by examining the operands and
3954 generating the appropriate machine instruction.
3956 @end ifset
3957 @ifset INTERNALS
3958 @node Jump Patterns
3959 @section Defining Jump Instruction Patterns
3960 @cindex jump instruction patterns
3961 @cindex defining jump instruction patterns
3963 For most machines, GCC assumes that the machine has a condition code.
3964 A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
3965 signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
3966 insn tests the condition code and branches or not according its value.
3967 The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
3968 common machines, such as the VAX, the 68000 and the 32000, work this
3969 way.
3971 Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
3972 only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
3973 these machines is to treat them just like the others until the final stage
3974 where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
3975 compare instruction, peek ahead at the following branch using
3976 @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
3977 being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
3978 the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
3979 otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
3980 can treat signed and unsigned branches identically.
3982 The reason you can do this is that GCC always generates a pair of
3983 consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
3984 set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
3985 until the end.
3987 To go with this technique, you must define the machine-description macro
3988 @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
3989 compare instruction is superfluous.
3991 Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
3992 A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
3993 compare instruction, record its operands in two static variables.  When
3994 outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
3995 output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
3997 It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
3998 In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
3999 will be combined according to these patterns.  But this does not happen
4000 if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
4001 above in addition to any special patterns you define.
4003 In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
4004 code and there may not even be a separate condition code register.  On
4005 these machines, the restriction that the definition and use of the
4006 condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
4007 important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
4008 delay for taken branches unless the condition code register is set three
4009 instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
4010 scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
4011 separate the definition and use of the condition code register.
4013 On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
4014 to represent the condition code.  If there is a specific condition code
4015 register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
4016 comparison result can be placed in any general register, or if there are
4017 multiple condition registers, use a pseudo register.
4019 @findex prev_cc0_setter
4020 @findex next_cc0_user
4021 On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
4022 the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
4023 SPARC, setting the condition code directly from an add or subtract
4024 instruction does not clear the overflow bit the way that a test
4025 instruction does, so a different branch instruction must be used for
4026 some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
4027 and use of the condition code must be adjacent (separated only by
4028 @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
4029 (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
4030 located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
4031 and @code{next_cc0_user}.
4033 However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
4034 those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
4035 compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
4036 we use the machine mode of the condition code register to record
4037 different formats of the condition code register.
4039 Registers used to store the condition code value should have a mode that
4040 is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
4041 additional modes are required (as for the add example mentioned above in
4042 the SPARC), define the macro @code{EXTRA_CC_MODES} to list the
4043 additional modes required (@pxref{Condition Code}).  Also define
4044 @code{SELECT_CC_MODE} to choose a mode given an operand of a compare.
4046 If it is known during RTL generation that a different mode will be
4047 required (for example, if the machine has separate compare instructions
4048 for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
4049 be specified at that time.
4051 If the cases that require different modes would be made by instruction
4052 combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
4053 mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
4054 written using that mode.  To support the case of the add on the SPARC
4055 discussed above, we have the pattern
4057 @smallexample
4058 (define_insn ""
4059   [(set (reg:CC_NOOV 0)
4060         (compare:CC_NOOV
4061           (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
4062                    (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
4063           (const_int 0)))]
4064   ""
4065   "@dots{}")
4066 @end smallexample
4068 The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the SPARC returns @code{CC_NOOVmode}
4069 for comparisons whose argument is a @code{plus}.
4071 @end ifset
4072 @ifset INTERNALS
4073 @node Looping Patterns
4074 @section Defining Looping Instruction Patterns
4075 @cindex looping instruction patterns
4076 @cindex defining looping instruction patterns
4078 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
4079 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
4080 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
4081 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
4082 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
4083 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
4084 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
4085 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
4086 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
4087 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
4088 the jump.
4090 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
4091 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
4092 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
4093 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
4094 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
4095 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
4096 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
4097 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
4098 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
4099 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
4100 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
4101 following for its @code{dbra} instruction:
4103 @smallexample
4104 @group
4105 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
4106   [(set (pc)
4107         (if_then_else
4108           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
4109                        (const_int -1))
4110               (const_int 0))
4111           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
4112           (pc)))
4113    (set (match_dup 0)
4114         (plus:SI (match_dup 0)
4115                  (const_int -1)))]
4116   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
4117   "@dots{}")
4118 @end group
4119 @end smallexample
4121 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
4122 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
4123 since this insn is generated by the instruction combination phase
4124 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
4125 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
4126 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
4127 pattern will not be matched by the combiner.
4129 @smallexample
4130 @group
4131 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
4132   [(set (pc)
4133         (if_then_else
4134           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
4135               (const_int 1))
4136           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
4137           (pc)))
4138    (set (match_dup 0)
4139         (plus:SI (match_dup 0)
4140                  (const_int -1)))]
4141   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
4142   "@dots{}")
4143 @end group
4144 @end smallexample
4146 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
4147 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
4148 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
4149 information collected during strength reduction.
4151 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
4152 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
4153 is an optional companion pattern that can be used for initialization
4154 needed for some low-overhead looping instructions.
4156 Note that some machines require the actual looping instruction to be
4157 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
4158 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
4159 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
4160 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
4161 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
4162 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
4163 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
4164 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
4165 desired special iteration counter register was not allocated, this
4166 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
4167 instruction pair.
4169 The essential difference between the
4170 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
4171 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
4172 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
4173 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
4174 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
4175 may become redundant and removed by the flow pass.
4178 @end ifset
4179 @ifset INTERNALS
4180 @node Insn Canonicalizations
4181 @section Canonicalization of Instructions
4182 @cindex canonicalization of instructions
4183 @cindex insn canonicalization
4185 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
4186 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
4187 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
4188 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
4189 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
4190 number of insn patterns required.
4192 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
4193 are performed:
4195 @itemize @bullet
4196 @item
4197 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
4198 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
4199 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
4200 be supplied.
4202 @item
4203 For associative operators, a sequence of operators will always chain
4204 to the left; for instance, only the left operand of an integer @code{plus}
4205 can itself be a @code{plus}.  @code{and}, @code{ior}, @code{xor},
4206 @code{plus}, @code{mult}, @code{smin}, @code{smax}, @code{umin}, and
4207 @code{umax} are associative when applied to integers, and sometimes to
4208 floating-point.
4210 @item
4211 @cindex @code{neg}, canonicalization of
4212 @cindex @code{not}, canonicalization of
4213 @cindex @code{mult}, canonicalization of
4214 @cindex @code{plus}, canonicalization of
4215 @cindex @code{minus}, canonicalization of
4216 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
4217 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
4218 first operand.
4220 @item
4221 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
4222 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
4223 the operations as far as possible.  For instance,
4224 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
4225 @code{(plus (mult (neg A) B) C)} is canonicalized as
4226 @code{(minus A (mult B C))}.
4228 @cindex @code{compare}, canonicalization of
4229 @item
4230 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
4231 on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
4232 machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
4233 a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
4234 cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
4235 matching a constant as the first operand unless the machine actually has
4236 such an instruction.
4238 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
4239 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
4240 above.
4242 @item
4243 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
4244 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
4246 @item
4247 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
4248 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
4250 @cindex @code{ior}, canonicalization of
4251 @cindex @code{and}, canonicalization of
4252 @cindex De Morgan's law
4253 @item
4254 De Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
4255 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
4256 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
4258 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
4259 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
4260 for that instruction as
4262 @smallexample
4263 (define_insn ""
4264   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
4265         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
4266                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
4267   "@dots{}"
4268   "@dots{}")
4269 @end smallexample
4271 @noindent
4272 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
4274 @smallexample
4275 (define_insn ""
4276   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
4277         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
4278                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
4279   "@dots{}"
4280   "@dots{}")
4281 @end smallexample
4283 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
4284 logically equivalent RTL expressions.
4286 @cindex @code{xor}, canonicalization of
4287 @item
4288 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
4289 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
4290 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
4292 @item
4293 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
4294 the form
4296 @smallexample
4297 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
4298 @end smallexample
4300 @item
4301 On machines that do not use @code{cc0},
4302 @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
4303 @var{x}.
4305 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
4306 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
4307 @item
4308 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
4309 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
4310 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
4312 @end itemize
4314 @end ifset
4315 @ifset INTERNALS
4316 @node Expander Definitions
4317 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
4318 @cindex expander definitions
4319 @cindex code generation RTL sequences
4320 @cindex defining RTL sequences for code generation
4322 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
4323 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
4324 represent them.  For these target machines, you can write a
4325 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
4327 @findex define_expand
4328 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
4329 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
4330 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
4332 A @code{define_expand} RTX has four operands:
4334 @itemize @bullet
4335 @item
4336 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
4337 use for it is to refer to it by name.
4339 @item
4340 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
4341 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
4342 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
4344 @item
4345 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
4346 used to express how the availability of this pattern depends on
4347 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
4348 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
4349 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
4350 depend on the data in the insn being matched, but only the
4351 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
4352 during initialization in order to learn exactly which named instructions
4353 are available in a particular run.
4355 @item
4356 The preparation statements, a string containing zero or more C
4357 statements which are to be executed before RTL code is generated from
4358 the RTL template.
4360 Usually these statements prepare temporary registers for use as
4361 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
4362 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
4363 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
4364 @end itemize
4366 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
4367 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
4368 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
4371 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
4372 also describes the operands that need to be specified when this pattern
4373 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
4375 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
4376 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
4377 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
4378 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
4379 information to preload the operand into a register if that is required for
4380 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
4381 references should use @code{match_dup}.
4383 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
4384 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
4385 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
4386 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
4387 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
4388 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
4389 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
4390 compute the values and store them into the appropriate elements of
4391 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
4393 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
4394 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
4395 as a statement.
4397 @table @code
4399 @findex DONE
4400 @item DONE
4401 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
4402 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
4403 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
4404 preparation statements; the RTL template will not be generated.
4406 @findex FAIL
4407 @item FAIL
4408 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
4409 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
4410 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
4412 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
4413 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
4414 operations.
4415 @end table
4417 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
4418 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
4419 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
4420 insn.
4422 The RTL template is not used for matching, only for generating the
4423 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
4424 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
4425 list of operands, such as this example:
4427 @smallexample
4428 @group
4429 (define_expand "addsi3"
4430   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4431    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
4432    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
4433 @end group
4434 @group
4435   ""
4436   "
4438   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
4439   DONE;
4440 @}")
4441 @end group
4442 @end smallexample
4444 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
4446 @smallexample
4447 @group
4448 (define_expand "ashlsi3"
4449   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4450         (ashift:SI
4451 @end group
4452 @group
4453           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
4454           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
4455   ""
4456   "
4457 @end group
4458 @end smallexample
4460 @smallexample
4461 @group
4463   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
4464       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
4465     FAIL;
4466 @}")
4467 @end group
4468 @end smallexample
4470 @noindent
4471 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
4472 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
4473 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
4474 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
4475 library call).
4477 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
4478 patterns with names, then it would be possible to use a
4479 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
4480 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
4482 @smallexample
4483 (define_expand "zero_extendhisi2"
4484   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
4485         (const_int 0))
4486    (set (strict_low_part
4487           (subreg:HI
4488             (match_dup 0)
4489             0))
4490         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
4491   ""
4492   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
4493 @end smallexample
4495 @noindent
4496 @findex make_safe_from
4497 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
4498 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
4499 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
4500 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
4501 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
4502 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
4503 by emitting another RTL insn.
4505 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
4506 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
4507 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
4508 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
4509 on this machine.  So it must be copied into a register with
4510 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
4512 @smallexample
4513 (define_expand "zero_extendhisi2"
4514   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4515         (and:SI (subreg:SI
4516                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
4517                   0)
4518                 (match_dup 2)))]
4519   ""
4520   "operands[2]
4521      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
4522 @end smallexample
4524 @emph{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
4525 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
4526 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
4527 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
4528 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
4529 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
4530 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
4531 in the compiler.
4533 @end ifset
4534 @ifset INTERNALS
4535 @node Insn Splitting
4536 @section Defining How to Split Instructions
4537 @cindex insn splitting
4538 @cindex instruction splitting
4539 @cindex splitting instructions
4541 There are two cases where you should specify how to split a pattern
4542 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
4543 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
4544 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
4545 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
4546 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
4547 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
4548 cannot be placed into a delay slot.
4550 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
4551 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
4552 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
4553 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
4554 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
4555 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
4556 scheduling.
4558 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
4559 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
4560 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
4561 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
4562 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
4563 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
4564 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
4565 split the addition into two insns is machine-dependent.
4567 @findex define_split
4568 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
4569 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
4571 @smallexample
4572 (define_split
4573   [@var{insn-pattern}]
4574   "@var{condition}"
4575   [@var{new-insn-pattern-1}
4576    @var{new-insn-pattern-2}
4577    @dots{}]
4578   "@var{preparation-statements}")
4579 @end smallexample
4581 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
4582 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
4583 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
4584 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
4585 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
4586 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
4588 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
4589 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
4590 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
4591 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
4592 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
4593 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
4594 must not allocate any space in the stack frame.
4596 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
4597 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
4598 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
4599 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
4600 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
4601 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
4602 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
4603 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
4604 of those definitions.
4606 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
4607 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
4608 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
4610 @smallexample
4611 (define_split
4612   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
4613         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
4614   ""
4615   [(set (match_dup 0)
4616         (ashift:SI (match_dup 1)
4617                    (const_int 16)))
4618    (set (match_dup 0)
4619         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
4620                      (const_int 16)))]
4621   "
4622 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
4623 @end smallexample
4625 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
4626 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
4627 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
4628 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
4629 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
4630 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
4631 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
4632 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
4633 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
4634 @code{define_split} that will never produce insns that match).
4636 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
4637 @file{rs6000.md}:
4639 @smallexample
4640 (define_split
4641   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
4642         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
4643                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
4644   ""
4645   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
4646    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
4649   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
4650   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
4652   if (low & 0x8000)
4653     high++, low |= 0xffff0000;
4655   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
4656   operands[4] = GEN_INT (low);
4657 @}")
4658 @end smallexample
4660 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
4661 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
4662 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
4663 can be substituted into the address of a subsequent operation.
4665 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
4666 an equality comparison of a register and a large constant:
4668 @smallexample
4669 (define_split
4670   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
4671         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
4672                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
4673    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
4674   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
4675    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
4676        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
4677   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
4678    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
4679   "
4681   /* Get the constant we are comparing against, C, and see what it
4682      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
4683      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.  */
4685   int c = INTVAL (operands[2]);
4686   int sextc = (c << 16) >> 16;
4687   int xorv = c ^ sextc;
4689   operands[4] = GEN_INT (xorv);
4690   operands[5] = GEN_INT (sextc);
4691 @}")
4692 @end smallexample
4694 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
4695 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
4696 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
4697 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
4698 are not valid.
4700 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
4701 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
4702 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
4703 several restriction apply.
4705 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
4706 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
4707 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
4708 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
4709 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
4710 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump.  A global variable
4711 @code{split_branch_probability} hold the probability of original branch in case
4712 it was an simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
4713 recomputing of edge frequencies, new sequence is required to have only
4714 forward jumps to the newly created labels.
4716 @findex define_insn_and_split
4717 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
4718 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
4719 this:
4721 @smallexample
4722 (define_insn_and_split
4723   [@var{insn-pattern}]
4724   "@var{condition}"
4725   "@var{output-template}"
4726   "@var{split-condition}"
4727   [@var{new-insn-pattern-1}
4728    @var{new-insn-pattern-2}
4729    @dots{}]
4730   "@var{preparation-statements}"
4731   [@var{insn-attributes}])
4733 @end smallexample
4735 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
4736 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
4737 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
4738 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
4739 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
4740 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
4741 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
4742 from i386.md:
4744 @smallexample
4745 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
4746   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
4747      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
4748    (clobber (reg:CC 17))]
4749   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
4750   "#"
4751   "&& reload_completed"
4752   [(parallel [(set (match_dup 0)
4753                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
4754               (clobber (reg:CC 17))])]
4755   ""
4756   [(set_attr "type" "alu1")])
4758 @end smallexample
4760 In this case, the actual split condition will be
4761 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
4763 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
4764 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
4765 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
4766 having to ensure the two patterns' templates match.
4768 @end ifset
4769 @ifset INTERNALS
4770 @node Including Patterns
4771 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
4772 @cindex insn includes
4774 @findex include
4775 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
4776 look for patterns that are in files other than in the file
4777 @file{.md}.  This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
4779 It looks like:
4781 @smallexample
4783 (include
4784   @var{pathname})
4785 @end smallexample
4787 For example:
4789 @smallexample
4791 (include "filestuff")
4793 @end smallexample
4795 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
4796 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}.  The
4797 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
4800 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
4801 and placed into subdirectories.
4803 By specifying:
4805 @smallexample
4807 (include "BOGUS/filestuff")
4809 @end smallexample
4811 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
4813 Specifying an absolute path for the include file such as;
4814 @smallexample
4816 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
4818 @end smallexample
4819 is permitted but is not encouraged.
4821 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
4822 @cindex directory options .md
4823 @cindex options, directory search
4824 @cindex search options
4826 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
4827 For example:
4829 @smallexample
4831 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
4833 @end smallexample
4836 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
4837 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
4838 file, substituting your own version, since these directories are
4839 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
4840 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
4841 order; the standard default directory come after.
4844 @end ifset
4845 @ifset INTERNALS
4846 @node Peephole Definitions
4847 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
4848 @cindex peephole optimizer definitions
4849 @cindex defining peephole optimizers
4851 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
4852 definitions of machine-specific peephole optimizations.
4854 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
4855 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
4856 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
4857 though the second one does not appear to use a register computed in the
4858 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
4859 opportunities.
4861 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
4862 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
4863 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
4864 is deprecated.
4866 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
4867 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
4868 but before scheduling, which may result in much better code for
4869 targets that do scheduling.
4871 @menu
4872 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
4873 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
4874 @end menu
4876 @end ifset
4877 @ifset INTERNALS
4878 @node define_peephole
4879 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
4880 @findex define_peephole
4882 @need 1000
4883 A definition looks like this:
4885 @smallexample
4886 (define_peephole
4887   [@var{insn-pattern-1}
4888    @var{insn-pattern-2}
4889    @dots{}]
4890   "@var{condition}"
4891   "@var{template}"
4892   "@var{optional-insn-attributes}")
4893 @end smallexample
4895 @noindent
4896 The last string operand may be omitted if you are not using any
4897 machine-specific information in this machine description.  If present,
4898 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
4900 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
4901 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
4902 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
4903 the next, and so on.
4905 Each of the insns matched by a peephole must also match a
4906 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
4907 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
4908 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
4909 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
4910 stages.
4912 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
4913 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
4914 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
4915 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
4916 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
4917 other.
4919 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
4920 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
4921 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
4922 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
4923 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
4925 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
4926 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
4927 previously tested.
4929 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
4930 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
4931 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
4932 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
4933 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
4934 patterns.
4936 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
4937 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
4938 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
4939 the operands.
4941 @findex prev_active_insn
4942 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
4943 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
4944 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
4945 to refer to the last of the insns being matched; use
4946 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
4948 @findex dead_or_set_p
4949 When optimizing computations with intermediate results, you can use
4950 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
4951 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
4952 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
4953 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
4954 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
4955 value (from @code{operands[@var{i}]}).
4957 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
4958 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
4959 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
4960 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
4961 used in matching the original sequence of insns.
4963 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
4964 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
4965 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
4966 as the insn pattern to control how the insn is output.
4968 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
4969 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
4971 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
4973 @smallexample
4974 (define_peephole
4975   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
4976    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
4977         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
4978   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
4980   rtx xoperands[2];
4981   xoperands[1] = gen_rtx_REG (SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
4982 #ifdef MOTOROLA
4983   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
4984   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
4985   return "fmove.d (sp)+,%0";
4986 #else
4987   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
4988   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
4989   return "fmoved sp@@+,%0";
4990 #endif
4992 @end smallexample
4994 @need 1000
4995 The effect of this optimization is to change
4997 @smallexample
4998 @group
4999 jbsr _foobar
5000 addql #4,sp
5001 movel d1,sp@@-
5002 movel d0,sp@@-
5003 fmoved sp@@+,fp0
5004 @end group
5005 @end smallexample
5007 @noindent
5008 into
5010 @smallexample
5011 @group
5012 jbsr _foobar
5013 movel d1,sp@@
5014 movel d0,sp@@-
5015 fmoved sp@@+,fp0
5016 @end group
5017 @end smallexample
5019 @ignore
5020 @findex CC_REVERSED
5021 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
5022 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
5023 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
5024 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
5025 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
5026 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
5027 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
5028 and in this C code check the condition code status flags and change the
5029 assembler code as appropriate.
5030 @end ignore
5032 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
5033 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
5034 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
5035 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
5036 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
5037 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
5038 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
5039 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
5040 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
5042 @smallexample
5043 (define_insn "divmodsi4"
5044   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
5045         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
5046                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
5047    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
5048         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
5049   "TARGET_68020"
5050   "divsl%.l %2,%3:%0")
5051 @end smallexample
5053 @noindent
5054 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
5056 @smallexample
5057 (define_peephole
5058   [@dots{}
5059    (parallel
5060     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
5061           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
5062                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
5063      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
5064           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
5065    @dots{}]
5066   @dots{})
5067 @end smallexample
5069 @end ifset
5070 @ifset INTERNALS
5071 @node define_peephole2
5072 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
5073 @findex define_peephole2
5075 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
5076 substitute one sequence of instructions for another sequence,
5077 what additional scratch registers may be needed and what their
5078 lifetimes must be.
5080 @smallexample
5081 (define_peephole2
5082   [@var{insn-pattern-1}
5083    @var{insn-pattern-2}
5084    @dots{}]
5085   "@var{condition}"
5086   [@var{new-insn-pattern-1}
5087    @var{new-insn-pattern-2}
5088    @dots{}]
5089   "@var{preparation-statements}")
5090 @end smallexample
5092 The definition is almost identical to @code{define_split}
5093 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
5094 single instruction, but a sequence of instructions.
5096 It is possible to request additional scratch registers for use in the
5097 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
5098 will simply not match.
5100 @findex match_scratch
5101 @findex match_dup
5102 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
5103 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
5104 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
5105 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
5106 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
5107 at which the register must be available.
5109 Here is an example from the IA-32 machine description:
5111 @smallexample
5112 (define_peephole2
5113   [(match_scratch:SI 2 "r")
5114    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5115                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
5116                      [(match_dup 0)
5117                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
5118               (clobber (reg:CC 17))])]
5119   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
5120   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
5121    (parallel [(set (match_dup 0)
5122                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
5123               (clobber (reg:CC 17))])]
5124   "")
5125 @end smallexample
5127 @noindent
5128 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
5129 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
5130 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
5131 to be live only at the point just before the arithmetic.
5133 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
5134 so here's a silly made-up example:
5136 @smallexample
5137 (define_peephole2
5138   [(match_scratch:SI 4 "r")
5139    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
5140    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
5141    (match_dup 4)
5142    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
5143   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
5144   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
5145    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
5146    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
5147    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
5148   "")
5149 @end smallexample
5151 @noindent
5152 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
5153 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
5154 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
5156 @end ifset
5157 @ifset INTERNALS
5158 @node Insn Attributes
5159 @section Instruction Attributes
5160 @cindex insn attributes
5161 @cindex instruction attributes
5163 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
5164 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
5165 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
5166 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
5167 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
5168 to track the condition codes.
5170 @menu
5171 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
5172 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
5173 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
5174 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
5175 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
5176 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
5177 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
5178 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
5179 @end menu
5181 @end ifset
5182 @ifset INTERNALS
5183 @node Defining Attributes
5184 @subsection Defining Attributes and their Values
5185 @cindex defining attributes and their values
5186 @cindex attributes, defining
5188 @findex define_attr
5189 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
5190 by the target machine.  It looks like:
5192 @smallexample
5193 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
5194 @end smallexample
5196 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
5198 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
5199 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
5200 indicate that the attribute takes numeric values.
5202 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
5203 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
5204 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
5205 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
5206 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
5208 @findex insn-attr.h
5209 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
5210 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
5211 specified for an attribute, the following are defined:
5213 @itemize @bullet
5214 @item
5215 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
5217 @item
5218 An enumerated class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
5219 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
5220 the attribute name and value are first converted to uppercase.
5222 @item
5223 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
5224 returns the attribute value for that insn.
5225 @end itemize
5227 For example, if the following is present in the @file{md} file:
5229 @smallexample
5230 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
5231 @end smallexample
5233 @noindent
5234 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
5236 @smallexample
5237 #define HAVE_ATTR_type
5238 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
5239                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
5240 extern enum attr_type get_attr_type ();
5241 @end smallexample
5243 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
5244 defined and the function to obtain the attribute's value will return
5245 @code{int}.
5247 @end ifset
5248 @ifset INTERNALS
5249 @node Expressions
5250 @subsection Attribute Expressions
5251 @cindex attribute expressions
5253 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
5254 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
5255 Attribute value expressions must have one of the following forms:
5257 @table @code
5258 @cindex @code{const_int} and attributes
5259 @item (const_int @var{i})
5260 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
5261 must be non-negative.
5263 The value of a numeric attribute can be specified either with a
5264 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
5265 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
5266 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
5267 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
5269 @cindex @code{const_string} and attributes
5270 @item (const_string @var{value})
5271 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
5272 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
5273 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
5274 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
5275 of a @code{define_attr}.
5277 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
5278 must be a string containing a non-negative integer (normally
5279 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
5280 contain one of the valid values for the attribute.
5282 @cindex @code{if_then_else} and attributes
5283 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
5284 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
5285 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
5286 otherwise it is @var{false-value}.
5288 @cindex @code{cond} and attributes
5289 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
5290 The first operand of this expression is a vector containing an even
5291 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
5292 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
5293 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
5294 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
5295 expression is that of the @var{default} expression.
5296 @end table
5298 @var{test} expressions can have one of the following forms:
5300 @table @code
5301 @cindex @code{const_int} and attribute tests
5302 @item (const_int @var{i})
5303 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
5305 @cindex @code{not} and attributes
5306 @cindex @code{ior} and attributes
5307 @cindex @code{and} and attributes
5308 @item (not @var{test})
5309 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
5310 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
5311 These tests are true if the indicated logical function is true.
5313 @cindex @code{match_operand} and attributes
5314 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
5315 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
5316 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
5317 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
5318 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
5319 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
5320 string).
5322 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
5324 @cindex @code{le} and attributes
5325 @cindex @code{leu} and attributes
5326 @cindex @code{lt} and attributes
5327 @cindex @code{gt} and attributes
5328 @cindex @code{gtu} and attributes
5329 @cindex @code{ge} and attributes
5330 @cindex @code{geu} and attributes
5331 @cindex @code{ne} and attributes
5332 @cindex @code{eq} and attributes
5333 @cindex @code{plus} and attributes
5334 @cindex @code{minus} and attributes
5335 @cindex @code{mult} and attributes
5336 @cindex @code{div} and attributes
5337 @cindex @code{mod} and attributes
5338 @cindex @code{abs} and attributes
5339 @cindex @code{neg} and attributes
5340 @cindex @code{ashift} and attributes
5341 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
5342 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
5343 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
5344 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
5345 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
5346 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
5347 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
5348 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
5349 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
5350 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
5351 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
5352 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
5353 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
5354 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
5355 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
5356 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
5357 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
5359 @findex get_attr
5360 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
5361 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
5362 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
5363 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
5364 variable.
5366 @findex eq_attr
5367 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
5368 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
5370 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
5371 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
5372 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
5373 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
5374 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
5375 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
5376 @emph{not} in the specified list.
5378 For example,
5380 @smallexample
5381 (eq_attr "type" "load,store")
5382 @end smallexample
5384 @noindent
5385 is equivalent to
5387 @smallexample
5388 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
5389 @end smallexample
5391 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
5392 value of the compiler variable @code{which_alternative}
5393 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
5394 example,
5396 @smallexample
5397 (eq_attr "alternative" "2,3")
5398 @end smallexample
5400 @noindent
5401 is equivalent to
5403 @smallexample
5404 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
5405      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
5406 @end smallexample
5408 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
5409 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
5410 a particular pattern.  This is by far the most common case.
5412 @findex attr_flag
5413 @item (attr_flag @var{name})
5414 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
5415 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
5416 scheduled.
5418 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
5419 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
5420 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
5421 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
5422 if a conditional branch is expected to be taken.
5424 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
5425 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
5427 This example describes a conditional branch delay slot which
5428 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
5429 for backward branches which are not taken (annul-false).
5431 @smallexample
5432 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
5433   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
5434    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
5435         (attr_flag "forward"))
5436    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
5437         (attr_flag "backward"))])
5438 @end smallexample
5440 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
5441 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5443 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
5444 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5445 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
5446 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5448 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
5449 meaning to other passes of the compiler.
5451 @findex attr
5452 @item (attr @var{name})
5453 The value of another attribute is returned.  This is most useful
5454 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
5455 produce more efficient code for non-numeric attributes.
5456 @end table
5458 @end ifset
5459 @ifset INTERNALS
5460 @node Tagging Insns
5461 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
5462 @cindex tagging insns
5463 @cindex assigning attribute values to insns
5465 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
5466 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
5467 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
5468 have an optional last argument to specify the values of attributes for
5469 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
5470 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
5471 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
5472 permits the specification of the values for only one or two attributes
5473 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
5474 next section.
5476 The optional last argument of @code{define_insn} and
5477 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
5478 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
5479 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
5480 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
5481 second operand of the @code{set} is an attribute expression
5482 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
5484 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
5485 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
5486 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
5487 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
5488 each alternative.
5490 @findex set_attr
5491 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
5492 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
5493 specifying a string giving either a single attribute value or a list
5494 of attribute values, one for each alternative.
5496 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
5497 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
5499 @table @code
5500 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
5501 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
5502 or a string containing a comma-separated list giving the values for
5503 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
5504 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
5506 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
5507 which case the attribute will assume its default value for insns matching
5508 that alternative.
5510 @findex set_attr_alternative
5511 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
5512 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
5513 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
5514 tests on the @samp{alternative} attribute.
5516 @findex attr
5517 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
5518 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
5519 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
5520 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
5521 @end table
5523 The following shows three different ways of representing the same
5524 attribute value specification:
5526 @smallexample
5527 (set_attr "type" "load,store,arith")
5529 (set_attr_alternative "type"
5530                       [(const_string "load") (const_string "store")
5531                        (const_string "arith")])
5533 (set (attr "type")
5534      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
5535             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
5536            (const_string "arith")))
5537 @end smallexample
5539 @need 1000
5540 @findex define_asm_attributes
5541 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
5542 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
5543 statement.  It has the form:
5545 @smallexample
5546 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
5547 @end smallexample
5549 @noindent
5550 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
5551 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
5553 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
5554 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
5556 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
5557 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
5558 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
5559 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
5560 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
5561 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
5562 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
5563 of a single machine instruction.
5565 @end ifset
5566 @ifset INTERNALS
5567 @node Attr Example
5568 @subsection Example of Attribute Specifications
5569 @cindex attribute specifications example
5570 @cindex attribute specifications
5572 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
5573 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
5574 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
5575 value.  This attribute is normally used only to define the default value
5576 for other attributes.  An example will clarify this usage.
5578 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
5579 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
5580 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
5581 operations, floating point operations, and branches.
5583 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
5584 the condition code and will limit ourselves to the following possible
5585 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
5586 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
5587 changed if the item previously set into the condition code has been
5588 modified.
5590 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
5592 @smallexample
5593 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
5595 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
5596              (cond [(eq_attr "type" "load")
5597                         (const_string "change0")
5598                     (eq_attr "type" "store,branch")
5599                         (const_string "unchanged")
5600                     (eq_attr "type" "arith")
5601                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
5602                                       (const_string "set")
5603                                       (const_string "clobber"))]
5604                    (const_string "clobber")))
5606 (define_insn ""
5607   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
5608         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
5609   ""
5610   "@@
5611    move %0,%1
5612    load %0,%1
5613    store %0,%1"
5614   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
5615 @end smallexample
5617 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
5618 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
5619 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
5620 full-word result.
5622 @end ifset
5623 @ifset INTERNALS
5624 @node Insn Lengths
5625 @subsection Computing the Length of an Insn
5626 @cindex insn lengths, computing
5627 @cindex computing the length of an insn
5629 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
5630 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
5631 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
5632 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @code{length}
5633 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
5634 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
5636 In the case of the @code{length} attribute, two additional forms of
5637 arithmetic terms are allowed in test expressions:
5639 @table @code
5640 @cindex @code{match_dup} and attributes
5641 @item (match_dup @var{n})
5642 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
5643 must be a @code{label_ref}.
5645 @cindex @code{pc} and attributes
5646 @item (pc)
5647 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
5648 been more consistent with other usage to make this the address of the
5649 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
5650 current insn is to be computed.
5651 @end table
5653 @cindex @code{addr_vec}, length of
5654 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
5655 For normal insns, the length will be determined by value of the
5656 @code{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
5657 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
5658 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
5660 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
5662 The following macros can be used to refine the length computation:
5664 @table @code
5665 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
5666 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
5667 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
5668 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
5669 that contains the initially computed length of the insn and should be
5670 updated with the correct length of the insn.
5672 This macro will normally not be required.  A case in which it is
5673 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
5674 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
5675 may be required.
5676 @end table
5678 @findex get_attr_length
5679 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
5680 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
5681 determine the form of the branch instruction to be written, as the
5682 example below illustrates.
5684 As an example of the specification of variable-length branches, consider
5685 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
5686 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
5687 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
5688 sequence to load the address from memory and then branch to it.
5690 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
5691 as follows:
5693 @smallexample
5694 (define_insn "jump"
5695   [(set (pc)
5696         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
5697   ""
5699    return (get_attr_length (insn) == 4
5700            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
5702   [(set (attr "length")
5703         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
5704                       (const_int 4)
5705                       (const_int 6)))])
5706 @end smallexample
5708 @end ifset
5709 @ifset INTERNALS
5710 @node Constant Attributes
5711 @subsection Constant Attributes
5712 @cindex constant attributes
5714 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
5715 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
5716 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
5717 used to specify which variety of processor is used.  For example,
5719 @smallexample
5720 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
5721  (const
5722   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
5723          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
5724         (const_string "m88000"))))
5726 (define_attr "memory" "fast,slow"
5727  (const
5728   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
5729                 (const_string "fast")
5730                 (const_string "slow"))))
5731 @end smallexample
5733 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
5734 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
5735 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
5736 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
5737 forms involving insn attributes.
5739 @end ifset
5740 @ifset INTERNALS
5741 @node Delay Slots
5742 @subsection Delay Slot Scheduling
5743 @cindex delay slots, defining
5745 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
5746 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
5747 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
5748 after the instruction are executed as if they were located before it.
5749 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
5750 the following instruction before the branch or call is performed.
5752 On some machines, conditional branch instructions can optionally
5753 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
5754 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
5755 instructions that annul if the branch is true and instructions that
5756 annul if the branch is false are supported.
5758 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
5759 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
5760 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
5761 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
5762 instruction scheduling.
5764 @findex define_delay
5765 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
5766 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
5768 @smallexample
5769 (define_delay @var{test}
5770               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
5771                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
5772                @dots{}])
5773 @end smallexample
5775 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
5776 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
5777 required delay slots is determined by the length of the vector specified
5778 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
5779 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
5780 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
5781 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
5782 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
5783 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
5785 For example, in the common case where branch and call insns require
5786 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
5787 call, the following would be placed in the @file{md} file:
5789 @smallexample
5790 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
5791               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
5792 @end smallexample
5794 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
5795 case, each such expression specifies different delay slot requirements
5796 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
5797 expressions are both true.
5799 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
5800 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
5801 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
5802 branch is true, we might represent this as follows:
5804 @smallexample
5805 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
5806    [(eq_attr "type" "!branch,call")
5807     (eq_attr "type" "!branch,call")
5808     (nil)])
5810 (define_delay (eq_attr "type" "call")
5811               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
5812                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
5813 @end smallexample
5814 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
5816 @end ifset
5817 @ifset INTERNALS
5818 @node Processor pipeline description
5819 @subsection Specifying processor pipeline description
5820 @cindex processor pipeline description
5821 @cindex processor functional units
5822 @cindex instruction latency time
5823 @cindex interlock delays
5824 @cindex data dependence delays
5825 @cindex reservation delays
5826 @cindex pipeline hazard recognizer
5827 @cindex automaton based pipeline description
5828 @cindex regular expressions
5829 @cindex deterministic finite state automaton
5830 @cindex automaton based scheduler
5831 @cindex RISC
5832 @cindex VLIW
5834 To achieve better performance, most modern processors
5835 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
5836 processors) have many @dfn{functional units} on which several
5837 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
5838 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
5839 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
5840 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
5841 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g.@: for some
5842 MIPS processors).
5844 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
5845 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
5846 latency time}.  The instruction execution is not started until all
5847 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
5848 complex cases when the instruction execution starts even when the data
5849 are not available but will be ready in given time after the
5850 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
5851 account is simple.  The data dependence (true, output, and
5852 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
5853 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
5854 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
5855 means that two instructions under execution will be in need of shared
5856 processors resources, i.e.@: buses, internal registers, and/or
5857 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
5858 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
5859 processors.
5861 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
5862 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
5863 instruction scheduler has to have an adequate description of the
5864 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  GCC
5865 machine descriptions describe processor parallelism and functional
5866 unit reservations for groups of instructions with the aid of
5867 @dfn{regular expressions}.
5869 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
5870 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
5871 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
5872 automatically generated from the processor pipeline description.  The
5873 pipeline hazard recognizer generated from the machine description
5874 is based on a deterministic finite state automaton (@acronym{DFA}):
5875 the instruction issue is possible if there is a transition from one
5876 automaton state to another one.  This algorithm is very fast, and
5877 furthermore, its speed is not dependent on processor
5878 complexity@footnote{However, the size of the automaton depends on
5879   processor complexity.  To limit this effect, machine descriptions
5880   can split orthogonal parts of the machine description among several
5881   automata: but then, since each of these must be stepped independently,
5882   this does cause a small decrease in the algorithm's performance.}.
5884 @cindex automaton based pipeline description
5885 The rest of this section describes the directives that constitute
5886 an automaton-based processor pipeline description.  The order of
5887 these constructions within the machine description file is not
5888 important.
5890 @findex define_automaton
5891 @cindex pipeline hazard recognizer
5892 The following optional construction describes names of automata
5893 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
5894 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
5895 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
5896 units to the automata, the total size of the automata is usually
5897 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
5898 construction, only one finite state automaton is generated.
5900 @smallexample
5901 (define_automaton @var{automata-names})
5902 @end smallexample
5904 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
5905 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
5906 The automaton name is used in the constructions @code{define_cpu_unit} and
5907 @code{define_query_cpu_unit}.
5909 @findex define_cpu_unit
5910 @cindex processor functional units
5911 Each processor functional unit used in the description of instruction
5912 reservations should be described by the following construction.
5914 @smallexample
5915 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
5916 @end smallexample
5918 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
5919 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
5920 for other goals.
5922 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
5923 which the unit is bound.  The automaton should be described in
5924 construction @code{define_automaton}.  You should give
5925 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
5927 The assignment of units to automata are constrained by the uses of the
5928 units in insn reservations.  The most important constraint is: if a
5929 unit reservation is present on a particular cycle of an alternative
5930 for an insn reservation, then some unit from the same automaton must
5931 be present on the same cycle for the other alternatives of the insn
5932 reservation.  The rest of the constraints are mentioned in the
5933 description of the subsequent constructions.
5935 @findex define_query_cpu_unit
5936 @cindex querying function unit reservations
5937 The following construction describes CPU functional units analogously
5938 to @code{define_cpu_unit}.  The reservation of such units can be
5939 queried for an automaton state.  The instruction scheduler never
5940 queries reservation of functional units for given automaton state.  So
5941 as a rule, you don't need this construction.  This construction could
5942 be used for future code generation goals (e.g.@: to generate
5943 @acronym{VLIW} insn templates).
5945 @smallexample
5946 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
5947 @end smallexample
5949 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
5950 separated by commas.
5952 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
5953 which the unit is bound.
5955 @findex define_insn_reservation
5956 @cindex instruction latency time
5957 @cindex regular expressions
5958 @cindex data bypass
5959 The following construction is the major one to describe pipeline
5960 characteristics of an instruction.
5962 @smallexample
5963 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
5964                          @var{condition} @var{regexp})
5965 @end smallexample
5967 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
5968 instruction.  There is an important difference between the old
5969 description and the automaton based pipeline description.  The latency
5970 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
5971 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
5972 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
5973 zero and the cost of output dependencies is the difference between
5974 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
5975 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
5976 change the default costs for any description by using the target hook
5977 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
5979 @var{insn-name} is a string giving the internal name of the insn.  The
5980 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
5981 the automaton description file generated for debugging.  The internal
5982 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
5983 good practice to use insn classes described in the processor manual.
5985 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
5986 construction.  You should remember that you will be in trouble if
5987 @var{condition} for two or more different
5988 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
5989 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
5990 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
5991 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
5992 the same value is quite difficult (especially if the conditions
5993 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
5994 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
5995 recognizer considerably.
5997 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
5998 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
5999 expression according to the following syntax:
6001 @smallexample
6002        regexp = regexp "," oneof
6003               | oneof
6005        oneof = oneof "|" allof
6006              | allof
6008        allof = allof "+" repeat
6009              | repeat
6011        repeat = element "*" number
6012               | element
6014        element = cpu_function_unit_name
6015                | reservation_name
6016                | result_name
6017                | "nothing"
6018                | "(" regexp ")"
6019 @end smallexample
6021 @itemize @bullet
6022 @item
6023 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
6024 the reservation.
6026 @item
6027 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
6028 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
6029 regular expression @strong{or} etc.
6031 @item
6032 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
6033 regular expression @strong{and} a reservation described by the
6034 second regular expression @strong{and} etc.
6036 @item
6037 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
6038 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
6039 advancing (see @samp{,}).
6041 @item
6042 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
6043 functional unit.
6045 @item
6046 @samp{reservation_name} --- see description of construction
6047 @samp{define_reservation}.
6049 @item
6050 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
6051 @end itemize
6053 @findex define_reservation
6054 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
6055 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
6056 the common part by the following construction
6058 @smallexample
6059 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
6060 @end smallexample
6062 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
6063 Functional unit names and reservation names are in the same name
6064 space.  So the reservation names should be different from the
6065 functional unit names and can not be the reserved name @samp{nothing}.
6067 @findex define_bypass
6068 @cindex instruction latency time
6069 @cindex data bypass
6070 The following construction is used to describe exceptions in the
6071 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
6073 @smallexample
6074 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
6075                [@var{guard}])
6076 @end smallexample
6078 @var{number} defines when the result generated by the instructions
6079 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
6080 instructions given in string @var{in_insn_names}.  The instructions in
6081 the string are separated by commas.
6083 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
6084 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
6085 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
6086 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
6087 recognize complicated bypasses, e.g.@: when the consumer is only an address
6088 of insn @samp{store} (not a stored value).
6090 @findex exclusion_set
6091 @findex presence_set
6092 @findex final_presence_set
6093 @findex absence_set
6094 @findex final_absence_set
6095 @cindex VLIW
6096 @cindex RISC
6097 The following five constructions are usually used to describe
6098 @acronym{VLIW} processors, or more precisely, to describe a placement
6099 of small instructions into @acronym{VLIW} instruction slots.  They
6100 can be used for @acronym{RISC} processors, too.
6102 @smallexample
6103 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
6104 (presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
6105 (final_presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
6106 (absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
6107 (final_absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
6108 @end smallexample
6110 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
6111 separated by commas.
6113 @var{patterns} is a string giving patterns of functional units
6114 separated by comma.  Currently pattern is is one unit or units
6115 separated by white-spaces.
6117 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
6118 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
6119 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
6120 example, the construction is useful for describing processors
6121 (e.g.@: some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
6122 functional unit which can execute simultaneously only single floating
6123 point insns or only double floating point insns.
6125 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
6126 functional unit in the first string can not be reserved unless at
6127 least one of pattern of units whose names are in the second string is
6128 reserved.  This is an asymmetric relation.  For example, it is useful
6129 for description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
6130 @samp{slot0} reservation.  We could describe it by the following
6131 construction
6133 @smallexample
6134 (presence_set "slot1" "slot0")
6135 @end smallexample
6137 Or @samp{slot1} is reserved only after @samp{slot0} and unit @samp{b0}
6138 reservation.  In this case we could write
6140 @smallexample
6141 (presence_set "slot1" "slot0 b0")
6142 @end smallexample
6144 The third construction (@samp{final_presence_set}) is analogous to
6145 @samp{presence_set}.  The difference between them is when checking is
6146 done.  When an instruction is issued in given automaton state
6147 reflecting all current and planned unit reservations, the automaton
6148 state is changed.  The first state is a source state, the second one
6149 is a result state.  Checking for @samp{presence_set} is done on the
6150 source state reservation, checking for @samp{final_presence_set} is
6151 done on the result reservation.  This construction is useful to
6152 describe a reservation which is actually two subsequent reservations.
6153 For example, if we use
6155 @smallexample
6156 (presence_set "slot1" "slot0")
6157 @end smallexample
6159 the following insn will be never issued (because @samp{slot1} requires
6160 @samp{slot0} which is absent in the source state).
6162 @smallexample
6163 (define_reservation "insn_and_nop" "slot0 + slot1")
6164 @end smallexample
6166 but it can be issued if we use analogous @samp{final_presence_set}.
6168 The forth construction (@samp{absence_set}) means that each functional
6169 unit in the first string can be reserved only if each pattern of units
6170 whose names are in the second string is not reserved.  This is an
6171 asymmetric relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to
6172 this one but it is symmetric).  For example, it is useful for
6173 description that @acronym{VLIW} @samp{slot0} can not be reserved after
6174 @samp{slot1} or @samp{slot2} reservation.  We could describe it by the
6175 following construction
6177 @smallexample
6178 (absence_set "slot2" "slot0, slot1")
6179 @end smallexample
6181 Or @samp{slot2} can not be reserved if @samp{slot0} and unit @samp{b0}
6182 are reserved or @samp{slot1} and unit @samp{b1} are reserved.  In
6183 this case we could write
6185 @smallexample
6186 (absence_set "slot2" "slot0 b0, slot1 b1")
6187 @end smallexample
6189 All functional units mentioned in a set should belong to the same
6190 automaton.
6192 The last construction (@samp{final_absence_set}) is analogous to
6193 @samp{absence_set} but checking is done on the result (state)
6194 reservation.  See comments for @samp{final_presence_set}.
6196 @findex automata_option
6197 @cindex deterministic finite state automaton
6198 @cindex nondeterministic finite state automaton
6199 @cindex finite state automaton minimization
6200 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
6201 the following construction.
6203 @smallexample
6204 (automata_option @var{options})
6205 @end smallexample
6207 @var{options} is a string giving options which affect the generated
6208 code.  Currently there are the following options:
6210 @itemize @bullet
6211 @item
6212 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
6213 only worth to do when we are debugging the description and need to
6214 look more accurately at reservations of states.
6216 @item
6217 @dfn{time} means printing additional time statistics about
6218 generation of automata.
6220 @item
6221 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
6222 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
6223 verification and debugging.
6225 @item
6226 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
6227 non-critical errors.
6229 @item
6230 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
6231 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
6232 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
6233 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
6234 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
6235 may be rejected by reservations in the subsequent insns.  You can not
6236 query functional unit reservations in nondeterministic automaton
6237 states.
6239 @item
6240 @dfn{progress} means output of a progress bar showing how many states
6241 were generated so far for automaton being processed.  This is useful
6242 during debugging a @acronym{DFA} description.  If you see too many
6243 generated states, you could interrupt the generator of the pipeline
6244 hazard recognizer and try to figure out a reason for generation of the
6245 huge automaton.
6246 @end itemize
6248 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
6249 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
6250 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
6251 the following functional units.
6253 @smallexample
6254 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
6255 (define_cpu_unit "port0, port1")
6256 @end smallexample
6258 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
6259 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
6260 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
6261 are issued into the second pipeline.  Integer division and
6262 multiplication insns can be executed only in the second integer
6263 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
6264 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e.@: the subsequent
6265 integer division insn can not be issued until the current division
6266 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
6267 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
6268 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
6269 incurred.  To describe all of this we could specify
6271 @smallexample
6272 (define_cpu_unit "div")
6274 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
6275                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
6277 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "type" "mult")
6278                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
6280 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "type" "div")
6281                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
6283 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "type" "float")
6284                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
6286 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
6287 @end smallexample
6289 To simplify the description we could describe the following reservation
6291 @smallexample
6292 (define_reservation "finish" "port0|port1")
6293 @end smallexample
6295 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
6296 construction
6298 @smallexample
6299 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
6300                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
6301 @end smallexample
6304 @end ifset
6305 @ifset INTERNALS
6306 @node Conditional Execution
6307 @section Conditional Execution
6308 @cindex conditional execution
6309 @cindex predication
6311 A number of architectures provide for some form of conditional
6312 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
6313 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
6314 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
6315 can be quite tedious to describe these forms directly in the
6316 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
6318 @findex define_cond_exec
6319 @smallexample
6320 (define_cond_exec
6321   [@var{predicate-pattern}]
6322   "@var{condition}"
6323   "@var{output-template}")
6324 @end smallexample
6326 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
6327 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
6328 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
6329 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
6330 alternative.
6332 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
6333 pattern to match.
6335 @findex current_insn_predicate
6336 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
6337 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
6338 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
6339 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
6340 In order to handle the general case, there is a global variable
6341 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
6342 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
6344 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
6345 the @code{predicable} instruction attribute is made.
6346 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be boolean (i.e.@: have
6347 exactly two elements in its @var{list-of-values}).  Further, it must
6348 not be used with complex expressions.  That is, the default and all
6349 uses in the insns must be a simple constant, not dependent on the
6350 alternative or anything else.
6352 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
6353 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
6354 generated that matches a predicated version of the instruction.
6355 For example,
6357 @smallexample
6358 (define_insn "addsi"
6359   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
6360         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
6361                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
6362   "@var{test1}"
6363   "add %2,%1,%0")
6365 (define_cond_exec
6366   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
6367        (const_int 0))]
6368   "@var{test2}"
6369   "(%0)")
6370 @end smallexample
6372 @noindent
6373 generates a new pattern
6375 @smallexample
6376 (define_insn ""
6377   [(cond_exec
6378      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
6379      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
6380           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
6381                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
6382   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
6383   "(%3) add %2,%1,%0")
6384 @end smallexample
6386 @end ifset
6387 @ifset INTERNALS
6388 @node Constant Definitions
6389 @section Constant Definitions
6390 @cindex constant definitions
6391 @findex define_constants
6393 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
6394 can be a maintenance problem.
6396 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
6397 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
6398 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
6399 if the corresponding value had been written instead.  You may use
6400 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
6401 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
6402 a different value.
6404 To come back to the a29k load multiple example, instead of
6406 @smallexample
6407 (define_insn ""
6408   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
6409      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
6410            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
6411       (use (reg:SI 179))
6412       (clobber (reg:SI 179))])]
6413   ""
6414   "loadm 0,0,%1,%2")
6415 @end smallexample
6417 You could write:
6419 @smallexample
6420 (define_constants [
6421     (R_BP 177)
6422     (R_FC 178)
6423     (R_CR 179)
6424     (R_Q  180)
6427 (define_insn ""
6428   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
6429      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
6430            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
6431       (use (reg:SI R_CR))
6432       (clobber (reg:SI R_CR))])]
6433   ""
6434   "loadm 0,0,%1,%2")
6435 @end smallexample
6437 The constants that are defined with a define_constant are also output
6438 in the insn-codes.h header file as #defines.
6439 @end ifset
6440 @ifset INTERNALS
6441 @node Macros
6442 @section Macros
6443 @cindex macros in @file{.md} files
6445 Ports often need to define similar patterns for more than one machine
6446 mode or for more than one rtx code.  GCC provides some simple macro
6447 facilities to make this process easier.
6449 @menu
6450 * Mode Macros::         Generating variations of patterns for different modes.
6451 * Code Macros::         Doing the same for codes.
6452 @end menu
6454 @node Mode Macros
6455 @subsection Mode Macros
6456 @cindex mode macros in @file{.md} files
6458 Ports often need to define similar patterns for two or more different modes.
6459 For example:
6461 @itemize @bullet
6462 @item
6463 If a processor has hardware support for both single and double
6464 floating-point arithmetic, the @code{SFmode} patterns tend to be
6465 very similar to the @code{DFmode} ones.
6467 @item
6468 If a port uses @code{SImode} pointers in one configuration and
6469 @code{DImode} pointers in another, it will usually have very similar
6470 @code{SImode} and @code{DImode} patterns for manipulating pointers.
6471 @end itemize
6473 Mode macros allow several patterns to be instantiated from one
6474 @file{.md} file template.  They can be used with any type of
6475 rtx-based construct, such as a @code{define_insn},
6476 @code{define_split}, or @code{define_peephole2}.
6478 @menu
6479 * Defining Mode Macros:: Defining a new mode macro.
6480 * String Substitutions:: Combining mode macros with string substitutions
6481 * Examples::             Examples
6482 @end menu
6484 @node Defining Mode Macros
6485 @subsubsection Defining Mode Macros
6486 @findex define_mode_macro
6488 The syntax for defining a mode macro is:
6490 @smallexample
6491 (define_mode_macro @var{name} [(@var{mode1} "@var{cond1}") ... (@var{moden} "@var{condn}")])
6492 @end smallexample
6494 This allows subsequent @file{.md} file constructs to use the mode suffix
6495 @code{:@var{name}}.  Every construct that does so will be expanded
6496 @var{n} times, once with every use of @code{:@var{name}} replaced by
6497 @code{:@var{mode1}}, once with every use replaced by @code{:@var{mode2}},
6498 and so on.  In the expansion for a particular @var{modei}, every
6499 C condition will also require that @var{condi} be true.
6501 For example:
6503 @smallexample
6504 (define_mode_macro P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
6505 @end smallexample
6507 defines a new mode suffix @code{:P}.  Every construct that uses
6508 @code{:P} will be expanded twice, once with every @code{:P} replaced
6509 by @code{:SI} and once with every @code{:P} replaced by @code{:DI}.
6510 The @code{:SI} version will only apply if @code{Pmode == SImode} and
6511 the @code{:DI} version will only apply if @code{Pmode == DImode}.
6513 As with other @file{.md} conditions, an empty string is treated
6514 as ``always true''.  @code{(@var{mode} "")} can also be abbreviated
6515 to @code{@var{mode}}.  For example:
6517 @smallexample
6518 (define_mode_macro GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
6519 @end smallexample
6521 means that the @code{:DI} expansion only applies if @code{TARGET_64BIT}
6522 but that the @code{:SI} expansion has no such constraint.
6524 Macros are applied in the order they are defined.  This can be
6525 significant if two macros are used in a construct that requires
6526 string substitutions.  @xref{String Substitutions}.
6528 @node String Substitutions
6529 @subsubsection String Substitution in Mode Macros
6530 @findex define_mode_attr
6532 If an @file{.md} file construct uses mode macros, each version of the
6533 construct will often need slightly different strings.  For example:
6535 @itemize @bullet
6536 @item
6537 When a @code{define_expand} defines several @code{add@var{m}3} patterns
6538 (@pxref{Standard Names}), each expander will need to use the
6539 appropriate mode name for @var{m}.
6541 @item
6542 When a @code{define_insn} defines several instruction patterns,
6543 each instruction will often use a different assembler mnemonic.
6544 @end itemize
6546 GCC supports such variations through a system of ``mode attributes''.
6547 There are two standard attributes: @code{mode}, which is the name of
6548 the mode in lower case, and @code{MODE}, which is the same thing in
6549 upper case.  You can define other attributes using:
6551 @smallexample
6552 (define_mode_attr @var{name} [(@var{mode1} "@var{value1}") ... (@var{moden} "@var{valuen}")])
6553 @end smallexample
6555 where @var{name} is the name of the attribute and @var{valuei}
6556 is the value associated with @var{modei}.
6558 When GCC replaces some @var{:macro} with @var{:mode}, it will
6559 scan each string in the pattern for sequences of the form
6560 @code{<@var{macro}:@var{attr}>}, where @var{attr} is the name of
6561 a mode attribute.  If the attribute is defined for @var{mode}, the
6562 whole @code{<...>} sequence will be replaced by the appropriate
6563 attribute value.
6565 For example, suppose an @file{.md} file has:
6567 @smallexample
6568 (define_mode_macro P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
6569 (define_mode_attr load [(SI "lw") (DI "ld")])
6570 @end smallexample
6572 If one of the patterns that uses @code{:P} contains the string
6573 @code{"<P:load>\t%0,%1"}, the @code{SI} version of that pattern
6574 will use @code{"lw\t%0,%1"} and the @code{DI} version will use
6575 @code{"ld\t%0,%1"}.
6577 The @code{@var{macro}:} prefix may be omitted, in which case the
6578 substitution will be attempted for every macro expansion.
6580 @node Examples
6581 @subsubsection Mode Macro Examples
6583 Here is an example from the MIPS port.  It defines the following
6584 modes and attributes (among others):
6586 @smallexample
6587 (define_mode_macro GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
6588 (define_mode_attr d [(SI "") (DI "d")])
6589 @end smallexample
6591 and uses the following template to define both @code{subsi3}
6592 and @code{subdi3}:
6594 @smallexample
6595 (define_insn "sub<mode>3"
6596   [(set (match_operand:GPR 0 "register_operand" "=d")
6597         (minus:GPR (match_operand:GPR 1 "register_operand" "d")
6598                    (match_operand:GPR 2 "register_operand" "d")))]
6599   ""
6600   "<d>subu\t%0,%1,%2"
6601   [(set_attr "type" "arith")
6602    (set_attr "mode" "<MODE>")])
6603 @end smallexample
6605 This is exactly equivalent to:
6607 @smallexample
6608 (define_insn "subsi3"
6609   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=d")
6610         (minus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "d")
6611                   (match_operand:SI 2 "register_operand" "d")))]
6612   ""
6613   "subu\t%0,%1,%2"
6614   [(set_attr "type" "arith")
6615    (set_attr "mode" "SI")])
6617 (define_insn "subdi3"
6618   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
6619         (minus:DI (match_operand:DI 1 "register_operand" "d")
6620                   (match_operand:DI 2 "register_operand" "d")))]
6621   ""
6622   "dsubu\t%0,%1,%2"
6623   [(set_attr "type" "arith")
6624    (set_attr "mode" "DI")])
6625 @end smallexample
6627 @node Code Macros
6628 @subsection Code Macros
6629 @cindex code macros in @file{.md} files
6630 @findex define_code_macro
6631 @findex define_code_attr
6633 Code macros operate in a similar way to mode macros.  @xref{Mode Macros}.
6635 The construct:
6637 @smallexample
6638 (define_code_macro @var{name} [(@var{code1} "@var{cond1}") ... (@var{coden} "@var{condn}")])
6639 @end smallexample
6641 defines a pseudo rtx code @var{name} that can be instantiated as
6642 @var{codei} if condition @var{condi} is true.  Each @var{codei}
6643 must have the same rtx format.  @xref{RTL Classes}.
6645 As with mode macros, each pattern that uses @var{name} will be
6646 expanded @var{n} times, once with all uses of @var{name} replaced by
6647 @var{code1}, once with all uses replaced by @var{code2}, and so on.
6648 @xref{Defining Mode Macros}.
6650 It is possible to define attributes for codes as well as for modes.
6651 There are two standard code attributes: @code{code}, the name of the
6652 code in lower case, and @code{CODE}, the name of the code in upper case.
6653 Other attributes are defined using:
6655 @smallexample
6656 (define_code_attr @var{name} [(@var{code1} "@var{value1}") ... (@var{coden} "@var{valuen}")])
6657 @end smallexample
6659 Here's an example of code macros in action, taken from the MIPS port:
6661 @smallexample
6662 (define_code_macro any_cond [unordered ordered unlt unge uneq ltgt unle ungt
6663                              eq ne gt ge lt le gtu geu ltu leu])
6665 (define_expand "b<code>"
6666   [(set (pc)
6667         (if_then_else (any_cond:CC (cc0)
6668                                    (const_int 0))
6669                       (label_ref (match_operand 0 ""))
6670                       (pc)))]
6671   ""
6673   gen_conditional_branch (operands, <CODE>);
6674   DONE;
6676 @end smallexample
6678 This is equivalent to:
6680 @smallexample
6681 (define_expand "bunordered"
6682   [(set (pc)
6683         (if_then_else (unordered:CC (cc0)
6684                                     (const_int 0))
6685                       (label_ref (match_operand 0 ""))
6686                       (pc)))]
6687   ""
6689   gen_conditional_branch (operands, UNORDERED);
6690   DONE;
6693 (define_expand "bordered"
6694   [(set (pc)
6695         (if_then_else (ordered:CC (cc0)
6696                                   (const_int 0))
6697                       (label_ref (match_operand 0 ""))
6698                       (pc)))]
6699   ""
6701   gen_conditional_branch (operands, ORDERED);
6702   DONE;
6706 @end smallexample
6708 @end ifset