Add support for conditional reductions using SVE CLASTB
[official-gcc.git] / gcc / doc / md.texi
blobd31577bed6dff445ada247c40b891513ce64cfed
1 @c Copyright (C) 1988-2018 Free Software Foundation, Inc.
2 @c This is part of the GCC manual.
3 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
5 @ifset INTERNALS
6 @node Machine Desc
7 @chapter Machine Descriptions
8 @cindex machine descriptions
10 A machine description has two parts: a file of instruction patterns
11 (@file{.md} file) and a C header file of macro definitions.
13 The @file{.md} file for a target machine contains a pattern for each
14 instruction that the target machine supports (or at least each instruction
15 that is worth telling the compiler about).  It may also contain comments.
16 A semicolon causes the rest of the line to be a comment, unless the semicolon
17 is inside a quoted string.
19 See the next chapter for information on the C header file.
21 @menu
22 * Overview::            How the machine description is used.
23 * Patterns::            How to write instruction patterns.
24 * Example::             An explained example of a @code{define_insn} pattern.
25 * RTL Template::        The RTL template defines what insns match a pattern.
26 * Output Template::     The output template says how to make assembler code
27                         from such an insn.
28 * Output Statement::    For more generality, write C code to output
29                         the assembler code.
30 * Predicates::          Controlling what kinds of operands can be used
31                         for an insn.
32 * Constraints::         Fine-tuning operand selection.
33 * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
34 * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
35 * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
36 * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
37 * Looping Patterns::    How to define patterns for special looping insns.
38 * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
39 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
40                         for a standard operation.
41 * Insn Splitting::      Splitting Instructions into Multiple Instructions.
42 * Including Patterns::  Including Patterns in Machine Descriptions.
43 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
44 * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
45 * Conditional Execution::Generating @code{define_insn} patterns for
46                          predication.
47 * Define Subst::        Generating @code{define_insn} and @code{define_expand}
48                         patterns from other patterns.
49 * Constant Definitions::Defining symbolic constants that can be used in the
50                         md file.
51 * Iterators::           Using iterators to generate patterns from a template.
52 @end menu
54 @node Overview
55 @section Overview of How the Machine Description is Used
57 There are three main conversions that happen in the compiler:
59 @enumerate
61 @item
62 The front end reads the source code and builds a parse tree.
64 @item
65 The parse tree is used to generate an RTL insn list based on named
66 instruction patterns.
68 @item
69 The insn list is matched against the RTL templates to produce assembler
70 code.
72 @end enumerate
74 For the generate pass, only the names of the insns matter, from either a
75 named @code{define_insn} or a @code{define_expand}.  The compiler will
76 choose the pattern with the right name and apply the operands according
77 to the documentation later in this chapter, without regard for the RTL
78 template or operand constraints.  Note that the names the compiler looks
79 for are hard-coded in the compiler---it will ignore unnamed patterns and
80 patterns with names it doesn't know about, but if you don't provide a
81 named pattern it needs, it will abort.
83 If a @code{define_insn} is used, the template given is inserted into the
84 insn list.  If a @code{define_expand} is used, one of three things
85 happens, based on the condition logic.  The condition logic may manually
86 create new insns for the insn list, say via @code{emit_insn()}, and
87 invoke @code{DONE}.  For certain named patterns, it may invoke @code{FAIL} to tell the
88 compiler to use an alternate way of performing that task.  If it invokes
89 neither @code{DONE} nor @code{FAIL}, the template given in the pattern
90 is inserted, as if the @code{define_expand} were a @code{define_insn}.
92 Once the insn list is generated, various optimization passes convert,
93 replace, and rearrange the insns in the insn list.  This is where the
94 @code{define_split} and @code{define_peephole} patterns get used, for
95 example.
97 Finally, the insn list's RTL is matched up with the RTL templates in the
98 @code{define_insn} patterns, and those patterns are used to emit the
99 final assembly code.  For this purpose, each named @code{define_insn}
100 acts like it's unnamed, since the names are ignored.
102 @node Patterns
103 @section Everything about Instruction Patterns
104 @cindex patterns
105 @cindex instruction patterns
107 @findex define_insn
108 A @code{define_insn} expression is used to define instruction patterns
109 to which insns may be matched.  A @code{define_insn} expression contains
110 an incomplete RTL expression, with pieces to be filled in later, operand
111 constraints that restrict how the pieces can be filled in, and an output
112 template or C code to generate the assembler output.
114 A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
116 @enumerate
117 @item
118 An optional name.  The presence of a name indicates that this instruction
119 pattern can perform a certain standard job for the RTL-generation
120 pass of the compiler.  This pass knows certain names and will use
121 the instruction patterns with those names, if the names are defined
122 in the machine description.
124 The absence of a name is indicated by writing an empty string
125 where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
126 used for generating RTL code, but they may permit several simpler insns
127 to be combined later on.
129 Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
130 effect; they are equivalent to no name at all.
132 For the purpose of debugging the compiler, you may also specify a
133 name beginning with the @samp{*} character.  Such a name is used only
134 for identifying the instruction in RTL dumps; it is equivalent to having
135 a nameless pattern for all other purposes.  Names beginning with the
136 @samp{*} character are not required to be unique.
138 @item
139 The @dfn{RTL template}: This is a vector of incomplete RTL expressions
140 which describe the semantics of the instruction (@pxref{RTL Template}).
141 It is incomplete because it may contain @code{match_operand},
142 @code{match_operator}, and @code{match_dup} expressions that stand for
143 operands of the instruction.
145 If the vector has multiple elements, the RTL template is treated as a
146 @code{parallel} expression.
148 @item
149 @cindex pattern conditions
150 @cindex conditions, in patterns
151 The condition: This is a string which contains a C expression.  When the
152 compiler attempts to match RTL against a pattern, the condition is
153 evaluated.  If the condition evaluates to @code{true}, the match is
154 permitted.  The condition may be an empty string, which is treated
155 as always @code{true}.
157 @cindex named patterns and conditions
158 For a named pattern, the condition may not depend on the data in the
159 insn being matched, but only the target-machine-type flags.  The compiler
160 needs to test these conditions during initialization in order to learn
161 exactly which named instructions are available in a particular run.
163 @findex operands
164 For nameless patterns, the condition is applied only when matching an
165 individual insn, and only after the insn has matched the pattern's
166 recognition template.  The insn's operands may be found in the vector
167 @code{operands}.
169 An instruction condition cannot become more restrictive as compilation
170 progresses.  If the condition accepts a particular RTL instruction at
171 one stage of compilation, it must continue to accept that instruction
172 until the final pass.  For example, @samp{!reload_completed} and
173 @samp{can_create_pseudo_p ()} are both invalid instruction conditions,
174 because they are true during the earlier RTL passes and false during
175 the later ones.  For the same reason, if a condition accepts an
176 instruction before register allocation, it cannot later try to control
177 register allocation by excluding certain register or value combinations.
179 Although a condition cannot become more restrictive as compilation
180 progresses, the condition for a nameless pattern @emph{can} become
181 more permissive.  For example, a nameless instruction can require
182 @samp{reload_completed} to be true, in which case it only matches
183 after register allocation.
185 @item
186 The @dfn{output template} or @dfn{output statement}: This is either
187 a string, or a fragment of C code which returns a string.
189 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
190 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
192 @item
193 The @dfn{insn attributes}: This is an optional vector containing the values of
194 attributes for insns matching this pattern (@pxref{Insn Attributes}).
195 @end enumerate
197 @node Example
198 @section Example of @code{define_insn}
199 @cindex @code{define_insn} example
201 Here is an example of an instruction pattern, taken from the machine
202 description for the 68000/68020.
204 @smallexample
205 (define_insn "tstsi"
206   [(set (cc0)
207         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
208   ""
209   "*
211   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
212     return \"tstl %0\";
213   return \"cmpl #0,%0\";
214 @}")
215 @end smallexample
217 @noindent
218 This can also be written using braced strings:
220 @smallexample
221 (define_insn "tstsi"
222   [(set (cc0)
223         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
224   ""
226   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
227     return "tstl %0";
228   return "cmpl #0,%0";
230 @end smallexample
232 This describes an instruction which sets the condition codes based on the
233 value of a general operand.  It has no condition, so any insn with an RTL
234 description of the form shown may be matched to this pattern.  The name
235 @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL
236 generation pass that, when it is necessary to test such a value, an insn
237 to do so can be constructed using this pattern.
239 The output control string is a piece of C code which chooses which
240 output template to return based on the kind of operand and the specific
241 type of CPU for which code is being generated.
243 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
245 @node RTL Template
246 @section RTL Template
247 @cindex RTL insn template
248 @cindex generating insns
249 @cindex insns, generating
250 @cindex recognizing insns
251 @cindex insns, recognizing
253 The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
254 and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
255 says how to construct an insn from specified operands.
257 Construction involves substituting specified operands into a copy of the
258 template.  Matching involves determining the values that serve as the
259 operands in the insn being matched.  Both of these activities are
260 controlled by special expression types that direct matching and
261 substitution of the operands.
263 @table @code
264 @findex match_operand
265 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
266 This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
267 the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
268 will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
269 appears at this position in the insn will be taken as operand
270 number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
271 pattern will not match at all.
273 Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
274 each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
275 expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
276 are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
277 expressions.  In the case of a @code{define_expand}, any operand numbers
278 used only in @code{match_dup} expressions have higher values than all
279 other operand numbers.
281 @var{predicate} is a string that is the name of a function that
282 accepts two arguments, an expression and a machine mode.
283 @xref{Predicates}.  During matching, the function will be called with
284 the putative operand as the expression and @var{m} as the mode
285 argument (if @var{m} is not specified, @code{VOIDmode} will be used,
286 which normally causes @var{predicate} to accept any mode).  If it
287 returns zero, this instruction pattern fails to match.
288 @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be
289 done on the operand, so anything which occurs in this position is
290 valid.
292 Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
293 not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
294 @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
295 Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
296 @code{VOIDmode}.
298 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
299 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
300 If the constraint would be an empty string, it can be omitted.
302 People are often unclear on the difference between the constraint and the
303 predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
304 pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
305 controls various decisions in the case of an insn which does match.
307 @findex match_scratch
308 @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
309 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
310 and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
311 expression.
313 When matching patterns, this is equivalent to
315 @smallexample
316 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{constraint})
317 @end smallexample
319 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
320 expression.
322 If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
323 expressions whose operands are either a hard register or
324 @code{match_scratch}, the combiner can add or delete them when
325 necessary.  @xref{Side Effects}.
327 @findex match_dup
328 @item (match_dup @var{n})
329 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
330 It is used when the operand needs to appear more than once in the
331 insn.
333 In construction, @code{match_dup} acts just like @code{match_operand}:
334 the operand is substituted into the insn being constructed.  But in
335 matching, @code{match_dup} behaves differently.  It assumes that operand
336 number @var{n} has already been determined by a @code{match_operand}
337 appearing earlier in the recognition template, and it matches only an
338 identical-looking expression.
340 Note that @code{match_dup} should not be used to tell the compiler that
341 a particular register is being used for two operands (example:
342 @code{add} that adds one register to another; the second register is
343 both an input operand and the output operand).  Use a matching
344 constraint (@pxref{Simple Constraints}) for those.  @code{match_dup} is for the cases where one
345 operand is used in two places in the template, such as an instruction
346 that computes both a quotient and a remainder, where the opcode takes
347 two input operands but the RTL template has to refer to each of those
348 twice; once for the quotient pattern and once for the remainder pattern.
350 @findex match_operator
351 @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
352 This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
353 code.
355 When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
356 expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
357 operands are constructed from the patterns @var{operands}.
359 When matching an expression, it matches an expression if the function
360 @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
361 patterns @var{operands} match the operands of the expression.
363 Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
364 follows, to match any expression whose operator is one of the
365 commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
367 @smallexample
369 commutative_integer_operator (x, mode)
370      rtx x;
371      machine_mode mode;
373   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
374   if (GET_MODE (x) != mode)
375     return 0;
376   return (GET_RTX_CLASS (code) == RTX_COMM_ARITH
377           || code == EQ || code == NE);
379 @end smallexample
381 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
382 of a commutative operator applied to two general operands:
384 @smallexample
385 (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
386   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
387    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
388 @end smallexample
390 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
391 because the expressions to be matched all contain two operands.
393 When this pattern does match, the two operands of the commutative
394 operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
395 by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
396 will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
397 (operands[3])} to see which commutative operator was used.
399 The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
400 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
401 predicate function, and that function is solely responsible for
402 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
404 When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
405 the operation (i.e.@: the expression code) for the expression to be
406 made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
407 into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
408 gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
409 only its expression code matters.
411 When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
412 it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
413 is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
414 register allocation because the register allocator often looks at
415 operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
417 There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
418 operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
419 never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
420 However, if parts of its @var{operands} are matched by
421 @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
422 their own.
424 @findex match_op_dup
425 @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
426 Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
427 operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
428 substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
429 differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
430 determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
431 recognition template, and it matches only an identical-looking
432 expression.
434 @findex match_parallel
435 @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
436 This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
437 @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
438 expression should only appear at the top level of an insn pattern.
440 When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
441 this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
442 is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
443 vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
444 @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
445 @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
446 @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
447 of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
448 those listed in the @code{match_parallel}.
450 A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
451 multiple expressions, which can contain a variable number of elements
452 in a @code{parallel}.  For example,
454 @smallexample
455 (define_insn ""
456   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
457      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
458            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
459       (use (reg:SI 179))
460       (clobber (reg:SI 179))])]
461   ""
462   "loadm 0,0,%1,%2")
463 @end smallexample
465 This example comes from @file{a29k.md}.  The function
466 @code{load_multiple_operation} is defined in @file{a29k.c} and checks
467 that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
468 @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
469 registers and memory locations.
471 An insn that matches this pattern might look like:
473 @smallexample
474 (parallel
475  [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
476   (use (reg:SI 179))
477   (clobber (reg:SI 179))
478   (set (reg:SI 21)
479        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
480                         (const_int 4))))
481   (set (reg:SI 22)
482        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
483                         (const_int 8))))])
484 @end smallexample
486 @findex match_par_dup
487 @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
488 Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
489 @code{match_operator}.
491 @end table
493 @node Output Template
494 @section Output Templates and Operand Substitution
495 @cindex output templates
496 @cindex operand substitution
498 @cindex @samp{%} in template
499 @cindex percent sign
500 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
501 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
502 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
503 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
504 identify places where different variants of the assembler require
505 different syntax.
507 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
508 operand @var{n} at that point in the string.
510 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
511 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
512 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
513 additional letters with nonstandard meanings.
515 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
516 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
517 operand.
519 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
520 the constant is negated before printing.
522 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
523 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
524 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
525 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
526 as if it were a memory reference.
528 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
529 instruction.
531 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
532 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
533 referred to more than once in a single template that generates multiple
534 assembler instructions.
536 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
537 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
538 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
539 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
540 which punctuation characters are valid with the
541 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
543 @cindex \
544 @cindex backslash
545 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
546 for the instructions, with @samp{\;} between them.
548 @cindex matching operands
549 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
550 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
551 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
552 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
553 operand.
555 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
556 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
557 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
558 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
559 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
560 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
561 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
562 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
563 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
564 it to do nothing.
566 @cindex @code{#} in template
567 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
568 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
569 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
570 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
571 multiple assembler instructions, and there is a matching @code{define_split}
572 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
573 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
574 instructions.
576 Note that @code{#} only has an effect while generating assembly code;
577 it does not affect whether a split occurs earlier.  An associated
578 @code{define_split} must exist and it must be suitable for use after
579 register allocation.
581 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
582 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
583 describe multiple variants of assembler language syntax.
584 @xref{Instruction Output}.
586 @node Output Statement
587 @section C Statements for Assembler Output
588 @cindex output statements
589 @cindex C statements for assembler output
590 @cindex generating assembler output
592 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
593 assembler code for all the cases that are recognized by a single
594 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
595 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
596 machine instructions.
598 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
599 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
600 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
601 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
602 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
603 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
604 might write this pattern:
606 @smallexample
607 (define_insn "addsi3"
608   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
609         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
610                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
611   ""
612   "@@
613    addr %2,%0
614    addm %2,%0")
615 @end smallexample
617 @cindex @code{*} in template
618 @cindex asterisk in template
619 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
620 output template but rather a piece of C program that should compute a
621 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
622 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
623 require doublequote characters to delimit them.  To include these
624 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
626 If the output control string is written as a brace block instead of a
627 double-quoted string, it is automatically assumed to be C code.  In that
628 case, it is not necessary to put in a leading asterisk, or to escape the
629 doublequotes surrounding C string literals.
631 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
632 is @code{rtx []}.
634 It is very common to select different ways of generating assembler code
635 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
636 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
637 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
638 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
639 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
640 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
641 values of those bits.
643 @findex output_asm_insn
644 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
645 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
646 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
647 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
648 that you declare locally and initialize yourself.
650 @findex which_alternative
651 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
652 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
653 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
654 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
655 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
656 etc.).
658 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
659 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
660 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
662 @smallexample
663 (define_insn ""
664   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
665         (const_int 0))]
666   ""
667   @{
668   return (which_alternative == 0
669           ? "clrreg %0" : "clrmem %0");
670   @})
671 @end smallexample
673 The example above, where the assembler code to generate was
674 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
675 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
677 @smallexample
678 @group
679 (define_insn ""
680   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
681         (const_int 0))]
682   ""
683   "@@
684    clrreg %0
685    clrmem %0")
686 @end group
687 @end smallexample
689 If you just need a little bit of C code in one (or a few) alternatives,
690 you can use @samp{*} inside of a @samp{@@} multi-alternative template:
692 @smallexample
693 @group
694 (define_insn ""
695   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,<,m")
696         (const_int 0))]
697   ""
698   "@@
699    clrreg %0
700    * return stack_mem_p (operands[0]) ? \"push 0\" : \"clrmem %0\";
701    clrmem %0")
702 @end group
703 @end smallexample
705 @node Predicates
706 @section Predicates
707 @cindex predicates
708 @cindex operand predicates
709 @cindex operator predicates
711 A predicate determines whether a @code{match_operand} or
712 @code{match_operator} expression matches, and therefore whether the
713 surrounding instruction pattern will be used for that combination of
714 operands.  GCC has a number of machine-independent predicates, and you
715 can define machine-specific predicates as needed.  By convention,
716 predicates used with @code{match_operand} have names that end in
717 @samp{_operand}, and those used with @code{match_operator} have names
718 that end in @samp{_operator}.
720 All predicates are boolean functions (in the mathematical sense) of
721 two arguments: the RTL expression that is being considered at that
722 position in the instruction pattern, and the machine mode that the
723 @code{match_operand} or @code{match_operator} specifies.  In this
724 section, the first argument is called @var{op} and the second argument
725 @var{mode}.  Predicates can be called from C as ordinary two-argument
726 functions; this can be useful in output templates or other
727 machine-specific code.
729 Operand predicates can allow operands that are not actually acceptable
730 to the hardware, as long as the constraints give reload the ability to
731 fix them up (@pxref{Constraints}).  However, GCC will usually generate
732 better code if the predicates specify the requirements of the machine
733 instructions as closely as possible.  Reload cannot fix up operands
734 that must be constants (``immediate operands''); you must use a
735 predicate that allows only constants, or else enforce the requirement
736 in the extra condition.
738 @cindex predicates and machine modes
739 @cindex normal predicates
740 @cindex special predicates
741 Most predicates handle their @var{mode} argument in a uniform manner.
742 If @var{mode} is @code{VOIDmode} (unspecified), then @var{op} can have
743 any mode.  If @var{mode} is anything else, then @var{op} must have the
744 same mode, unless @var{op} is a @code{CONST_INT} or integer
745 @code{CONST_DOUBLE}.  These RTL expressions always have
746 @code{VOIDmode}, so it would be counterproductive to check that their
747 mode matches.  Instead, predicates that accept @code{CONST_INT} and/or
748 integer @code{CONST_DOUBLE} check that the value stored in the
749 constant will fit in the requested mode.
751 Predicates with this behavior are called @dfn{normal}.
752 @command{genrecog} can optimize the instruction recognizer based on
753 knowledge of how normal predicates treat modes.  It can also diagnose
754 certain kinds of common errors in the use of normal predicates; for
755 instance, it is almost always an error to use a normal predicate
756 without specifying a mode.
758 Predicates that do something different with their @var{mode} argument
759 are called @dfn{special}.  The generic predicates
760 @code{address_operand} and @code{pmode_register_operand} are special
761 predicates.  @command{genrecog} does not do any optimizations or
762 diagnosis when special predicates are used.
764 @menu
765 * Machine-Independent Predicates::  Predicates available to all back ends.
766 * Defining Predicates::             How to write machine-specific predicate
767                                     functions.
768 @end menu
770 @node Machine-Independent Predicates
771 @subsection Machine-Independent Predicates
772 @cindex machine-independent predicates
773 @cindex generic predicates
775 These are the generic predicates available to all back ends.  They are
776 defined in @file{recog.c}.  The first category of predicates allow
777 only constant, or @dfn{immediate}, operands.
779 @defun immediate_operand
780 This predicate allows any sort of constant that fits in @var{mode}.
781 It is an appropriate choice for instructions that take operands that
782 must be constant.
783 @end defun
785 @defun const_int_operand
786 This predicate allows any @code{CONST_INT} expression that fits in
787 @var{mode}.  It is an appropriate choice for an immediate operand that
788 does not allow a symbol or label.
789 @end defun
791 @defun const_double_operand
792 This predicate accepts any @code{CONST_DOUBLE} expression that has
793 exactly @var{mode}.  If @var{mode} is @code{VOIDmode}, it will also
794 accept @code{CONST_INT}.  It is intended for immediate floating point
795 constants.
796 @end defun
798 @noindent
799 The second category of predicates allow only some kind of machine
800 register.
802 @defun register_operand
803 This predicate allows any @code{REG} or @code{SUBREG} expression that
804 is valid for @var{mode}.  It is often suitable for arithmetic
805 instruction operands on a RISC machine.
806 @end defun
808 @defun pmode_register_operand
809 This is a slight variant on @code{register_operand} which works around
810 a limitation in the machine-description reader.
812 @smallexample
813 (match_operand @var{n} "pmode_register_operand" @var{constraint})
814 @end smallexample
816 @noindent
817 means exactly what
819 @smallexample
820 (match_operand:P @var{n} "register_operand" @var{constraint})
821 @end smallexample
823 @noindent
824 would mean, if the machine-description reader accepted @samp{:P}
825 mode suffixes.  Unfortunately, it cannot, because @code{Pmode} is an
826 alias for some other mode, and might vary with machine-specific
827 options.  @xref{Misc}.
828 @end defun
830 @defun scratch_operand
831 This predicate allows hard registers and @code{SCRATCH} expressions,
832 but not pseudo-registers.  It is used internally by @code{match_scratch};
833 it should not be used directly.
834 @end defun
836 @noindent
837 The third category of predicates allow only some kind of memory reference.
839 @defun memory_operand
840 This predicate allows any valid reference to a quantity of mode
841 @var{mode} in memory, as determined by the weak form of
842 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS} (@pxref{Addressing Modes}).
843 @end defun
845 @defun address_operand
846 This predicate is a little unusual; it allows any operand that is a
847 valid expression for the @emph{address} of a quantity of mode
848 @var{mode}, again determined by the weak form of
849 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS}.  To first order, if
850 @samp{@w{(mem:@var{mode} (@var{exp}))}} is acceptable to
851 @code{memory_operand}, then @var{exp} is acceptable to
852 @code{address_operand}.  Note that @var{exp} does not necessarily have
853 the mode @var{mode}.
854 @end defun
856 @defun indirect_operand
857 This is a stricter form of @code{memory_operand} which allows only
858 memory references with a @code{general_operand} as the address
859 expression.  New uses of this predicate are discouraged, because
860 @code{general_operand} is very permissive, so it's hard to tell what
861 an @code{indirect_operand} does or does not allow.  If a target has
862 different requirements for memory operands for different instructions,
863 it is better to define target-specific predicates which enforce the
864 hardware's requirements explicitly.
865 @end defun
867 @defun push_operand
868 This predicate allows a memory reference suitable for pushing a value
869 onto the stack.  This will be a @code{MEM} which refers to
870 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address expression
871 (@pxref{Incdec}); which one is determined by the
872 @code{STACK_PUSH_CODE} macro (@pxref{Frame Layout}).
873 @end defun
875 @defun pop_operand
876 This predicate allows a memory reference suitable for popping a value
877 off the stack.  Again, this will be a @code{MEM} referring to
878 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address
879 expression.  However, this time @code{STACK_POP_CODE} is expected.
880 @end defun
882 @noindent
883 The fourth category of predicates allow some combination of the above
884 operands.
886 @defun nonmemory_operand
887 This predicate allows any immediate or register operand valid for @var{mode}.
888 @end defun
890 @defun nonimmediate_operand
891 This predicate allows any register or memory operand valid for @var{mode}.
892 @end defun
894 @defun general_operand
895 This predicate allows any immediate, register, or memory operand
896 valid for @var{mode}.
897 @end defun
899 @noindent
900 Finally, there are two generic operator predicates.
902 @defun comparison_operator
903 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
904 comparison in @var{mode}; that is, @code{COMPARISON_P} is true for the
905 expression code.
906 @end defun
908 @defun ordered_comparison_operator
909 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
910 comparison in @var{mode} and whose expression code is valid for integer
911 modes; that is, the expression code will be one of @code{eq}, @code{ne},
912 @code{lt}, @code{ltu}, @code{le}, @code{leu}, @code{gt}, @code{gtu},
913 @code{ge}, @code{geu}.
914 @end defun
916 @node Defining Predicates
917 @subsection Defining Machine-Specific Predicates
918 @cindex defining predicates
919 @findex define_predicate
920 @findex define_special_predicate
922 Many machines have requirements for their operands that cannot be
923 expressed precisely using the generic predicates.  You can define
924 additional predicates using @code{define_predicate} and
925 @code{define_special_predicate} expressions.  These expressions have
926 three operands:
928 @itemize @bullet
929 @item
930 The name of the predicate, as it will be referred to in
931 @code{match_operand} or @code{match_operator} expressions.
933 @item
934 An RTL expression which evaluates to true if the predicate allows the
935 operand @var{op}, false if it does not.  This expression can only use
936 the following RTL codes:
938 @table @code
939 @item MATCH_OPERAND
940 When written inside a predicate expression, a @code{MATCH_OPERAND}
941 expression evaluates to true if the predicate it names would allow
942 @var{op}.  The operand number and constraint are ignored.  Due to
943 limitations in @command{genrecog}, you can only refer to generic
944 predicates and predicates that have already been defined.
946 @item MATCH_CODE
947 This expression evaluates to true if @var{op} or a specified
948 subexpression of @var{op} has one of a given list of RTX codes.
950 The first operand of this expression is a string constant containing a
951 comma-separated list of RTX code names (in lower case).  These are the
952 codes for which the @code{MATCH_CODE} will be true.
954 The second operand is a string constant which indicates what
955 subexpression of @var{op} to examine.  If it is absent or the empty
956 string, @var{op} itself is examined.  Otherwise, the string constant
957 must be a sequence of digits and/or lowercase letters.  Each character
958 indicates a subexpression to extract from the current expression; for
959 the first character this is @var{op}, for the second and subsequent
960 characters it is the result of the previous character.  A digit
961 @var{n} extracts @samp{@w{XEXP (@var{e}, @var{n})}}; a letter @var{l}
962 extracts @samp{@w{XVECEXP (@var{e}, 0, @var{n})}} where @var{n} is the
963 alphabetic ordinal of @var{l} (0 for `a', 1 for 'b', and so on).  The
964 @code{MATCH_CODE} then examines the RTX code of the subexpression
965 extracted by the complete string.  It is not possible to extract
966 components of an @code{rtvec} that is not at position 0 within its RTX
967 object.
969 @item MATCH_TEST
970 This expression has one operand, a string constant containing a C
971 expression.  The predicate's arguments, @var{op} and @var{mode}, are
972 available with those names in the C expression.  The @code{MATCH_TEST}
973 evaluates to true if the C expression evaluates to a nonzero value.
974 @code{MATCH_TEST} expressions must not have side effects.
976 @item  AND
977 @itemx IOR
978 @itemx NOT
979 @itemx IF_THEN_ELSE
980 The basic @samp{MATCH_} expressions can be combined using these
981 logical operators, which have the semantics of the C operators
982 @samp{&&}, @samp{||}, @samp{!}, and @samp{@w{? :}} respectively.  As
983 in Common Lisp, you may give an @code{AND} or @code{IOR} expression an
984 arbitrary number of arguments; this has exactly the same effect as
985 writing a chain of two-argument @code{AND} or @code{IOR} expressions.
986 @end table
988 @item
989 An optional block of C code, which should execute
990 @samp{@w{return true}} if the predicate is found to match and
991 @samp{@w{return false}} if it does not.  It must not have any side
992 effects.  The predicate arguments, @var{op} and @var{mode}, are
993 available with those names.
995 If a code block is present in a predicate definition, then the RTL
996 expression must evaluate to true @emph{and} the code block must
997 execute @samp{@w{return true}} for the predicate to allow the operand.
998 The RTL expression is evaluated first; do not re-check anything in the
999 code block that was checked in the RTL expression.
1000 @end itemize
1002 The program @command{genrecog} scans @code{define_predicate} and
1003 @code{define_special_predicate} expressions to determine which RTX
1004 codes are possibly allowed.  You should always make this explicit in
1005 the RTL predicate expression, using @code{MATCH_OPERAND} and
1006 @code{MATCH_CODE}.
1008 Here is an example of a simple predicate definition, from the IA64
1009 machine description:
1011 @smallexample
1012 @group
1013 ;; @r{True if @var{op} is a @code{SYMBOL_REF} which refers to the sdata section.}
1014 (define_predicate "small_addr_symbolic_operand"
1015   (and (match_code "symbol_ref")
1016        (match_test "SYMBOL_REF_SMALL_ADDR_P (op)")))
1017 @end group
1018 @end smallexample
1020 @noindent
1021 And here is another, showing the use of the C block.
1023 @smallexample
1024 @group
1025 ;; @r{True if @var{op} is a register operand that is (or could be) a GR reg.}
1026 (define_predicate "gr_register_operand"
1027   (match_operand 0 "register_operand")
1029   unsigned int regno;
1030   if (GET_CODE (op) == SUBREG)
1031     op = SUBREG_REG (op);
1033   regno = REGNO (op);
1034   return (regno >= FIRST_PSEUDO_REGISTER || GENERAL_REGNO_P (regno));
1036 @end group
1037 @end smallexample
1039 Predicates written with @code{define_predicate} automatically include
1040 a test that @var{mode} is @code{VOIDmode}, or @var{op} has the same
1041 mode as @var{mode}, or @var{op} is a @code{CONST_INT} or
1042 @code{CONST_DOUBLE}.  They do @emph{not} check specifically for
1043 integer @code{CONST_DOUBLE}, nor do they test that the value of either
1044 kind of constant fits in the requested mode.  This is because
1045 target-specific predicates that take constants usually have to do more
1046 stringent value checks anyway.  If you need the exact same treatment
1047 of @code{CONST_INT} or @code{CONST_DOUBLE} that the generic predicates
1048 provide, use a @code{MATCH_OPERAND} subexpression to call
1049 @code{const_int_operand}, @code{const_double_operand}, or
1050 @code{immediate_operand}.
1052 Predicates written with @code{define_special_predicate} do not get any
1053 automatic mode checks, and are treated as having special mode handling
1054 by @command{genrecog}.
1056 The program @command{genpreds} is responsible for generating code to
1057 test predicates.  It also writes a header file containing function
1058 declarations for all machine-specific predicates.  It is not necessary
1059 to declare these predicates in @file{@var{cpu}-protos.h}.
1060 @end ifset
1062 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
1063 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the internals
1064 @c manual's context are conditionalized to appear only in the internals manual.
1065 @ifset INTERNALS
1066 @node Constraints
1067 @section Operand Constraints
1068 @cindex operand constraints
1069 @cindex constraints
1071 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify
1072 constraints for the operands allowed.  The constraints allow you to
1073 fine-tune matching within the set of operands allowed by the
1074 predicate.
1076 @end ifset
1077 @ifclear INTERNALS
1078 @node Constraints
1079 @section Constraints for @code{asm} Operands
1080 @cindex operand constraints, @code{asm}
1081 @cindex constraints, @code{asm}
1082 @cindex @code{asm} constraints
1084 Here are specific details on what constraint letters you can use with
1085 @code{asm} operands.
1086 @end ifclear
1087 Constraints can say whether
1088 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
1089 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
1090 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
1091 have.  Constraints can also require two operands to match.
1092 Side-effects aren't allowed in operands of inline @code{asm}, unless
1093 @samp{<} or @samp{>} constraints are used, because there is no guarantee
1094 that the side-effects will happen exactly once in an instruction that can update
1095 the addressing register.
1097 @ifset INTERNALS
1098 @menu
1099 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1100 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1101 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
1102 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1103 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
1104 * Disable Insn Alternatives:: Disable insn alternatives using attributes.
1105 * Define Constraints::  How to define machine-specific constraints.
1106 * C Constraint Interface:: How to test constraints from C code.
1107 @end menu
1108 @end ifset
1110 @ifclear INTERNALS
1111 @menu
1112 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1113 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1114 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1115 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
1116 @end menu
1117 @end ifclear
1119 @node Simple Constraints
1120 @subsection Simple Constraints
1121 @cindex simple constraints
1123 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
1124 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
1125 the letters that are allowed:
1127 @table @asis
1128 @item whitespace
1129 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
1130 except the first.  This enables each alternative for different operands to
1131 be visually aligned in the machine description even if they have different
1132 number of constraints and modifiers.
1134 @cindex @samp{m} in constraint
1135 @cindex memory references in constraints
1136 @item @samp{m}
1137 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
1138 supports in general.
1139 Note that the letter used for the general memory constraint can be
1140 re-defined by a back end using the @code{TARGET_MEM_CONSTRAINT} macro.
1142 @cindex offsettable address
1143 @cindex @samp{o} in constraint
1144 @item @samp{o}
1145 A memory operand is allowed, but only if the address is
1146 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
1147 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
1148 may be added to the address and the result is also a valid memory
1149 address.
1151 @cindex autoincrement/decrement addressing
1152 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
1153 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
1154 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
1155 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
1156 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
1157 addresses may or may not be offsettable depending on the other
1158 addressing modes that the machine supports.
1160 Note that in an output operand which can be matched by another
1161 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
1162 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
1163 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
1165 @cindex @samp{V} in constraint
1166 @item @samp{V}
1167 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
1168 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
1170 @cindex @samp{<} in constraint
1171 @item @samp{<}
1172 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
1173 postdecrement) is allowed.  In inline @code{asm} this constraint is only
1174 allowed if the operand is used exactly once in an instruction that can
1175 handle the side-effects.  Not using an operand with @samp{<} in constraint
1176 string in the inline @code{asm} pattern at all or using it in multiple
1177 instructions isn't valid, because the side-effects wouldn't be performed
1178 or would be performed more than once.  Furthermore, on some targets
1179 the operand with @samp{<} in constraint string must be accompanied by
1180 special instruction suffixes like @code{%U0} instruction suffix on PowerPC
1181 or @code{%P0} on IA-64.
1183 @cindex @samp{>} in constraint
1184 @item @samp{>}
1185 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
1186 postincrement) is allowed.  In inline @code{asm} the same restrictions
1187 as for @samp{<} apply.
1189 @cindex @samp{r} in constraint
1190 @cindex registers in constraints
1191 @item @samp{r}
1192 A register operand is allowed provided that it is in a general
1193 register.
1195 @cindex constants in constraints
1196 @cindex @samp{i} in constraint
1197 @item @samp{i}
1198 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
1199 This includes symbolic constants whose values will be known only at
1200 assembly time or later.
1202 @cindex @samp{n} in constraint
1203 @item @samp{n}
1204 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
1205 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
1206 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
1207 rather than @samp{i}.
1209 @cindex @samp{I} in constraint
1210 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
1211 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
1212 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
1213 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
1214 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
1215 This is the range permitted as a shift count in the shift
1216 instructions.
1218 @cindex @samp{E} in constraint
1219 @item @samp{E}
1220 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
1221 allowed, but only if the target floating point format is the same as
1222 that of the host machine (on which the compiler is running).
1224 @cindex @samp{F} in constraint
1225 @item @samp{F}
1226 An immediate floating operand (expression code @code{const_double} or
1227 @code{const_vector}) is allowed.
1229 @cindex @samp{G} in constraint
1230 @cindex @samp{H} in constraint
1231 @item @samp{G}, @samp{H}
1232 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
1233 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
1235 @cindex @samp{s} in constraint
1236 @item @samp{s}
1237 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
1238 allowed.
1240 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
1241 value not known at compile time, it certainly must allow any known
1242 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
1243 better code to be generated.
1245 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
1246 use an immediate operand; but if the immediate value is between @minus{}128
1247 and 127, better code results from loading the value into a register and
1248 using the register.  This is because the load into the register can be
1249 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
1250 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
1251 range @minus{}128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
1252 constraints.
1254 @cindex @samp{g} in constraint
1255 @item @samp{g}
1256 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
1257 registers that are not general registers.
1259 @cindex @samp{X} in constraint
1260 @item @samp{X}
1261 @ifset INTERNALS
1262 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
1263 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
1264 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
1265 require a scratch register.
1266 @end ifset
1267 @ifclear INTERNALS
1268 Any operand whatsoever is allowed.
1269 @end ifclear
1271 @cindex @samp{0} in constraint
1272 @cindex digits in constraint
1273 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
1274 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
1275 digit is used together with letters within the same alternative, the
1276 digit should come last.
1278 This number is allowed to be more than a single digit.  If multiple
1279 digits are encountered consecutively, they are interpreted as a single
1280 decimal integer.  There is scant chance for ambiguity, since to-date
1281 it has never been desirable that @samp{10} be interpreted as matching
1282 either operand 1 @emph{or} operand 0.  Should this be desired, one
1283 can use multiple alternatives instead.
1285 @cindex matching constraint
1286 @cindex constraint, matching
1287 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
1288 that the assembler has only a single operand that fills two roles
1289 @ifset INTERNALS
1290 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
1291 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
1292 @end ifset
1293 @ifclear INTERNALS
1294 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
1295 two input operands and an output operand, but on most CISC
1296 @end ifclear
1297 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
1298 input-output operand:
1300 @smallexample
1301 addl #35,r12
1302 @end smallexample
1304 Matching constraints are used in these circumstances.
1305 More precisely, the two operands that match must include one input-only
1306 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
1307 smaller number than the number of the operand that uses it in the
1308 constraint.
1310 @ifset INTERNALS
1311 For operands to match in a particular case usually means that they
1312 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
1313 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
1314 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
1315 For proper results in such cases, the output template should always
1316 use the output-operand's number when printing the operand.
1317 @end ifset
1319 @cindex load address instruction
1320 @cindex push address instruction
1321 @cindex address constraints
1322 @cindex @samp{p} in constraint
1323 @item @samp{p}
1324 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
1325 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
1327 @findex address_operand
1328 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
1329 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
1330 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
1331 reference for which the address would be valid.
1333 @cindex other register constraints
1334 @cindex extensible constraints
1335 @item @var{other-letters}
1336 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
1337 particular classes of registers or other arbitrary operand types.
1338 @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are defined on the 68000/68020 to stand
1339 for data, address and floating point registers.
1340 @end table
1342 @ifset INTERNALS
1343 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
1344 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
1345 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
1346 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
1347 done by copying an operand into a register.
1349 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
1351 @smallexample
1352 (define_insn ""
1353   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1354         (plus:SI (match_dup 0)
1355                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
1356   ""
1357   "@dots{}")
1358 @end smallexample
1360 @noindent
1361 which has two operands, one of which must appear in two places, and
1363 @smallexample
1364 (define_insn ""
1365   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1366         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
1367                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
1368   ""
1369   "@dots{}")
1370 @end smallexample
1372 @noindent
1373 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
1374 identical.  If we are considering an insn of the form
1376 @smallexample
1377 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
1378   (set (reg:SI 3)
1379        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
1380   @dots{})
1381 @end smallexample
1383 @noindent
1384 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
1385 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
1386 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns''.
1387 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
1388 is something wrong with it''.  It would direct the reload pass of the
1389 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
1390 results might look like this:
1392 @smallexample
1393 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
1394   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
1395   @dots{})
1397 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
1398   (set (reg:SI 3)
1399        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
1400   @dots{})
1401 @end smallexample
1403 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
1404 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
1405 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
1406 for each possible combination of operand expressions, have at least one
1407 alternative which can handle that combination of operands.)  The
1408 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
1409 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
1410 reloading any possible operand so that it will fit.
1412 @itemize @bullet
1413 @item
1414 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
1415 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
1417 For example, an operand whose constraints permit everything except
1418 registers is safe provided its predicate rejects registers.
1420 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
1421 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
1422 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
1423 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
1424 more selective.
1426 @item
1427 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
1428 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
1429 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
1430 compiler knows how to copy a register into another register of the
1431 proper class in order to make an instruction valid.
1433 @cindex nonoffsettable memory reference
1434 @cindex memory reference, nonoffsettable
1435 @item
1436 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
1437 address into a register.  So if the constraint uses the letter
1438 @samp{o}, all memory references are taken care of.
1440 @item
1441 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
1442 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1443 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1444 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1446 @item
1447 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1448 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1449 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1450 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1451 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1452 objects allowed by the constraint.
1453 @end itemize
1455 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1456 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1457 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1458 how to copy a register temporarily into memory.
1460 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1461 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1462 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1463 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1464 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1465 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1466 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1467 @code{sign_extend}.
1468 @end ifset
1470 @node Multi-Alternative
1471 @subsection Multiple Alternative Constraints
1472 @cindex multiple alternative constraints
1474 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1475 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1476 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1477 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1478 another.
1480 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1481 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1482 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1483 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1484 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1485 All operands for a single instruction must have the same number of 
1486 alternatives.
1487 @ifset INTERNALS
1488 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1490 @smallexample
1491 (define_insn "iorsi3"
1492   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1493         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1494                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1495   @dots{})
1496 @end smallexample
1498 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1499 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1500 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1501 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1502 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1503 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1505 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1506 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1507 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1508 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1509 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1510 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1512 @table @code
1513 @cindex @samp{?} in constraint
1514 @cindex question mark
1515 @item ?
1516 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1517 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1518 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1519 in it.
1521 @cindex @samp{!} in constraint
1522 @cindex exclamation point
1523 @item !
1524 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1525 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1526 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1528 @cindex @samp{^} in constraint
1529 @cindex caret
1530 @item ^
1531 This constraint is analogous to @samp{?} but it disparages slightly
1532 the alternative only if the operand with the @samp{^} needs a reload.
1534 @cindex @samp{$} in constraint
1535 @cindex dollar sign
1536 @item $
1537 This constraint is analogous to @samp{!} but it disparages severely
1538 the alternative only if the operand with the @samp{$} needs a reload.
1539 @end table
1541 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1542 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1543 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1544 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1545 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1546 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1547 @end ifset
1548 @ifclear INTERNALS
1550 So the first alternative for the 68000's logical-or could be written as 
1551 @code{"+m" (output) : "ir" (input)}.  The second could be @code{"+r" 
1552 (output): "irm" (input)}.  However, the fact that two memory locations 
1553 cannot be used in a single instruction prevents simply using @code{"+rm" 
1554 (output) : "irm" (input)}.  Using multi-alternatives, this might be 
1555 written as @code{"+m,r" (output) : "ir,irm" (input)}.  This describes
1556 all the available alternatives to the compiler, allowing it to choose 
1557 the most efficient one for the current conditions.
1559 There is no way within the template to determine which alternative was 
1560 chosen.  However you may be able to wrap your @code{asm} statements with 
1561 builtins such as @code{__builtin_constant_p} to achieve the desired results.
1562 @end ifclear
1564 @ifset INTERNALS
1565 @node Class Preferences
1566 @subsection Register Class Preferences
1567 @cindex class preference constraints
1568 @cindex register class preference constraints
1570 @cindex voting between constraint alternatives
1571 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1572 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1573 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1574 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1575 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1576 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1577 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1578 favor of a general register.  The machine description says which registers
1579 are considered general.
1581 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1582 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1583 @end ifset
1585 @node Modifiers
1586 @subsection Constraint Modifier Characters
1587 @cindex modifiers in constraints
1588 @cindex constraint modifier characters
1590 @c prevent bad page break with this line
1591 Here are constraint modifier characters.
1593 @table @samp
1594 @cindex @samp{=} in constraint
1595 @item =
1596 Means that this operand is written to by this instruction:
1597 the previous value is discarded and replaced by new data.
1599 @cindex @samp{+} in constraint
1600 @item +
1601 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1603 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1604 it needs to know which operands are read by the instruction and
1605 which are written by it.  @samp{=} identifies an operand which is only
1606 written; @samp{+} identifies an operand that is both read and written; all
1607 other operands are assumed to only be read.
1609 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1610 first character of the constraint string.
1612 @cindex @samp{&} in constraint
1613 @cindex earlyclobber operand
1614 @item &
1615 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1616 @dfn{earlyclobber} operand, which is written before the instruction is
1617 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1618 in a register that is read by the instruction or as part of any memory
1619 address.
1621 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1622 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1623 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1624 @samp{movdf} insn of the 68000.
1626 A operand which is read by the instruction can be tied to an earlyclobber
1627 operand if its only use as an input occurs before the early result is
1628 written.  Adding alternatives of this form often allows GCC to produce
1629 better code when only some of the read operands can be affected by the
1630 earlyclobber. See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM@.
1632 Furthermore, if the @dfn{earlyclobber} operand is also a read/write
1633 operand, then that operand is written only after it's used.
1635 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=} or @samp{+}.  As
1636 @dfn{earlyclobber} operands are always written, a read-only
1637 @dfn{earlyclobber} operand is ill-formed and will be rejected by the
1638 compiler.
1640 @cindex @samp{%} in constraint
1641 @item %
1642 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1643 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1644 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1645 constraints.  @samp{%} applies to all alternatives and must appear as
1646 the first character in the constraint.  Only read-only operands can use
1647 @samp{%}.
1649 @ifset INTERNALS
1650 This is often used in patterns for addition instructions
1651 that really have only two operands: the result must go in one of the
1652 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1653 instruction is defined:
1655 @smallexample
1656 (define_insn "addhi3"
1657   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1658      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1659               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1660   @dots{})
1661 @end smallexample
1662 @end ifset
1663 GCC can only handle one commutative pair in an asm; if you use more,
1664 the compiler may fail.  Note that you need not use the modifier if
1665 the two alternatives are strictly identical; this would only waste
1666 time in the reload pass.
1667 @ifset INTERNALS
1668 The modifier is not operational after
1669 register allocation, so the result of @code{define_peephole2}
1670 and @code{define_split}s performed after reload cannot rely on
1671 @samp{%} to make the intended insn match.
1673 @cindex @samp{#} in constraint
1674 @item #
1675 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1676 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1677 register preferences.
1679 @cindex @samp{*} in constraint
1680 @item *
1681 Says that the following character should be ignored when choosing
1682 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1683 constraint as a constraint, and no effect on reloading.  For LRA
1684 @samp{*} additionally disparages slightly the alternative if the
1685 following character matches the operand.
1687 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1688 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1689 copying it into an address register.  While either kind of register is
1690 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1691 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1692 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1693 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1694 register preferences.
1696 @smallexample
1697 (define_insn "extendhisi2"
1698   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1699         (sign_extend:SI
1700          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1701   @dots{})
1702 @end smallexample
1703 @end ifset
1704 @end table
1706 @node Machine Constraints
1707 @subsection Constraints for Particular Machines
1708 @cindex machine specific constraints
1709 @cindex constraints, machine specific
1711 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1712 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1713 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1714 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1715 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1716 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1717 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1718 immediate-constant format.
1720 Each architecture defines additional constraints.  These constraints
1721 are used by the compiler itself for instruction generation, as well as
1722 for @code{asm} statements; therefore, some of the constraints are not
1723 particularly useful for @code{asm}.  Here is a summary of some of the
1724 machine-dependent constraints available on some particular machines;
1725 it includes both constraints that are useful for @code{asm} and
1726 constraints that aren't.  The compiler source file mentioned in the
1727 table heading for each architecture is the definitive reference for
1728 the meanings of that architecture's constraints.
1730 @c Please keep this table alphabetized by target!
1731 @table @emph
1732 @item AArch64 family---@file{config/aarch64/constraints.md}
1733 @table @code
1734 @item k
1735 The stack pointer register (@code{SP})
1737 @item w
1738 Floating point register, Advanced SIMD vector register or SVE vector register
1740 @item Upl
1741 One of the low eight SVE predicate registers (@code{P0} to @code{P7})
1743 @item Upa
1744 Any of the SVE predicate registers (@code{P0} to @code{P15})
1746 @item I
1747 Integer constant that is valid as an immediate operand in an @code{ADD}
1748 instruction
1750 @item J
1751 Integer constant that is valid as an immediate operand in a @code{SUB}
1752 instruction (once negated)
1754 @item K
1755 Integer constant that can be used with a 32-bit logical instruction
1757 @item L
1758 Integer constant that can be used with a 64-bit logical instruction
1760 @item M
1761 Integer constant that is valid as an immediate operand in a 32-bit @code{MOV}
1762 pseudo instruction. The @code{MOV} may be assembled to one of several different
1763 machine instructions depending on the value
1765 @item N
1766 Integer constant that is valid as an immediate operand in a 64-bit @code{MOV}
1767 pseudo instruction
1769 @item S
1770 An absolute symbolic address or a label reference
1772 @item Y
1773 Floating point constant zero
1775 @item Z
1776 Integer constant zero
1778 @item Ush
1779 The high part (bits 12 and upwards) of the pc-relative address of a symbol
1780 within 4GB of the instruction
1782 @item Q
1783 A memory address which uses a single base register with no offset
1785 @item Ump
1786 A memory address suitable for a load/store pair instruction in SI, DI, SF and
1787 DF modes
1789 @end table
1792 @item ARC ---@file{config/arc/constraints.md}
1793 @table @code
1794 @item q
1795 Registers usable in ARCompact 16-bit instructions: @code{r0}-@code{r3},
1796 @code{r12}-@code{r15}.  This constraint can only match when the @option{-mq}
1797 option is in effect.
1799 @item e
1800 Registers usable as base-regs of memory addresses in ARCompact 16-bit memory
1801 instructions: @code{r0}-@code{r3}, @code{r12}-@code{r15}, @code{sp}.
1802 This constraint can only match when the @option{-mq}
1803 option is in effect.
1804 @item D
1805 ARC FPX (dpfp) 64-bit registers. @code{D0}, @code{D1}.
1807 @item I
1808 A signed 12-bit integer constant.
1810 @item Cal
1811 constant for arithmetic/logical operations.  This might be any constant
1812 that can be put into a long immediate by the assmbler or linker without
1813 involving a PIC relocation.
1815 @item K
1816 A 3-bit unsigned integer constant.
1818 @item L
1819 A 6-bit unsigned integer constant.
1821 @item CnL
1822 One's complement of a 6-bit unsigned integer constant.
1824 @item CmL
1825 Two's complement of a 6-bit unsigned integer constant.
1827 @item M
1828 A 5-bit unsigned integer constant.
1830 @item O
1831 A 7-bit unsigned integer constant.
1833 @item P
1834 A 8-bit unsigned integer constant.
1836 @item H
1837 Any const_double value.
1838 @end table
1840 @item ARM family---@file{config/arm/constraints.md}
1841 @table @code
1843 @item h
1844 In Thumb state, the core registers @code{r8}-@code{r15}.
1846 @item k
1847 The stack pointer register.
1849 @item l
1850 In Thumb State the core registers @code{r0}-@code{r7}.  In ARM state this
1851 is an alias for the @code{r} constraint.
1853 @item t
1854 VFP floating-point registers @code{s0}-@code{s31}.  Used for 32 bit values.
1856 @item w
1857 VFP floating-point registers @code{d0}-@code{d31} and the appropriate
1858 subset @code{d0}-@code{d15} based on command line options.
1859 Used for 64 bit values only.  Not valid for Thumb1.
1861 @item y
1862 The iWMMX co-processor registers.
1864 @item z
1865 The iWMMX GR registers.
1867 @item G
1868 The floating-point constant 0.0
1870 @item I
1871 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1872 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1873 multiple of 2
1875 @item J
1876 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1878 @item K
1879 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1881 @item L
1882 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1884 @item M
1885 Integer in the range 0 to 32
1887 @item Q
1888 A memory reference where the exact address is in a single register
1889 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1891 @item R
1892 An item in the constant pool
1894 @item S
1895 A symbol in the text segment of the current file
1897 @item Uv
1898 A memory reference suitable for VFP load/store insns (reg+constant offset)
1900 @item Uy
1901 A memory reference suitable for iWMMXt load/store instructions.
1903 @item Uq
1904 A memory reference suitable for the ARMv4 ldrsb instruction.
1905 @end table
1907 @item AVR family---@file{config/avr/constraints.md}
1908 @table @code
1909 @item l
1910 Registers from r0 to r15
1912 @item a
1913 Registers from r16 to r23
1915 @item d
1916 Registers from r16 to r31
1918 @item w
1919 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1921 @item e
1922 Pointer register (r26--r31)
1924 @item b
1925 Base pointer register (r28--r31)
1927 @item q
1928 Stack pointer register (SPH:SPL)
1930 @item t
1931 Temporary register r0
1933 @item x
1934 Register pair X (r27:r26)
1936 @item y
1937 Register pair Y (r29:r28)
1939 @item z
1940 Register pair Z (r31:r30)
1942 @item I
1943 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1945 @item J
1946 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1948 @item K
1949 Constant integer 2
1951 @item L
1952 Constant integer 0
1954 @item M
1955 Constant that fits in 8 bits
1957 @item N
1958 Constant integer @minus{}1
1960 @item O
1961 Constant integer 8, 16, or 24
1963 @item P
1964 Constant integer 1
1966 @item G
1967 A floating point constant 0.0
1969 @item Q
1970 A memory address based on Y or Z pointer with displacement.
1971 @end table
1973 @item Blackfin family---@file{config/bfin/constraints.md}
1974 @table @code
1975 @item a
1976 P register
1978 @item d
1979 D register
1981 @item z
1982 A call clobbered P register.
1984 @item q@var{n}
1985 A single register.  If @var{n} is in the range 0 to 7, the corresponding D
1986 register.  If it is @code{A}, then the register P0.
1988 @item D
1989 Even-numbered D register
1991 @item W
1992 Odd-numbered D register
1994 @item e
1995 Accumulator register.
1997 @item A
1998 Even-numbered accumulator register.
2000 @item B
2001 Odd-numbered accumulator register.
2003 @item b
2004 I register
2006 @item v
2007 B register
2009 @item f
2010 M register
2012 @item c
2013 Registers used for circular buffering, i.e. I, B, or L registers.
2015 @item C
2016 The CC register.
2018 @item t
2019 LT0 or LT1.
2021 @item k
2022 LC0 or LC1.
2024 @item u
2025 LB0 or LB1.
2027 @item x
2028 Any D, P, B, M, I or L register.
2030 @item y
2031 Additional registers typically used only in prologues and epilogues: RETS,
2032 RETN, RETI, RETX, RETE, ASTAT, SEQSTAT and USP.
2034 @item w
2035 Any register except accumulators or CC.
2037 @item Ksh
2038 Signed 16 bit integer (in the range @minus{}32768 to 32767)
2040 @item Kuh
2041 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535)
2043 @item Ks7
2044 Signed 7 bit integer (in the range @minus{}64 to 63)
2046 @item Ku7
2047 Unsigned 7 bit integer (in the range 0 to 127)
2049 @item Ku5
2050 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31)
2052 @item Ks4
2053 Signed 4 bit integer (in the range @minus{}8 to 7)
2055 @item Ks3
2056 Signed 3 bit integer (in the range @minus{}3 to 4)
2058 @item Ku3
2059 Unsigned 3 bit integer (in the range 0 to 7)
2061 @item P@var{n}
2062 Constant @var{n}, where @var{n} is a single-digit constant in the range 0 to 4.
2064 @item PA
2065 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2066 use with either accumulator.
2068 @item PB
2069 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2070 use only with accumulator A1.
2072 @item M1
2073 Constant 255.
2075 @item M2
2076 Constant 65535.
2078 @item J
2079 An integer constant with exactly a single bit set.
2081 @item L
2082 An integer constant with all bits set except exactly one.
2084 @item H
2086 @item Q
2087 Any SYMBOL_REF.
2088 @end table
2090 @item CR16 Architecture---@file{config/cr16/cr16.h}
2091 @table @code
2093 @item b
2094 Registers from r0 to r14 (registers without stack pointer)
2096 @item t
2097 Register from r0 to r11 (all 16-bit registers)
2099 @item p
2100 Register from r12 to r15 (all 32-bit registers)
2102 @item I
2103 Signed constant that fits in 4 bits
2105 @item J
2106 Signed constant that fits in 5 bits
2108 @item K
2109 Signed constant that fits in 6 bits
2111 @item L
2112 Unsigned constant that fits in 4 bits
2114 @item M
2115 Signed constant that fits in 32 bits
2117 @item N
2118 Check for 64 bits wide constants for add/sub instructions
2120 @item G
2121 Floating point constant that is legal for store immediate
2122 @end table
2124 @item Epiphany---@file{config/epiphany/constraints.md}
2125 @table @code
2126 @item U16
2127 An unsigned 16-bit constant.
2129 @item K
2130 An unsigned 5-bit constant.
2132 @item L
2133 A signed 11-bit constant.
2135 @item Cm1
2136 A signed 11-bit constant added to @minus{}1.
2137 Can only match when the @option{-m1reg-@var{reg}} option is active.
2139 @item Cl1
2140 Left-shift of @minus{}1, i.e., a bit mask with a block of leading ones, the rest
2141 being a block of trailing zeroes.
2142 Can only match when the @option{-m1reg-@var{reg}} option is active.
2144 @item Cr1
2145 Right-shift of @minus{}1, i.e., a bit mask with a trailing block of ones, the
2146 rest being zeroes.  Or to put it another way, one less than a power of two.
2147 Can only match when the @option{-m1reg-@var{reg}} option is active.
2149 @item Cal
2150 Constant for arithmetic/logical operations.
2151 This is like @code{i}, except that for position independent code,
2152 no symbols / expressions needing relocations are allowed.
2154 @item Csy
2155 Symbolic constant for call/jump instruction.
2157 @item Rcs
2158 The register class usable in short insns.  This is a register class
2159 constraint, and can thus drive register allocation.
2160 This constraint won't match unless @option{-mprefer-short-insn-regs} is
2161 in effect.
2163 @item Rsc
2164 The the register class of registers that can be used to hold a
2165 sibcall call address.  I.e., a caller-saved register.
2167 @item Rct
2168 Core control register class.
2170 @item Rgs
2171 The register group usable in short insns.
2172 This constraint does not use a register class, so that it only
2173 passively matches suitable registers, and doesn't drive register allocation.
2175 @ifset INTERNALS
2176 @item Car
2177 Constant suitable for the addsi3_r pattern.  This is a valid offset
2178 For byte, halfword, or word addressing.
2179 @end ifset
2181 @item Rra
2182 Matches the return address if it can be replaced with the link register.
2184 @item Rcc
2185 Matches the integer condition code register.
2187 @item Sra
2188 Matches the return address if it is in a stack slot.
2190 @item Cfm
2191 Matches control register values to switch fp mode, which are encapsulated in
2192 @code{UNSPEC_FP_MODE}.
2193 @end table
2195 @item FRV---@file{config/frv/frv.h}
2196 @table @code
2197 @item a
2198 Register in the class @code{ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2200 @item b
2201 Register in the class @code{EVEN_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2203 @item c
2204 Register in the class @code{CC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3} and
2205 @code{icc0} to @code{icc3}).
2207 @item d
2208 Register in the class @code{GPR_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2210 @item e
2211 Register in the class @code{EVEN_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2212 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2213 mode larger than 4 bytes.
2215 @item f
2216 Register in the class @code{FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2218 @item h
2219 Register in the class @code{FEVEN_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2220 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2221 mode larger than 4 bytes.
2223 @item l
2224 Register in the class @code{LR_REG} (the @code{lr} register).
2226 @item q
2227 Register in the class @code{QUAD_REGS} (@code{gr2} to @code{gr63}).
2228 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2229 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2231 @item t
2232 Register in the class @code{ICC_REGS} (@code{icc0} to @code{icc3}).
2234 @item u
2235 Register in the class @code{FCC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3}).
2237 @item v
2238 Register in the class @code{ICR_REGS} (@code{cc4} to @code{cc7}).
2240 @item w
2241 Register in the class @code{FCR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc3}).
2243 @item x
2244 Register in the class @code{QUAD_FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2245 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2246 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2248 @item z
2249 Register in the class @code{SPR_REGS} (@code{lcr} and @code{lr}).
2251 @item A
2252 Register in the class @code{QUAD_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2254 @item B
2255 Register in the class @code{ACCG_REGS} (@code{accg0} to @code{accg7}).
2257 @item C
2258 Register in the class @code{CR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc7}).
2260 @item G
2261 Floating point constant zero
2263 @item I
2264 6-bit signed integer constant
2266 @item J
2267 10-bit signed integer constant
2269 @item L
2270 16-bit signed integer constant
2272 @item M
2273 16-bit unsigned integer constant
2275 @item N
2276 12-bit signed integer constant that is negative---i.e.@: in the
2277 range of @minus{}2048 to @minus{}1
2279 @item O
2280 Constant zero
2282 @item P
2283 12-bit signed integer constant that is greater than zero---i.e.@: in the
2284 range of 1 to 2047.
2286 @end table
2288 @item FT32---@file{config/ft32/constraints.md}
2289 @table @code
2290 @item A
2291 An absolute address
2293 @item B
2294 An offset address
2296 @item W
2297 A register indirect memory operand
2299 @item e
2300 An offset address.
2302 @item f
2303 An offset address.
2305 @item O
2306 The constant zero or one
2308 @item I
2309 A 16-bit signed constant (@minus{}32768 @dots{} 32767)
2311 @item w
2312 A bitfield mask suitable for bext or bins
2314 @item x
2315 An inverted bitfield mask suitable for bext or bins
2317 @item L
2318 A 16-bit unsigned constant, multiple of 4 (0 @dots{} 65532)
2320 @item S
2321 A 20-bit signed constant (@minus{}524288 @dots{} 524287)
2323 @item b
2324 A constant for a bitfield width (1 @dots{} 16)
2326 @item KA
2327 A 10-bit signed constant (@minus{}512 @dots{} 511)
2329 @end table
2331 @item Hewlett-Packard PA-RISC---@file{config/pa/pa.h}
2332 @table @code
2333 @item a
2334 General register 1
2336 @item f
2337 Floating point register
2339 @item q
2340 Shift amount register
2342 @item x
2343 Floating point register (deprecated)
2345 @item y
2346 Upper floating point register (32-bit), floating point register (64-bit)
2348 @item Z
2349 Any register
2351 @item I
2352 Signed 11-bit integer constant
2354 @item J
2355 Signed 14-bit integer constant
2357 @item K
2358 Integer constant that can be deposited with a @code{zdepi} instruction
2360 @item L
2361 Signed 5-bit integer constant
2363 @item M
2364 Integer constant 0
2366 @item N
2367 Integer constant that can be loaded with a @code{ldil} instruction
2369 @item O
2370 Integer constant whose value plus one is a power of 2
2372 @item P
2373 Integer constant that can be used for @code{and} operations in @code{depi}
2374 and @code{extru} instructions
2376 @item S
2377 Integer constant 31
2379 @item U
2380 Integer constant 63
2382 @item G
2383 Floating-point constant 0.0
2385 @item A
2386 A @code{lo_sum} data-linkage-table memory operand
2388 @item Q
2389 A memory operand that can be used as the destination operand of an
2390 integer store instruction
2392 @item R
2393 A scaled or unscaled indexed memory operand
2395 @item T
2396 A memory operand for floating-point loads and stores
2398 @item W
2399 A register indirect memory operand
2400 @end table
2402 @item Intel IA-64---@file{config/ia64/ia64.h}
2403 @table @code
2404 @item a
2405 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
2407 @item b
2408 Branch register
2410 @item c
2411 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
2413 @item d
2414 Application register residing in M-unit
2416 @item e
2417 Application register residing in I-unit
2419 @item f
2420 Floating-point register
2422 @item m
2423 Memory operand.  If used together with @samp{<} or @samp{>},
2424 the operand can have postincrement and postdecrement which
2425 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
2427 @item G
2428 Floating-point constant 0.0 or 1.0
2430 @item I
2431 14-bit signed integer constant
2433 @item J
2434 22-bit signed integer constant
2436 @item K
2437 8-bit signed integer constant for logical instructions
2439 @item L
2440 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
2442 @item M
2443 6-bit unsigned integer constant for shift counts
2445 @item N
2446 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
2448 @item O
2449 The constant zero
2451 @item P
2452 0 or @minus{}1 for @code{dep} instruction
2454 @item Q
2455 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
2457 @item R
2458 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
2460 @item S
2461 Memory operand except postincrement and postdecrement.  This is
2462 now roughly the same as @samp{m} when not used together with @samp{<}
2463 or @samp{>}.
2464 @end table
2466 @item M32C---@file{config/m32c/m32c.c}
2467 @table @code
2468 @item Rsp
2469 @itemx Rfb
2470 @itemx Rsb
2471 @samp{$sp}, @samp{$fb}, @samp{$sb}.
2473 @item Rcr
2474 Any control register, when they're 16 bits wide (nothing if control
2475 registers are 24 bits wide)
2477 @item Rcl
2478 Any control register, when they're 24 bits wide.
2480 @item R0w
2481 @itemx R1w
2482 @itemx R2w
2483 @itemx R3w
2484 $r0, $r1, $r2, $r3.
2486 @item R02
2487 $r0 or $r2, or $r2r0 for 32 bit values.
2489 @item R13
2490 $r1 or $r3, or $r3r1 for 32 bit values.
2492 @item Rdi
2493 A register that can hold a 64 bit value.
2495 @item Rhl
2496 $r0 or $r1 (registers with addressable high/low bytes)
2498 @item R23
2499 $r2 or $r3
2501 @item Raa
2502 Address registers
2504 @item Raw
2505 Address registers when they're 16 bits wide.
2507 @item Ral
2508 Address registers when they're 24 bits wide.
2510 @item Rqi
2511 Registers that can hold QI values.
2513 @item Rad
2514 Registers that can be used with displacements ($a0, $a1, $sb).
2516 @item Rsi
2517 Registers that can hold 32 bit values.
2519 @item Rhi
2520 Registers that can hold 16 bit values.
2522 @item Rhc
2523 Registers chat can hold 16 bit values, including all control
2524 registers.
2526 @item Rra
2527 $r0 through R1, plus $a0 and $a1.
2529 @item Rfl
2530 The flags register.
2532 @item Rmm
2533 The memory-based pseudo-registers $mem0 through $mem15.
2535 @item Rpi
2536 Registers that can hold pointers (16 bit registers for r8c, m16c; 24
2537 bit registers for m32cm, m32c).
2539 @item Rpa
2540 Matches multiple registers in a PARALLEL to form a larger register.
2541 Used to match function return values.
2543 @item Is3
2544 @minus{}8 @dots{} 7
2546 @item IS1
2547 @minus{}128 @dots{} 127
2549 @item IS2
2550 @minus{}32768 @dots{} 32767
2552 @item IU2
2553 0 @dots{} 65535
2555 @item In4
2556 @minus{}8 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 8
2558 @item In5
2559 @minus{}16 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 16
2561 @item In6
2562 @minus{}32 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 32
2564 @item IM2
2565 @minus{}65536 @dots{} @minus{}1
2567 @item Ilb
2568 An 8 bit value with exactly one bit set.
2570 @item Ilw
2571 A 16 bit value with exactly one bit set.
2573 @item Sd
2574 The common src/dest memory addressing modes.
2576 @item Sa
2577 Memory addressed using $a0 or $a1.
2579 @item Si
2580 Memory addressed with immediate addresses.
2582 @item Ss
2583 Memory addressed using the stack pointer ($sp).
2585 @item Sf
2586 Memory addressed using the frame base register ($fb).
2588 @item Ss
2589 Memory addressed using the small base register ($sb).
2591 @item S1
2592 $r1h
2593 @end table
2595 @item MicroBlaze---@file{config/microblaze/constraints.md}
2596 @table @code
2597 @item d
2598 A general register (@code{r0} to @code{r31}).
2600 @item z
2601 A status register (@code{rmsr}, @code{$fcc1} to @code{$fcc7}).
2603 @end table
2605 @item MIPS---@file{config/mips/constraints.md}
2606 @table @code
2607 @item d
2608 A general-purpose register.  This is equivalent to @code{r} unless
2609 generating MIPS16 code, in which case the MIPS16 register set is used.
2611 @item f
2612 A floating-point register (if available).
2614 @item h
2615 Formerly the @code{hi} register.  This constraint is no longer supported.
2617 @item l
2618 The @code{lo} register.  Use this register to store values that are
2619 no bigger than a word.
2621 @item x
2622 The concatenated @code{hi} and @code{lo} registers.  Use this register
2623 to store doubleword values.
2625 @item c
2626 A register suitable for use in an indirect jump.  This will always be
2627 @code{$25} for @option{-mabicalls}.
2629 @item v
2630 Register @code{$3}.  Do not use this constraint in new code;
2631 it is retained only for compatibility with glibc.
2633 @item y
2634 Equivalent to @code{r}; retained for backwards compatibility.
2636 @item z
2637 A floating-point condition code register.
2639 @item I
2640 A signed 16-bit constant (for arithmetic instructions).
2642 @item J
2643 Integer zero.
2645 @item K
2646 An unsigned 16-bit constant (for logic instructions).
2648 @item L
2649 A signed 32-bit constant in which the lower 16 bits are zero.
2650 Such constants can be loaded using @code{lui}.
2652 @item M
2653 A constant that cannot be loaded using @code{lui}, @code{addiu}
2654 or @code{ori}.
2656 @item N
2657 A constant in the range @minus{}65535 to @minus{}1 (inclusive).
2659 @item O
2660 A signed 15-bit constant.
2662 @item P
2663 A constant in the range 1 to 65535 (inclusive).
2665 @item G
2666 Floating-point zero.
2668 @item R
2669 An address that can be used in a non-macro load or store.
2671 @item ZC
2672 A memory operand whose address is formed by a base register and offset
2673 that is suitable for use in instructions with the same addressing mode
2674 as @code{ll} and @code{sc}.
2676 @item ZD
2677 An address suitable for a @code{prefetch} instruction, or for any other
2678 instruction with the same addressing mode as @code{prefetch}.
2679 @end table
2681 @item Motorola 680x0---@file{config/m68k/constraints.md}
2682 @table @code
2683 @item a
2684 Address register
2686 @item d
2687 Data register
2689 @item f
2690 68881 floating-point register, if available
2692 @item I
2693 Integer in the range 1 to 8
2695 @item J
2696 16-bit signed number
2698 @item K
2699 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
2701 @item L
2702 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
2704 @item M
2705 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
2707 @item N
2708 Range 24 to 31, rotatert:SI 8 to 1 expressed as rotate
2710 @item O
2711 16 (for rotate using swap)
2713 @item P
2714 Range 8 to 15, rotatert:HI 8 to 1 expressed as rotate
2716 @item R
2717 Numbers that mov3q can handle
2719 @item G
2720 Floating point constant that is not a 68881 constant
2722 @item S
2723 Operands that satisfy 'm' when -mpcrel is in effect
2725 @item T
2726 Operands that satisfy 's' when -mpcrel is not in effect
2728 @item Q
2729 Address register indirect addressing mode
2731 @item U
2732 Register offset addressing
2734 @item W
2735 const_call_operand
2737 @item Cs
2738 symbol_ref or const
2740 @item Ci
2741 const_int
2743 @item C0
2744 const_int 0
2746 @item Cj
2747 Range of signed numbers that don't fit in 16 bits
2749 @item Cmvq
2750 Integers valid for mvq
2752 @item Capsw
2753 Integers valid for a moveq followed by a swap
2755 @item Cmvz
2756 Integers valid for mvz
2758 @item Cmvs
2759 Integers valid for mvs
2761 @item Ap
2762 push_operand
2764 @item Ac
2765 Non-register operands allowed in clr
2767 @end table
2769 @item Moxie---@file{config/moxie/constraints.md}
2770 @table @code
2771 @item A
2772 An absolute address
2774 @item B
2775 An offset address
2777 @item W
2778 A register indirect memory operand
2780 @item I
2781 A constant in the range of 0 to 255.
2783 @item N
2784 A constant in the range of 0 to @minus{}255.
2786 @end table
2788 @item MSP430--@file{config/msp430/constraints.md}
2789 @table @code
2791 @item R12
2792 Register R12.
2794 @item R13
2795 Register R13.
2797 @item K
2798 Integer constant 1.
2800 @item L
2801 Integer constant -1^20..1^19.
2803 @item M
2804 Integer constant 1-4.
2806 @item Ya
2807 Memory references which do not require an extended MOVX instruction.
2809 @item Yl
2810 Memory reference, labels only.
2812 @item Ys
2813 Memory reference, stack only.
2815 @end table
2817 @item NDS32---@file{config/nds32/constraints.md}
2818 @table @code
2819 @item w
2820 LOW register class $r0 to $r7 constraint for V3/V3M ISA.
2821 @item l
2822 LOW register class $r0 to $r7.
2823 @item d
2824 MIDDLE register class $r0 to $r11, $r16 to $r19.
2825 @item h
2826 HIGH register class $r12 to $r14, $r20 to $r31.
2827 @item t
2828 Temporary assist register $ta (i.e.@: $r15).
2829 @item k
2830 Stack register $sp.
2831 @item Iu03
2832 Unsigned immediate 3-bit value.
2833 @item In03
2834 Negative immediate 3-bit value in the range of @minus{}7--0.
2835 @item Iu04
2836 Unsigned immediate 4-bit value.
2837 @item Is05
2838 Signed immediate 5-bit value.
2839 @item Iu05
2840 Unsigned immediate 5-bit value.
2841 @item In05
2842 Negative immediate 5-bit value in the range of @minus{}31--0.
2843 @item Ip05
2844 Unsigned immediate 5-bit value for movpi45 instruction with range 16--47.
2845 @item Iu06
2846 Unsigned immediate 6-bit value constraint for addri36.sp instruction.
2847 @item Iu08
2848 Unsigned immediate 8-bit value.
2849 @item Iu09
2850 Unsigned immediate 9-bit value.
2851 @item Is10
2852 Signed immediate 10-bit value.
2853 @item Is11
2854 Signed immediate 11-bit value.
2855 @item Is15
2856 Signed immediate 15-bit value.
2857 @item Iu15
2858 Unsigned immediate 15-bit value.
2859 @item Ic15
2860 A constant which is not in the range of imm15u but ok for bclr instruction.
2861 @item Ie15
2862 A constant which is not in the range of imm15u but ok for bset instruction.
2863 @item It15
2864 A constant which is not in the range of imm15u but ok for btgl instruction.
2865 @item Ii15
2866 A constant whose compliment value is in the range of imm15u
2867 and ok for bitci instruction.
2868 @item Is16
2869 Signed immediate 16-bit value.
2870 @item Is17
2871 Signed immediate 17-bit value.
2872 @item Is19
2873 Signed immediate 19-bit value.
2874 @item Is20
2875 Signed immediate 20-bit value.
2876 @item Ihig
2877 The immediate value that can be simply set high 20-bit.
2878 @item Izeb
2879 The immediate value 0xff.
2880 @item Izeh
2881 The immediate value 0xffff.
2882 @item Ixls
2883 The immediate value 0x01.
2884 @item Ix11
2885 The immediate value 0x7ff.
2886 @item Ibms
2887 The immediate value with power of 2.
2888 @item Ifex
2889 The immediate value with power of 2 minus 1.
2890 @item U33
2891 Memory constraint for 333 format.
2892 @item U45
2893 Memory constraint for 45 format.
2894 @item U37
2895 Memory constraint for 37 format.
2896 @end table
2898 @item Nios II family---@file{config/nios2/constraints.md}
2899 @table @code
2901 @item I
2902 Integer that is valid as an immediate operand in an
2903 instruction taking a signed 16-bit number. Range
2904 @minus{}32768 to 32767.
2906 @item J
2907 Integer that is valid as an immediate operand in an
2908 instruction taking an unsigned 16-bit number. Range
2909 0 to 65535.
2911 @item K
2912 Integer that is valid as an immediate operand in an
2913 instruction taking only the upper 16-bits of a
2914 32-bit number. Range 32-bit numbers with the lower
2915 16-bits being 0.
2917 @item L
2918 Integer that is valid as an immediate operand for a 
2919 shift instruction. Range 0 to 31.
2921 @item M
2922 Integer that is valid as an immediate operand for
2923 only the value 0. Can be used in conjunction with
2924 the format modifier @code{z} to use @code{r0}
2925 instead of @code{0} in the assembly output.
2927 @item N
2928 Integer that is valid as an immediate operand for
2929 a custom instruction opcode. Range 0 to 255.
2931 @item P
2932 An immediate operand for R2 andchi/andci instructions. 
2934 @item S
2935 Matches immediates which are addresses in the small
2936 data section and therefore can be added to @code{gp}
2937 as a 16-bit immediate to re-create their 32-bit value.
2939 @item U
2940 Matches constants suitable as an operand for the rdprs and
2941 cache instructions.
2943 @item v
2944 A memory operand suitable for Nios II R2 load/store
2945 exclusive instructions.
2947 @item w
2948 A memory operand suitable for load/store IO and cache
2949 instructions.
2951 @ifset INTERNALS
2952 @item T
2953 A @code{const} wrapped @code{UNSPEC} expression,
2954 representing a supported PIC or TLS relocation.
2955 @end ifset
2957 @end table
2959 @item PDP-11---@file{config/pdp11/constraints.md}
2960 @table @code
2961 @item a
2962 Floating point registers AC0 through AC3.  These can be loaded from/to
2963 memory with a single instruction.
2965 @item d
2966 Odd numbered general registers (R1, R3, R5).  These are used for
2967 16-bit multiply operations.
2969 @item f
2970 Any of the floating point registers (AC0 through AC5).
2972 @item G
2973 Floating point constant 0.
2975 @item I
2976 An integer constant that fits in 16 bits.
2978 @item J
2979 An integer constant whose low order 16 bits are zero.
2981 @item K
2982 An integer constant that does not meet the constraints for codes
2983 @samp{I} or @samp{J}.
2985 @item L
2986 The integer constant 1.
2988 @item M
2989 The integer constant @minus{}1.
2991 @item N
2992 The integer constant 0.
2994 @item O
2995 Integer constants @minus{}4 through @minus{}1 and 1 through 4; shifts by these
2996 amounts are handled as multiple single-bit shifts rather than a single
2997 variable-length shift.
2999 @item Q
3000 A memory reference which requires an additional word (address or
3001 offset) after the opcode.
3003 @item R
3004 A memory reference that is encoded within the opcode.
3006 @end table
3008 @item PowerPC and IBM RS6000---@file{config/rs6000/constraints.md}
3009 @table @code
3010 @item b
3011 Address base register
3013 @item d
3014 Floating point register (containing 64-bit value)
3016 @item f
3017 Floating point register (containing 32-bit value)
3019 @item v
3020 Altivec vector register
3022 @item wa
3023 Any VSX register if the @option{-mvsx} option was used or NO_REGS.
3025 When using any of the register constraints (@code{wa}, @code{wd},
3026 @code{wf}, @code{wg}, @code{wh}, @code{wi}, @code{wj}, @code{wk},
3027 @code{wl}, @code{wm}, @code{wo}, @code{wp}, @code{wq}, @code{ws},
3028 @code{wt}, @code{wu}, @code{wv}, @code{ww}, or @code{wy})
3029 that take VSX registers, you must use @code{%x<n>} in the template so
3030 that the correct register is used.  Otherwise the register number
3031 output in the assembly file will be incorrect if an Altivec register
3032 is an operand of a VSX instruction that expects VSX register
3033 numbering.
3035 @smallexample
3036 asm ("xvadddp %x0,%x1,%x2"
3037      : "=wa" (v1)
3038      : "wa" (v2), "wa" (v3));
3039 @end smallexample
3041 @noindent
3042 is correct, but:
3044 @smallexample
3045 asm ("xvadddp %0,%1,%2" 
3046      : "=wa" (v1) 
3047      : "wa" (v2), "wa" (v3));
3048 @end smallexample
3050 @noindent
3051 is not correct.
3053 If an instruction only takes Altivec registers, you do not want to use
3054 @code{%x<n>}.
3056 @smallexample
3057 asm ("xsaddqp %0,%1,%2"
3058      : "=v" (v1)
3059      : "v" (v2), "v" (v3));
3060 @end smallexample
3062 @noindent
3063 is correct because the @code{xsaddqp} instruction only takes Altivec
3064 registers, while:
3066 @smallexample
3067 asm ("xsaddqp %x0,%x1,%x2" 
3068      : "=v" (v1) 
3069      : "v" (v2), "v" (v3));
3070 @end smallexample
3072 @noindent
3073 is incorrect.
3075 @item wb
3076 Altivec register if @option{-mcpu=power9} is used or NO_REGS.
3078 @item wd
3079 VSX vector register to hold vector double data or NO_REGS.
3081 @item we
3082 VSX register if the @option{-mcpu=power9} and @option{-m64} options
3083 were used or NO_REGS.
3085 @item wf
3086 VSX vector register to hold vector float data or NO_REGS.
3088 @item wg
3089 If @option{-mmfpgpr} was used, a floating point register or NO_REGS.
3091 @item wh
3092 Floating point register if direct moves are available, or NO_REGS.
3094 @item wi
3095 FP or VSX register to hold 64-bit integers for VSX insns or NO_REGS.
3097 @item wj
3098 FP or VSX register to hold 64-bit integers for direct moves or NO_REGS.
3100 @item wk
3101 FP or VSX register to hold 64-bit doubles for direct moves or NO_REGS.
3103 @item wl
3104 Floating point register if the LFIWAX instruction is enabled or NO_REGS.
3106 @item wm
3107 VSX register if direct move instructions are enabled, or NO_REGS.
3109 @item wn
3110 No register (NO_REGS).
3112 @item wo
3113 VSX register to use for ISA 3.0 vector instructions, or NO_REGS.
3115 @item wp
3116 VSX register to use for IEEE 128-bit floating point TFmode, or NO_REGS.
3118 @item wq
3119 VSX register to use for IEEE 128-bit floating point, or NO_REGS.
3121 @item wr
3122 General purpose register if 64-bit instructions are enabled or NO_REGS.
3124 @item ws
3125 VSX vector register to hold scalar double values or NO_REGS.
3127 @item wt
3128 VSX vector register to hold 128 bit integer or NO_REGS.
3130 @item wu
3131 Altivec register to use for float/32-bit int loads/stores  or NO_REGS.
3133 @item wv
3134 Altivec register to use for double loads/stores  or NO_REGS.
3136 @item ww
3137 FP or VSX register to perform float operations under @option{-mvsx} or NO_REGS.
3139 @item wx
3140 Floating point register if the STFIWX instruction is enabled or NO_REGS.
3142 @item wy
3143 FP or VSX register to perform ISA 2.07 float ops or NO_REGS.
3145 @item wz
3146 Floating point register if the LFIWZX instruction is enabled or NO_REGS.
3148 @item wA
3149 Address base register if 64-bit instructions are enabled or NO_REGS.
3151 @item wB
3152 Signed 5-bit constant integer that can be loaded into an altivec register.
3154 @item wD
3155 Int constant that is the element number of the 64-bit scalar in a vector.
3157 @item wE
3158 Vector constant that can be loaded with the XXSPLTIB instruction.
3160 @item wF
3161 Memory operand suitable for power9 fusion load/stores.
3163 @item wG
3164 Memory operand suitable for TOC fusion memory references.
3166 @item wH
3167 Altivec register if @option{-mvsx-small-integer}.
3169 @item wI
3170 Floating point register if @option{-mvsx-small-integer}.
3172 @item wJ
3173 FP register if @option{-mvsx-small-integer} and @option{-mpower9-vector}.
3175 @item wK
3176 Altivec register if @option{-mvsx-small-integer} and @option{-mpower9-vector}.
3178 @item wL
3179 Int constant that is the element number that the MFVSRLD instruction.
3180 targets.
3182 @item wM
3183 Match vector constant with all 1's if the XXLORC instruction is available.
3185 @item wO
3186 A memory operand suitable for the ISA 3.0 vector d-form instructions.
3188 @item wQ
3189 A memory address that will work with the @code{lq} and @code{stq}
3190 instructions.
3192 @item wS
3193 Vector constant that can be loaded with XXSPLTIB & sign extension.
3195 @item h
3196 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
3198 @item c
3199 @samp{CTR} register
3201 @item l
3202 @samp{LINK} register
3204 @item x
3205 @samp{CR} register (condition register) number 0
3207 @item y
3208 @samp{CR} register (condition register)
3210 @item z
3211 @samp{XER[CA]} carry bit (part of the XER register)
3213 @item I
3214 Signed 16-bit constant
3216 @item J
3217 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
3218 @code{SImode} constants)
3220 @item K
3221 Unsigned 16-bit constant
3223 @item L
3224 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
3226 @item M
3227 Constant larger than 31
3229 @item N
3230 Exact power of 2
3232 @item O
3233 Zero
3235 @item P
3236 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
3238 @item G
3239 Floating point constant that can be loaded into a register with one
3240 instruction per word
3242 @item H
3243 Integer/Floating point constant that can be loaded into a register using
3244 three instructions
3246 @item m
3247 Memory operand.
3248 Normally, @code{m} does not allow addresses that update the base register.
3249 If @samp{<} or @samp{>} constraint is also used, they are allowed and
3250 therefore on PowerPC targets in that case it is only safe
3251 to use @samp{m<>} in an @code{asm} statement if that @code{asm} statement
3252 accesses the operand exactly once.  The @code{asm} statement must also
3253 use @samp{%U@var{<opno>}} as a placeholder for the ``update'' flag in the
3254 corresponding load or store instruction.  For example:
3256 @smallexample
3257 asm ("st%U0 %1,%0" : "=m<>" (mem) : "r" (val));
3258 @end smallexample
3260 is correct but:
3262 @smallexample
3263 asm ("st %1,%0" : "=m<>" (mem) : "r" (val));
3264 @end smallexample
3266 is not.
3268 @item es
3269 A ``stable'' memory operand; that is, one which does not include any
3270 automodification of the base register.  This used to be useful when
3271 @samp{m} allowed automodification of the base register, but as those are now only
3272 allowed when @samp{<} or @samp{>} is used, @samp{es} is basically the same
3273 as @samp{m} without @samp{<} and @samp{>}.
3275 @item Q
3276 Memory operand that is an offset from a register (it is usually better
3277 to use @samp{m} or @samp{es} in @code{asm} statements)
3279 @item Z
3280 Memory operand that is an indexed or indirect from a register (it is
3281 usually better to use @samp{m} or @samp{es} in @code{asm} statements)
3283 @item R
3284 AIX TOC entry
3286 @item a
3287 Address operand that is an indexed or indirect from a register (@samp{p} is
3288 preferable for @code{asm} statements)
3290 @item U
3291 System V Release 4 small data area reference
3293 @item W
3294 Vector constant that does not require memory
3296 @item j
3297 Vector constant that is all zeros.
3299 @end table
3301 @item RL78---@file{config/rl78/constraints.md}
3302 @table @code
3304 @item Int3
3305 An integer constant in the range 1 @dots{} 7.
3306 @item Int8
3307 An integer constant in the range 0 @dots{} 255.
3308 @item J
3309 An integer constant in the range @minus{}255 @dots{} 0
3310 @item K
3311 The integer constant 1.
3312 @item L
3313 The integer constant -1.
3314 @item M
3315 The integer constant 0.
3316 @item N
3317 The integer constant 2.
3318 @item O
3319 The integer constant -2.
3320 @item P
3321 An integer constant in the range 1 @dots{} 15.
3322 @item Qbi
3323 The built-in compare types--eq, ne, gtu, ltu, geu, and leu.
3324 @item Qsc
3325 The synthetic compare types--gt, lt, ge, and le.
3326 @item Wab
3327 A memory reference with an absolute address.
3328 @item Wbc
3329 A memory reference using @code{BC} as a base register, with an optional offset.
3330 @item Wca
3331 A memory reference using @code{AX}, @code{BC}, @code{DE}, or @code{HL} for the address, for calls.
3332 @item Wcv
3333 A memory reference using any 16-bit register pair for the address, for calls.
3334 @item Wd2
3335 A memory reference using @code{DE} as a base register, with an optional offset.
3336 @item Wde
3337 A memory reference using @code{DE} as a base register, without any offset.
3338 @item Wfr
3339 Any memory reference to an address in the far address space.
3340 @item Wh1
3341 A memory reference using @code{HL} as a base register, with an optional one-byte offset.
3342 @item Whb
3343 A memory reference using @code{HL} as a base register, with @code{B} or @code{C} as the index register.
3344 @item Whl
3345 A memory reference using @code{HL} as a base register, without any offset.
3346 @item Ws1
3347 A memory reference using @code{SP} as a base register, with an optional one-byte offset.
3348 @item Y
3349 Any memory reference to an address in the near address space.
3350 @item A
3351 The @code{AX} register.
3352 @item B
3353 The @code{BC} register.
3354 @item D
3355 The @code{DE} register.
3356 @item R
3357 @code{A} through @code{L} registers.
3358 @item S
3359 The @code{SP} register.
3360 @item T
3361 The @code{HL} register.
3362 @item Z08W
3363 The 16-bit @code{R8} register.
3364 @item Z10W
3365 The 16-bit @code{R10} register.
3366 @item Zint
3367 The registers reserved for interrupts (@code{R24} to @code{R31}).
3368 @item a
3369 The @code{A} register.
3370 @item b
3371 The @code{B} register.
3372 @item c
3373 The @code{C} register.
3374 @item d
3375 The @code{D} register.
3376 @item e
3377 The @code{E} register.
3378 @item h
3379 The @code{H} register.
3380 @item l
3381 The @code{L} register.
3382 @item v
3383 The virtual registers.
3384 @item w
3385 The @code{PSW} register.
3386 @item x
3387 The @code{X} register.
3389 @end table
3391 @item RISC-V---@file{config/riscv/constraints.md}
3392 @table @code
3394 @item f
3395 A floating-point register (if availiable).
3397 @item I
3398 An I-type 12-bit signed immediate.
3400 @item J
3401 Integer zero.
3403 @item K
3404 A 5-bit unsigned immediate for CSR access instructions.
3406 @item A
3407 An address that is held in a general-purpose register.
3409 @end table
3411 @item RX---@file{config/rx/constraints.md}
3412 @table @code
3413 @item Q
3414 An address which does not involve register indirect addressing or
3415 pre/post increment/decrement addressing.
3417 @item Symbol
3418 A symbol reference.
3420 @item Int08
3421 A constant in the range @minus{}256 to 255, inclusive.
3423 @item Sint08
3424 A constant in the range @minus{}128 to 127, inclusive.
3426 @item Sint16
3427 A constant in the range @minus{}32768 to 32767, inclusive.
3429 @item Sint24
3430 A constant in the range @minus{}8388608 to 8388607, inclusive.
3432 @item Uint04
3433 A constant in the range 0 to 15, inclusive.
3435 @end table
3437 @item S/390 and zSeries---@file{config/s390/s390.h}
3438 @table @code
3439 @item a
3440 Address register (general purpose register except r0)
3442 @item c
3443 Condition code register
3445 @item d
3446 Data register (arbitrary general purpose register)
3448 @item f
3449 Floating-point register
3451 @item I
3452 Unsigned 8-bit constant (0--255)
3454 @item J
3455 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
3457 @item K
3458 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
3460 @item L
3461 Value appropriate as displacement.
3462 @table @code
3463 @item (0..4095)
3464 for short displacement
3465 @item (@minus{}524288..524287)
3466 for long displacement
3467 @end table
3469 @item M
3470 Constant integer with a value of 0x7fffffff.
3472 @item N
3473 Multiple letter constraint followed by 4 parameter letters.
3474 @table @code
3475 @item 0..9:
3476 number of the part counting from most to least significant
3477 @item H,Q:
3478 mode of the part
3479 @item D,S,H:
3480 mode of the containing operand
3481 @item 0,F:
3482 value of the other parts (F---all bits set)
3483 @end table
3484 The constraint matches if the specified part of a constant
3485 has a value different from its other parts.
3487 @item Q
3488 Memory reference without index register and with short displacement.
3490 @item R
3491 Memory reference with index register and short displacement.
3493 @item S
3494 Memory reference without index register but with long displacement.
3496 @item T
3497 Memory reference with index register and long displacement.
3499 @item U
3500 Pointer with short displacement.
3502 @item W
3503 Pointer with long displacement.
3505 @item Y
3506 Shift count operand.
3508 @end table
3510 @need 1000
3511 @item SPARC---@file{config/sparc/sparc.h}
3512 @table @code
3513 @item f
3514 Floating-point register on the SPARC-V8 architecture and
3515 lower floating-point register on the SPARC-V9 architecture.
3517 @item e
3518 Floating-point register.  It is equivalent to @samp{f} on the
3519 SPARC-V8 architecture and contains both lower and upper
3520 floating-point registers on the SPARC-V9 architecture.
3522 @item c
3523 Floating-point condition code register.
3525 @item d
3526 Lower floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9
3527 architecture when the Visual Instruction Set is available.
3529 @item b
3530 Floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9 architecture
3531 when the Visual Instruction Set is available.
3533 @item h
3534 64-bit global or out register for the SPARC-V8+ architecture.
3536 @item C
3537 The constant all-ones, for floating-point.
3539 @item A
3540 Signed 5-bit constant
3542 @item D
3543 A vector constant
3545 @item I
3546 Signed 13-bit constant
3548 @item J
3549 Zero
3551 @item K
3552 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
3553 loaded with the @code{sethi} instruction)
3555 @item L
3556 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions (11-bit
3557 signed immediate)
3559 @item M
3560 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions (10-bit
3561 signed immediate)
3563 @item N
3564 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
3565 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
3566 modes wider than @code{SImode}
3568 @item O
3569 The constant 4096
3571 @item G
3572 Floating-point zero
3574 @item H
3575 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
3577 @item P
3578 The constant -1
3580 @item Q
3581 Floating-point constant whose integral representation can
3582 be moved into an integer register using a single sethi
3583 instruction
3585 @item R
3586 Floating-point constant whose integral representation can
3587 be moved into an integer register using a single mov
3588 instruction
3590 @item S
3591 Floating-point constant whose integral representation can
3592 be moved into an integer register using a high/lo_sum
3593 instruction sequence
3595 @item T
3596 Memory address aligned to an 8-byte boundary
3598 @item U
3599 Even register
3601 @item W
3602 Memory address for @samp{e} constraint registers
3604 @item w
3605 Memory address with only a base register
3607 @item Y
3608 Vector zero
3610 @end table
3612 @item SPU---@file{config/spu/spu.h}
3613 @table @code
3614 @item a
3615 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.
3617 @item c
3618 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.
3620 @item d
3621 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 64 bit value.
3623 @item f
3624 An immediate which can be loaded with @code{fsmbi}.
3626 @item A
3627 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3629 @item B
3630 An immediate for most arithmetic instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3632 @item C
3633 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3635 @item D
3636 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 32 bit value.
3638 @item I
3639 A constant in the range [@minus{}64, 63] for shift/rotate instructions.
3641 @item J
3642 An unsigned 7-bit constant for conversion/nop/channel instructions.
3644 @item K
3645 A signed 10-bit constant for most arithmetic instructions.
3647 @item M
3648 A signed 16 bit immediate for @code{stop}.
3650 @item N
3651 An unsigned 16-bit constant for @code{iohl} and @code{fsmbi}.
3653 @item O
3654 An unsigned 7-bit constant whose 3 least significant bits are 0.
3656 @item P
3657 An unsigned 3-bit constant for 16-byte rotates and shifts
3659 @item R
3660 Call operand, reg, for indirect calls
3662 @item S
3663 Call operand, symbol, for relative calls.
3665 @item T
3666 Call operand, const_int, for absolute calls.
3668 @item U
3669 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is sign extended to 128 bit.
3671 @item W
3672 An immediate for shift and rotate instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3674 @item Y
3675 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is sign extended as a 128 bit.
3677 @item Z
3678 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is sign extended to 128 bit.
3680 @end table
3682 @item TI C6X family---@file{config/c6x/constraints.md}
3683 @table @code
3684 @item a
3685 Register file A (A0--A31).
3687 @item b
3688 Register file B (B0--B31).
3690 @item A
3691 Predicate registers in register file A (A0--A2 on C64X and
3692 higher, A1 and A2 otherwise).
3694 @item B
3695 Predicate registers in register file B (B0--B2).
3697 @item C
3698 A call-used register in register file B (B0--B9, B16--B31).
3700 @item Da
3701 Register file A, excluding predicate registers (A3--A31,
3702 plus A0 if not C64X or higher).
3704 @item Db
3705 Register file B, excluding predicate registers (B3--B31).
3707 @item Iu4
3708 Integer constant in the range 0 @dots{} 15.
3710 @item Iu5
3711 Integer constant in the range 0 @dots{} 31.
3713 @item In5
3714 Integer constant in the range @minus{}31 @dots{} 0.
3716 @item Is5
3717 Integer constant in the range @minus{}16 @dots{} 15.
3719 @item I5x
3720 Integer constant that can be the operand of an ADDA or a SUBA insn.
3722 @item IuB
3723 Integer constant in the range 0 @dots{} 65535.
3725 @item IsB
3726 Integer constant in the range @minus{}32768 @dots{} 32767.
3728 @item IsC
3729 Integer constant in the range @math{-2^{20}} @dots{} @math{2^{20} - 1}.
3731 @item Jc
3732 Integer constant that is a valid mask for the clr instruction.
3734 @item Js
3735 Integer constant that is a valid mask for the set instruction.
3737 @item Q
3738 Memory location with A base register.
3740 @item R
3741 Memory location with B base register.
3743 @ifset INTERNALS
3744 @item S0
3745 On C64x+ targets, a GP-relative small data reference.
3747 @item S1
3748 Any kind of @code{SYMBOL_REF}, for use in a call address.
3750 @item Si
3751 Any kind of immediate operand, unless it matches the S0 constraint.
3753 @item T
3754 Memory location with B base register, but not using a long offset.
3756 @item W
3757 A memory operand with an address that cannot be used in an unaligned access.
3759 @end ifset
3760 @item Z
3761 Register B14 (aka DP).
3763 @end table
3765 @item TILE-Gx---@file{config/tilegx/constraints.md}
3766 @table @code
3767 @item R00
3768 @itemx R01
3769 @itemx R02
3770 @itemx R03
3771 @itemx R04
3772 @itemx R05
3773 @itemx R06
3774 @itemx R07
3775 @itemx R08
3776 @itemx R09
3777 @itemx R10
3778 Each of these represents a register constraint for an individual
3779 register, from r0 to r10.
3781 @item I
3782 Signed 8-bit integer constant.
3784 @item J
3785 Signed 16-bit integer constant.
3787 @item K
3788 Unsigned 16-bit integer constant.
3790 @item L
3791 Integer constant that fits in one signed byte when incremented by one
3792 (@minus{}129 @dots{} 126).
3794 @item m
3795 Memory operand.  If used together with @samp{<} or @samp{>}, the
3796 operand can have postincrement which requires printing with @samp{%In}
3797 and @samp{%in} on TILE-Gx.  For example:
3799 @smallexample
3800 asm ("st_add %I0,%1,%i0" : "=m<>" (*mem) : "r" (val));
3801 @end smallexample
3803 @item M
3804 A bit mask suitable for the BFINS instruction.
3806 @item N
3807 Integer constant that is a byte tiled out eight times.
3809 @item O
3810 The integer zero constant.
3812 @item P
3813 Integer constant that is a sign-extended byte tiled out as four shorts.
3815 @item Q
3816 Integer constant that fits in one signed byte when incremented
3817 (@minus{}129 @dots{} 126), but excluding -1.
3819 @item S
3820 Integer constant that has all 1 bits consecutive and starting at bit 0.
3822 @item T
3823 A 16-bit fragment of a got, tls, or pc-relative reference.
3825 @item U
3826 Memory operand except postincrement.  This is roughly the same as
3827 @samp{m} when not used together with @samp{<} or @samp{>}.
3829 @item W
3830 An 8-element vector constant with identical elements.
3832 @item Y
3833 A 4-element vector constant with identical elements.
3835 @item Z0
3836 The integer constant 0xffffffff.
3838 @item Z1
3839 The integer constant 0xffffffff00000000.
3841 @end table
3843 @item TILEPro---@file{config/tilepro/constraints.md}
3844 @table @code
3845 @item R00
3846 @itemx R01
3847 @itemx R02
3848 @itemx R03
3849 @itemx R04
3850 @itemx R05
3851 @itemx R06
3852 @itemx R07
3853 @itemx R08
3854 @itemx R09
3855 @itemx R10
3856 Each of these represents a register constraint for an individual
3857 register, from r0 to r10.
3859 @item I
3860 Signed 8-bit integer constant.
3862 @item J
3863 Signed 16-bit integer constant.
3865 @item K
3866 Nonzero integer constant with low 16 bits zero.
3868 @item L
3869 Integer constant that fits in one signed byte when incremented by one
3870 (@minus{}129 @dots{} 126).
3872 @item m
3873 Memory operand.  If used together with @samp{<} or @samp{>}, the
3874 operand can have postincrement which requires printing with @samp{%In}
3875 and @samp{%in} on TILEPro.  For example:
3877 @smallexample
3878 asm ("swadd %I0,%1,%i0" : "=m<>" (mem) : "r" (val));
3879 @end smallexample
3881 @item M
3882 A bit mask suitable for the MM instruction.
3884 @item N
3885 Integer constant that is a byte tiled out four times.
3887 @item O
3888 The integer zero constant.
3890 @item P
3891 Integer constant that is a sign-extended byte tiled out as two shorts.
3893 @item Q
3894 Integer constant that fits in one signed byte when incremented
3895 (@minus{}129 @dots{} 126), but excluding -1.
3897 @item T
3898 A symbolic operand, or a 16-bit fragment of a got, tls, or pc-relative
3899 reference.
3901 @item U
3902 Memory operand except postincrement.  This is roughly the same as
3903 @samp{m} when not used together with @samp{<} or @samp{>}.
3905 @item W
3906 A 4-element vector constant with identical elements.
3908 @item Y
3909 A 2-element vector constant with identical elements.
3911 @end table
3913 @item Visium---@file{config/visium/constraints.md}
3914 @table @code
3915 @item b
3916 EAM register @code{mdb}
3918 @item c
3919 EAM register @code{mdc}
3921 @item f
3922 Floating point register
3924 @ifset INTERNALS
3925 @item k
3926 Register for sibcall optimization
3927 @end ifset
3929 @item l
3930 General register, but not @code{r29}, @code{r30} and @code{r31}
3932 @item t
3933 Register @code{r1}
3935 @item u
3936 Register @code{r2}
3938 @item v
3939 Register @code{r3}
3941 @item G
3942 Floating-point constant 0.0
3944 @item J
3945 Integer constant in the range 0 .. 65535 (16-bit immediate)
3947 @item K
3948 Integer constant in the range 1 .. 31 (5-bit immediate)
3950 @item L
3951 Integer constant in the range @minus{}65535 .. @minus{}1 (16-bit negative immediate)
3953 @item M
3954 Integer constant @minus{}1
3956 @item O
3957 Integer constant 0
3959 @item P
3960 Integer constant 32
3961 @end table
3963 @item x86 family---@file{config/i386/constraints.md}
3964 @table @code
3965 @item R
3966 Legacy register---the eight integer registers available on all
3967 i386 processors (@code{a}, @code{b}, @code{c}, @code{d},
3968 @code{si}, @code{di}, @code{bp}, @code{sp}).
3970 @item q
3971 Any register accessible as @code{@var{r}l}.  In 32-bit mode, @code{a},
3972 @code{b}, @code{c}, and @code{d}; in 64-bit mode, any integer register.
3974 @item Q
3975 Any register accessible as @code{@var{r}h}: @code{a}, @code{b},
3976 @code{c}, and @code{d}.
3978 @ifset INTERNALS
3979 @item l
3980 Any register that can be used as the index in a base+index memory
3981 access: that is, any general register except the stack pointer.
3982 @end ifset
3984 @item a
3985 The @code{a} register.
3987 @item b
3988 The @code{b} register.
3990 @item c
3991 The @code{c} register.
3993 @item d
3994 The @code{d} register.
3996 @item S
3997 The @code{si} register.
3999 @item D
4000 The @code{di} register.
4002 @item A
4003 The @code{a} and @code{d} registers.  This class is used for instructions
4004 that return double word results in the @code{ax:dx} register pair.  Single
4005 word values will be allocated either in @code{ax} or @code{dx}.
4006 For example on i386 the following implements @code{rdtsc}:
4008 @smallexample
4009 unsigned long long rdtsc (void)
4011   unsigned long long tick;
4012   __asm__ __volatile__("rdtsc":"=A"(tick));
4013   return tick;
4015 @end smallexample
4017 This is not correct on x86-64 as it would allocate tick in either @code{ax}
4018 or @code{dx}.  You have to use the following variant instead:
4020 @smallexample
4021 unsigned long long rdtsc (void)
4023   unsigned int tickl, tickh;
4024   __asm__ __volatile__("rdtsc":"=a"(tickl),"=d"(tickh));
4025   return ((unsigned long long)tickh << 32)|tickl;
4027 @end smallexample
4029 @item U
4030 The call-clobbered integer registers.
4032 @item f
4033 Any 80387 floating-point (stack) register.
4035 @item t
4036 Top of 80387 floating-point stack (@code{%st(0)}).
4038 @item u
4039 Second from top of 80387 floating-point stack (@code{%st(1)}).
4041 @ifset INTERNALS
4042 @item Yk
4043 Any mask register that can be used as a predicate, i.e. @code{k1-k7}.
4045 @item k
4046 Any mask register.
4047 @end ifset
4049 @item y
4050 Any MMX register.
4052 @item x
4053 Any SSE register.
4055 @item v
4056 Any EVEX encodable SSE register (@code{%xmm0-%xmm31}).
4058 @ifset INTERNALS
4059 @item w
4060 Any bound register.
4061 @end ifset
4063 @item Yz
4064 First SSE register (@code{%xmm0}).
4066 @ifset INTERNALS
4067 @item Yi
4068 Any SSE register, when SSE2 and inter-unit moves are enabled.
4070 @item Yj
4071 Any SSE register, when SSE2 and inter-unit moves from vector registers are enabled.
4073 @item Ym
4074 Any MMX register, when inter-unit moves are enabled.
4076 @item Yn
4077 Any MMX register, when inter-unit moves from vector registers are enabled.
4079 @item Yp
4080 Any integer register when @code{TARGET_PARTIAL_REG_STALL} is disabled.
4082 @item Ya
4083 Any integer register when zero extensions with @code{AND} are disabled.
4085 @item Yb
4086 Any register that can be used as the GOT base when calling@*
4087 @code{___tls_get_addr}: that is, any general register except @code{a}
4088 and @code{sp} registers, for @option{-fno-plt} if linker supports it.
4089 Otherwise, @code{b} register.
4091 @item Yf
4092 Any x87 register when 80387 floating-point arithmetic is enabled.
4094 @item Yr
4095 Lower SSE register when avoiding REX prefix and all SSE registers otherwise.
4097 @item Yv
4098 For AVX512VL, any EVEX-encodable SSE register (@code{%xmm0-%xmm31}),
4099 otherwise any SSE register.
4101 @item Yh
4102 Any EVEX-encodable SSE register, that has number factor of four.
4104 @item Bf
4105 Flags register operand.
4107 @item Bg
4108 GOT memory operand.
4110 @item Bm
4111 Vector memory operand.
4113 @item Bc
4114 Constant memory operand.
4116 @item Bn
4117 Memory operand without REX prefix.
4119 @item Bs
4120 Sibcall memory operand.
4122 @item Bw
4123 Call memory operand.
4125 @item Bz
4126 Constant call address operand.
4128 @item BC
4129 SSE constant -1 operand.
4130 @end ifset
4132 @item I
4133 Integer constant in the range 0 @dots{} 31, for 32-bit shifts.
4135 @item J
4136 Integer constant in the range 0 @dots{} 63, for 64-bit shifts.
4138 @item K
4139 Signed 8-bit integer constant.
4141 @item L
4142 @code{0xFF} or @code{0xFFFF}, for andsi as a zero-extending move.
4144 @item M
4145 0, 1, 2, or 3 (shifts for the @code{lea} instruction).
4147 @item N
4148 Unsigned 8-bit integer constant (for @code{in} and @code{out}
4149 instructions).
4151 @ifset INTERNALS
4152 @item O
4153 Integer constant in the range 0 @dots{} 127, for 128-bit shifts.
4154 @end ifset
4156 @item G
4157 Standard 80387 floating point constant.
4159 @item C
4160 SSE constant zero operand.
4162 @item e
4163 32-bit signed integer constant, or a symbolic reference known
4164 to fit that range (for immediate operands in sign-extending x86-64
4165 instructions).
4167 @item We
4168 32-bit signed integer constant, or a symbolic reference known
4169 to fit that range (for sign-extending conversion operations that
4170 require non-@code{VOIDmode} immediate operands).
4172 @item Wz
4173 32-bit unsigned integer constant, or a symbolic reference known
4174 to fit that range (for zero-extending conversion operations that
4175 require non-@code{VOIDmode} immediate operands).
4177 @item Wd
4178 128-bit integer constant where both the high and low 64-bit word
4179 satisfy the @code{e} constraint.
4181 @item Z
4182 32-bit unsigned integer constant, or a symbolic reference known
4183 to fit that range (for immediate operands in zero-extending x86-64
4184 instructions).
4186 @item Tv
4187 VSIB address operand.
4189 @item Ts
4190 Address operand without segment register.
4192 @item Ti
4193 MPX address operand without index.
4195 @item Tb
4196 MPX address operand without base.
4198 @end table
4200 @item Xstormy16---@file{config/stormy16/stormy16.h}
4201 @table @code
4202 @item a
4203 Register r0.
4205 @item b
4206 Register r1.
4208 @item c
4209 Register r2.
4211 @item d
4212 Register r8.
4214 @item e
4215 Registers r0 through r7.
4217 @item t
4218 Registers r0 and r1.
4220 @item y
4221 The carry register.
4223 @item z
4224 Registers r8 and r9.
4226 @item I
4227 A constant between 0 and 3 inclusive.
4229 @item J
4230 A constant that has exactly one bit set.
4232 @item K
4233 A constant that has exactly one bit clear.
4235 @item L
4236 A constant between 0 and 255 inclusive.
4238 @item M
4239 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
4241 @item N
4242 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
4244 @item O
4245 A constant between 1 and 4 inclusive.
4247 @item P
4248 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
4250 @item Q
4251 A memory reference that is a stack push.
4253 @item R
4254 A memory reference that is a stack pop.
4256 @item S
4257 A memory reference that refers to a constant address of known value.
4259 @item T
4260 The register indicated by Rx (not implemented yet).
4262 @item U
4263 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
4265 @item Z
4266 The constant 0.
4268 @end table
4270 @item Xtensa---@file{config/xtensa/constraints.md}
4271 @table @code
4272 @item a
4273 General-purpose 32-bit register
4275 @item b
4276 One-bit boolean register
4278 @item A
4279 MAC16 40-bit accumulator register
4281 @item I
4282 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
4284 @item J
4285 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
4287 @item K
4288 Integer constant valid for BccI instructions
4290 @item L
4291 Unsigned constant valid for BccUI instructions
4293 @end table
4295 @end table
4297 @ifset INTERNALS
4298 @node Disable Insn Alternatives
4299 @subsection Disable insn alternatives using the @code{enabled} attribute
4300 @cindex enabled
4302 There are three insn attributes that may be used to selectively disable
4303 instruction alternatives:
4305 @table @code
4306 @item enabled
4307 Says whether an alternative is available on the current subtarget.
4309 @item preferred_for_size
4310 Says whether an enabled alternative should be used in code that is
4311 optimized for size.
4313 @item preferred_for_speed
4314 Says whether an enabled alternative should be used in code that is
4315 optimized for speed.
4316 @end table
4318 All these attributes should use @code{(const_int 1)} to allow an alternative
4319 or @code{(const_int 0)} to disallow it.  The attributes must be a static
4320 property of the subtarget; they cannot for example depend on the
4321 current operands, on the current optimization level, on the location
4322 of the insn within the body of a loop, on whether register allocation
4323 has finished, or on the current compiler pass.
4325 The @code{enabled} attribute is a correctness property.  It tells GCC to act
4326 as though the disabled alternatives were never defined in the first place.
4327 This is useful when adding new instructions to an existing pattern in
4328 cases where the new instructions are only available for certain cpu
4329 architecture levels (typically mapped to the @code{-march=} command-line
4330 option).
4332 In contrast, the @code{preferred_for_size} and @code{preferred_for_speed}
4333 attributes are strong optimization hints rather than correctness properties.
4334 @code{preferred_for_size} tells GCC which alternatives to consider when
4335 adding or modifying an instruction that GCC wants to optimize for size.
4336 @code{preferred_for_speed} does the same thing for speed.  Note that things
4337 like code motion can lead to cases where code optimized for size uses
4338 alternatives that are not preferred for size, and similarly for speed.
4340 Although @code{define_insn}s can in principle specify the @code{enabled}
4341 attribute directly, it is often clearer to have subsiduary attributes
4342 for each architectural feature of interest.  The @code{define_insn}s
4343 can then use these subsiduary attributes to say which alternatives
4344 require which features.  The example below does this for @code{cpu_facility}.
4346 E.g. the following two patterns could easily be merged using the @code{enabled}
4347 attribute:
4349 @smallexample
4351 (define_insn "*movdi_old"
4352   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
4353         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d"))]
4354   "!TARGET_NEW"
4355   "lgr %0,%1")
4357 (define_insn "*movdi_new"
4358   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d,f,d")
4359         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d,d,f"))]
4360   "TARGET_NEW"
4361   "@@
4362    lgr  %0,%1
4363    ldgr %0,%1
4364    lgdr %0,%1")
4366 @end smallexample
4370 @smallexample
4372 (define_insn "*movdi_combined"
4373   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d,f,d")
4374         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d,d,f"))]
4375   ""
4376   "@@
4377    lgr  %0,%1
4378    ldgr %0,%1
4379    lgdr %0,%1"
4380   [(set_attr "cpu_facility" "*,new,new")])
4382 @end smallexample
4384 with the @code{enabled} attribute defined like this:
4386 @smallexample
4388 (define_attr "cpu_facility" "standard,new" (const_string "standard"))
4390 (define_attr "enabled" ""
4391   (cond [(eq_attr "cpu_facility" "standard") (const_int 1)
4392          (and (eq_attr "cpu_facility" "new")
4393               (ne (symbol_ref "TARGET_NEW") (const_int 0)))
4394          (const_int 1)]
4395         (const_int 0)))
4397 @end smallexample
4399 @end ifset
4401 @ifset INTERNALS
4402 @node Define Constraints
4403 @subsection Defining Machine-Specific Constraints
4404 @cindex defining constraints
4405 @cindex constraints, defining
4407 Machine-specific constraints fall into two categories: register and
4408 non-register constraints.  Within the latter category, constraints
4409 which allow subsets of all possible memory or address operands should
4410 be specially marked, to give @code{reload} more information.
4412 Machine-specific constraints can be given names of arbitrary length,
4413 but they must be entirely composed of letters, digits, underscores
4414 (@samp{_}), and angle brackets (@samp{< >}).  Like C identifiers, they
4415 must begin with a letter or underscore.
4417 In order to avoid ambiguity in operand constraint strings, no
4418 constraint can have a name that begins with any other constraint's
4419 name.  For example, if @code{x} is defined as a constraint name,
4420 @code{xy} may not be, and vice versa.  As a consequence of this rule,
4421 no constraint may begin with one of the generic constraint letters:
4422 @samp{E F V X g i m n o p r s}.
4424 Register constraints correspond directly to register classes.
4425 @xref{Register Classes}.  There is thus not much flexibility in their
4426 definitions.
4428 @deffn {MD Expression} define_register_constraint name regclass docstring
4429 All three arguments are string constants.
4430 @var{name} is the name of the constraint, as it will appear in
4431 @code{match_operand} expressions.  If @var{name} is a multi-letter
4432 constraint its length shall be the same for all constraints starting
4433 with the same letter.  @var{regclass} can be either the
4434 name of the corresponding register class (@pxref{Register Classes}),
4435 or a C expression which evaluates to the appropriate register class.
4436 If it is an expression, it must have no side effects, and it cannot
4437 look at the operand.  The usual use of expressions is to map some
4438 register constraints to @code{NO_REGS} when the register class
4439 is not available on a given subarchitecture.
4441 @var{docstring} is a sentence documenting the meaning of the
4442 constraint.  Docstrings are explained further below.
4443 @end deffn
4445 Non-register constraints are more like predicates: the constraint
4446 definition gives a boolean expression which indicates whether the
4447 constraint matches.
4449 @deffn {MD Expression} define_constraint name docstring exp
4450 The @var{name} and @var{docstring} arguments are the same as for
4451 @code{define_register_constraint}, but note that the docstring comes
4452 immediately after the name for these expressions.  @var{exp} is an RTL
4453 expression, obeying the same rules as the RTL expressions in predicate
4454 definitions.  @xref{Defining Predicates}, for details.  If it
4455 evaluates true, the constraint matches; if it evaluates false, it
4456 doesn't. Constraint expressions should indicate which RTL codes they
4457 might match, just like predicate expressions.
4459 @code{match_test} C expressions have access to the
4460 following variables:
4462 @table @var
4463 @item op
4464 The RTL object defining the operand.
4465 @item mode
4466 The machine mode of @var{op}.
4467 @item ival
4468 @samp{INTVAL (@var{op})}, if @var{op} is a @code{const_int}.
4469 @item hval
4470 @samp{CONST_DOUBLE_HIGH (@var{op})}, if @var{op} is an integer
4471 @code{const_double}.
4472 @item lval
4473 @samp{CONST_DOUBLE_LOW (@var{op})}, if @var{op} is an integer
4474 @code{const_double}.
4475 @item rval
4476 @samp{CONST_DOUBLE_REAL_VALUE (@var{op})}, if @var{op} is a floating-point
4477 @code{const_double}.
4478 @end table
4480 The @var{*val} variables should only be used once another piece of the
4481 expression has verified that @var{op} is the appropriate kind of RTL
4482 object.
4483 @end deffn
4485 Most non-register constraints should be defined with
4486 @code{define_constraint}.  The remaining two definition expressions
4487 are only appropriate for constraints that should be handled specially
4488 by @code{reload} if they fail to match.
4490 @deffn {MD Expression} define_memory_constraint name docstring exp
4491 Use this expression for constraints that match a subset of all memory
4492 operands: that is, @code{reload} can make them match by converting the
4493 operand to the form @samp{@w{(mem (reg @var{X}))}}, where @var{X} is a
4494 base register (from the register class specified by
4495 @code{BASE_REG_CLASS}, @pxref{Register Classes}).
4497 For example, on the S/390, some instructions do not accept arbitrary
4498 memory references, but only those that do not make use of an index
4499 register.  The constraint letter @samp{Q} is defined to represent a
4500 memory address of this type.  If @samp{Q} is defined with
4501 @code{define_memory_constraint}, a @samp{Q} constraint can handle any
4502 memory operand, because @code{reload} knows it can simply copy the
4503 memory address into a base register if required.  This is analogous to
4504 the way an @samp{o} constraint can handle any memory operand.
4506 The syntax and semantics are otherwise identical to
4507 @code{define_constraint}.
4508 @end deffn
4510 @deffn {MD Expression} define_special_memory_constraint name docstring exp
4511 Use this expression for constraints that match a subset of all memory
4512 operands: that is, @code{reload} can not make them match by reloading
4513 the address as it is described for @code{define_memory_constraint} or
4514 such address reload is undesirable with the performance point of view.
4516 For example, @code{define_special_memory_constraint} can be useful if
4517 specifically aligned memory is necessary or desirable for some insn
4518 operand.
4520 The syntax and semantics are otherwise identical to
4521 @code{define_constraint}.
4522 @end deffn
4524 @deffn {MD Expression} define_address_constraint name docstring exp
4525 Use this expression for constraints that match a subset of all address
4526 operands: that is, @code{reload} can make the constraint match by
4527 converting the operand to the form @samp{@w{(reg @var{X})}}, again
4528 with @var{X} a base register.
4530 Constraints defined with @code{define_address_constraint} can only be
4531 used with the @code{address_operand} predicate, or machine-specific
4532 predicates that work the same way.  They are treated analogously to
4533 the generic @samp{p} constraint.
4535 The syntax and semantics are otherwise identical to
4536 @code{define_constraint}.
4537 @end deffn
4539 For historical reasons, names beginning with the letters @samp{G H}
4540 are reserved for constraints that match only @code{const_double}s, and
4541 names beginning with the letters @samp{I J K L M N O P} are reserved
4542 for constraints that match only @code{const_int}s.  This may change in
4543 the future.  For the time being, constraints with these names must be
4544 written in a stylized form, so that @code{genpreds} can tell you did
4545 it correctly:
4547 @smallexample
4548 @group
4549 (define_constraint "[@var{GHIJKLMNOP}]@dots{}"
4550   "@var{doc}@dots{}"
4551   (and (match_code "const_int")  ; @r{@code{const_double} for G/H}
4552        @var{condition}@dots{}))            ; @r{usually a @code{match_test}}
4553 @end group
4554 @end smallexample
4555 @c the semicolons line up in the formatted manual
4557 It is fine to use names beginning with other letters for constraints
4558 that match @code{const_double}s or @code{const_int}s.
4560 Each docstring in a constraint definition should be one or more complete
4561 sentences, marked up in Texinfo format.  @emph{They are currently unused.}
4562 In the future they will be copied into the GCC manual, in @ref{Machine
4563 Constraints}, replacing the hand-maintained tables currently found in
4564 that section.  Also, in the future the compiler may use this to give
4565 more helpful diagnostics when poor choice of @code{asm} constraints
4566 causes a reload failure.
4568 If you put the pseudo-Texinfo directive @samp{@@internal} at the
4569 beginning of a docstring, then (in the future) it will appear only in
4570 the internals manual's version of the machine-specific constraint tables.
4571 Use this for constraints that should not appear in @code{asm} statements.
4573 @node C Constraint Interface
4574 @subsection Testing constraints from C
4575 @cindex testing constraints
4576 @cindex constraints, testing
4578 It is occasionally useful to test a constraint from C code rather than
4579 implicitly via the constraint string in a @code{match_operand}.  The
4580 generated file @file{tm_p.h} declares a few interfaces for working
4581 with constraints.  At present these are defined for all constraints
4582 except @code{g} (which is equivalent to @code{general_operand}).
4584 Some valid constraint names are not valid C identifiers, so there is a
4585 mangling scheme for referring to them from C@.  Constraint names that
4586 do not contain angle brackets or underscores are left unchanged.
4587 Underscores are doubled, each @samp{<} is replaced with @samp{_l}, and
4588 each @samp{>} with @samp{_g}.  Here are some examples:
4590 @c the @c's prevent double blank lines in the printed manual.
4591 @example
4592 @multitable {Original} {Mangled}
4593 @item @strong{Original} @tab @strong{Mangled}  @c
4594 @item @code{x}     @tab @code{x}       @c
4595 @item @code{P42x}  @tab @code{P42x}    @c
4596 @item @code{P4_x}  @tab @code{P4__x}   @c
4597 @item @code{P4>x}  @tab @code{P4_gx}   @c
4598 @item @code{P4>>}  @tab @code{P4_g_g}  @c
4599 @item @code{P4_g>} @tab @code{P4__g_g} @c
4600 @end multitable
4601 @end example
4603 Throughout this section, the variable @var{c} is either a constraint
4604 in the abstract sense, or a constant from @code{enum constraint_num};
4605 the variable @var{m} is a mangled constraint name (usually as part of
4606 a larger identifier).
4608 @deftp Enum constraint_num
4609 For each constraint except @code{g}, there is a corresponding
4610 enumeration constant: @samp{CONSTRAINT_} plus the mangled name of the
4611 constraint.  Functions that take an @code{enum constraint_num} as an
4612 argument expect one of these constants.
4613 @end deftp
4615 @deftypefun {inline bool} satisfies_constraint_@var{m} (rtx @var{exp})
4616 For each non-register constraint @var{m} except @code{g}, there is
4617 one of these functions; it returns @code{true} if @var{exp} satisfies the
4618 constraint.  These functions are only visible if @file{rtl.h} was included
4619 before @file{tm_p.h}.
4620 @end deftypefun
4622 @deftypefun bool constraint_satisfied_p (rtx @var{exp}, enum constraint_num @var{c})
4623 Like the @code{satisfies_constraint_@var{m}} functions, but the
4624 constraint to test is given as an argument, @var{c}.  If @var{c}
4625 specifies a register constraint, this function will always return
4626 @code{false}.
4627 @end deftypefun
4629 @deftypefun {enum reg_class} reg_class_for_constraint (enum constraint_num @var{c})
4630 Returns the register class associated with @var{c}.  If @var{c} is not
4631 a register constraint, or those registers are not available for the
4632 currently selected subtarget, returns @code{NO_REGS}.
4633 @end deftypefun
4635 Here is an example use of @code{satisfies_constraint_@var{m}}.  In
4636 peephole optimizations (@pxref{Peephole Definitions}), operand
4637 constraint strings are ignored, so if there are relevant constraints,
4638 they must be tested in the C condition.  In the example, the
4639 optimization is applied if operand 2 does @emph{not} satisfy the
4640 @samp{K} constraint.  (This is a simplified version of a peephole
4641 definition from the i386 machine description.)
4643 @smallexample
4644 (define_peephole2
4645   [(match_scratch:SI 3 "r")
4646    (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4647         (mult:SI (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")
4648                  (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "")))]
4650   "!satisfies_constraint_K (operands[2])"
4652   [(set (match_dup 3) (match_dup 1))
4653    (set (match_dup 0) (mult:SI (match_dup 3) (match_dup 2)))]
4655   "")
4656 @end smallexample
4658 @node Standard Names
4659 @section Standard Pattern Names For Generation
4660 @cindex standard pattern names
4661 @cindex pattern names
4662 @cindex names, pattern
4664 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
4665 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
4666 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
4667 pattern to accomplish a certain task.
4669 @table @asis
4670 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
4671 @item @samp{mov@var{m}}
4672 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lowercase.
4673 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
4674 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
4676 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
4677 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
4678 to store the specified value in the part of the register that corresponds
4679 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
4680 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
4681 outside the target word are left unchanged.
4683 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
4684 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
4685 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
4686 If there are patterns accepting operands in larger modes,
4687 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
4689 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
4690 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
4691 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
4692 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
4693 into a register.
4695 @findex force_reg
4696 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
4697 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
4698 registers other than the operands.  For example, if you support the
4699 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
4700 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
4701 function which might generate new pseudo registers.
4703 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
4704 fetching those modes from memory normally requires several insns and
4705 some temporary registers.
4707 @findex change_address
4708 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
4709 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
4710 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
4711 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
4712 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
4713 an address into a valid address and no routine (such as
4714 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
4715 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
4717 @findex reload_in_progress
4718 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
4719 declared if required) can be used to determine whether such special
4720 handling is required.
4722 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
4723 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
4724 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
4725 machines explicit memory references will get optional reloads.
4727 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
4728 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
4730 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
4731 you must provide an appropriate secondary_reload target hook.
4733 @findex can_create_pseudo_p
4734 The macro @code{can_create_pseudo_p} can be used to determine if it
4735 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
4736 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
4738 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
4739 register to any other hard register provided that
4740 @code{TARGET_HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
4741 @code{TARGET_REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value
4742 of 2.
4744 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
4745 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
4746 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
4747 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
4748 point members.
4750 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
4751 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
4752 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
4753 true.  If @code{TARGET_HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
4754 floating point registers, then the constraints of the fixed point
4755 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
4756 reload into a floating point register.
4758 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
4759 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
4760 @item @samp{reload_in@var{m}}
4761 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
4762 These named patterns have been obsoleted by the target hook
4763 @code{secondary_reload}.
4765 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
4766 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
4767 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
4768 macro in @pxref{Register Classes}.
4770 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
4771 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
4772 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
4773 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
4774 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
4775 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
4776 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
4777 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
4778 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
4779 for these patterns.
4781 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
4782 @item @samp{movstrict@var{m}}
4783 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
4784 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
4785 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
4786 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
4788 @cindex @code{movmisalign@var{m}} instruction pattern
4789 @item @samp{movmisalign@var{m}}
4790 This variant of a move pattern is designed to load or store a value
4791 from a memory address that is not naturally aligned for its mode.
4792 For a store, the memory will be in operand 0; for a load, the memory
4793 will be in operand 1.  The other operand is guaranteed not to be a
4794 memory, so that it's easy to tell whether this is a load or store.
4796 This pattern is used by the autovectorizer, and when expanding a
4797 @code{MISALIGNED_INDIRECT_REF} expression.
4799 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
4800 @item @samp{load_multiple}
4801 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
4802 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
4803 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
4804 number of consecutive registers.
4806 Define this only if the target machine really has such an instruction;
4807 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
4808 registers from memory is to do them one at a time.
4810 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
4811 registers can be stored into memory, such as particular starting or
4812 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
4813 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
4814 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
4816 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
4817 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
4818 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
4819 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
4820 @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn pattern.
4822 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
4823 @item @samp{store_multiple}
4824 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
4825 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
4826 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
4827 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
4829 @cindex @code{vec_load_lanes@var{m}@var{n}} instruction pattern
4830 @item @samp{vec_load_lanes@var{m}@var{n}}
4831 Perform an interleaved load of several vectors from memory operand 1
4832 into register operand 0.  Both operands have mode @var{m}.  The register
4833 operand is viewed as holding consecutive vectors of mode @var{n},
4834 while the memory operand is a flat array that contains the same number
4835 of elements.  The operation is equivalent to:
4837 @smallexample
4838 int c = GET_MODE_SIZE (@var{m}) / GET_MODE_SIZE (@var{n});
4839 for (j = 0; j < GET_MODE_NUNITS (@var{n}); j++)
4840   for (i = 0; i < c; i++)
4841     operand0[i][j] = operand1[j * c + i];
4842 @end smallexample
4844 For example, @samp{vec_load_lanestiv4hi} loads 8 16-bit values
4845 from memory into a register of mode @samp{TI}@.  The register
4846 contains two consecutive vectors of mode @samp{V4HI}@.
4848 This pattern can only be used if:
4849 @smallexample
4850 TARGET_ARRAY_MODE_SUPPORTED_P (@var{n}, @var{c})
4851 @end smallexample
4852 is true.  GCC assumes that, if a target supports this kind of
4853 instruction for some mode @var{n}, it also supports unaligned
4854 loads for vectors of mode @var{n}.
4856 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
4858 @cindex @code{vec_mask_load_lanes@var{m}@var{n}} instruction pattern
4859 @item @samp{vec_mask_load_lanes@var{m}@var{n}}
4860 Like @samp{vec_load_lanes@var{m}@var{n}}, but takes an additional
4861 mask operand (operand 2) that specifies which elements of the destination
4862 vectors should be loaded.  Other elements of the destination
4863 vectors are set to zero.  The operation is equivalent to:
4865 @smallexample
4866 int c = GET_MODE_SIZE (@var{m}) / GET_MODE_SIZE (@var{n});
4867 for (j = 0; j < GET_MODE_NUNITS (@var{n}); j++)
4868   if (operand2[j])
4869     for (i = 0; i < c; i++)
4870       operand0[i][j] = operand1[j * c + i];
4871   else
4872     for (i = 0; i < c; i++)
4873       operand0[i][j] = 0;
4874 @end smallexample
4876 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
4878 @cindex @code{vec_store_lanes@var{m}@var{n}} instruction pattern
4879 @item @samp{vec_store_lanes@var{m}@var{n}}
4880 Equivalent to @samp{vec_load_lanes@var{m}@var{n}}, with the memory
4881 and register operands reversed.  That is, the instruction is
4882 equivalent to:
4884 @smallexample
4885 int c = GET_MODE_SIZE (@var{m}) / GET_MODE_SIZE (@var{n});
4886 for (j = 0; j < GET_MODE_NUNITS (@var{n}); j++)
4887   for (i = 0; i < c; i++)
4888     operand0[j * c + i] = operand1[i][j];
4889 @end smallexample
4891 for a memory operand 0 and register operand 1.
4893 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
4895 @cindex @code{vec_mask_store_lanes@var{m}@var{n}} instruction pattern
4896 @item @samp{vec_mask_store_lanes@var{m}@var{n}}
4897 Like @samp{vec_store_lanes@var{m}@var{n}}, but takes an additional
4898 mask operand (operand 2) that specifies which elements of the source
4899 vectors should be stored.  The operation is equivalent to:
4901 @smallexample
4902 int c = GET_MODE_SIZE (@var{m}) / GET_MODE_SIZE (@var{n});
4903 for (j = 0; j < GET_MODE_NUNITS (@var{n}); j++)
4904   if (operand2[j])
4905     for (i = 0; i < c; i++)
4906       operand0[j * c + i] = operand1[i][j];
4907 @end smallexample
4909 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
4911 @cindex @code{vec_set@var{m}} instruction pattern
4912 @item @samp{vec_set@var{m}}
4913 Set given field in the vector value.  Operand 0 is the vector to modify,
4914 operand 1 is new value of field and operand 2 specify the field index.
4916 @cindex @code{vec_extract@var{m}@var{n}} instruction pattern
4917 @item @samp{vec_extract@var{m}@var{n}}
4918 Extract given field from the vector value.  Operand 1 is the vector, operand 2
4919 specify field index and operand 0 place to store value into.  The
4920 @var{n} mode is the mode of the field or vector of fields that should be
4921 extracted, should be either element mode of the vector mode @var{m}, or
4922 a vector mode with the same element mode and smaller number of elements.
4923 If @var{n} is a vector mode, the index is counted in units of that mode.
4925 @cindex @code{vec_init@var{m}@var{n}} instruction pattern
4926 @item @samp{vec_init@var{m}@var{n}}
4927 Initialize the vector to given values.  Operand 0 is the vector to initialize
4928 and operand 1 is parallel containing values for individual fields.  The
4929 @var{n} mode is the mode of the elements, should be either element mode of
4930 the vector mode @var{m}, or a vector mode with the same element mode and
4931 smaller number of elements.
4933 @cindex @code{vec_duplicate@var{m}} instruction pattern
4934 @item @samp{vec_duplicate@var{m}}
4935 Initialize vector output operand 0 so that each element has the value given
4936 by scalar input operand 1.  The vector has mode @var{m} and the scalar has
4937 the mode appropriate for one element of @var{m}.
4939 This pattern only handles duplicates of non-constant inputs.  Constant
4940 vectors go through the @code{mov@var{m}} pattern instead.
4942 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
4944 @cindex @code{vec_series@var{m}} instruction pattern
4945 @item @samp{vec_series@var{m}}
4946 Initialize vector output operand 0 so that element @var{i} is equal to
4947 operand 1 plus @var{i} times operand 2.  In other words, create a linear
4948 series whose base value is operand 1 and whose step is operand 2.
4950 The vector output has mode @var{m} and the scalar inputs have the mode
4951 appropriate for one element of @var{m}.  This pattern is not used for
4952 floating-point vectors, in order to avoid having to specify the
4953 rounding behavior for @var{i} > 1.
4955 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
4957 @cindex @code{while_ult@var{m}@var{n}} instruction pattern
4958 @item @code{while_ult@var{m}@var{n}}
4959 Set operand 0 to a mask that is true while incrementing operand 1
4960 gives a value that is less than operand 2.  Operand 0 has mode @var{n}
4961 and operands 1 and 2 are scalar integers of mode @var{m}.
4962 The operation is equivalent to:
4964 @smallexample
4965 operand0[0] = operand1 < operand2;
4966 for (i = 1; i < GET_MODE_NUNITS (@var{n}); i++)
4967   operand0[i] = operand0[i - 1] && (operand1 + i < operand2);
4968 @end smallexample
4970 @cindex @code{vec_cmp@var{m}@var{n}} instruction pattern
4971 @item @samp{vec_cmp@var{m}@var{n}}
4972 Output a vector comparison.  Operand 0 of mode @var{n} is the destination for
4973 predicate in operand 1 which is a signed vector comparison with operands of
4974 mode @var{m} in operands 2 and 3.  Predicate is computed by element-wise
4975 evaluation of the vector comparison with a truth value of all-ones and a false
4976 value of all-zeros.
4978 @cindex @code{vec_cmpu@var{m}@var{n}} instruction pattern
4979 @item @samp{vec_cmpu@var{m}@var{n}}
4980 Similar to @code{vec_cmp@var{m}@var{n}} but perform unsigned vector comparison.
4982 @cindex @code{vec_cmpeq@var{m}@var{n}} instruction pattern
4983 @item @samp{vec_cmpeq@var{m}@var{n}}
4984 Similar to @code{vec_cmp@var{m}@var{n}} but perform equality or non-equality
4985 vector comparison only.  If @code{vec_cmp@var{m}@var{n}}
4986 or @code{vec_cmpu@var{m}@var{n}} instruction pattern is supported,
4987 it will be preferred over @code{vec_cmpeq@var{m}@var{n}}, so there is
4988 no need to define this instruction pattern if the others are supported.
4990 @cindex @code{vcond@var{m}@var{n}} instruction pattern
4991 @item @samp{vcond@var{m}@var{n}}
4992 Output a conditional vector move.  Operand 0 is the destination to
4993 receive a combination of operand 1 and operand 2, which are of mode @var{m},
4994 dependent on the outcome of the predicate in operand 3 which is a signed
4995 vector comparison with operands of mode @var{n} in operands 4 and 5.  The
4996 modes @var{m} and @var{n} should have the same size.  Operand 0
4997 will be set to the value @var{op1} & @var{msk} | @var{op2} & ~@var{msk}
4998 where @var{msk} is computed by element-wise evaluation of the vector
4999 comparison with a truth value of all-ones and a false value of all-zeros.
5001 @cindex @code{vcondu@var{m}@var{n}} instruction pattern
5002 @item @samp{vcondu@var{m}@var{n}}
5003 Similar to @code{vcond@var{m}@var{n}} but performs unsigned vector
5004 comparison.
5006 @cindex @code{vcondeq@var{m}@var{n}} instruction pattern
5007 @item @samp{vcondeq@var{m}@var{n}}
5008 Similar to @code{vcond@var{m}@var{n}} but performs equality or
5009 non-equality vector comparison only.  If @code{vcond@var{m}@var{n}}
5010 or @code{vcondu@var{m}@var{n}} instruction pattern is supported,
5011 it will be preferred over @code{vcondeq@var{m}@var{n}}, so there is
5012 no need to define this instruction pattern if the others are supported.
5014 @cindex @code{vcond_mask_@var{m}@var{n}} instruction pattern
5015 @item @samp{vcond_mask_@var{m}@var{n}}
5016 Similar to @code{vcond@var{m}@var{n}} but operand 3 holds a pre-computed
5017 result of vector comparison.
5019 @cindex @code{maskload@var{m}@var{n}} instruction pattern
5020 @item @samp{maskload@var{m}@var{n}}
5021 Perform a masked load of vector from memory operand 1 of mode @var{m}
5022 into register operand 0.  Mask is provided in register operand 2 of
5023 mode @var{n}.
5025 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5027 @cindex @code{maskstore@var{m}@var{n}} instruction pattern
5028 @item @samp{maskstore@var{m}@var{n}}
5029 Perform a masked store of vector from register operand 1 of mode @var{m}
5030 into memory operand 0.  Mask is provided in register operand 2 of
5031 mode @var{n}.
5033 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5035 @cindex @code{vec_perm@var{m}} instruction pattern
5036 @item @samp{vec_perm@var{m}}
5037 Output a (variable) vector permutation.  Operand 0 is the destination
5038 to receive elements from operand 1 and operand 2, which are of mode
5039 @var{m}.  Operand 3 is the @dfn{selector}.  It is an integral mode
5040 vector of the same width and number of elements as mode @var{m}.
5042 The input elements are numbered from 0 in operand 1 through
5043 @math{2*@var{N}-1} in operand 2.  The elements of the selector must
5044 be computed modulo @math{2*@var{N}}.  Note that if
5045 @code{rtx_equal_p(operand1, operand2)}, this can be implemented
5046 with just operand 1 and selector elements modulo @var{N}.
5048 In order to make things easy for a number of targets, if there is no
5049 @samp{vec_perm} pattern for mode @var{m}, but there is for mode @var{q}
5050 where @var{q} is a vector of @code{QImode} of the same width as @var{m},
5051 the middle-end will lower the mode @var{m} @code{VEC_PERM_EXPR} to
5052 mode @var{q}.
5054 See also @code{TARGET_VECTORIZER_VEC_PERM_CONST}, which performs
5055 the analogous operation for constant selectors.
5057 @cindex @code{push@var{m}1} instruction pattern
5058 @item @samp{push@var{m}1}
5059 Output a push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
5060 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
5061 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
5062 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
5063 method is deprecated.
5065 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
5066 @item @samp{add@var{m}3}
5067 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
5068 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
5069 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
5071 @cindex @code{ssadd@var{m}3} instruction pattern
5072 @cindex @code{usadd@var{m}3} instruction pattern
5073 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
5074 @cindex @code{sssub@var{m}3} instruction pattern
5075 @cindex @code{ussub@var{m}3} instruction pattern
5076 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
5077 @cindex @code{ssmul@var{m}3} instruction pattern
5078 @cindex @code{usmul@var{m}3} instruction pattern
5079 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
5080 @cindex @code{ssdiv@var{m}3} instruction pattern
5081 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
5082 @cindex @code{usdiv@var{m}3} instruction pattern
5083 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
5084 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
5085 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
5086 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
5087 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
5088 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
5089 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
5090 @item @samp{ssadd@var{m}3}, @samp{usadd@var{m}3}
5091 @itemx @samp{sub@var{m}3}, @samp{sssub@var{m}3}, @samp{ussub@var{m}3}
5092 @itemx @samp{mul@var{m}3}, @samp{ssmul@var{m}3}, @samp{usmul@var{m}3}
5093 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{ssdiv@var{m}3}
5094 @itemx @samp{udiv@var{m}3}, @samp{usdiv@var{m}3}
5095 @itemx @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
5096 @itemx @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
5097 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
5098 Similar, for other arithmetic operations.
5100 @cindex @code{addv@var{m}4} instruction pattern
5101 @item @samp{addv@var{m}4}
5102 Like @code{add@var{m}3} but takes a @code{code_label} as operand 3 and
5103 emits code to jump to it if signed overflow occurs during the addition.
5104 This pattern is used to implement the built-in functions performing
5105 signed integer addition with overflow checking.
5107 @cindex @code{subv@var{m}4} instruction pattern
5108 @cindex @code{mulv@var{m}4} instruction pattern
5109 @item @samp{subv@var{m}4}, @samp{mulv@var{m}4}
5110 Similar, for other signed arithmetic operations.
5112 @cindex @code{uaddv@var{m}4} instruction pattern
5113 @item @samp{uaddv@var{m}4}
5114 Like @code{addv@var{m}4} but for unsigned addition.  That is to
5115 say, the operation is the same as signed addition but the jump
5116 is taken only on unsigned overflow.
5118 @cindex @code{usubv@var{m}4} instruction pattern
5119 @cindex @code{umulv@var{m}4} instruction pattern
5120 @item @samp{usubv@var{m}4}, @samp{umulv@var{m}4}
5121 Similar, for other unsigned arithmetic operations.
5123 @cindex @code{addptr@var{m}3} instruction pattern
5124 @item @samp{addptr@var{m}3}
5125 Like @code{add@var{m}3} but is guaranteed to only be used for address
5126 calculations.  The expanded code is not allowed to clobber the
5127 condition code.  It only needs to be defined if @code{add@var{m}3}
5128 sets the condition code.  If adds used for address calculations and
5129 normal adds are not compatible it is required to expand a distinct
5130 pattern (e.g. using an unspec).  The pattern is used by LRA to emit
5131 address calculations.  @code{add@var{m}3} is used if
5132 @code{addptr@var{m}3} is not defined.
5134 @cindex @code{fma@var{m}4} instruction pattern
5135 @item @samp{fma@var{m}4}
5136 Multiply operand 2 and operand 1, then add operand 3, storing the
5137 result in operand 0 without doing an intermediate rounding step.  All
5138 operands must have mode @var{m}.  This pattern is used to implement
5139 the @code{fma}, @code{fmaf}, and @code{fmal} builtin functions from
5140 the ISO C99 standard.
5142 @cindex @code{fms@var{m}4} instruction pattern
5143 @item @samp{fms@var{m}4}
5144 Like @code{fma@var{m}4}, except operand 3 subtracted from the
5145 product instead of added to the product.  This is represented
5146 in the rtl as
5148 @smallexample
5149 (fma:@var{m} @var{op1} @var{op2} (neg:@var{m} @var{op3}))
5150 @end smallexample
5152 @cindex @code{fnma@var{m}4} instruction pattern
5153 @item @samp{fnma@var{m}4}
5154 Like @code{fma@var{m}4} except that the intermediate product
5155 is negated before being added to operand 3.  This is represented
5156 in the rtl as
5158 @smallexample
5159 (fma:@var{m} (neg:@var{m} @var{op1}) @var{op2} @var{op3})
5160 @end smallexample
5162 @cindex @code{fnms@var{m}4} instruction pattern
5163 @item @samp{fnms@var{m}4}
5164 Like @code{fms@var{m}4} except that the intermediate product
5165 is negated before subtracting operand 3.  This is represented
5166 in the rtl as
5168 @smallexample
5169 (fma:@var{m} (neg:@var{m} @var{op1}) @var{op2} (neg:@var{m} @var{op3}))
5170 @end smallexample
5172 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
5173 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
5174 @item @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}
5175 Signed minimum and maximum operations.  When used with floating point,
5176 if both operands are zeros, or if either operand is @code{NaN}, then
5177 it is unspecified which of the two operands is returned as the result.
5179 @cindex @code{fmin@var{m}3} instruction pattern
5180 @cindex @code{fmax@var{m}3} instruction pattern
5181 @item @samp{fmin@var{m}3}, @samp{fmax@var{m}3}
5182 IEEE-conformant minimum and maximum operations.  If one operand is a quiet
5183 @code{NaN}, then the other operand is returned.  If both operands are quiet
5184 @code{NaN}, then a quiet @code{NaN} is returned.  In the case when gcc supports
5185 signaling @code{NaN} (-fsignaling-nans) an invalid floating point exception is
5186 raised and a quiet @code{NaN} is returned.
5188 All operands have mode @var{m}, which is a scalar or vector
5189 floating-point mode.  These patterns are not allowed to @code{FAIL}.
5191 @cindex @code{reduc_smin_scal_@var{m}} instruction pattern
5192 @cindex @code{reduc_smax_scal_@var{m}} instruction pattern
5193 @item @samp{reduc_smin_scal_@var{m}}, @samp{reduc_smax_scal_@var{m}}
5194 Find the signed minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
5195 operand 1, and operand 0 is the scalar result, with mode equal to the mode of
5196 the elements of the input vector.
5198 @cindex @code{reduc_umin_scal_@var{m}} instruction pattern
5199 @cindex @code{reduc_umax_scal_@var{m}} instruction pattern
5200 @item @samp{reduc_umin_scal_@var{m}}, @samp{reduc_umax_scal_@var{m}}
5201 Find the unsigned minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
5202 operand 1, and operand 0 is the scalar result, with mode equal to the mode of
5203 the elements of the input vector.
5205 @cindex @code{reduc_plus_scal_@var{m}} instruction pattern
5206 @item @samp{reduc_plus_scal_@var{m}}
5207 Compute the sum of the elements of a vector. The vector is operand 1, and
5208 operand 0 is the scalar result, with mode equal to the mode of the elements of
5209 the input vector.
5211 @cindex @code{reduc_and_scal_@var{m}} instruction pattern
5212 @item @samp{reduc_and_scal_@var{m}}
5213 @cindex @code{reduc_ior_scal_@var{m}} instruction pattern
5214 @itemx @samp{reduc_ior_scal_@var{m}}
5215 @cindex @code{reduc_xor_scal_@var{m}} instruction pattern
5216 @itemx @samp{reduc_xor_scal_@var{m}}
5217 Compute the bitwise @code{AND}/@code{IOR}/@code{XOR} reduction of the elements
5218 of a vector of mode @var{m}.  Operand 1 is the vector input and operand 0
5219 is the scalar result.  The mode of the scalar result is the same as one
5220 element of @var{m}.
5222 @cindex @code{extract_last_@var{m}} instruction pattern
5223 @item @code{extract_last_@var{m}}
5224 Find the last set bit in mask operand 1 and extract the associated element
5225 of vector operand 2.  Store the result in scalar operand 0.  Operand 2
5226 has vector mode @var{m} while operand 0 has the mode appropriate for one
5227 element of @var{m}.  Operand 1 has the usual mask mode for vectors of mode
5228 @var{m}; see @code{TARGET_VECTORIZE_GET_MASK_MODE}.
5230 @cindex @code{fold_extract_last_@var{m}} instruction pattern
5231 @item @code{fold_extract_last_@var{m}}
5232 If any bits of mask operand 2 are set, find the last set bit, extract
5233 the associated element from vector operand 3, and store the result
5234 in operand 0.  Store operand 1 in operand 0 otherwise.  Operand 3
5235 has mode @var{m} and operands 0 and 1 have the mode appropriate for
5236 one element of @var{m}.  Operand 2 has the usual mask mode for vectors
5237 of mode @var{m}; see @code{TARGET_VECTORIZE_GET_MASK_MODE}.
5239 @cindex @code{sdot_prod@var{m}} instruction pattern
5240 @item @samp{sdot_prod@var{m}}
5241 @cindex @code{udot_prod@var{m}} instruction pattern
5242 @itemx @samp{udot_prod@var{m}}
5243 Compute the sum of the products of two signed/unsigned elements.
5244 Operand 1 and operand 2 are of the same mode. Their product, which is of a
5245 wider mode, is computed and added to operand 3. Operand 3 is of a mode equal or
5246 wider than the mode of the product. The result is placed in operand 0, which
5247 is of the same mode as operand 3.
5249 @cindex @code{ssad@var{m}} instruction pattern
5250 @item @samp{ssad@var{m}}
5251 @cindex @code{usad@var{m}} instruction pattern
5252 @item @samp{usad@var{m}}
5253 Compute the sum of absolute differences of two signed/unsigned elements.
5254 Operand 1 and operand 2 are of the same mode. Their absolute difference, which
5255 is of a wider mode, is computed and added to operand 3. Operand 3 is of a mode
5256 equal or wider than the mode of the absolute difference. The result is placed
5257 in operand 0, which is of the same mode as operand 3.
5259 @cindex @code{widen_ssum@var{m3}} instruction pattern
5260 @item @samp{widen_ssum@var{m3}}
5261 @cindex @code{widen_usum@var{m3}} instruction pattern
5262 @itemx @samp{widen_usum@var{m3}}
5263 Operands 0 and 2 are of the same mode, which is wider than the mode of
5264 operand 1. Add operand 1 to operand 2 and place the widened result in
5265 operand 0. (This is used express accumulation of elements into an accumulator
5266 of a wider mode.)
5268 @cindex @code{vec_shl_insert_@var{m}} instruction pattern
5269 @item @samp{vec_shl_insert_@var{m}}
5270 Shift the elements in vector input operand 1 left one element (i.e.
5271 away from element 0) and fill the vacated element 0 with the scalar
5272 in operand 2.  Store the result in vector output operand 0.  Operands
5273 0 and 1 have mode @var{m} and operand 2 has the mode appropriate for
5274 one element of @var{m}.
5276 @cindex @code{vec_shr_@var{m}} instruction pattern
5277 @item @samp{vec_shr_@var{m}}
5278 Whole vector right shift in bits, i.e. towards element 0.
5279 Operand 1 is a vector to be shifted.
5280 Operand 2 is an integer shift amount in bits.
5281 Operand 0 is where the resulting shifted vector is stored.
5282 The output and input vectors should have the same modes.
5284 @cindex @code{vec_pack_trunc_@var{m}} instruction pattern
5285 @item @samp{vec_pack_trunc_@var{m}}
5286 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors. Operands 1 and 2
5287 are vectors of the same mode having N integral or floating point elements
5288 of size S@.  Operand 0 is the resulting vector in which 2*N elements of
5289 size N/2 are concatenated after narrowing them down using truncation.
5291 @cindex @code{vec_pack_ssat_@var{m}} instruction pattern
5292 @cindex @code{vec_pack_usat_@var{m}} instruction pattern
5293 @item @samp{vec_pack_ssat_@var{m}}, @samp{vec_pack_usat_@var{m}}
5294 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors.  Operands 1 and 2
5295 are vectors of the same mode having N integral elements of size S.
5296 Operand 0 is the resulting vector in which the elements of the two input
5297 vectors are concatenated after narrowing them down using signed/unsigned
5298 saturating arithmetic.
5300 @cindex @code{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}} instruction pattern
5301 @cindex @code{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}} instruction pattern
5302 @item @samp{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}}, @samp{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}}
5303 Narrow, convert to signed/unsigned integral type and merge the elements
5304 of two vectors.  Operands 1 and 2 are vectors of the same mode having N
5305 floating point elements of size S@.  Operand 0 is the resulting vector
5306 in which 2*N elements of size N/2 are concatenated.
5308 @cindex @code{vec_unpacks_hi_@var{m}} instruction pattern
5309 @cindex @code{vec_unpacks_lo_@var{m}} instruction pattern
5310 @item @samp{vec_unpacks_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_lo_@var{m}}
5311 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of signed
5312 integral or floating point elements.  The input vector (operand 1) has N
5313 elements of size S@.  Widen (promote) the high/low elements of the vector
5314 using signed or floating point extension and place the resulting N/2
5315 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
5317 @cindex @code{vec_unpacku_hi_@var{m}} instruction pattern
5318 @cindex @code{vec_unpacku_lo_@var{m}} instruction pattern
5319 @item @samp{vec_unpacku_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_lo_@var{m}}
5320 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of unsigned
5321 integral elements.  The input vector (operand 1) has N elements of size S.
5322 Widen (promote) the high/low elements of the vector using zero extension and
5323 place the resulting N/2 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
5325 @cindex @code{vec_unpacks_float_hi_@var{m}} instruction pattern
5326 @cindex @code{vec_unpacks_float_lo_@var{m}} instruction pattern
5327 @cindex @code{vec_unpacku_float_hi_@var{m}} instruction pattern
5328 @cindex @code{vec_unpacku_float_lo_@var{m}} instruction pattern
5329 @item @samp{vec_unpacks_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_float_lo_@var{m}}
5330 @itemx @samp{vec_unpacku_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_float_lo_@var{m}}
5331 Extract, convert to floating point type and widen the high/low part of a
5332 vector of signed/unsigned integral elements.  The input vector (operand 1)
5333 has N elements of size S@.  Convert the high/low elements of the vector using
5334 floating point conversion and place the resulting N/2 values of size 2*S in
5335 the output vector (operand 0).
5337 @cindex @code{vec_widen_umult_hi_@var{m}} instruction pattern
5338 @cindex @code{vec_widen_umult_lo_@var{m}} instruction pattern
5339 @cindex @code{vec_widen_smult_hi_@var{m}} instruction pattern
5340 @cindex @code{vec_widen_smult_lo_@var{m}} instruction pattern
5341 @cindex @code{vec_widen_umult_even_@var{m}} instruction pattern
5342 @cindex @code{vec_widen_umult_odd_@var{m}} instruction pattern
5343 @cindex @code{vec_widen_smult_even_@var{m}} instruction pattern
5344 @cindex @code{vec_widen_smult_odd_@var{m}} instruction pattern
5345 @item @samp{vec_widen_umult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_umult_lo_@var{m}}
5346 @itemx @samp{vec_widen_smult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_smult_lo_@var{m}}
5347 @itemx @samp{vec_widen_umult_even_@var{m}}, @samp{vec_widen_umult_odd_@var{m}}
5348 @itemx @samp{vec_widen_smult_even_@var{m}}, @samp{vec_widen_smult_odd_@var{m}}
5349 Signed/Unsigned widening multiplication.  The two inputs (operands 1 and 2)
5350 are vectors with N signed/unsigned elements of size S@.  Multiply the high/low
5351 or even/odd elements of the two vectors, and put the N/2 products of size 2*S
5352 in the output vector (operand 0). A target shouldn't implement even/odd pattern
5353 pair if it is less efficient than lo/hi one.
5355 @cindex @code{vec_widen_ushiftl_hi_@var{m}} instruction pattern
5356 @cindex @code{vec_widen_ushiftl_lo_@var{m}} instruction pattern
5357 @cindex @code{vec_widen_sshiftl_hi_@var{m}} instruction pattern
5358 @cindex @code{vec_widen_sshiftl_lo_@var{m}} instruction pattern
5359 @item @samp{vec_widen_ushiftl_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_ushiftl_lo_@var{m}}
5360 @itemx @samp{vec_widen_sshiftl_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_sshiftl_lo_@var{m}}
5361 Signed/Unsigned widening shift left.  The first input (operand 1) is a vector
5362 with N signed/unsigned elements of size S@.  Operand 2 is a constant.  Shift
5363 the high/low elements of operand 1, and put the N/2 results of size 2*S in the
5364 output vector (operand 0).
5366 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
5367 @item @samp{mulhisi3}
5368 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
5369 a @code{SImode} product in operand 0.
5371 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
5372 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
5373 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
5374 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
5376 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
5377 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
5378 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
5379 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
5380 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
5381 multiplication.
5383 @cindex @code{usmulqihi3} instruction pattern
5384 @cindex @code{usmulhisi3} instruction pattern
5385 @cindex @code{usmulsidi3} instruction pattern
5386 @item @samp{usmulqihi3}, @samp{usmulhisi3}, @samp{usmulsidi3}
5387 Similar widening-multiplication instructions that interpret the first
5388 operand as unsigned and the second operand as signed, then do a signed
5389 multiplication.
5391 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
5392 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
5393 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
5394 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
5395 The least significant half of the product is discarded.
5397 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
5398 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
5399 Similar, but the multiplication is unsigned.
5401 @cindex @code{madd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5402 @item @samp{madd@var{m}@var{n}4}
5403 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, add
5404 operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
5405 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
5406 Both modes must be integer or fixed-point modes and @var{n} must be twice
5407 the size of @var{m}.
5409 In other words, @code{madd@var{m}@var{n}4} is like
5410 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also adds operand 3.
5412 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
5414 @cindex @code{umadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5415 @item @samp{umadd@var{m}@var{n}4}
5416 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
5417 operands instead of sign-extending them.
5419 @cindex @code{ssmadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5420 @item @samp{ssmadd@var{m}@var{n}4}
5421 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
5422 signed-saturating.
5424 @cindex @code{usmadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5425 @item @samp{usmadd@var{m}@var{n}4}
5426 Like @code{umadd@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
5427 unsigned-saturating.
5429 @cindex @code{msub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5430 @item @samp{msub@var{m}@var{n}4}
5431 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, subtract the
5432 result from operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
5433 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
5434 Both modes must be integer or fixed-point modes and @var{n} must be twice
5435 the size of @var{m}.
5437 In other words, @code{msub@var{m}@var{n}4} is like
5438 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also subtracts the result
5439 from operand 3.
5441 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
5443 @cindex @code{umsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5444 @item @samp{umsub@var{m}@var{n}4}
5445 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
5446 operands instead of sign-extending them.
5448 @cindex @code{ssmsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5449 @item @samp{ssmsub@var{m}@var{n}4}
5450 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
5451 signed-saturating.
5453 @cindex @code{usmsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5454 @item @samp{usmsub@var{m}@var{n}4}
5455 Like @code{umsub@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
5456 unsigned-saturating.
5458 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
5459 @item @samp{divmod@var{m}4}
5460 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
5461 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
5462 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
5464 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
5465 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
5466 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
5467 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
5468 and remainder are computed.
5470 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
5471 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
5472 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
5473 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
5474 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
5476 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
5477 @item @samp{udivmod@var{m}4}
5478 Similar, but does unsigned division.
5480 @anchor{shift patterns}
5481 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
5482 @cindex @code{ssashl@var{m}3} instruction pattern
5483 @cindex @code{usashl@var{m}3} instruction pattern
5484 @item @samp{ashl@var{m}3}, @samp{ssashl@var{m}3}, @samp{usashl@var{m}3}
5485 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
5486 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
5487 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
5488 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
5489 mode before generating the instruction.  The shift or rotate expander
5490 or instruction pattern should explicitly specify the mode of the operand 2,
5491 it should never be @code{VOIDmode}.  The meaning of out-of-range shift
5492 counts can optionally be specified by @code{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
5493 @xref{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.  Operand 2 is always a scalar type.
5495 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
5496 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
5497 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
5498 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
5499 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
5500 Other shift and rotate instructions, analogous to the
5501 @code{ashl@var{m}3} instructions.  Operand 2 is always a scalar type.
5503 @cindex @code{vashl@var{m}3} instruction pattern
5504 @cindex @code{vashr@var{m}3} instruction pattern
5505 @cindex @code{vlshr@var{m}3} instruction pattern
5506 @cindex @code{vrotl@var{m}3} instruction pattern
5507 @cindex @code{vrotr@var{m}3} instruction pattern
5508 @item @samp{vashl@var{m}3}, @samp{vashr@var{m}3}, @samp{vlshr@var{m}3}, @samp{vrotl@var{m}3}, @samp{vrotr@var{m}3}
5509 Vector shift and rotate instructions that take vectors as operand 2
5510 instead of a scalar type.
5512 @cindex @code{bswap@var{m}2} instruction pattern
5513 @item @samp{bswap@var{m}2}
5514 Reverse the order of bytes of operand 1 and store the result in operand 0.
5516 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
5517 @cindex @code{ssneg@var{m}2} instruction pattern
5518 @cindex @code{usneg@var{m}2} instruction pattern
5519 @item @samp{neg@var{m}2}, @samp{ssneg@var{m}2}, @samp{usneg@var{m}2}
5520 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
5522 @cindex @code{negv@var{m}3} instruction pattern
5523 @item @samp{negv@var{m}3}
5524 Like @code{neg@var{m}2} but takes a @code{code_label} as operand 2 and
5525 emits code to jump to it if signed overflow occurs during the negation.
5527 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
5528 @item @samp{abs@var{m}2}
5529 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
5531 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
5532 @item @samp{sqrt@var{m}2}
5533 Store the square root of operand 1 into operand 0.  Both operands have
5534 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5536 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5538 @cindex @code{rsqrt@var{m}2} instruction pattern
5539 @item @samp{rsqrt@var{m}2}
5540 Store the reciprocal of the square root of operand 1 into operand 0.
5541 Both operands have mode @var{m}, which is a scalar or vector
5542 floating-point mode.
5544 On most architectures this pattern is only approximate, so either
5545 its C condition or the @code{TARGET_OPTAB_SUPPORTED_P} hook should
5546 check for the appropriate math flags.  (Using the C condition is
5547 more direct, but using @code{TARGET_OPTAB_SUPPORTED_P} can be useful
5548 if a target-specific built-in also uses the @samp{rsqrt@var{m}2}
5549 pattern.)
5551 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5553 @cindex @code{fmod@var{m}3} instruction pattern
5554 @item @samp{fmod@var{m}3}
5555 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
5556 operand 0, rounded towards zero to an integer.  All operands have
5557 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5559 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5561 @cindex @code{remainder@var{m}3} instruction pattern
5562 @item @samp{remainder@var{m}3}
5563 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
5564 operand 0, rounded to the nearest integer.  All operands have
5565 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5567 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5569 @cindex @code{scalb@var{m}3} instruction pattern
5570 @item @samp{scalb@var{m}3}
5571 Raise @code{FLT_RADIX} to the power of operand 2, multiply it by
5572 operand 1, and store the result in operand 0.  All operands have
5573 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5575 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5577 @cindex @code{ldexp@var{m}3} instruction pattern
5578 @item @samp{ldexp@var{m}3}
5579 Raise 2 to the power of operand 2, multiply it by operand 1, and store
5580 the result in operand 0.  Operands 0 and 1 have mode @var{m}, which is
5581 a scalar or vector floating-point mode.  Operand 2's mode has
5582 the same number of elements as @var{m} and each element is wide
5583 enough to store an @code{int}.  The integers are signed.
5585 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5587 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
5588 @item @samp{cos@var{m}2}
5589 Store the cosine of operand 1 into operand 0.  Both operands have
5590 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5592 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5594 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
5595 @item @samp{sin@var{m}2}
5596 Store the sine of operand 1 into operand 0.  Both operands have
5597 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5599 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5601 @cindex @code{sincos@var{m}3} instruction pattern
5602 @item @samp{sincos@var{m}3}
5603 Store the cosine of operand 2 into operand 0 and the sine of
5604 operand 2 into operand 1.  All operands have mode @var{m},
5605 which is a scalar or vector floating-point mode.
5607 Targets that can calculate the sine and cosine simultaneously can
5608 implement this pattern as opposed to implementing individual
5609 @code{sin@var{m}2} and @code{cos@var{m}2} patterns.  The @code{sin}
5610 and @code{cos} built-in functions will then be expanded to the
5611 @code{sincos@var{m}3} pattern, with one of the output values
5612 left unused.
5614 @cindex @code{tan@var{m}2} instruction pattern
5615 @item @samp{tan@var{m}2}
5616 Store the tangent of operand 1 into operand 0.  Both operands have
5617 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5619 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5621 @cindex @code{asin@var{m}2} instruction pattern
5622 @item @samp{asin@var{m}2}
5623 Store the arc sine of operand 1 into operand 0.  Both operands have
5624 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5626 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5628 @cindex @code{acos@var{m}2} instruction pattern
5629 @item @samp{acos@var{m}2}
5630 Store the arc cosine of operand 1 into operand 0.  Both operands have
5631 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5633 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5635 @cindex @code{atan@var{m}2} instruction pattern
5636 @item @samp{atan@var{m}2}
5637 Store the arc tangent of operand 1 into operand 0.  Both operands have
5638 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5640 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5642 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
5643 @item @samp{exp@var{m}2}
5644 Raise e (the base of natural logarithms) to the power of operand 1
5645 and store the result in operand 0.  Both operands have mode @var{m},
5646 which is a scalar or vector floating-point mode.
5648 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5650 @cindex @code{expm1@var{m}2} instruction pattern
5651 @item @samp{expm1@var{m}2}
5652 Raise e (the base of natural logarithms) to the power of operand 1,
5653 subtract 1, and store the result in operand 0.  Both operands have
5654 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5656 For inputs close to zero, the pattern is expected to be more
5657 accurate than a separate @code{exp@var{m}2} and @code{sub@var{m}3}
5658 would be.
5660 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5662 @cindex @code{exp10@var{m}2} instruction pattern
5663 @item @samp{exp10@var{m}2}
5664 Raise 10 to the power of operand 1 and store the result in operand 0.
5665 Both operands have mode @var{m}, which is a scalar or vector
5666 floating-point mode.
5668 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5670 @cindex @code{exp2@var{m}2} instruction pattern
5671 @item @samp{exp2@var{m}2}
5672 Raise 2 to the power of operand 1 and store the result in operand 0.
5673 Both operands have mode @var{m}, which is a scalar or vector
5674 floating-point mode.
5676 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5678 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
5679 @item @samp{log@var{m}2}
5680 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.  Both operands
5681 have mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5683 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5685 @cindex @code{log1p@var{m}2} instruction pattern
5686 @item @samp{log1p@var{m}2}
5687 Add 1 to operand 1, compute the natural logarithm, and store
5688 the result in operand 0.  Both operands have mode @var{m}, which is
5689 a scalar or vector floating-point mode.
5691 For inputs close to zero, the pattern is expected to be more
5692 accurate than a separate @code{add@var{m}3} and @code{log@var{m}2}
5693 would be.
5695 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5697 @cindex @code{log10@var{m}2} instruction pattern
5698 @item @samp{log10@var{m}2}
5699 Store the base-10 logarithm of operand 1 into operand 0.  Both operands
5700 have mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5702 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5704 @cindex @code{log2@var{m}2} instruction pattern
5705 @item @samp{log2@var{m}2}
5706 Store the base-2 logarithm of operand 1 into operand 0.  Both operands
5707 have mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5709 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5711 @cindex @code{logb@var{m}2} instruction pattern
5712 @item @samp{logb@var{m}2}
5713 Store the base-@code{FLT_RADIX} logarithm of operand 1 into operand 0.
5714 Both operands have mode @var{m}, which is a scalar or vector
5715 floating-point mode.
5717 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5719 @cindex @code{significand@var{m}2} instruction pattern
5720 @item @samp{significand@var{m}2}
5721 Store the significand of floating-point operand 1 in operand 0.
5722 Both operands have mode @var{m}, which is a scalar or vector
5723 floating-point mode.
5725 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5727 @cindex @code{pow@var{m}3} instruction pattern
5728 @item @samp{pow@var{m}3}
5729 Store the value of operand 1 raised to the exponent operand 2
5730 into operand 0.  All operands have mode @var{m}, which is a scalar
5731 or vector floating-point mode.
5733 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5735 @cindex @code{atan2@var{m}3} instruction pattern
5736 @item @samp{atan2@var{m}3}
5737 Store the arc tangent (inverse tangent) of operand 1 divided by
5738 operand 2 into operand 0, using the signs of both arguments to
5739 determine the quadrant of the result.  All operands have mode
5740 @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5742 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5744 @cindex @code{floor@var{m}2} instruction pattern
5745 @item @samp{floor@var{m}2}
5746 Store the largest integral value not greater than operand 1 in operand 0.
5747 Both operands have mode @var{m}, which is a scalar or vector
5748 floating-point mode.  If @option{-ffp-int-builtin-inexact} is in
5749 effect, the ``inexact'' exception may be raised for noninteger
5750 operands; otherwise, it may not.
5752 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5754 @cindex @code{btrunc@var{m}2} instruction pattern
5755 @item @samp{btrunc@var{m}2}
5756 Round operand 1 to an integer, towards zero, and store the result in
5757 operand 0.  Both operands have mode @var{m}, which is a scalar or
5758 vector floating-point mode.  If @option{-ffp-int-builtin-inexact} is
5759 in effect, the ``inexact'' exception may be raised for noninteger
5760 operands; otherwise, it may not.
5762 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5764 @cindex @code{round@var{m}2} instruction pattern
5765 @item @samp{round@var{m}2}
5766 Round operand 1 to the nearest integer, rounding away from zero in the
5767 event of a tie, and store the result in operand 0.  Both operands have
5768 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.  If
5769 @option{-ffp-int-builtin-inexact} is in effect, the ``inexact''
5770 exception may be raised for noninteger operands; otherwise, it may
5771 not.
5773 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5775 @cindex @code{ceil@var{m}2} instruction pattern
5776 @item @samp{ceil@var{m}2}
5777 Store the smallest integral value not less than operand 1 in operand 0.
5778 Both operands have mode @var{m}, which is a scalar or vector
5779 floating-point mode.  If @option{-ffp-int-builtin-inexact} is in
5780 effect, the ``inexact'' exception may be raised for noninteger
5781 operands; otherwise, it may not.
5783 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5785 @cindex @code{nearbyint@var{m}2} instruction pattern
5786 @item @samp{nearbyint@var{m}2}
5787 Round operand 1 to an integer, using the current rounding mode, and
5788 store the result in operand 0.  Do not raise an inexact condition when
5789 the result is different from the argument.  Both operands have mode
5790 @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5792 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5794 @cindex @code{rint@var{m}2} instruction pattern
5795 @item @samp{rint@var{m}2}
5796 Round operand 1 to an integer, using the current rounding mode, and
5797 store the result in operand 0.  Raise an inexact condition when
5798 the result is different from the argument.  Both operands have mode
5799 @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5801 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5803 @cindex @code{lrint@var{m}@var{n}2}
5804 @item @samp{lrint@var{m}@var{n}2}
5805 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5806 point mode @var{n} as a signed number according to the current
5807 rounding mode and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
5809 @cindex @code{lround@var{m}@var{n}2}
5810 @item @samp{lround@var{m}@var{n}2}
5811 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5812 point mode @var{n} as a signed number rounding to nearest and away
5813 from zero and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
5815 @cindex @code{lfloor@var{m}@var{n}2}
5816 @item @samp{lfloor@var{m}@var{n}2}
5817 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5818 point mode @var{n} as a signed number rounding down and store in
5819 operand 0 (which has mode @var{n}).
5821 @cindex @code{lceil@var{m}@var{n}2}
5822 @item @samp{lceil@var{m}@var{n}2}
5823 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5824 point mode @var{n} as a signed number rounding up and store in
5825 operand 0 (which has mode @var{n}).
5827 @cindex @code{copysign@var{m}3} instruction pattern
5828 @item @samp{copysign@var{m}3}
5829 Store a value with the magnitude of operand 1 and the sign of operand
5830 2 into operand 0.  All operands have mode @var{m}, which is a scalar or
5831 vector floating-point mode.
5833 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5835 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
5836 @item @samp{ffs@var{m}2}
5837 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
5838 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.
5840 @var{m} is either a scalar or vector integer mode.  When it is a scalar,
5841 operand 1 has mode @var{m} but operand 0 can have whatever scalar
5842 integer mode is suitable for the target.  The compiler will insert
5843 conversion instructions as necessary (typically to convert the result
5844 to the same width as @code{int}).  When @var{m} is a vector, both
5845 operands must have mode @var{m}.
5847 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5849 @cindex @code{clrsb@var{m}2} instruction pattern
5850 @item @samp{clrsb@var{m}2}
5851 Count leading redundant sign bits.
5852 Store into operand 0 the number of redundant sign bits in operand 1, starting
5853 at the most significant bit position.
5854 A redundant sign bit is defined as any sign bit after the first. As such,
5855 this count will be one less than the count of leading sign bits.
5857 @var{m} is either a scalar or vector integer mode.  When it is a scalar,
5858 operand 1 has mode @var{m} but operand 0 can have whatever scalar
5859 integer mode is suitable for the target.  The compiler will insert
5860 conversion instructions as necessary (typically to convert the result
5861 to the same width as @code{int}).  When @var{m} is a vector, both
5862 operands must have mode @var{m}.
5864 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5866 @cindex @code{clz@var{m}2} instruction pattern
5867 @item @samp{clz@var{m}2}
5868 Store into operand 0 the number of leading 0-bits in operand 1, starting
5869 at the most significant bit position.  If operand 1 is 0, the
5870 @code{CLZ_DEFINED_VALUE_AT_ZERO} (@pxref{Misc}) macro defines if
5871 the result is undefined or has a useful value.
5873 @var{m} is either a scalar or vector integer mode.  When it is a scalar,
5874 operand 1 has mode @var{m} but operand 0 can have whatever scalar
5875 integer mode is suitable for the target.  The compiler will insert
5876 conversion instructions as necessary (typically to convert the result
5877 to the same width as @code{int}).  When @var{m} is a vector, both
5878 operands must have mode @var{m}.
5880 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5882 @cindex @code{ctz@var{m}2} instruction pattern
5883 @item @samp{ctz@var{m}2}
5884 Store into operand 0 the number of trailing 0-bits in operand 1, starting
5885 at the least significant bit position.  If operand 1 is 0, the
5886 @code{CTZ_DEFINED_VALUE_AT_ZERO} (@pxref{Misc}) macro defines if
5887 the result is undefined or has a useful value.
5889 @var{m} is either a scalar or vector integer mode.  When it is a scalar,
5890 operand 1 has mode @var{m} but operand 0 can have whatever scalar
5891 integer mode is suitable for the target.  The compiler will insert
5892 conversion instructions as necessary (typically to convert the result
5893 to the same width as @code{int}).  When @var{m} is a vector, both
5894 operands must have mode @var{m}.
5896 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5898 @cindex @code{popcount@var{m}2} instruction pattern
5899 @item @samp{popcount@var{m}2}
5900 Store into operand 0 the number of 1-bits in operand 1.
5902 @var{m} is either a scalar or vector integer mode.  When it is a scalar,
5903 operand 1 has mode @var{m} but operand 0 can have whatever scalar
5904 integer mode is suitable for the target.  The compiler will insert
5905 conversion instructions as necessary (typically to convert the result
5906 to the same width as @code{int}).  When @var{m} is a vector, both
5907 operands must have mode @var{m}.
5909 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5911 @cindex @code{parity@var{m}2} instruction pattern
5912 @item @samp{parity@var{m}2}
5913 Store into operand 0 the parity of operand 1, i.e.@: the number of 1-bits
5914 in operand 1 modulo 2.
5916 @var{m} is either a scalar or vector integer mode.  When it is a scalar,
5917 operand 1 has mode @var{m} but operand 0 can have whatever scalar
5918 integer mode is suitable for the target.  The compiler will insert
5919 conversion instructions as necessary (typically to convert the result
5920 to the same width as @code{int}).  When @var{m} is a vector, both
5921 operands must have mode @var{m}.
5923 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5925 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
5926 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
5927 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
5929 @cindex @code{movmem@var{m}} instruction pattern
5930 @item @samp{movmem@var{m}}
5931 Block move instruction.  The destination and source blocks of memory
5932 are the first two operands, and both are @code{mem:BLK}s with an
5933 address in mode @code{Pmode}.
5935 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
5936 Usually, you specify @code{Pmode} for @var{m}.  However, if you can
5937 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
5938 those representable in a full Pmode pointer, you should provide
5939 a pattern with a
5940 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
5941 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
5942 that appear negative) and also a pattern with @code{Pmode}.
5944 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
5945 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
5946 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
5947 it may provide the value 4 for this operand.
5949 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
5950 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
5951 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
5952 all cases. This expected alignment is also in bytes, just like operand 4.
5953 Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
5955 Descriptions of multiple @code{movmem@var{m}} patterns can only be
5956 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
5957 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
5958 in @code{movmem@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
5959 individually moved data units in the block.
5961 These patterns need not give special consideration to the possibility
5962 that the source and destination strings might overlap.
5964 @cindex @code{movstr} instruction pattern
5965 @item @samp{movstr}
5966 String copy instruction, with @code{stpcpy} semantics.  Operand 0 is
5967 an output operand in mode @code{Pmode}.  The addresses of the
5968 destination and source strings are operands 1 and 2, and both are
5969 @code{mem:BLK}s with addresses in mode @code{Pmode}.  The execution of
5970 the expansion of this pattern should store in operand 0 the address in
5971 which the @code{NUL} terminator was stored in the destination string.
5973 This patern has also several optional operands that are same as in
5974 @code{setmem}.
5976 @cindex @code{setmem@var{m}} instruction pattern
5977 @item @samp{setmem@var{m}}
5978 Block set instruction.  The destination string is the first operand,
5979 given as a @code{mem:BLK} whose address is in mode @code{Pmode}.  The
5980 number of bytes to set is the second operand, in mode @var{m}.  The value to
5981 initialize the memory with is the third operand. Targets that only support the
5982 clearing of memory should reject any value that is not the constant 0.  See
5983 @samp{movmem@var{m}} for a discussion of the choice of mode.
5985 The fourth operand is the known alignment of the destination, in the form
5986 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
5987 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
5988 operand.
5990 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
5991 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
5992 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
5993 all cases. This expected alignment is also in bytes, just like operand 4.
5994 Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
5995 Operand 7 is the minimal size of the block and operand 8 is the
5996 maximal size of the block (NULL if it can not be represented as CONST_INT).
5997 Operand 9 is the probable maximal size (i.e. we can not rely on it for correctness,
5998 but it can be used for choosing proper code sequence for a given size).
6000 The use for multiple @code{setmem@var{m}} is as for @code{movmem@var{m}}.
6002 @cindex @code{cmpstrn@var{m}} instruction pattern
6003 @item @samp{cmpstrn@var{m}}
6004 String compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
6005 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
6006 of @samp{movmem@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
6007 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
6008 string.  The instruction is not allowed to prefetch more than one byte
6009 at a time since either string may end in the first byte and reading past
6010 that may access an invalid page or segment and cause a fault.  The
6011 comparison terminates early if the fetched bytes are different or if
6012 they are equal to zero.  The effect of the instruction is to store a
6013 value in operand 0 whose sign indicates the result of the comparison.
6015 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
6016 @item @samp{cmpstr@var{m}}
6017 String compare instruction, without known maximum length.  Operand 0 is the
6018 output; it has mode @var{m}.  The second and third operand are the blocks of
6019 memory to be compared; both are @code{mem:BLK} with an address in mode
6020 @code{Pmode}.
6022 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
6023 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
6024 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
6025 it may provide the value 4 for this operand.
6027 The two memory blocks specified are compared byte by byte in lexicographic
6028 order starting at the beginning of each string.  The instruction is not allowed
6029 to prefetch more than one byte at a time since either string may end in the
6030 first byte and reading past that may access an invalid page or segment and
6031 cause a fault.  The comparison will terminate when the fetched bytes
6032 are different or if they are equal to zero.  The effect of the
6033 instruction is to store a value in operand 0 whose sign indicates the
6034 result of the comparison.
6036 @cindex @code{cmpmem@var{m}} instruction pattern
6037 @item @samp{cmpmem@var{m}}
6038 Block compare instruction, with five operands like the operands
6039 of @samp{cmpstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
6040 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
6041 block.  Unlike @samp{cmpstr@var{m}} the instruction can prefetch
6042 any bytes in the two memory blocks.  Also unlike @samp{cmpstr@var{m}}
6043 the comparison will not stop if both bytes are zero.  The effect of
6044 the instruction is to store a value in operand 0 whose sign indicates
6045 the result of the comparison.
6047 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
6048 @item @samp{strlen@var{m}}
6049 Compute the length of a string, with three operands.
6050 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
6051 a @code{mem} referring to the first character of the string,
6052 operand 2 is the character to search for (normally zero),
6053 and operand 3 is a constant describing the known alignment
6054 of the beginning of the string.
6056 @cindex @code{float@var{m}@var{n}2} instruction pattern
6057 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
6058 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
6059 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
6060 @var{n}).
6062 @cindex @code{floatuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
6063 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
6064 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
6065 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
6066 @var{n}).
6068 @cindex @code{fix@var{m}@var{n}2} instruction pattern
6069 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
6070 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
6071 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
6072 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
6073 the value of operand 1 is an integer.
6075 If the machine description defines this pattern, it also needs to
6076 define the @code{ftrunc} pattern.
6078 @cindex @code{fixuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
6079 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
6080 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
6081 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
6082 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
6083 value of operand 1 is an integer.
6085 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
6086 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
6087 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
6088 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
6089 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
6091 @cindex @code{fix_trunc@var{m}@var{n}2} instruction pattern
6092 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
6093 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
6094 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
6096 @cindex @code{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2} instruction pattern
6097 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
6098 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
6099 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
6101 @cindex @code{trunc@var{m}@var{n}2} instruction pattern
6102 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
6103 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
6104 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
6105 point or both floating point.
6107 @cindex @code{extend@var{m}@var{n}2} instruction pattern
6108 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
6109 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
6110 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
6111 point or both floating point.
6113 @cindex @code{zero_extend@var{m}@var{n}2} instruction pattern
6114 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
6115 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
6116 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
6117 point.
6119 @cindex @code{fract@var{m}@var{n}2} instruction pattern
6120 @item @samp{fract@var{m}@var{n}2}
6121 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
6122 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
6123 could be fixed-point to fixed-point, signed integer to fixed-point,
6124 fixed-point to signed integer, floating-point to fixed-point,
6125 or fixed-point to floating-point.
6126 When overflows or underflows happen, the results are undefined.
6128 @cindex @code{satfract@var{m}@var{n}2} instruction pattern
6129 @item @samp{satfract@var{m}@var{n}2}
6130 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
6131 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
6132 could be fixed-point to fixed-point, signed integer to fixed-point,
6133 or floating-point to fixed-point.
6134 When overflows or underflows happen, the instruction saturates the
6135 results to the maximum or the minimum.
6137 @cindex @code{fractuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
6138 @item @samp{fractuns@var{m}@var{n}2}
6139 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
6140 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
6141 could be unsigned integer to fixed-point, or
6142 fixed-point to unsigned integer.
6143 When overflows or underflows happen, the results are undefined.
6145 @cindex @code{satfractuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
6146 @item @samp{satfractuns@var{m}@var{n}2}
6147 Convert unsigned integer operand 1 of mode @var{m} to fixed-point mode
6148 @var{n} and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
6149 When overflows or underflows happen, the instruction saturates the
6150 results to the maximum or the minimum.
6152 @cindex @code{extv@var{m}} instruction pattern
6153 @item @samp{extv@var{m}}
6154 Extract a bit-field from register operand 1, sign-extend it, and store
6155 it in operand 0.  Operand 2 specifies the width of the field in bits
6156 and operand 3 the starting bit, which counts from the most significant
6157 bit if @samp{BITS_BIG_ENDIAN} is true and from the least significant bit
6158 otherwise.
6160 Operands 0 and 1 both have mode @var{m}.  Operands 2 and 3 have a
6161 target-specific mode.
6163 @cindex @code{extvmisalign@var{m}} instruction pattern
6164 @item @samp{extvmisalign@var{m}}
6165 Extract a bit-field from memory operand 1, sign extend it, and store
6166 it in operand 0.  Operand 2 specifies the width in bits and operand 3
6167 the starting bit.  The starting bit is always somewhere in the first byte of
6168 operand 1; it counts from the most significant bit if @samp{BITS_BIG_ENDIAN}
6169 is true and from the least significant bit otherwise.
6171 Operand 0 has mode @var{m} while operand 1 has @code{BLK} mode.
6172 Operands 2 and 3 have a target-specific mode.
6174 The instruction must not read beyond the last byte of the bit-field.
6176 @cindex @code{extzv@var{m}} instruction pattern
6177 @item @samp{extzv@var{m}}
6178 Like @samp{extv@var{m}} except that the bit-field value is zero-extended.
6180 @cindex @code{extzvmisalign@var{m}} instruction pattern
6181 @item @samp{extzvmisalign@var{m}}
6182 Like @samp{extvmisalign@var{m}} except that the bit-field value is
6183 zero-extended.
6185 @cindex @code{insv@var{m}} instruction pattern
6186 @item @samp{insv@var{m}}
6187 Insert operand 3 into a bit-field of register operand 0.  Operand 1
6188 specifies the width of the field in bits and operand 2 the starting bit,
6189 which counts from the most significant bit if @samp{BITS_BIG_ENDIAN}
6190 is true and from the least significant bit otherwise.
6192 Operands 0 and 3 both have mode @var{m}.  Operands 1 and 2 have a
6193 target-specific mode.
6195 @cindex @code{insvmisalign@var{m}} instruction pattern
6196 @item @samp{insvmisalign@var{m}}
6197 Insert operand 3 into a bit-field of memory operand 0.  Operand 1
6198 specifies the width of the field in bits and operand 2 the starting bit.
6199 The starting bit is always somewhere in the first byte of operand 0;
6200 it counts from the most significant bit if @samp{BITS_BIG_ENDIAN}
6201 is true and from the least significant bit otherwise.
6203 Operand 3 has mode @var{m} while operand 0 has @code{BLK} mode.
6204 Operands 1 and 2 have a target-specific mode.
6206 The instruction must not read or write beyond the last byte of the bit-field.
6208 @cindex @code{extv} instruction pattern
6209 @item @samp{extv}
6210 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
6211 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
6212 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
6213 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
6214 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
6215 be valid for @code{word_mode}.
6217 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
6218 for operands 2 and 3 and the constant is never zero for operand 2.
6220 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
6221 before it is stored in operand 0.
6223 This pattern is deprecated; please use @samp{extv@var{m}} and
6224 @code{extvmisalign@var{m}} instead.
6226 @cindex @code{extzv} instruction pattern
6227 @item @samp{extzv}
6228 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
6230 This pattern is deprecated; please use @samp{extzv@var{m}} and
6231 @code{extzvmisalign@var{m}} instead.
6233 @cindex @code{insv} instruction pattern
6234 @item @samp{insv}
6235 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
6236 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
6237 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
6238 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
6239 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
6241 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
6242 for operands 1 and 2 and the constant is never zero for operand 1.
6244 This pattern is deprecated; please use @samp{insv@var{m}} and
6245 @code{insvmisalign@var{m}} instead.
6247 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
6248 @item @samp{mov@var{mode}cc}
6249 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
6250 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
6251 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
6253 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
6254 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
6255 conditionally move an integer value based on the floating point condition
6256 codes and vice versa.
6258 If the machine does not have conditional move instructions, do not
6259 define these patterns.
6261 @cindex @code{add@var{mode}cc} instruction pattern
6262 @item @samp{add@var{mode}cc}
6263 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional addition.  Conditionally
6264 move operand 2 or (operands 2 + operand 3) into operand 0 according to the
6265 comparison in operand 1.  If the comparison is false, operand 2 is moved into
6266 operand 0, otherwise (operand 2 + operand 3) is moved.
6268 @cindex @code{cond_add@var{mode}} instruction pattern
6269 @cindex @code{cond_sub@var{mode}} instruction pattern
6270 @cindex @code{cond_and@var{mode}} instruction pattern
6271 @cindex @code{cond_ior@var{mode}} instruction pattern
6272 @cindex @code{cond_xor@var{mode}} instruction pattern
6273 @cindex @code{cond_smin@var{mode}} instruction pattern
6274 @cindex @code{cond_smax@var{mode}} instruction pattern
6275 @cindex @code{cond_umin@var{mode}} instruction pattern
6276 @cindex @code{cond_umax@var{mode}} instruction pattern
6277 @item @samp{cond_add@var{mode}}
6278 @itemx @samp{cond_sub@var{mode}}
6279 @itemx @samp{cond_and@var{mode}}
6280 @itemx @samp{cond_ior@var{mode}}
6281 @itemx @samp{cond_xor@var{mode}}
6282 @itemx @samp{cond_smin@var{mode}}
6283 @itemx @samp{cond_smax@var{mode}}
6284 @itemx @samp{cond_umin@var{mode}}
6285 @itemx @samp{cond_umax@var{mode}}
6286 Perform an elementwise operation on vector operands 2 and 3,
6287 under the control of the vector mask in operand 1, and store the result
6288 in operand 0.  This is equivalent to:
6290 @smallexample
6291 for (i = 0; i < GET_MODE_NUNITS (@var{n}); i++)
6292   op0[i] = op1[i] ? op2[i] @var{op} op3[i] : op2[i];
6293 @end smallexample
6295 where, for example, @var{op} is @code{+} for @samp{cond_add@var{mode}}.
6297 When defined for floating-point modes, the contents of @samp{op3[i]}
6298 are not interpreted if @var{op1[i]} is false, just like they would not
6299 be in a normal C @samp{?:} condition.
6301 Operands 0, 2 and 3 all have mode @var{m}, while operand 1 has the mode
6302 returned by @code{TARGET_VECTORIZE_GET_MASK_MODE}.
6304 @cindex @code{neg@var{mode}cc} instruction pattern
6305 @item @samp{neg@var{mode}cc}
6306 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional negation.  Conditionally
6307 move the negation of operand 2 or the unchanged operand 3 into operand 0
6308 according to the comparison in operand 1.  If the comparison is true, the negation
6309 of operand 2 is moved into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
6311 @cindex @code{not@var{mode}cc} instruction pattern
6312 @item @samp{not@var{mode}cc}
6313 Similar to @samp{neg@var{mode}cc} but for conditional complement.
6314 Conditionally move the bitwise complement of operand 2 or the unchanged
6315 operand 3 into operand 0 according to the comparison in operand 1.
6316 If the comparison is true, the complement of operand 2 is moved into
6317 operand 0, otherwise operand 3 is moved.
6319 @cindex @code{cstore@var{mode}4} instruction pattern
6320 @item @samp{cstore@var{mode}4}
6321 Store zero or nonzero in operand 0 according to whether a comparison
6322 is true.  Operand 1 is a comparison operator.  Operand 2 and operand 3
6323 are the first and second operand of the comparison, respectively.
6324 You specify the mode that operand 0 must have when you write the
6325 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees which
6326 mode you have used and supplies an operand of that mode.
6328 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
6329 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
6330 you should omit it from the machine description.  You describe to the
6331 compiler exactly which value is stored by defining the macro
6332 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
6333 found that can be used for all the possible comparison operators, you
6334 should pick one and use a @code{define_expand} to map all results
6335 onto the one you chose.
6337 These operations may @code{FAIL}, but should do so only in relatively
6338 uncommon cases; if they would @code{FAIL} for common cases involving
6339 integer comparisons, it is best to restrict the predicates to not
6340 allow these operands.  Likewise if a given comparison operator will
6341 always fail, independent of the operands (for floating-point modes, the
6342 @code{ordered_comparison_operator} predicate is often useful in this case).
6344 If this pattern is omitted, the compiler will generate a conditional
6345 branch---for example, it may copy a constant one to the target and branching
6346 around an assignment of zero to the target---or a libcall.  If the predicate
6347 for operand 1 only rejects some operators, it will also try reordering the
6348 operands and/or inverting the result value (e.g.@: by an exclusive OR).
6349 These possibilities could be cheaper or equivalent to the instructions
6350 used for the @samp{cstore@var{mode}4} pattern followed by those required
6351 to convert a positive result from @code{STORE_FLAG_VALUE} to 1; in this
6352 case, you can and should make operand 1's predicate reject some operators
6353 in the @samp{cstore@var{mode}4} pattern, or remove the pattern altogether
6354 from the machine description.
6356 @cindex @code{cbranch@var{mode}4} instruction pattern
6357 @item @samp{cbranch@var{mode}4}
6358 Conditional branch instruction combined with a compare instruction.
6359 Operand 0 is a comparison operator.  Operand 1 and operand 2 are the
6360 first and second operands of the comparison, respectively.  Operand 3
6361 is the @code{code_label} to jump to.
6363 @cindex @code{jump} instruction pattern
6364 @item @samp{jump}
6365 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
6366 @code{code_label} to jump to.  This pattern name is mandatory on all
6367 machines.
6369 @cindex @code{call} instruction pattern
6370 @item @samp{call}
6371 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
6372 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
6373 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
6374 operands.
6376 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
6377 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
6378 to put this information into the assembler code; they can put it in
6379 the RTL instead of operand 1.
6381 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
6382 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
6383 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
6384 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
6385 instruction, the pattern for this operation should be a
6386 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
6387 address into a register and uses that register in the call instruction.
6389 @cindex @code{call_value} instruction pattern
6390 @item @samp{call_value}
6391 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
6392 register in which the value is returned.  There are three more
6393 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
6394 instruction (but with numbers increased by one).
6396 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
6397 insn.
6399 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
6400 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
6401 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
6402 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
6403 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
6404 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
6405 adjustment made to the frame pointer.
6407 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
6408 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
6409 can be eliminated, if desired.
6411 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
6412 @item @samp{untyped_call}
6413 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
6414 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
6415 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
6416 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
6417 the saving of a function return value into the result block.
6419 This instruction pattern should be defined to support
6420 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
6421 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
6422 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
6423 multiple registers that can hold a return value
6424 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
6426 @cindex @code{return} instruction pattern
6427 @item @samp{return}
6428 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
6429 defined only if a single instruction can do all the work of returning
6430 from a function.
6432 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
6433 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
6434 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
6435 some class of functions only requires one instruction to implement a
6436 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
6437 to save any registers or allocate stack space.
6439 It is valid for this pattern to expand to an instruction using
6440 @code{simple_return} if no epilogue is required.
6442 @cindex @code{simple_return} instruction pattern
6443 @item @samp{simple_return}
6444 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
6445 defined only if a single instruction can do all the work of returning
6446 from a function on a path where no epilogue is required.  This pattern
6447 is very similar to the @code{return} instruction pattern, but it is emitted
6448 only by the shrink-wrapping optimization on paths where the function
6449 prologue has not been executed, and a function return should occur without
6450 any of the effects of the epilogue.  Additional uses may be introduced on
6451 paths where both the prologue and the epilogue have executed.
6453 @findex reload_completed
6454 @findex leaf_function_p
6455 For such machines, the condition specified in this pattern should only
6456 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
6457 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
6458 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
6459 a register window push is required.
6461 Machines that have conditional return instructions should define patterns
6462 such as
6464 @smallexample
6465 (define_insn ""
6466   [(set (pc)
6467         (if_then_else (match_operator
6468                          0 "comparison_operator"
6469                          [(cc0) (const_int 0)])
6470                       (return)
6471                       (pc)))]
6472   "@var{condition}"
6473   "@dots{}")
6474 @end smallexample
6476 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
6477 named @samp{return} pattern.
6479 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
6480 @item @samp{untyped_return}
6481 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
6482 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
6483 instructions are needed to return a value of any type.
6485 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
6486 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
6487 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
6488 the restoring of a function return value from the result block.
6490 @cindex @code{nop} instruction pattern
6491 @item @samp{nop}
6492 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
6493 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
6494 RTL pattern.
6496 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
6497 @item @samp{indirect_jump}
6498 An instruction to jump to an address which is operand zero.
6499 This pattern name is mandatory on all machines.
6501 @cindex @code{casesi} instruction pattern
6502 @item @samp{casesi}
6503 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
6504 This instruction takes five operands:
6506 @enumerate
6507 @item
6508 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
6510 @item
6511 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
6513 @item
6514 The total range of indices in the table---the largest index
6515 minus the smallest one (both inclusive).
6517 @item
6518 A label that precedes the table itself.
6520 @item
6521 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
6522 @end enumerate
6524 The table is an @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
6525 @code{jump_table_data}.  The number of elements in the table is one plus the
6526 difference between the upper bound and the lower bound.
6528 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
6529 @item @samp{tablejump}
6530 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
6531 capability which can be used to implement a dispatch table when there
6532 is no @samp{casesi} pattern.
6534 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
6535 which should immediately precede the jump table.  If the macro
6536 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
6537 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
6538 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
6539 mode @code{Pmode}.
6541 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
6542 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
6543 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
6544 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
6547 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
6548 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
6549 Conditional branch instruction that decrements a register and
6550 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
6551 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
6552 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
6554 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
6555 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
6556 reduction is enabled.
6558 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
6559 @item @samp{doloop_end}
6560 Conditional branch instruction that decrements a register and
6561 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
6562 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
6563 register is nonzero.
6564 @xref{Looping Patterns}.
6566 This optional instruction pattern should be defined for machines with
6567 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
6568 modify suitable loops to utilize it.  The target hook
6569 @code{TARGET_CAN_USE_DOLOOP_P} controls the conditions under which
6570 low-overhead loops can be used.
6572 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
6573 @item @samp{doloop_begin}
6574 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
6575 need to perform some initialization, such as loading a special counter
6576 register.  Operand 1 is the associated @code{doloop_end} pattern and
6577 operand 0 is the register that it decrements.
6579 If initialization insns do not always need to be emitted, use a
6580 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
6582 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
6583 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
6584 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
6585 into operand 0.
6587 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
6588 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
6589 and also has mode @code{Pmode}.
6591 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
6592 the address of the function which would be called if the function
6593 pointer were used in an indirect call.
6595 Only define this pattern if function pointers on the target machine
6596 can have different values but still call the same function when
6597 used in an indirect call.
6599 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
6600 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
6601 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
6602 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
6603 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
6604 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
6605 @item @samp{save_stack_block}
6606 @itemx @samp{save_stack_function}
6607 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
6608 @itemx @samp{restore_stack_block}
6609 @itemx @samp{restore_stack_function}
6610 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
6611 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
6612 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
6613 such machines.
6615 Some machines require special handling for stack pointer saves and
6616 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
6617 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
6618 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
6619 saves and restores are:
6621 @enumerate
6622 @item
6623 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
6624 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
6625 restores the stack pointer when the block is exited.
6627 @item
6628 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
6629 similar job for the outermost block of a function and are used when the
6630 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
6631 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
6632 restore sequence on some machines.
6634 @item
6635 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
6636 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
6637 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
6638 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
6639 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
6640 and restoring additional data such as register window information or
6641 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
6642 such required data.
6643 @end enumerate
6645 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
6646 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
6647 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
6648 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
6649 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
6650 for a particular type of save (either because no save is needed or
6651 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
6652 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
6653 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
6654 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
6656 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
6657 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
6658 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
6660 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
6661 @item @samp{allocate_stack}
6662 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
6663 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
6665 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
6666 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
6667 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
6668 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
6669 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
6670 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
6671 stack is free.
6673 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
6674 Some machines require other operations such as stack probes or
6675 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
6676 operations in addition to updating the stack pointer.
6678 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
6679 @item @samp{check_stack}
6680 If stack checking (@pxref{Stack Checking}) cannot be done on your system by
6681 probing the stack, define this pattern to perform the needed check and signal
6682 an error if the stack has overflowed.  The single operand is the address in
6683 the stack farthest from the current stack pointer that you need to validate.
6684 Normally, on platforms where this pattern is needed, you would obtain the
6685 stack limit from a global or thread-specific variable or register.
6687 @cindex @code{probe_stack_address} instruction pattern
6688 @item @samp{probe_stack_address}
6689 If stack checking (@pxref{Stack Checking}) can be done on your system by
6690 probing the stack but without the need to actually access it, define this
6691 pattern and signal an error if the stack has overflowed.  The single operand
6692 is the memory address in the stack that needs to be probed.
6694 @cindex @code{probe_stack} instruction pattern
6695 @item @samp{probe_stack}
6696 If stack checking (@pxref{Stack Checking}) can be done on your system by
6697 probing the stack but doing it with a ``store zero'' instruction is not valid
6698 or optimal, define this pattern to do the probing differently and signal an
6699 error if the stack has overflowed.  The single operand is the memory reference
6700 in the stack that needs to be probed.
6702 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
6703 @item @samp{nonlocal_goto}
6704 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
6705 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
6706 each representing a value to be used in the jump.  The first
6707 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
6708 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
6709 the third is the address of a location where the stack is saved,
6710 and the last is the address of the label, to be placed in the
6711 location for the incoming static chain.
6713 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
6714 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
6715 and static chain, restore the stack (using the
6716 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
6717 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
6718 not work on your machine.
6720 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
6721 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
6722 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
6723 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
6724 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
6725 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
6726 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
6727 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
6728 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
6729 There are no arguments.
6731 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
6732 @item @samp{exception_receiver}
6733 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
6734 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
6735 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
6736 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
6737 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
6738 an exception.  There are no arguments.
6740 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
6741 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
6742 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
6743 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
6744 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
6745 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
6746 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
6747 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
6748 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
6749 the first three are normally used by the generic mechanism.
6751 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
6752 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
6753 This pattern, if defined, contains code needed at the site of a
6754 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
6755 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
6756 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
6757 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
6758 to which builtin_longjmp transferred control; this pattern may be emitted
6759 at a small offset from that label.
6761 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
6762 @item @samp{builtin_longjmp}
6763 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
6764 You will not normally need to define this pattern unless you also define
6765 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
6766 @code{jmp_buf}.
6768 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
6769 @item @samp{eh_return}
6770 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
6771 and thence the call frame exception handling library routines, are
6772 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
6773 the abnormal return path.
6775 The address of the exception handler to which the function should return
6776 is passed as operand to this pattern.  It will normally need to copied by
6777 the pattern to some special register or memory location.
6778 If the pattern needs to determine the location of the target call
6779 frame in order to do so, it may use @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX},
6780 if defined; it will have already been assigned.
6782 If this pattern is not defined, the default action will be to simply
6783 copy the return address to @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX}.  Either
6784 that macro or this pattern needs to be defined if call frame exception
6785 handling is to be used.
6787 @cindex @code{prologue} instruction pattern
6788 @anchor{prologue instruction pattern}
6789 @item @samp{prologue}
6790 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
6791 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
6792 pointer register, saving callee saved registers, etc.
6794 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
6795 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
6797 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
6798 instruction scheduling.
6800 @cindex @code{window_save} instruction pattern
6801 @anchor{window_save instruction pattern}
6802 @item @samp{window_save}
6803 This pattern, if defined, emits RTL for a register window save.  It should
6804 be defined if the target machine has register windows but the window events
6805 are decoupled from calls to subroutines.  The canonical example is the SPARC
6806 architecture.
6808 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
6809 @anchor{epilogue instruction pattern}
6810 @item @samp{epilogue}
6811 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
6812 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
6813 registers and emitting the return instruction.
6815 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
6816 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
6818 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
6819 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
6821 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
6822 @item @samp{sibcall_epilogue}
6823 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
6824 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
6825 sibling call (aka tail call) sites.
6827 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
6828 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
6829 function.
6831 @cindex @code{trap} instruction pattern
6832 @item @samp{trap}
6833 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
6834 kind of signal to be raised.
6836 @cindex @code{ctrap@var{MM}4} instruction pattern
6837 @item @samp{ctrap@var{MM}4}
6838 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
6839 performs a comparison, and operands 1 and 2 are the arms of the
6840 comparison.  Operand 3 is the trap code, an integer.
6842 A typical @code{ctrap} pattern looks like
6844 @smallexample
6845 (define_insn "ctrapsi4"
6846   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
6847              [(match_operand 1 "register_operand")
6848               (match_operand 2 "immediate_operand")])
6849             (match_operand 3 "const_int_operand" "i"))]
6850   ""
6851   "@dots{}")
6852 @end smallexample
6854 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
6855 @item @samp{prefetch}
6856 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
6857 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
6858 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
6859 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
6860 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
6861 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
6862 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
6863 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
6864 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
6866 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
6867 the values of operands 1 and 2.
6869 @cindex @code{blockage} instruction pattern
6870 @item @samp{blockage}
6871 This pattern defines a pseudo insn that prevents the instruction
6872 scheduler and other passes from moving instructions and using register
6873 equivalences across the boundary defined by the blockage insn.
6874 This needs to be an UNSPEC_VOLATILE pattern or a volatile ASM.
6876 @cindex @code{memory_blockage} instruction pattern
6877 @item @samp{memory_blockage}
6878 This pattern, if defined, represents a compiler memory barrier, and will be
6879 placed at points across which RTL passes may not propagate memory accesses.
6880 This instruction needs to read and write volatile BLKmode memory.  It does
6881 not need to generate any machine instruction.  If this pattern is not defined,
6882 the compiler falls back to emitting an instruction corresponding
6883 to @code{asm volatile ("" ::: "memory")}.
6885 @cindex @code{memory_barrier} instruction pattern
6886 @item @samp{memory_barrier}
6887 If the target memory model is not fully synchronous, then this pattern
6888 should be defined to an instruction that orders both loads and stores
6889 before the instruction with respect to loads and stores after the instruction.
6890 This pattern has no operands.
6892 @cindex @code{sync_compare_and_swap@var{mode}} instruction pattern
6893 @item @samp{sync_compare_and_swap@var{mode}}
6894 This pattern, if defined, emits code for an atomic compare-and-swap
6895 operation.  Operand 1 is the memory on which the atomic operation is
6896 performed.  Operand 2 is the ``old'' value to be compared against the
6897 current contents of the memory location.  Operand 3 is the ``new'' value
6898 to store in the memory if the compare succeeds.  Operand 0 is the result
6899 of the operation; it should contain the contents of the memory
6900 before the operation.  If the compare succeeds, this should obviously be
6901 a copy of operand 2.
6903 This pattern must show that both operand 0 and operand 1 are modified.
6905 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
6906 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
6907 operation and all memory operations after the atomic operation occur
6908 after the atomic operation.
6910 For targets where the success or failure of the compare-and-swap
6911 operation is available via the status flags, it is possible to
6912 avoid a separate compare operation and issue the subsequent
6913 branch or store-flag operation immediately after the compare-and-swap.
6914 To this end, GCC will look for a @code{MODE_CC} set in the
6915 output of @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}; if the machine
6916 description includes such a set, the target should also define special
6917 @code{cbranchcc4} and/or @code{cstorecc4} instructions.  GCC will then
6918 be able to take the destination of the @code{MODE_CC} set and pass it
6919 to the @code{cbranchcc4} or @code{cstorecc4} pattern as the first
6920 operand of the comparison (the second will be @code{(const_int 0)}).
6922 For targets where the operating system may provide support for this
6923 operation via library calls, the @code{sync_compare_and_swap_optab}
6924 may be initialized to a function with the same interface as the
6925 @code{__sync_val_compare_and_swap_@var{n}} built-in.  If the entire
6926 set of @var{__sync} builtins are supported via library calls, the
6927 target can initialize all of the optabs at once with
6928 @code{init_sync_libfuncs}.
6929 For the purposes of C++11 @code{std::atomic::is_lock_free}, it is
6930 assumed that these library calls do @emph{not} use any kind of
6931 interruptable locking.
6933 @cindex @code{sync_add@var{mode}} instruction pattern
6934 @cindex @code{sync_sub@var{mode}} instruction pattern
6935 @cindex @code{sync_ior@var{mode}} instruction pattern
6936 @cindex @code{sync_and@var{mode}} instruction pattern
6937 @cindex @code{sync_xor@var{mode}} instruction pattern
6938 @cindex @code{sync_nand@var{mode}} instruction pattern
6939 @item @samp{sync_add@var{mode}}, @samp{sync_sub@var{mode}}
6940 @itemx @samp{sync_ior@var{mode}}, @samp{sync_and@var{mode}}
6941 @itemx @samp{sync_xor@var{mode}}, @samp{sync_nand@var{mode}}
6942 These patterns emit code for an atomic operation on memory.
6943 Operand 0 is the memory on which the atomic operation is performed.
6944 Operand 1 is the second operand to the binary operator.
6946 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
6947 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
6948 operation and all memory operations after the atomic operation occur
6949 after the atomic operation.
6951 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
6952 from a compare-and-swap operation, if defined.
6954 @cindex @code{sync_old_add@var{mode}} instruction pattern
6955 @cindex @code{sync_old_sub@var{mode}} instruction pattern
6956 @cindex @code{sync_old_ior@var{mode}} instruction pattern
6957 @cindex @code{sync_old_and@var{mode}} instruction pattern
6958 @cindex @code{sync_old_xor@var{mode}} instruction pattern
6959 @cindex @code{sync_old_nand@var{mode}} instruction pattern
6960 @item @samp{sync_old_add@var{mode}}, @samp{sync_old_sub@var{mode}}
6961 @itemx @samp{sync_old_ior@var{mode}}, @samp{sync_old_and@var{mode}}
6962 @itemx @samp{sync_old_xor@var{mode}}, @samp{sync_old_nand@var{mode}}
6963 These patterns emit code for an atomic operation on memory,
6964 and return the value that the memory contained before the operation.
6965 Operand 0 is the result value, operand 1 is the memory on which the
6966 atomic operation is performed, and operand 2 is the second operand
6967 to the binary operator.
6969 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
6970 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
6971 operation and all memory operations after the atomic operation occur
6972 after the atomic operation.
6974 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
6975 from a compare-and-swap operation, if defined.
6977 @cindex @code{sync_new_add@var{mode}} instruction pattern
6978 @cindex @code{sync_new_sub@var{mode}} instruction pattern
6979 @cindex @code{sync_new_ior@var{mode}} instruction pattern
6980 @cindex @code{sync_new_and@var{mode}} instruction pattern
6981 @cindex @code{sync_new_xor@var{mode}} instruction pattern
6982 @cindex @code{sync_new_nand@var{mode}} instruction pattern
6983 @item @samp{sync_new_add@var{mode}}, @samp{sync_new_sub@var{mode}}
6984 @itemx @samp{sync_new_ior@var{mode}}, @samp{sync_new_and@var{mode}}
6985 @itemx @samp{sync_new_xor@var{mode}}, @samp{sync_new_nand@var{mode}}
6986 These patterns are like their @code{sync_old_@var{op}} counterparts,
6987 except that they return the value that exists in the memory location
6988 after the operation, rather than before the operation.
6990 @cindex @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}} instruction pattern
6991 @item @samp{sync_lock_test_and_set@var{mode}}
6992 This pattern takes two forms, based on the capabilities of the target.
6993 In either case, operand 0 is the result of the operand, operand 1 is
6994 the memory on which the atomic operation is performed, and operand 2
6995 is the value to set in the lock.
6997 In the ideal case, this operation is an atomic exchange operation, in
6998 which the previous value in memory operand is copied into the result
6999 operand, and the value operand is stored in the memory operand.
7001 For less capable targets, any value operand that is not the constant 1
7002 should be rejected with @code{FAIL}.  In this case the target may use
7003 an atomic test-and-set bit operation.  The result operand should contain
7004 1 if the bit was previously set and 0 if the bit was previously clear.
7005 The true contents of the memory operand are implementation defined.
7007 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
7008 pattern as a whole acts as an acquire barrier, that is all memory
7009 operations after the pattern do not occur until the lock is acquired.
7011 If this pattern is not defined, the operation will be constructed from
7012 a compare-and-swap operation, if defined.
7014 @cindex @code{sync_lock_release@var{mode}} instruction pattern
7015 @item @samp{sync_lock_release@var{mode}}
7016 This pattern, if defined, releases a lock set by
7017 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}.  Operand 0 is the memory
7018 that contains the lock; operand 1 is the value to store in the lock.
7020 If the target doesn't implement full semantics for
7021 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}, any value operand which is not
7022 the constant 0 should be rejected with @code{FAIL}, and the true contents
7023 of the memory operand are implementation defined.
7025 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
7026 pattern as a whole acts as a release barrier, that is the lock is
7027 released only after all previous memory operations have completed.
7029 If this pattern is not defined, then a @code{memory_barrier} pattern
7030 will be emitted, followed by a store of the value to the memory operand.
7032 @cindex @code{atomic_compare_and_swap@var{mode}} instruction pattern
7033 @item @samp{atomic_compare_and_swap@var{mode}} 
7034 This pattern, if defined, emits code for an atomic compare-and-swap
7035 operation with memory model semantics.  Operand 2 is the memory on which
7036 the atomic operation is performed.  Operand 0 is an output operand which
7037 is set to true or false based on whether the operation succeeded.  Operand
7038 1 is an output operand which is set to the contents of the memory before
7039 the operation was attempted.  Operand 3 is the value that is expected to
7040 be in memory.  Operand 4 is the value to put in memory if the expected
7041 value is found there.  Operand 5 is set to 1 if this compare and swap is to
7042 be treated as a weak operation.  Operand 6 is the memory model to be used
7043 if the operation is a success.  Operand 7 is the memory model to be used
7044 if the operation fails.
7046 If memory referred to in operand 2 contains the value in operand 3, then
7047 operand 4 is stored in memory pointed to by operand 2 and fencing based on
7048 the memory model in operand 6 is issued.  
7050 If memory referred to in operand 2 does not contain the value in operand 3,
7051 then fencing based on the memory model in operand 7 is issued.
7053 If a target does not support weak compare-and-swap operations, or the port
7054 elects not to implement weak operations, the argument in operand 5 can be
7055 ignored.  Note a strong implementation must be provided.
7057 If this pattern is not provided, the @code{__atomic_compare_exchange}
7058 built-in functions will utilize the legacy @code{sync_compare_and_swap}
7059 pattern with an @code{__ATOMIC_SEQ_CST} memory model.
7061 @cindex @code{atomic_load@var{mode}} instruction pattern
7062 @item @samp{atomic_load@var{mode}}
7063 This pattern implements an atomic load operation with memory model
7064 semantics.  Operand 1 is the memory address being loaded from.  Operand 0
7065 is the result of the load.  Operand 2 is the memory model to be used for
7066 the load operation.
7068 If not present, the @code{__atomic_load} built-in function will either
7069 resort to a normal load with memory barriers, or a compare-and-swap
7070 operation if a normal load would not be atomic.
7072 @cindex @code{atomic_store@var{mode}} instruction pattern
7073 @item @samp{atomic_store@var{mode}}
7074 This pattern implements an atomic store operation with memory model
7075 semantics.  Operand 0 is the memory address being stored to.  Operand 1
7076 is the value to be written.  Operand 2 is the memory model to be used for
7077 the operation.
7079 If not present, the @code{__atomic_store} built-in function will attempt to
7080 perform a normal store and surround it with any required memory fences.  If
7081 the store would not be atomic, then an @code{__atomic_exchange} is
7082 attempted with the result being ignored.
7084 @cindex @code{atomic_exchange@var{mode}} instruction pattern
7085 @item @samp{atomic_exchange@var{mode}}
7086 This pattern implements an atomic exchange operation with memory model
7087 semantics.  Operand 1 is the memory location the operation is performed on.
7088 Operand 0 is an output operand which is set to the original value contained
7089 in the memory pointed to by operand 1.  Operand 2 is the value to be
7090 stored.  Operand 3 is the memory model to be used.
7092 If this pattern is not present, the built-in function
7093 @code{__atomic_exchange} will attempt to preform the operation with a
7094 compare and swap loop.
7096 @cindex @code{atomic_add@var{mode}} instruction pattern
7097 @cindex @code{atomic_sub@var{mode}} instruction pattern
7098 @cindex @code{atomic_or@var{mode}} instruction pattern
7099 @cindex @code{atomic_and@var{mode}} instruction pattern
7100 @cindex @code{atomic_xor@var{mode}} instruction pattern
7101 @cindex @code{atomic_nand@var{mode}} instruction pattern
7102 @item @samp{atomic_add@var{mode}}, @samp{atomic_sub@var{mode}}
7103 @itemx @samp{atomic_or@var{mode}}, @samp{atomic_and@var{mode}}
7104 @itemx @samp{atomic_xor@var{mode}}, @samp{atomic_nand@var{mode}}
7105 These patterns emit code for an atomic operation on memory with memory
7106 model semantics. Operand 0 is the memory on which the atomic operation is
7107 performed.  Operand 1 is the second operand to the binary operator.
7108 Operand 2 is the memory model to be used by the operation.
7110 If these patterns are not defined, attempts will be made to use legacy
7111 @code{sync} patterns, or equivalent patterns which return a result.  If
7112 none of these are available a compare-and-swap loop will be used.
7114 @cindex @code{atomic_fetch_add@var{mode}} instruction pattern
7115 @cindex @code{atomic_fetch_sub@var{mode}} instruction pattern
7116 @cindex @code{atomic_fetch_or@var{mode}} instruction pattern
7117 @cindex @code{atomic_fetch_and@var{mode}} instruction pattern
7118 @cindex @code{atomic_fetch_xor@var{mode}} instruction pattern
7119 @cindex @code{atomic_fetch_nand@var{mode}} instruction pattern
7120 @item @samp{atomic_fetch_add@var{mode}}, @samp{atomic_fetch_sub@var{mode}}
7121 @itemx @samp{atomic_fetch_or@var{mode}}, @samp{atomic_fetch_and@var{mode}}
7122 @itemx @samp{atomic_fetch_xor@var{mode}}, @samp{atomic_fetch_nand@var{mode}}
7123 These patterns emit code for an atomic operation on memory with memory
7124 model semantics, and return the original value. Operand 0 is an output 
7125 operand which contains the value of the memory location before the 
7126 operation was performed.  Operand 1 is the memory on which the atomic 
7127 operation is performed.  Operand 2 is the second operand to the binary
7128 operator.  Operand 3 is the memory model to be used by the operation.
7130 If these patterns are not defined, attempts will be made to use legacy
7131 @code{sync} patterns.  If none of these are available a compare-and-swap
7132 loop will be used.
7134 @cindex @code{atomic_add_fetch@var{mode}} instruction pattern
7135 @cindex @code{atomic_sub_fetch@var{mode}} instruction pattern
7136 @cindex @code{atomic_or_fetch@var{mode}} instruction pattern
7137 @cindex @code{atomic_and_fetch@var{mode}} instruction pattern
7138 @cindex @code{atomic_xor_fetch@var{mode}} instruction pattern
7139 @cindex @code{atomic_nand_fetch@var{mode}} instruction pattern
7140 @item @samp{atomic_add_fetch@var{mode}}, @samp{atomic_sub_fetch@var{mode}}
7141 @itemx @samp{atomic_or_fetch@var{mode}}, @samp{atomic_and_fetch@var{mode}}
7142 @itemx @samp{atomic_xor_fetch@var{mode}}, @samp{atomic_nand_fetch@var{mode}}
7143 These patterns emit code for an atomic operation on memory with memory
7144 model semantics and return the result after the operation is performed.
7145 Operand 0 is an output operand which contains the value after the
7146 operation.  Operand 1 is the memory on which the atomic operation is
7147 performed.  Operand 2 is the second operand to the binary operator.
7148 Operand 3 is the memory model to be used by the operation.
7150 If these patterns are not defined, attempts will be made to use legacy
7151 @code{sync} patterns, or equivalent patterns which return the result before
7152 the operation followed by the arithmetic operation required to produce the
7153 result.  If none of these are available a compare-and-swap loop will be
7154 used.
7156 @cindex @code{atomic_test_and_set} instruction pattern
7157 @item @samp{atomic_test_and_set}
7158 This pattern emits code for @code{__builtin_atomic_test_and_set}.
7159 Operand 0 is an output operand which is set to true if the previous
7160 previous contents of the byte was "set", and false otherwise.  Operand 1
7161 is the @code{QImode} memory to be modified.  Operand 2 is the memory
7162 model to be used.
7164 The specific value that defines "set" is implementation defined, and
7165 is normally based on what is performed by the native atomic test and set
7166 instruction.
7168 @cindex @code{atomic_bit_test_and_set@var{mode}} instruction pattern
7169 @cindex @code{atomic_bit_test_and_complement@var{mode}} instruction pattern
7170 @cindex @code{atomic_bit_test_and_reset@var{mode}} instruction pattern
7171 @item @samp{atomic_bit_test_and_set@var{mode}}
7172 @itemx @samp{atomic_bit_test_and_complement@var{mode}}
7173 @itemx @samp{atomic_bit_test_and_reset@var{mode}}
7174 These patterns emit code for an atomic bitwise operation on memory with memory
7175 model semantics, and return the original value of the specified bit.
7176 Operand 0 is an output operand which contains the value of the specified bit
7177 from the memory location before the operation was performed.  Operand 1 is the
7178 memory on which the atomic operation is performed.  Operand 2 is the bit within
7179 the operand, starting with least significant bit.  Operand 3 is the memory model
7180 to be used by the operation.  Operand 4 is a flag - it is @code{const1_rtx}
7181 if operand 0 should contain the original value of the specified bit in the
7182 least significant bit of the operand, and @code{const0_rtx} if the bit should
7183 be in its original position in the operand.
7184 @code{atomic_bit_test_and_set@var{mode}} atomically sets the specified bit after
7185 remembering its original value, @code{atomic_bit_test_and_complement@var{mode}}
7186 inverts the specified bit and @code{atomic_bit_test_and_reset@var{mode}} clears
7187 the specified bit.
7189 If these patterns are not defined, attempts will be made to use
7190 @code{atomic_fetch_or@var{mode}}, @code{atomic_fetch_xor@var{mode}} or
7191 @code{atomic_fetch_and@var{mode}} instruction patterns, or their @code{sync}
7192 counterparts.  If none of these are available a compare-and-swap
7193 loop will be used.
7195 @cindex @code{mem_thread_fence} instruction pattern
7196 @item @samp{mem_thread_fence}
7197 This pattern emits code required to implement a thread fence with
7198 memory model semantics.  Operand 0 is the memory model to be used.
7200 For the @code{__ATOMIC_RELAXED} model no instructions need to be issued
7201 and this expansion is not invoked.
7203 The compiler always emits a compiler memory barrier regardless of what
7204 expanding this pattern produced.
7206 If this pattern is not defined, the compiler falls back to expanding the
7207 @code{memory_barrier} pattern, then to emitting @code{__sync_synchronize}
7208 library call, and finally to just placing a compiler memory barrier.
7210 @cindex @code{get_thread_pointer@var{mode}} instruction pattern
7211 @cindex @code{set_thread_pointer@var{mode}} instruction pattern
7212 @item @samp{get_thread_pointer@var{mode}}
7213 @itemx @samp{set_thread_pointer@var{mode}}
7214 These patterns emit code that reads/sets the TLS thread pointer. Currently,
7215 these are only needed if the target needs to support the
7216 @code{__builtin_thread_pointer} and @code{__builtin_set_thread_pointer}
7217 builtins.
7219 The get/set patterns have a single output/input operand respectively,
7220 with @var{mode} intended to be @code{Pmode}.
7222 @cindex @code{stack_protect_set} instruction pattern
7223 @item @samp{stack_protect_set}
7224 This pattern, if defined, moves a @code{ptr_mode} value from the memory
7225 in operand 1 to the memory in operand 0 without leaving the value in
7226 a register afterward.  This is to avoid leaking the value some place
7227 that an attacker might use to rewrite the stack guard slot after
7228 having clobbered it.
7230 If this pattern is not defined, then a plain move pattern is generated.
7232 @cindex @code{stack_protect_test} instruction pattern
7233 @item @samp{stack_protect_test}
7234 This pattern, if defined, compares a @code{ptr_mode} value from the
7235 memory in operand 1 with the memory in operand 0 without leaving the
7236 value in a register afterward and branches to operand 2 if the values
7237 were equal.
7239 If this pattern is not defined, then a plain compare pattern and
7240 conditional branch pattern is used.
7242 @cindex @code{clear_cache} instruction pattern
7243 @item @samp{clear_cache}
7244 This pattern, if defined, flushes the instruction cache for a region of
7245 memory.  The region is bounded to by the Pmode pointers in operand 0
7246 inclusive and operand 1 exclusive.
7248 If this pattern is not defined, a call to the library function
7249 @code{__clear_cache} is used.
7251 @end table
7253 @end ifset
7254 @c Each of the following nodes are wrapped in separate
7255 @c "@ifset INTERNALS" to work around memory limits for the default
7256 @c configuration in older tetex distributions.  Known to not work:
7257 @c tetex-1.0.7, known to work: tetex-2.0.2.
7258 @ifset INTERNALS
7259 @node Pattern Ordering
7260 @section When the Order of Patterns Matters
7261 @cindex Pattern Ordering
7262 @cindex Ordering of Patterns
7264 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
7265 pattern that appears first in the machine description is the one used.
7266 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
7267 and faster instructions (those that will produce better code when they
7268 do match) should usually go first in the description.
7270 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
7271 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
7272 instruction for converting a fullword to floating point and another
7273 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
7274 an integer to floating point could match either one.  We put the
7275 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
7276 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
7277 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
7278 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
7279 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
7280 constant value.
7282 @end ifset
7283 @ifset INTERNALS
7284 @node Dependent Patterns
7285 @section Interdependence of Patterns
7286 @cindex Dependent Patterns
7287 @cindex Interdependence of Patterns
7289 In some cases machines support instructions identical except for the
7290 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
7291 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
7292 patterns are
7294 @smallexample
7295 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
7296      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
7298 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
7299      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
7300 @end smallexample
7302 @noindent
7303 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
7304 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
7305 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
7306 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
7307 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
7308 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
7310 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
7311 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
7312 compilations.
7314 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
7315 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
7316 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
7317 you should not provide separate patterns for increment and decrement
7318 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
7319 that supports register-register add insns by examining the operands and
7320 generating the appropriate machine instruction.
7322 @end ifset
7323 @ifset INTERNALS
7324 @node Jump Patterns
7325 @section Defining Jump Instruction Patterns
7326 @cindex jump instruction patterns
7327 @cindex defining jump instruction patterns
7329 GCC does not assume anything about how the machine realizes jumps.
7330 The machine description should define a single pattern, usually
7331 a @code{define_expand}, which expands to all the required insns.
7333 Usually, this would be a comparison insn to set the condition code
7334 and a separate branch insn testing the condition code and branching
7335 or not according to its value.  For many machines, however,
7336 separating compares and branches is limiting, which is why the
7337 more flexible approach with one @code{define_expand} is used in GCC.
7338 The machine description becomes clearer for architectures that
7339 have compare-and-branch instructions but no condition code.  It also
7340 works better when different sets of comparison operators are supported
7341 by different kinds of conditional branches (e.g. integer vs. floating-point),
7342 or by conditional branches with respect to conditional stores.
7344 Two separate insns are always used if the machine description represents
7345 a condition code register using the legacy RTL expression @code{(cc0)},
7346 and on most machines that use a separate condition code register
7347 (@pxref{Condition Code}).  For machines that use @code{(cc0)}, in
7348 fact, the set and use of the condition code must be separate and
7349 adjacent@footnote{@code{note} insns can separate them, though.}, thus
7350 allowing flags in @code{cc_status} to be used (@pxref{Condition Code}) and
7351 so that the comparison and branch insns could be located from each other
7352 by using the functions @code{prev_cc0_setter} and @code{next_cc0_user}.
7354 Even in this case having a single entry point for conditional branches
7355 is advantageous, because it handles equally well the case where a single
7356 comparison instruction records the results of both signed and unsigned
7357 comparison of the given operands (with the branch insns coming in distinct
7358 signed and unsigned flavors) as in the x86 or SPARC, and the case where
7359 there are distinct signed and unsigned compare instructions and only
7360 one set of conditional branch instructions as in the PowerPC.
7362 @end ifset
7363 @ifset INTERNALS
7364 @node Looping Patterns
7365 @section Defining Looping Instruction Patterns
7366 @cindex looping instruction patterns
7367 @cindex defining looping instruction patterns
7369 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
7370 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
7371 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
7372 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
7373 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
7374 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
7375 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
7376 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
7377 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
7378 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
7379 the jump.
7381 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
7382 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
7383 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
7384 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
7385 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
7386 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
7387 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
7388 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
7389 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
7390 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
7391 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
7392 following for its @code{dbra} instruction:
7394 @smallexample
7395 @group
7396 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
7397   [(set (pc)
7398         (if_then_else
7399           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
7400                        (const_int -1))
7401               (const_int 0))
7402           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
7403           (pc)))
7404    (set (match_dup 0)
7405         (plus:SI (match_dup 0)
7406                  (const_int -1)))]
7407   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
7408   "@dots{}")
7409 @end group
7410 @end smallexample
7412 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
7413 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
7414 since this insn is generated by the instruction combination phase
7415 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
7416 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
7417 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
7418 pattern will not be matched by the combiner.
7420 @smallexample
7421 @group
7422 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
7423   [(set (pc)
7424         (if_then_else
7425           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
7426               (const_int 1))
7427           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
7428           (pc)))
7429    (set (match_dup 0)
7430         (plus:SI (match_dup 0)
7431                  (const_int -1)))]
7432   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
7433   "@dots{}")
7434 @end group
7435 @end smallexample
7437 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
7438 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
7439 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
7440 information collected during strength reduction.
7442 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
7443 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
7444 is an optional companion pattern that can be used for initialization
7445 needed for some low-overhead looping instructions.
7447 Note that some machines require the actual looping instruction to be
7448 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
7449 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
7450 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
7451 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
7452 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
7453 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
7454 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
7455 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
7456 desired special iteration counter register was not allocated, this
7457 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
7458 instruction pair.
7460 The essential difference between the
7461 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
7462 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
7463 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
7464 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
7465 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
7466 may become redundant and removed by the flow pass.
7469 @end ifset
7470 @ifset INTERNALS
7471 @node Insn Canonicalizations
7472 @section Canonicalization of Instructions
7473 @cindex canonicalization of instructions
7474 @cindex insn canonicalization
7476 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
7477 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
7478 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
7479 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
7480 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
7481 number of insn patterns required.
7483 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
7484 are performed:
7486 @itemize @bullet
7487 @item
7488 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
7489 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
7490 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
7491 be supplied.
7493 @item
7494 For associative operators, a sequence of operators will always chain
7495 to the left; for instance, only the left operand of an integer @code{plus}
7496 can itself be a @code{plus}.  @code{and}, @code{ior}, @code{xor},
7497 @code{plus}, @code{mult}, @code{smin}, @code{smax}, @code{umin}, and
7498 @code{umax} are associative when applied to integers, and sometimes to
7499 floating-point.
7501 @item
7502 @cindex @code{neg}, canonicalization of
7503 @cindex @code{not}, canonicalization of
7504 @cindex @code{mult}, canonicalization of
7505 @cindex @code{plus}, canonicalization of
7506 @cindex @code{minus}, canonicalization of
7507 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
7508 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
7509 first operand.
7511 @item
7512 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
7513 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
7514 the operations as far as possible.  For instance,
7515 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
7516 @code{(plus (mult (neg B) C) A)} is canonicalized as
7517 @code{(minus A (mult B C))}.
7519 @cindex @code{compare}, canonicalization of
7520 @item
7521 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
7522 if the first argument is a condition code register or @code{(cc0)}.
7524 @item
7525 For instructions that inherently set a condition code register, the
7526 @code{compare} operator is always written as the first RTL expression of
7527 the @code{parallel} instruction pattern.  For example,
7529 @smallexample
7530 (define_insn ""
7531   [(set (reg:CCZ FLAGS_REG)
7532         (compare:CCZ
7533           (plus:SI
7534             (match_operand:SI 1 "register_operand" "%r")
7535             (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))
7536           (const_int 0)))
7537    (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
7538         (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
7539   ""
7540   "addl %0, %1, %2")
7541 @end smallexample
7543 @item
7544 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
7545 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
7546 above.
7548 @item
7549 @code{(ltu (plus @var{a} @var{b}) @var{b})} is converted to
7550 @code{(ltu (plus @var{a} @var{b}) @var{a})}. Likewise with @code{geu} instead
7551 of @code{ltu}.
7553 @item
7554 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
7555 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
7557 @item
7558 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
7559 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
7561 @cindex @code{ior}, canonicalization of
7562 @cindex @code{and}, canonicalization of
7563 @cindex De Morgan's law
7564 @item
7565 De Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
7566 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
7567 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
7569 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
7570 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
7571 for that instruction as
7573 @smallexample
7574 (define_insn ""
7575   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
7576         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
7577                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
7578   "@dots{}"
7579   "@dots{}")
7580 @end smallexample
7582 @noindent
7583 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
7585 @smallexample
7586 (define_insn ""
7587   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
7588         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
7589                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
7590   "@dots{}"
7591   "@dots{}")
7592 @end smallexample
7594 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
7595 logically equivalent RTL expressions.
7597 @cindex @code{xor}, canonicalization of
7598 @item
7599 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
7600 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
7601 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
7603 @item
7604 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
7605 the form
7607 @smallexample
7608 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
7609 @end smallexample
7611 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
7612 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
7613 @item
7614 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
7615 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
7616 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
7618 @cindex @code{mult}, canonicalization of
7619 @item
7620 @code{(sign_extend:@var{m1} (mult:@var{m2} (sign_extend:@var{m2} @var{x})
7621 (sign_extend:@var{m2} @var{y})))} is converted to @code{(mult:@var{m1}
7622 (sign_extend:@var{m1} @var{x}) (sign_extend:@var{m1} @var{y}))}, and likewise
7623 for @code{zero_extend}.
7625 @item
7626 @code{(sign_extend:@var{m1} (mult:@var{m2} (ashiftrt:@var{m2}
7627 @var{x} @var{s}) (sign_extend:@var{m2} @var{y})))} is converted
7628 to @code{(mult:@var{m1} (sign_extend:@var{m1} (ashiftrt:@var{m2}
7629 @var{x} @var{s})) (sign_extend:@var{m1} @var{y}))}, and likewise for
7630 patterns using @code{zero_extend} and @code{lshiftrt}.  If the second
7631 operand of @code{mult} is also a shift, then that is extended also.
7632 This transformation is only applied when it can be proven that the
7633 original operation had sufficient precision to prevent overflow.
7635 @end itemize
7637 Further canonicalization rules are defined in the function
7638 @code{commutative_operand_precedence} in @file{gcc/rtlanal.c}.
7640 @end ifset
7641 @ifset INTERNALS
7642 @node Expander Definitions
7643 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
7644 @cindex expander definitions
7645 @cindex code generation RTL sequences
7646 @cindex defining RTL sequences for code generation
7648 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
7649 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
7650 represent them.  For these target machines, you can write a
7651 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
7653 @findex define_expand
7654 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
7655 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
7656 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
7658 A @code{define_expand} RTX has four operands:
7660 @itemize @bullet
7661 @item
7662 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
7663 use for it is to refer to it by name.
7665 @item
7666 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
7667 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
7668 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
7670 @item
7671 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
7672 used to express how the availability of this pattern depends on
7673 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
7674 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
7675 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
7676 depend on the data in the insn being matched, but only the
7677 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
7678 during initialization in order to learn exactly which named instructions
7679 are available in a particular run.
7681 @item
7682 The preparation statements, a string containing zero or more C
7683 statements which are to be executed before RTL code is generated from
7684 the RTL template.
7686 Usually these statements prepare temporary registers for use as
7687 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
7688 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
7689 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
7691 @item
7692 Optionally, a vector containing the values of attributes. @xref{Insn
7693 Attributes}.
7694 @end itemize
7696 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
7697 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
7698 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
7701 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
7702 also describes the operands that need to be specified when this pattern
7703 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
7705 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
7706 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
7707 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
7708 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
7709 information to preload the operand into a register if that is required for
7710 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
7711 references should use @code{match_dup}.
7713 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
7714 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
7715 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
7716 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
7717 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
7718 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
7719 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
7720 compute the values and store them into the appropriate elements of
7721 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
7723 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
7724 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
7725 as a statement.
7727 @table @code
7729 @findex DONE
7730 @item DONE
7731 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
7732 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
7733 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
7734 preparation statements; the RTL template will not be generated.
7736 @findex FAIL
7737 @item FAIL
7738 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
7739 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
7740 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
7742 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
7743 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
7744 operations.
7745 @end table
7747 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
7748 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
7749 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
7750 insn.
7752 The RTL template is not used for matching, only for generating the
7753 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
7754 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
7755 list of operands, such as this example:
7757 @smallexample
7758 @group
7759 (define_expand "addsi3"
7760   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
7761    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
7762    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
7763 @end group
7764 @group
7765   ""
7766   "
7768   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
7769   DONE;
7770 @}")
7771 @end group
7772 @end smallexample
7774 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
7776 @smallexample
7777 @group
7778 (define_expand "ashlsi3"
7779   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
7780         (ashift:SI
7781 @end group
7782 @group
7783           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
7784           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
7785   ""
7786   "
7787 @end group
7788 @end smallexample
7790 @smallexample
7791 @group
7793   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
7794       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
7795     FAIL;
7796 @}")
7797 @end group
7798 @end smallexample
7800 @noindent
7801 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
7802 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
7803 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
7804 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
7805 library call).
7807 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
7808 patterns with names, then it would be possible to use a
7809 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
7810 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
7812 @smallexample
7813 (define_expand "zero_extendhisi2"
7814   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
7815         (const_int 0))
7816    (set (strict_low_part
7817           (subreg:HI
7818             (match_dup 0)
7819             0))
7820         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
7821   ""
7822   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
7823 @end smallexample
7825 @noindent
7826 @findex make_safe_from
7827 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
7828 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
7829 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
7830 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
7831 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
7832 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
7833 by emitting another RTL insn.
7835 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
7836 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
7837 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
7838 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
7839 on this machine.  So it must be copied into a register with
7840 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
7842 @smallexample
7843 (define_expand "zero_extendhisi2"
7844   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
7845         (and:SI (subreg:SI
7846                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
7847                   0)
7848                 (match_dup 2)))]
7849   ""
7850   "operands[2]
7851      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
7852 @end smallexample
7854 @emph{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
7855 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
7856 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
7857 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
7858 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
7859 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
7860 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
7861 in the compiler.
7863 @end ifset
7864 @ifset INTERNALS
7865 @node Insn Splitting
7866 @section Defining How to Split Instructions
7867 @cindex insn splitting
7868 @cindex instruction splitting
7869 @cindex splitting instructions
7871 There are two cases where you should specify how to split a pattern
7872 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
7873 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
7874 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
7875 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
7876 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
7877 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
7878 cannot be placed into a delay slot.
7880 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
7881 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
7882 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
7883 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
7884 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
7885 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
7886 scheduling.
7888 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
7889 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
7890 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
7891 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
7892 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
7893 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
7894 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
7895 split the addition into two insns is machine-dependent.
7897 @findex define_split
7898 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
7899 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
7901 @smallexample
7902 (define_split
7903   [@var{insn-pattern}]
7904   "@var{condition}"
7905   [@var{new-insn-pattern-1}
7906    @var{new-insn-pattern-2}
7907    @dots{}]
7908   "@var{preparation-statements}")
7909 @end smallexample
7911 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
7912 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
7913 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
7914 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
7915 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
7916 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
7918 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
7919 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
7920 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
7921 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
7922 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
7923 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
7924 must not allocate any space in the stack frame.
7926 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
7927 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
7928 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
7929 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
7930 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
7931 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
7932 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
7933 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
7934 of those definitions.
7936 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
7937 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
7938 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
7940 @smallexample
7941 (define_split
7942   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
7943         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
7944   ""
7945   [(set (match_dup 0)
7946         (ashift:SI (match_dup 1)
7947                    (const_int 16)))
7948    (set (match_dup 0)
7949         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
7950                      (const_int 16)))]
7951   "
7952 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
7953 @end smallexample
7955 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
7956 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
7957 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
7958 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
7959 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
7960 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
7961 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
7962 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
7963 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
7964 @code{define_split} that will never produce insns that match).
7966 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
7967 @file{rs6000.md}:
7969 @smallexample
7970 (define_split
7971   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
7972         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
7973                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
7974   ""
7975   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
7976    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
7979   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
7980   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
7982   if (low & 0x8000)
7983     high++, low |= 0xffff0000;
7985   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
7986   operands[4] = GEN_INT (low);
7987 @}")
7988 @end smallexample
7990 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
7991 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
7992 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
7993 can be substituted into the address of a subsequent operation.
7995 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
7996 an equality comparison of a register and a large constant:
7998 @smallexample
7999 (define_split
8000   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
8001         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
8002                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
8003    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
8004   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
8005    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
8006        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
8007   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
8008    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
8009   "
8011   /* @r{Get the constant we are comparing against, C, and see what it
8012      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
8013      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.}  */
8015   int c = INTVAL (operands[2]);
8016   int sextc = (c << 16) >> 16;
8017   int xorv = c ^ sextc;
8019   operands[4] = GEN_INT (xorv);
8020   operands[5] = GEN_INT (sextc);
8021 @}")
8022 @end smallexample
8024 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
8025 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
8026 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
8027 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
8028 are not valid.
8030 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
8031 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
8032 the control flow graph and branch prediction information needs to be updated,
8033 several restriction apply.
8035 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
8036 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
8037 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
8038 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
8039 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
8040 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump.  A global variable
8041 @code{split_branch_probability} holds the probability of the original branch in case
8042 it was a simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
8043 recomputing of edge frequencies, the new sequence is required to have only
8044 forward jumps to the newly created labels.
8046 @findex define_insn_and_split
8047 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
8048 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
8049 this:
8051 @smallexample
8052 (define_insn_and_split
8053   [@var{insn-pattern}]
8054   "@var{condition}"
8055   "@var{output-template}"
8056   "@var{split-condition}"
8057   [@var{new-insn-pattern-1}
8058    @var{new-insn-pattern-2}
8059    @dots{}]
8060   "@var{preparation-statements}"
8061   [@var{insn-attributes}])
8063 @end smallexample
8065 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
8066 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
8067 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
8068 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
8069 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
8070 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
8071 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
8072 from i386.md:
8074 @smallexample
8075 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
8076   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
8077      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
8078    (clobber (reg:CC 17))]
8079   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
8080   "#"
8081   "&& reload_completed"
8082   [(parallel [(set (match_dup 0)
8083                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
8084               (clobber (reg:CC 17))])]
8085   ""
8086   [(set_attr "type" "alu1")])
8088 @end smallexample
8090 In this case, the actual split condition will be
8091 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
8093 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
8094 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
8095 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
8096 having to ensure the two patterns' templates match.
8098 @end ifset
8099 @ifset INTERNALS
8100 @node Including Patterns
8101 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
8102 @cindex insn includes
8104 @findex include
8105 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
8106 look for patterns that are in files other than in the file
8107 @file{.md}.  This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
8109 It looks like:
8111 @smallexample
8113 (include
8114   @var{pathname})
8115 @end smallexample
8117 For example:
8119 @smallexample
8121 (include "filestuff")
8123 @end smallexample
8125 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
8126 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}.  The
8127 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
8130 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
8131 and placed into subdirectories.
8133 By specifying:
8135 @smallexample
8137 (include "BOGUS/filestuff")
8139 @end smallexample
8141 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
8143 Specifying an absolute path for the include file such as;
8144 @smallexample
8146 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
8148 @end smallexample
8149 is permitted but is not encouraged.
8151 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
8152 @cindex directory options .md
8153 @cindex options, directory search
8154 @cindex search options
8156 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
8157 For example:
8159 @smallexample
8161 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
8163 @end smallexample
8166 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
8167 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
8168 file, substituting your own version, since these directories are
8169 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
8170 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
8171 order; the standard default directory come after.
8174 @end ifset
8175 @ifset INTERNALS
8176 @node Peephole Definitions
8177 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
8178 @cindex peephole optimizer definitions
8179 @cindex defining peephole optimizers
8181 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
8182 definitions of machine-specific peephole optimizations.
8184 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
8185 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
8186 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
8187 though the second one does not appear to use a register computed in the
8188 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
8189 opportunities.
8191 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
8192 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
8193 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
8194 is deprecated.
8196 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
8197 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
8198 but before scheduling, which may result in much better code for
8199 targets that do scheduling.
8201 @menu
8202 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
8203 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
8204 @end menu
8206 @end ifset
8207 @ifset INTERNALS
8208 @node define_peephole
8209 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
8210 @findex define_peephole
8212 @need 1000
8213 A definition looks like this:
8215 @smallexample
8216 (define_peephole
8217   [@var{insn-pattern-1}
8218    @var{insn-pattern-2}
8219    @dots{}]
8220   "@var{condition}"
8221   "@var{template}"
8222   "@var{optional-insn-attributes}")
8223 @end smallexample
8225 @noindent
8226 The last string operand may be omitted if you are not using any
8227 machine-specific information in this machine description.  If present,
8228 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
8230 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
8231 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
8232 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
8233 the next, and so on.
8235 Each of the insns matched by a peephole must also match a
8236 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
8237 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
8238 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
8239 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
8240 stages.
8242 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
8243 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
8244 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
8245 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
8246 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
8247 other.
8249 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
8250 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
8251 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
8252 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
8253 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
8255 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
8256 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
8257 previously tested.
8259 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
8260 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
8261 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
8262 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
8263 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
8264 patterns.
8266 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
8267 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
8268 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
8269 the operands.
8271 @findex prev_active_insn
8272 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
8273 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
8274 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
8275 to refer to the last of the insns being matched; use
8276 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
8278 @findex dead_or_set_p
8279 When optimizing computations with intermediate results, you can use
8280 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
8281 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
8282 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
8283 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
8284 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
8285 value (from @code{operands[@var{i}]}).
8287 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
8288 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
8289 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
8290 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
8291 used in matching the original sequence of insns.
8293 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
8294 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
8295 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
8296 as the insn pattern to control how the insn is output.
8298 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
8299 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
8301 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
8303 @smallexample
8304 (define_peephole
8305   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
8306    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
8307         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
8308   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
8310   rtx xoperands[2];
8311   xoperands[1] = gen_rtx_REG (SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
8312 #ifdef MOTOROLA
8313   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
8314   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
8315   return "fmove.d (sp)+,%0";
8316 #else
8317   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
8318   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
8319   return "fmoved sp@@+,%0";
8320 #endif
8322 @end smallexample
8324 @need 1000
8325 The effect of this optimization is to change
8327 @smallexample
8328 @group
8329 jbsr _foobar
8330 addql #4,sp
8331 movel d1,sp@@-
8332 movel d0,sp@@-
8333 fmoved sp@@+,fp0
8334 @end group
8335 @end smallexample
8337 @noindent
8338 into
8340 @smallexample
8341 @group
8342 jbsr _foobar
8343 movel d1,sp@@
8344 movel d0,sp@@-
8345 fmoved sp@@+,fp0
8346 @end group
8347 @end smallexample
8349 @ignore
8350 @findex CC_REVERSED
8351 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
8352 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
8353 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
8354 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
8355 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
8356 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
8357 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
8358 and in this C code check the condition code status flags and change the
8359 assembler code as appropriate.
8360 @end ignore
8362 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
8363 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
8364 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
8365 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
8366 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
8367 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
8368 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
8369 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
8370 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
8372 @smallexample
8373 (define_insn "divmodsi4"
8374   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
8375         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
8376                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
8377    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
8378         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
8379   "TARGET_68020"
8380   "divsl%.l %2,%3:%0")
8381 @end smallexample
8383 @noindent
8384 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
8386 @smallexample
8387 (define_peephole
8388   [@dots{}
8389    (parallel
8390     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
8391           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
8392                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
8393      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
8394           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
8395    @dots{}]
8396   @dots{})
8397 @end smallexample
8399 @end ifset
8400 @ifset INTERNALS
8401 @node define_peephole2
8402 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
8403 @findex define_peephole2
8405 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
8406 substitute one sequence of instructions for another sequence,
8407 what additional scratch registers may be needed and what their
8408 lifetimes must be.
8410 @smallexample
8411 (define_peephole2
8412   [@var{insn-pattern-1}
8413    @var{insn-pattern-2}
8414    @dots{}]
8415   "@var{condition}"
8416   [@var{new-insn-pattern-1}
8417    @var{new-insn-pattern-2}
8418    @dots{}]
8419   "@var{preparation-statements}")
8420 @end smallexample
8422 The definition is almost identical to @code{define_split}
8423 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
8424 single instruction, but a sequence of instructions.
8426 It is possible to request additional scratch registers for use in the
8427 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
8428 will simply not match.
8430 @findex match_scratch
8431 @findex match_dup
8432 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
8433 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
8434 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
8435 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
8436 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
8437 at which the register must be available.
8439 Here is an example from the IA-32 machine description:
8441 @smallexample
8442 (define_peephole2
8443   [(match_scratch:SI 2 "r")
8444    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
8445                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
8446                      [(match_dup 0)
8447                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
8448               (clobber (reg:CC 17))])]
8449   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
8450   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
8451    (parallel [(set (match_dup 0)
8452                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
8453               (clobber (reg:CC 17))])]
8454   "")
8455 @end smallexample
8457 @noindent
8458 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
8459 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
8460 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
8461 to be live only at the point just before the arithmetic.
8463 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
8464 so here's a silly made-up example:
8466 @smallexample
8467 (define_peephole2
8468   [(match_scratch:SI 4 "r")
8469    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
8470    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
8471    (match_dup 4)
8472    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
8473   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
8474   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
8475    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
8476    (set (match_dup 2) (match_dup 4))
8477    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
8478   "")
8479 @end smallexample
8481 @noindent
8482 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
8483 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
8484 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
8486 @end ifset
8487 @ifset INTERNALS
8488 @node Insn Attributes
8489 @section Instruction Attributes
8490 @cindex insn attributes
8491 @cindex instruction attributes
8493 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
8494 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
8495 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
8496 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
8497 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
8498 to track the condition codes.
8500 @menu
8501 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
8502 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
8503 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
8504 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
8505 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
8506 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
8507 * Mnemonic Attribute::  Obtain the instruction mnemonic as attribute value.
8508 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
8509 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
8510 @end menu
8512 @end ifset
8513 @ifset INTERNALS
8514 @node Defining Attributes
8515 @subsection Defining Attributes and their Values
8516 @cindex defining attributes and their values
8517 @cindex attributes, defining
8519 @findex define_attr
8520 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
8521 by the target machine.  It looks like:
8523 @smallexample
8524 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
8525 @end smallexample
8527 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being
8528 defined.  Some attributes are used in a special way by the rest of the
8529 compiler. The @code{enabled} attribute can be used to conditionally
8530 enable or disable insn alternatives (@pxref{Disable Insn
8531 Alternatives}). The @code{predicable} attribute, together with a
8532 suitable @code{define_cond_exec} (@pxref{Conditional Execution}), can
8533 be used to automatically generate conditional variants of instruction
8534 patterns. The @code{mnemonic} attribute can be used to check for the
8535 instruction mnemonic (@pxref{Mnemonic Attribute}).  The compiler
8536 internally uses the names @code{ce_enabled} and @code{nonce_enabled},
8537 so they should not be used elsewhere as alternative names.
8539 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
8540 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
8541 indicate that the attribute takes numeric values.
8543 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
8544 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
8545 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
8546 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
8547 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
8549 @findex insn-attr.h
8550 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
8551 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
8552 specified for an attribute, the following are defined:
8554 @itemize @bullet
8555 @item
8556 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
8558 @item
8559 An enumerated class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
8560 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
8561 the attribute name and value are first converted to uppercase.
8563 @item
8564 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
8565 returns the attribute value for that insn.
8566 @end itemize
8568 For example, if the following is present in the @file{md} file:
8570 @smallexample
8571 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
8572 @end smallexample
8574 @noindent
8575 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
8577 @smallexample
8578 #define HAVE_ATTR_type 1
8579 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
8580                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
8581 extern enum attr_type get_attr_type ();
8582 @end smallexample
8584 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
8585 defined and the function to obtain the attribute's value will return
8586 @code{int}.
8588 There are attributes which are tied to a specific meaning.  These
8589 attributes are not free to use for other purposes:
8591 @table @code
8592 @item length
8593 The @code{length} attribute is used to calculate the length of emitted
8594 code chunks.  This is especially important when verifying branch
8595 distances. @xref{Insn Lengths}.
8597 @item enabled
8598 The @code{enabled} attribute can be defined to prevent certain
8599 alternatives of an insn definition from being used during code
8600 generation. @xref{Disable Insn Alternatives}.
8602 @item mnemonic
8603 The @code{mnemonic} attribute can be defined to implement instruction
8604 specific checks in e.g. the pipeline description.
8605 @xref{Mnemonic Attribute}.
8606 @end table
8608 For each of these special attributes, the corresponding
8609 @samp{HAVE_ATTR_@var{name}} @samp{#define} is also written when the
8610 attribute is not defined; in that case, it is defined as @samp{0}.
8612 @findex define_enum_attr
8613 @anchor{define_enum_attr}
8614 Another way of defining an attribute is to use:
8616 @smallexample
8617 (define_enum_attr "@var{attr}" "@var{enum}" @var{default})
8618 @end smallexample
8620 This works in just the same way as @code{define_attr}, except that
8621 the list of values is taken from a separate enumeration called
8622 @var{enum} (@pxref{define_enum}).  This form allows you to use
8623 the same list of values for several attributes without having to
8624 repeat the list each time.  For example:
8626 @smallexample
8627 (define_enum "processor" [
8628   model_a
8629   model_b
8630   @dots{}
8632 (define_enum_attr "arch" "processor"
8633   (const (symbol_ref "target_arch")))
8634 (define_enum_attr "tune" "processor"
8635   (const (symbol_ref "target_tune")))
8636 @end smallexample
8638 defines the same attributes as:
8640 @smallexample
8641 (define_attr "arch" "model_a,model_b,@dots{}"
8642   (const (symbol_ref "target_arch")))
8643 (define_attr "tune" "model_a,model_b,@dots{}"
8644   (const (symbol_ref "target_tune")))
8645 @end smallexample
8647 but without duplicating the processor list.  The second example defines two
8648 separate C enums (@code{attr_arch} and @code{attr_tune}) whereas the first
8649 defines a single C enum (@code{processor}).
8650 @end ifset
8651 @ifset INTERNALS
8652 @node Expressions
8653 @subsection Attribute Expressions
8654 @cindex attribute expressions
8656 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
8657 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
8658 Attribute value expressions must have one of the following forms:
8660 @table @code
8661 @cindex @code{const_int} and attributes
8662 @item (const_int @var{i})
8663 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
8664 must be non-negative.
8666 The value of a numeric attribute can be specified either with a
8667 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
8668 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
8669 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
8670 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
8672 @cindex @code{const_string} and attributes
8673 @item (const_string @var{value})
8674 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
8675 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
8676 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
8677 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
8678 of a @code{define_attr}.
8680 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
8681 must be a string containing a non-negative integer (normally
8682 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
8683 contain one of the valid values for the attribute.
8685 @cindex @code{if_then_else} and attributes
8686 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
8687 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
8688 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
8689 otherwise it is @var{false-value}.
8691 @cindex @code{cond} and attributes
8692 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
8693 The first operand of this expression is a vector containing an even
8694 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
8695 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
8696 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
8697 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
8698 expression is that of the @var{default} expression.
8699 @end table
8701 @var{test} expressions can have one of the following forms:
8703 @table @code
8704 @cindex @code{const_int} and attribute tests
8705 @item (const_int @var{i})
8706 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
8708 @cindex @code{not} and attributes
8709 @cindex @code{ior} and attributes
8710 @cindex @code{and} and attributes
8711 @item (not @var{test})
8712 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
8713 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
8714 These tests are true if the indicated logical function is true.
8716 @cindex @code{match_operand} and attributes
8717 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
8718 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
8719 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
8720 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
8721 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
8722 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
8723 string).
8725 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
8727 @cindex @code{match_test} and attributes
8728 @item (match_test @var{c-expr})
8729 The test is true if C expression @var{c-expr} is true.  In non-constant
8730 attributes, @var{c-expr} has access to the following variables:
8732 @table @var
8733 @item insn
8734 The rtl instruction under test.
8735 @item which_alternative
8736 The @code{define_insn} alternative that @var{insn} matches.
8737 @xref{Output Statement}.
8738 @item operands
8739 An array of @var{insn}'s rtl operands.
8740 @end table
8742 @var{c-expr} behaves like the condition in a C @code{if} statement,
8743 so there is no need to explicitly convert the expression into a boolean
8744 0 or 1 value.  For example, the following two tests are equivalent:
8746 @smallexample
8747 (match_test "x & 2")
8748 (match_test "(x & 2) != 0")
8749 @end smallexample
8751 @cindex @code{le} and attributes
8752 @cindex @code{leu} and attributes
8753 @cindex @code{lt} and attributes
8754 @cindex @code{gt} and attributes
8755 @cindex @code{gtu} and attributes
8756 @cindex @code{ge} and attributes
8757 @cindex @code{geu} and attributes
8758 @cindex @code{ne} and attributes
8759 @cindex @code{eq} and attributes
8760 @cindex @code{plus} and attributes
8761 @cindex @code{minus} and attributes
8762 @cindex @code{mult} and attributes
8763 @cindex @code{div} and attributes
8764 @cindex @code{mod} and attributes
8765 @cindex @code{abs} and attributes
8766 @cindex @code{neg} and attributes
8767 @cindex @code{ashift} and attributes
8768 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
8769 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
8770 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
8771 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
8772 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
8773 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
8774 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
8775 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
8776 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
8777 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
8778 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
8779 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
8780 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
8781 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
8782 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
8783 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
8784 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
8786 @findex get_attr
8787 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
8788 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
8789 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
8790 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
8791 variable.
8793 @findex eq_attr
8794 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
8795 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
8797 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
8798 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
8799 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
8800 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
8801 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
8802 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
8803 @emph{not} in the specified list.
8805 For example,
8807 @smallexample
8808 (eq_attr "type" "load,store")
8809 @end smallexample
8811 @noindent
8812 is equivalent to
8814 @smallexample
8815 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
8816 @end smallexample
8818 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
8819 value of the compiler variable @code{which_alternative}
8820 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
8821 example,
8823 @smallexample
8824 (eq_attr "alternative" "2,3")
8825 @end smallexample
8827 @noindent
8828 is equivalent to
8830 @smallexample
8831 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
8832      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
8833 @end smallexample
8835 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
8836 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
8837 a particular pattern.  This is by far the most common case.
8839 @findex attr_flag
8840 @item (attr_flag @var{name})
8841 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
8842 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
8843 scheduled.
8845 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
8846 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
8847 direction of a conditional branch.
8849 This example describes a conditional branch delay slot which
8850 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
8851 for backward branches which are not taken (annul-false).
8853 @smallexample
8854 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
8855   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
8856    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
8857         (attr_flag "forward"))
8858    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
8859         (attr_flag "backward"))])
8860 @end smallexample
8862 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
8863 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
8865 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
8866 meaning to other passes of the compiler.
8868 @findex attr
8869 @item (attr @var{name})
8870 The value of another attribute is returned.  This is most useful
8871 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
8872 produce more efficient code for non-numeric attributes.
8873 @end table
8875 @end ifset
8876 @ifset INTERNALS
8877 @node Tagging Insns
8878 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
8879 @cindex tagging insns
8880 @cindex assigning attribute values to insns
8882 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
8883 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
8884 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
8885 have an optional last argument to specify the values of attributes for
8886 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
8887 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
8888 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
8889 permits the specification of the values for only one or two attributes
8890 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
8891 next section.
8893 The optional last argument of @code{define_insn} and
8894 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
8895 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
8896 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
8897 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
8898 second operand of the @code{set} is an attribute expression
8899 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
8901 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
8902 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
8903 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
8904 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
8905 each alternative.
8907 @findex set_attr
8908 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
8909 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
8910 specifying a string giving either a single attribute value or a list
8911 of attribute values, one for each alternative.
8913 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
8914 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
8916 @table @code
8917 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
8918 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
8919 or a string containing a comma-separated list giving the values for
8920 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
8921 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
8923 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
8924 which case the attribute will assume its default value for insns matching
8925 that alternative.
8927 @findex set_attr_alternative
8928 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
8929 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
8930 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
8931 tests on the @samp{alternative} attribute.
8933 @findex attr
8934 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
8935 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
8936 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
8937 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
8938 @end table
8940 The following shows three different ways of representing the same
8941 attribute value specification:
8943 @smallexample
8944 (set_attr "type" "load,store,arith")
8946 (set_attr_alternative "type"
8947                       [(const_string "load") (const_string "store")
8948                        (const_string "arith")])
8950 (set (attr "type")
8951      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
8952             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
8953            (const_string "arith")))
8954 @end smallexample
8956 @need 1000
8957 @findex define_asm_attributes
8958 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
8959 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
8960 statement.  It has the form:
8962 @smallexample
8963 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
8964 @end smallexample
8966 @noindent
8967 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
8968 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
8970 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
8971 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
8973 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
8974 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
8975 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
8976 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
8977 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
8978 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
8979 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
8980 of a single machine instruction.
8982 @end ifset
8983 @ifset INTERNALS
8984 @node Attr Example
8985 @subsection Example of Attribute Specifications
8986 @cindex attribute specifications example
8987 @cindex attribute specifications
8989 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
8990 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
8991 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
8992 value.  This attribute is normally used only to define the default value
8993 for other attributes.  An example will clarify this usage.
8995 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
8996 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
8997 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
8998 operations, floating point operations, and branches.
9000 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
9001 the condition code and will limit ourselves to the following possible
9002 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
9003 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
9004 changed if the item previously set into the condition code has been
9005 modified.
9007 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
9009 @smallexample
9010 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
9012 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
9013              (cond [(eq_attr "type" "load")
9014                         (const_string "change0")
9015                     (eq_attr "type" "store,branch")
9016                         (const_string "unchanged")
9017                     (eq_attr "type" "arith")
9018                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
9019                                       (const_string "set")
9020                                       (const_string "clobber"))]
9021                    (const_string "clobber")))
9023 (define_insn ""
9024   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
9025         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
9026   ""
9027   "@@
9028    move %0,%1
9029    load %0,%1
9030    store %0,%1"
9031   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
9032 @end smallexample
9034 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
9035 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
9036 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
9037 full-word result.
9039 @end ifset
9040 @ifset INTERNALS
9041 @node Insn Lengths
9042 @subsection Computing the Length of an Insn
9043 @cindex insn lengths, computing
9044 @cindex computing the length of an insn
9046 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
9047 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
9048 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
9049 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @code{length}
9050 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
9051 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
9053 In the case of the @code{length} attribute, two additional forms of
9054 arithmetic terms are allowed in test expressions:
9056 @table @code
9057 @cindex @code{match_dup} and attributes
9058 @item (match_dup @var{n})
9059 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
9060 must be a @code{label_ref}.
9062 @cindex @code{pc} and attributes
9063 @item (pc)
9064 For non-branch instructions and backward branch instructions, this refers
9065 to the address of the current insn.  But for forward branch instructions,
9066 this refers to the address of the next insn, because the length of the
9067 current insn is to be computed.
9068 @end table
9070 @cindex @code{addr_vec}, length of
9071 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
9072 For normal insns, the length will be determined by value of the
9073 @code{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
9074 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
9075 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
9077 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
9079 Note that it is possible to call functions via the @code{symbol_ref}
9080 mechanism to compute the length of an insn.  However, if you use this
9081 mechanism you must provide dummy clauses to express the maximum length
9082 without using the function call.  You can an example of this in the
9083 @code{pa} machine description for the @code{call_symref} pattern.
9085 The following macros can be used to refine the length computation:
9087 @table @code
9088 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
9089 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
9090 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
9091 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
9092 that contains the initially computed length of the insn and should be
9093 updated with the correct length of the insn.
9095 This macro will normally not be required.  A case in which it is
9096 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
9097 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
9098 may be required.
9099 @end table
9101 @findex get_attr_length
9102 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
9103 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
9104 determine the form of the branch instruction to be written, as the
9105 example below illustrates.
9107 As an example of the specification of variable-length branches, consider
9108 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
9109 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
9110 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
9111 sequence to load the address from memory and then branch to it.
9113 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
9114 as follows:
9116 @smallexample
9117 (define_insn "jump"
9118   [(set (pc)
9119         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
9120   ""
9122    return (get_attr_length (insn) == 4
9123            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
9125   [(set (attr "length")
9126         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
9127                       (const_int 4)
9128                       (const_int 6)))])
9129 @end smallexample
9131 @end ifset
9132 @ifset INTERNALS
9133 @node Constant Attributes
9134 @subsection Constant Attributes
9135 @cindex constant attributes
9137 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
9138 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
9139 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
9140 used to specify which variety of processor is used.  For example,
9142 @smallexample
9143 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
9144  (const
9145   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
9146          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
9147         (const_string "m88000"))))
9149 (define_attr "memory" "fast,slow"
9150  (const
9151   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
9152                 (const_string "fast")
9153                 (const_string "slow"))))
9154 @end smallexample
9156 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
9157 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
9158 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
9159 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
9160 forms involving insn attributes.
9162 @end ifset
9163 @ifset INTERNALS
9164 @node Mnemonic Attribute
9165 @subsection Mnemonic Attribute
9166 @cindex mnemonic attribute
9168 The @code{mnemonic} attribute is a string type attribute holding the
9169 instruction mnemonic for an insn alternative.  The attribute values
9170 will automatically be generated by the machine description parser if
9171 there is an attribute definition in the md file:
9173 @smallexample
9174 (define_attr "mnemonic" "unknown" (const_string "unknown"))
9175 @end smallexample
9177 The default value can be freely chosen as long as it does not collide
9178 with any of the instruction mnemonics.  This value will be used
9179 whenever the machine description parser is not able to determine the
9180 mnemonic string.  This might be the case for output templates
9181 containing more than a single instruction as in
9182 @code{"mvcle\t%0,%1,0\;jo\t.-4"}.
9184 The @code{mnemonic} attribute set is not generated automatically if the
9185 instruction string is generated via C code.
9187 An existing @code{mnemonic} attribute set in an insn definition will not
9188 be overriden by the md file parser.  That way it is possible to
9189 manually set the instruction mnemonics for the cases where the md file
9190 parser fails to determine it automatically.
9192 The @code{mnemonic} attribute is useful for dealing with instruction
9193 specific properties in the pipeline description without defining
9194 additional insn attributes.
9196 @smallexample
9197 (define_attr "ooo_expanded" ""
9198   (cond [(eq_attr "mnemonic" "dlr,dsgr,d,dsgf,stam,dsgfr,dlgr")
9199          (const_int 1)]
9200         (const_int 0)))
9201 @end smallexample
9203 @end ifset
9204 @ifset INTERNALS
9205 @node Delay Slots
9206 @subsection Delay Slot Scheduling
9207 @cindex delay slots, defining
9209 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
9210 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
9211 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
9212 after the instruction are executed as if they were located before it.
9213 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
9214 the following instruction before the branch or call is performed.
9216 On some machines, conditional branch instructions can optionally
9217 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
9218 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
9219 instructions that annul if the branch is true and instructions that
9220 annul if the branch is false are supported.
9222 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
9223 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
9224 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
9225 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
9226 instruction scheduling.
9228 @findex define_delay
9229 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
9230 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
9232 @smallexample
9233 (define_delay @var{test}
9234               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
9235                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
9236                @dots{}])
9237 @end smallexample
9239 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
9240 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
9241 required delay slots is determined by the length of the vector specified
9242 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
9243 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
9244 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
9245 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
9246 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
9247 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
9249 For example, in the common case where branch and call insns require
9250 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
9251 call, the following would be placed in the @file{md} file:
9253 @smallexample
9254 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
9255               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
9256 @end smallexample
9258 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
9259 case, each such expression specifies different delay slot requirements
9260 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
9261 expressions are both true.
9263 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
9264 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
9265 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
9266 branch is true, we might represent this as follows:
9268 @smallexample
9269 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
9270    [(eq_attr "type" "!branch,call")
9271     (eq_attr "type" "!branch,call")
9272     (nil)])
9274 (define_delay (eq_attr "type" "call")
9275               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
9276                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
9277 @end smallexample
9278 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
9280 @end ifset
9281 @ifset INTERNALS
9282 @node Processor pipeline description
9283 @subsection Specifying processor pipeline description
9284 @cindex processor pipeline description
9285 @cindex processor functional units
9286 @cindex instruction latency time
9287 @cindex interlock delays
9288 @cindex data dependence delays
9289 @cindex reservation delays
9290 @cindex pipeline hazard recognizer
9291 @cindex automaton based pipeline description
9292 @cindex regular expressions
9293 @cindex deterministic finite state automaton
9294 @cindex automaton based scheduler
9295 @cindex RISC
9296 @cindex VLIW
9298 To achieve better performance, most modern processors
9299 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
9300 processors) have many @dfn{functional units} on which several
9301 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
9302 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
9303 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
9304 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
9305 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g.@: for some
9306 MIPS processors).
9308 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
9309 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
9310 latency time}.  The instruction execution is not started until all
9311 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
9312 complex cases when the instruction execution starts even when the data
9313 are not available but will be ready in given time after the
9314 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
9315 account is simple.  The data dependence (true, output, and
9316 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
9317 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
9318 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
9319 means that two instructions under execution will be in need of shared
9320 processors resources, i.e.@: buses, internal registers, and/or
9321 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
9322 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
9323 processors.
9325 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
9326 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
9327 instruction scheduler has to have an adequate description of the
9328 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  GCC
9329 machine descriptions describe processor parallelism and functional
9330 unit reservations for groups of instructions with the aid of
9331 @dfn{regular expressions}.
9333 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
9334 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
9335 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
9336 automatically generated from the processor pipeline description.  The
9337 pipeline hazard recognizer generated from the machine description
9338 is based on a deterministic finite state automaton (@acronym{DFA}):
9339 the instruction issue is possible if there is a transition from one
9340 automaton state to another one.  This algorithm is very fast, and
9341 furthermore, its speed is not dependent on processor
9342 complexity@footnote{However, the size of the automaton depends on
9343 processor complexity.  To limit this effect, machine descriptions
9344 can split orthogonal parts of the machine description among several
9345 automata: but then, since each of these must be stepped independently,
9346 this does cause a small decrease in the algorithm's performance.}.
9348 @cindex automaton based pipeline description
9349 The rest of this section describes the directives that constitute
9350 an automaton-based processor pipeline description.  The order of
9351 these constructions within the machine description file is not
9352 important.
9354 @findex define_automaton
9355 @cindex pipeline hazard recognizer
9356 The following optional construction describes names of automata
9357 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
9358 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
9359 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
9360 units to the automata, the total size of the automata is usually
9361 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
9362 construction, only one finite state automaton is generated.
9364 @smallexample
9365 (define_automaton @var{automata-names})
9366 @end smallexample
9368 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
9369 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
9370 The automaton name is used in the constructions @code{define_cpu_unit} and
9371 @code{define_query_cpu_unit}.
9373 @findex define_cpu_unit
9374 @cindex processor functional units
9375 Each processor functional unit used in the description of instruction
9376 reservations should be described by the following construction.
9378 @smallexample
9379 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
9380 @end smallexample
9382 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
9383 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
9384 for other goals.
9386 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
9387 which the unit is bound.  The automaton should be described in
9388 construction @code{define_automaton}.  You should give
9389 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
9391 The assignment of units to automata are constrained by the uses of the
9392 units in insn reservations.  The most important constraint is: if a
9393 unit reservation is present on a particular cycle of an alternative
9394 for an insn reservation, then some unit from the same automaton must
9395 be present on the same cycle for the other alternatives of the insn
9396 reservation.  The rest of the constraints are mentioned in the
9397 description of the subsequent constructions.
9399 @findex define_query_cpu_unit
9400 @cindex querying function unit reservations
9401 The following construction describes CPU functional units analogously
9402 to @code{define_cpu_unit}.  The reservation of such units can be
9403 queried for an automaton state.  The instruction scheduler never
9404 queries reservation of functional units for given automaton state.  So
9405 as a rule, you don't need this construction.  This construction could
9406 be used for future code generation goals (e.g.@: to generate
9407 @acronym{VLIW} insn templates).
9409 @smallexample
9410 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
9411 @end smallexample
9413 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
9414 separated by commas.
9416 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
9417 which the unit is bound.
9419 @findex define_insn_reservation
9420 @cindex instruction latency time
9421 @cindex regular expressions
9422 @cindex data bypass
9423 The following construction is the major one to describe pipeline
9424 characteristics of an instruction.
9426 @smallexample
9427 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
9428                          @var{condition} @var{regexp})
9429 @end smallexample
9431 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
9432 instruction.  There is an important difference between the old
9433 description and the automaton based pipeline description.  The latency
9434 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
9435 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
9436 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
9437 zero and the cost of output dependencies is the difference between
9438 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
9439 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
9440 change the default costs for any description by using the target hook
9441 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
9443 @var{insn-name} is a string giving the internal name of the insn.  The
9444 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
9445 the automaton description file generated for debugging.  The internal
9446 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
9447 good practice to use insn classes described in the processor manual.
9449 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
9450 construction.  You should remember that you will be in trouble if
9451 @var{condition} for two or more different
9452 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
9453 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
9454 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
9455 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
9456 the same value is quite difficult (especially if the conditions
9457 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
9458 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
9459 recognizer considerably.
9461 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
9462 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
9463 expression according to the following syntax:
9465 @smallexample
9466        regexp = regexp "," oneof
9467               | oneof
9469        oneof = oneof "|" allof
9470              | allof
9472        allof = allof "+" repeat
9473              | repeat
9475        repeat = element "*" number
9476               | element
9478        element = cpu_function_unit_name
9479                | reservation_name
9480                | result_name
9481                | "nothing"
9482                | "(" regexp ")"
9483 @end smallexample
9485 @itemize @bullet
9486 @item
9487 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
9488 the reservation.
9490 @item
9491 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
9492 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
9493 regular expression @strong{or} etc.
9495 @item
9496 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
9497 regular expression @strong{and} a reservation described by the
9498 second regular expression @strong{and} etc.
9500 @item
9501 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
9502 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
9503 advancing (see @samp{,}).
9505 @item
9506 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
9507 functional unit.
9509 @item
9510 @samp{reservation_name} --- see description of construction
9511 @samp{define_reservation}.
9513 @item
9514 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
9515 @end itemize
9517 @findex define_reservation
9518 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
9519 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
9520 the common part by the following construction
9522 @smallexample
9523 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
9524 @end smallexample
9526 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
9527 Functional unit names and reservation names are in the same name
9528 space.  So the reservation names should be different from the
9529 functional unit names and can not be the reserved name @samp{nothing}.
9531 @findex define_bypass
9532 @cindex instruction latency time
9533 @cindex data bypass
9534 The following construction is used to describe exceptions in the
9535 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
9537 @smallexample
9538 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
9539                [@var{guard}])
9540 @end smallexample
9542 @var{number} defines when the result generated by the instructions
9543 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
9544 instructions given in string @var{in_insn_names}.  Each of these
9545 strings is a comma-separated list of filename-style globs and
9546 they refer to the names of @code{define_insn_reservation}s.
9547 For example:
9548 @smallexample
9549 (define_bypass 1 "cpu1_load_*, cpu1_store_*" "cpu1_load_*")
9550 @end smallexample
9551 defines a bypass between instructions that start with
9552 @samp{cpu1_load_} or @samp{cpu1_store_} and those that start with
9553 @samp{cpu1_load_}.
9555 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
9556 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
9557 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
9558 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
9559 recognize complicated bypasses, e.g.@: when the consumer is only an address
9560 of insn @samp{store} (not a stored value).
9562 If there are more one bypass with the same output and input insns, the
9563 chosen bypass is the first bypass with a guard in description whose
9564 guard function returns nonzero.  If there is no such bypass, then
9565 bypass without the guard function is chosen.
9567 @findex exclusion_set
9568 @findex presence_set
9569 @findex final_presence_set
9570 @findex absence_set
9571 @findex final_absence_set
9572 @cindex VLIW
9573 @cindex RISC
9574 The following five constructions are usually used to describe
9575 @acronym{VLIW} processors, or more precisely, to describe a placement
9576 of small instructions into @acronym{VLIW} instruction slots.  They
9577 can be used for @acronym{RISC} processors, too.
9579 @smallexample
9580 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
9581 (presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
9582 (final_presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
9583 (absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
9584 (final_absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
9585 @end smallexample
9587 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
9588 separated by commas.
9590 @var{patterns} is a string giving patterns of functional units
9591 separated by comma.  Currently pattern is one unit or units
9592 separated by white-spaces.
9594 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
9595 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
9596 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
9597 example, the construction is useful for describing processors
9598 (e.g.@: some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
9599 functional unit which can execute simultaneously only single floating
9600 point insns or only double floating point insns.
9602 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
9603 functional unit in the first string can not be reserved unless at
9604 least one of pattern of units whose names are in the second string is
9605 reserved.  This is an asymmetric relation.  For example, it is useful
9606 for description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
9607 @samp{slot0} reservation.  We could describe it by the following
9608 construction
9610 @smallexample
9611 (presence_set "slot1" "slot0")
9612 @end smallexample
9614 Or @samp{slot1} is reserved only after @samp{slot0} and unit @samp{b0}
9615 reservation.  In this case we could write
9617 @smallexample
9618 (presence_set "slot1" "slot0 b0")
9619 @end smallexample
9621 The third construction (@samp{final_presence_set}) is analogous to
9622 @samp{presence_set}.  The difference between them is when checking is
9623 done.  When an instruction is issued in given automaton state
9624 reflecting all current and planned unit reservations, the automaton
9625 state is changed.  The first state is a source state, the second one
9626 is a result state.  Checking for @samp{presence_set} is done on the
9627 source state reservation, checking for @samp{final_presence_set} is
9628 done on the result reservation.  This construction is useful to
9629 describe a reservation which is actually two subsequent reservations.
9630 For example, if we use
9632 @smallexample
9633 (presence_set "slot1" "slot0")
9634 @end smallexample
9636 the following insn will be never issued (because @samp{slot1} requires
9637 @samp{slot0} which is absent in the source state).
9639 @smallexample
9640 (define_reservation "insn_and_nop" "slot0 + slot1")
9641 @end smallexample
9643 but it can be issued if we use analogous @samp{final_presence_set}.
9645 The forth construction (@samp{absence_set}) means that each functional
9646 unit in the first string can be reserved only if each pattern of units
9647 whose names are in the second string is not reserved.  This is an
9648 asymmetric relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to
9649 this one but it is symmetric).  For example it might be useful in a
9650 @acronym{VLIW} description to say that @samp{slot0} cannot be reserved
9651 after either @samp{slot1} or @samp{slot2} have been reserved.  This
9652 can be described as:
9654 @smallexample
9655 (absence_set "slot0" "slot1, slot2")
9656 @end smallexample
9658 Or @samp{slot2} can not be reserved if @samp{slot0} and unit @samp{b0}
9659 are reserved or @samp{slot1} and unit @samp{b1} are reserved.  In
9660 this case we could write
9662 @smallexample
9663 (absence_set "slot2" "slot0 b0, slot1 b1")
9664 @end smallexample
9666 All functional units mentioned in a set should belong to the same
9667 automaton.
9669 The last construction (@samp{final_absence_set}) is analogous to
9670 @samp{absence_set} but checking is done on the result (state)
9671 reservation.  See comments for @samp{final_presence_set}.
9673 @findex automata_option
9674 @cindex deterministic finite state automaton
9675 @cindex nondeterministic finite state automaton
9676 @cindex finite state automaton minimization
9677 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
9678 the following construction.
9680 @smallexample
9681 (automata_option @var{options})
9682 @end smallexample
9684 @var{options} is a string giving options which affect the generated
9685 code.  Currently there are the following options:
9687 @itemize @bullet
9688 @item
9689 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
9690 only worth to do when we are debugging the description and need to
9691 look more accurately at reservations of states.
9693 @item
9694 @dfn{time} means printing time statistics about the generation of
9695 automata.
9697 @item
9698 @dfn{stats} means printing statistics about the generated automata
9699 such as the number of DFA states, NDFA states and arcs.
9701 @item
9702 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
9703 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
9704 verification and debugging.
9706 @item
9707 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
9708 non-critical errors.
9710 @item
9711 @dfn{no-comb-vect} prevents the automaton generator from generating
9712 two data structures and comparing them for space efficiency.  Using
9713 a comb vector to represent transitions may be better, but it can be
9714 very expensive to construct.  This option is useful if the build
9715 process spends an unacceptably long time in genautomata.
9717 @item
9718 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
9719 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
9720 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
9721 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
9722 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
9723 may be rejected by reservations in the subsequent insns.
9725 @item
9726 @dfn{collapse-ndfa} modifies the behavior of the generator when
9727 producing an automaton.  An additional state transition to collapse a
9728 nondeterministic @acronym{NDFA} state to a deterministic @acronym{DFA}
9729 state is generated.  It can be triggered by passing @code{const0_rtx} to
9730 state_transition.  In such an automaton, cycle advance transitions are
9731 available only for these collapsed states.  This option is useful for
9732 ports that want to use the @code{ndfa} option, but also want to use
9733 @code{define_query_cpu_unit} to assign units to insns issued in a cycle.
9735 @item
9736 @dfn{progress} means output of a progress bar showing how many states
9737 were generated so far for automaton being processed.  This is useful
9738 during debugging a @acronym{DFA} description.  If you see too many
9739 generated states, you could interrupt the generator of the pipeline
9740 hazard recognizer and try to figure out a reason for generation of the
9741 huge automaton.
9742 @end itemize
9744 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
9745 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
9746 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
9747 the following functional units.
9749 @smallexample
9750 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
9751 (define_cpu_unit "port0, port1")
9752 @end smallexample
9754 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
9755 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
9756 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
9757 are issued into the second pipeline.  Integer division and
9758 multiplication insns can be executed only in the second integer
9759 pipeline and their results are ready correspondingly in 9 and 4
9760 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e.@: the subsequent
9761 integer division insn can not be issued until the current division
9762 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
9763 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
9764 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
9765 incurred.  To describe all of this we could specify
9767 @smallexample
9768 (define_cpu_unit "div")
9770 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
9771                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
9773 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "type" "mult")
9774                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
9776 (define_insn_reservation "div" 9 (eq_attr "type" "div")
9777                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
9779 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "type" "float")
9780                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
9782 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
9783 @end smallexample
9785 To simplify the description we could describe the following reservation
9787 @smallexample
9788 (define_reservation "finish" "port0|port1")
9789 @end smallexample
9791 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
9792 construction
9794 @smallexample
9795 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
9796                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
9797 @end smallexample
9800 @end ifset
9801 @ifset INTERNALS
9802 @node Conditional Execution
9803 @section Conditional Execution
9804 @cindex conditional execution
9805 @cindex predication
9807 A number of architectures provide for some form of conditional
9808 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
9809 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
9810 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
9811 can be quite tedious to describe these forms directly in the
9812 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
9814 @findex define_cond_exec
9815 @smallexample
9816 (define_cond_exec
9817   [@var{predicate-pattern}]
9818   "@var{condition}"
9819   "@var{output-template}"
9820   "@var{optional-insn-attribues}")
9821 @end smallexample
9823 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
9824 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
9825 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
9826 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
9827 alternative.
9829 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
9830 pattern to match.
9832 @findex current_insn_predicate
9833 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
9834 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
9835 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
9836 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
9837 In order to handle the general case, there is a global variable
9838 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
9839 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
9841 @var{optional-insn-attributes} is an optional vector of attributes that gets
9842 appended to the insn attributes of the produced cond_exec rtx. It can
9843 be used to add some distinguishing attribute to cond_exec rtxs produced
9844 that way. An example usage would be to use this attribute in conjunction
9845 with attributes on the main pattern to disable particular alternatives under
9846 certain conditions.
9848 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
9849 the @code{predicable} instruction attribute is made.
9850 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be a boolean (i.e.@: have
9851 exactly two elements in its @var{list-of-values}), with the possible
9852 values being @code{no} and @code{yes}.  The default and all uses in
9853 the insns must be a simple constant, not a complex expressions.  It
9854 may, however, depend on the alternative, by using a comma-separated
9855 list of values.  If that is the case, the port should also define an
9856 @code{enabled} attribute (@pxref{Disable Insn Alternatives}), which
9857 should also allow only @code{no} and @code{yes} as its values.
9859 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
9860 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
9861 generated that matches a predicated version of the instruction.
9862 For example,
9864 @smallexample
9865 (define_insn "addsi"
9866   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
9867         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9868                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
9869   "@var{test1}"
9870   "add %2,%1,%0")
9872 (define_cond_exec
9873   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
9874        (const_int 0))]
9875   "@var{test2}"
9876   "(%0)")
9877 @end smallexample
9879 @noindent
9880 generates a new pattern
9882 @smallexample
9883 (define_insn ""
9884   [(cond_exec
9885      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
9886      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
9887           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9888                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
9889   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
9890   "(%3) add %2,%1,%0")
9891 @end smallexample
9893 @end ifset
9894 @ifset INTERNALS
9895 @node Define Subst
9896 @section RTL Templates Transformations
9897 @cindex define_subst
9899 For some hardware architectures there are common cases when the RTL
9900 templates for the instructions can be derived from the other RTL
9901 templates using simple transformations.  E.g., @file{i386.md} contains
9902 an RTL template for the ordinary @code{sub} instruction---
9903 @code{*subsi_1}, and for the @code{sub} instruction with subsequent
9904 zero-extension---@code{*subsi_1_zext}.  Such cases can be easily
9905 implemented by a single meta-template capable of generating a modified
9906 case based on the initial one:
9908 @findex define_subst
9909 @smallexample
9910 (define_subst "@var{name}"
9911   [@var{input-template}]
9912   "@var{condition}"
9913   [@var{output-template}])
9914 @end smallexample
9915 @var{input-template} is a pattern describing the source RTL template,
9916 which will be transformed.
9918 @var{condition} is a C expression that is conjunct with the condition
9919 from the input-template to generate a condition to be used in the
9920 output-template.
9922 @var{output-template} is a pattern that will be used in the resulting
9923 template.
9925 @code{define_subst} mechanism is tightly coupled with the notion of the
9926 subst attribute (@pxref{Subst Iterators}).  The use of
9927 @code{define_subst} is triggered by a reference to a subst attribute in
9928 the transforming RTL template.  This reference initiates duplication of
9929 the source RTL template and substitution of the attributes with their
9930 values.  The source RTL template is left unchanged, while the copy is
9931 transformed by @code{define_subst}.  This transformation can fail in the
9932 case when the source RTL template is not matched against the
9933 input-template of the @code{define_subst}.  In such case the copy is
9934 deleted.
9936 @code{define_subst} can be used only in @code{define_insn} and
9937 @code{define_expand}, it cannot be used in other expressions (e.g. in
9938 @code{define_insn_and_split}).
9940 @menu
9941 * Define Subst Example::            Example of @code{define_subst} work.
9942 * Define Subst Pattern Matching::   Process of template comparison.
9943 * Define Subst Output Template::    Generation of output template.
9944 @end menu
9946 @node Define Subst Example
9947 @subsection @code{define_subst} Example
9948 @cindex define_subst
9950 To illustrate how @code{define_subst} works, let us examine a simple
9951 template transformation.
9953 Suppose there are two kinds of instructions: one that touches flags and
9954 the other that does not.  The instructions of the second type could be
9955 generated with the following @code{define_subst}:
9957 @smallexample
9958 (define_subst "add_clobber_subst"
9959   [(set (match_operand:SI 0 "" "")
9960         (match_operand:SI 1 "" ""))]
9961   ""
9962   [(set (match_dup 0)
9963         (match_dup 1))
9964    (clobber (reg:CC FLAGS_REG))]
9965 @end smallexample
9967 This @code{define_subst} can be applied to any RTL pattern containing
9968 @code{set} of mode SI and generates a copy with clobber when it is
9969 applied.
9971 Assume there is an RTL template for a @code{max} instruction to be used
9972 in @code{define_subst} mentioned above:
9974 @smallexample
9975 (define_insn "maxsi"
9976   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
9977         (max:SI
9978           (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9979           (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
9980   ""
9981   "max\t@{%2, %1, %0|%0, %1, %2@}"
9982  [@dots{}])
9983 @end smallexample
9985 To mark the RTL template for @code{define_subst} application,
9986 subst-attributes are used.  They should be declared in advance:
9988 @smallexample
9989 (define_subst_attr "add_clobber_name" "add_clobber_subst" "_noclobber" "_clobber")
9990 @end smallexample
9992 Here @samp{add_clobber_name} is the attribute name,
9993 @samp{add_clobber_subst} is the name of the corresponding
9994 @code{define_subst}, the third argument (@samp{_noclobber}) is the
9995 attribute value that would be substituted into the unchanged version of
9996 the source RTL template, and the last argument (@samp{_clobber}) is the
9997 value that would be substituted into the second, transformed,
9998 version of the RTL template.
10000 Once the subst-attribute has been defined, it should be used in RTL
10001 templates which need to be processed by the @code{define_subst}.  So,
10002 the original RTL template should be changed:
10004 @smallexample
10005 (define_insn "maxsi<add_clobber_name>"
10006   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
10007         (max:SI
10008           (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
10009           (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
10010   ""
10011   "max\t@{%2, %1, %0|%0, %1, %2@}"
10012  [@dots{}])
10013 @end smallexample
10015 The result of the @code{define_subst} usage would look like the following:
10017 @smallexample
10018 (define_insn "maxsi_noclobber"
10019   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
10020         (max:SI
10021           (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
10022           (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
10023   ""
10024   "max\t@{%2, %1, %0|%0, %1, %2@}"
10025  [@dots{}])
10026 (define_insn "maxsi_clobber"
10027   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
10028         (max:SI
10029           (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
10030           (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))
10031    (clobber (reg:CC FLAGS_REG))]
10032   ""
10033   "max\t@{%2, %1, %0|%0, %1, %2@}"
10034  [@dots{}])
10035 @end smallexample
10037 @node Define Subst Pattern Matching
10038 @subsection Pattern Matching in @code{define_subst}
10039 @cindex define_subst
10041 All expressions, allowed in @code{define_insn} or @code{define_expand},
10042 are allowed in the input-template of @code{define_subst}, except
10043 @code{match_par_dup}, @code{match_scratch}, @code{match_parallel}. The
10044 meanings of expressions in the input-template were changed:
10046 @code{match_operand} matches any expression (possibly, a subtree in
10047 RTL-template), if modes of the @code{match_operand} and this expression
10048 are the same, or mode of the @code{match_operand} is @code{VOIDmode}, or
10049 this expression is @code{match_dup}, @code{match_op_dup}.  If the
10050 expression is @code{match_operand} too, and predicate of
10051 @code{match_operand} from the input pattern is not empty, then the
10052 predicates are compared.  That can be used for more accurate filtering
10053 of accepted RTL-templates.
10055 @code{match_operator} matches common operators (like @code{plus},
10056 @code{minus}), @code{unspec}, @code{unspec_volatile} operators and
10057 @code{match_operator}s from the original pattern if the modes match and
10058 @code{match_operator} from the input pattern has the same number of
10059 operands as the operator from the original pattern.
10061 @node Define Subst Output Template
10062 @subsection Generation of output template in @code{define_subst}
10063 @cindex define_subst
10065 If all necessary checks for @code{define_subst} application pass, a new
10066 RTL-pattern, based on the output-template, is created to replace the old
10067 template.  Like in input-patterns, meanings of some RTL expressions are
10068 changed when they are used in output-patterns of a @code{define_subst}.
10069 Thus, @code{match_dup} is used for copying the whole expression from the
10070 original pattern, which matched corresponding @code{match_operand} from
10071 the input pattern.
10073 @code{match_dup N} is used in the output template to be replaced with
10074 the expression from the original pattern, which matched
10075 @code{match_operand N} from the input pattern.  As a consequence,
10076 @code{match_dup} cannot be used to point to @code{match_operand}s from
10077 the output pattern, it should always refer to a @code{match_operand}
10078 from the input pattern.
10080 In the output template one can refer to the expressions from the
10081 original pattern and create new ones.  For instance, some operands could
10082 be added by means of standard @code{match_operand}.
10084 After replacing @code{match_dup} with some RTL-subtree from the original
10085 pattern, it could happen that several @code{match_operand}s in the
10086 output pattern have the same indexes.  It is unknown, how many and what
10087 indexes would be used in the expression which would replace
10088 @code{match_dup}, so such conflicts in indexes are inevitable.  To
10089 overcome this issue, @code{match_operands} and @code{match_operators},
10090 which were introduced into the output pattern, are renumerated when all
10091 @code{match_dup}s are replaced.
10093 Number of alternatives in @code{match_operand}s introduced into the
10094 output template @code{M} could differ from the number of alternatives in
10095 the original pattern @code{N}, so in the resultant pattern there would
10096 be @code{N*M} alternatives.  Thus, constraints from the original pattern
10097 would be duplicated @code{N} times, constraints from the output pattern
10098 would be duplicated @code{M} times, producing all possible combinations.
10099 @end ifset
10101 @ifset INTERNALS
10102 @node Constant Definitions
10103 @section Constant Definitions
10104 @cindex constant definitions
10105 @findex define_constants
10107 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
10108 can be a maintenance problem.
10110 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
10111 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
10112 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
10113 if the corresponding value had been written instead.  You may use
10114 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
10115 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
10116 a different value.
10118 To come back to the a29k load multiple example, instead of
10120 @smallexample
10121 (define_insn ""
10122   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
10123      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
10124            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
10125       (use (reg:SI 179))
10126       (clobber (reg:SI 179))])]
10127   ""
10128   "loadm 0,0,%1,%2")
10129 @end smallexample
10131 You could write:
10133 @smallexample
10134 (define_constants [
10135     (R_BP 177)
10136     (R_FC 178)
10137     (R_CR 179)
10138     (R_Q  180)
10141 (define_insn ""
10142   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
10143      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
10144            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
10145       (use (reg:SI R_CR))
10146       (clobber (reg:SI R_CR))])]
10147   ""
10148   "loadm 0,0,%1,%2")
10149 @end smallexample
10151 The constants that are defined with a define_constant are also output
10152 in the insn-codes.h header file as #defines.
10154 @cindex enumerations
10155 @findex define_c_enum
10156 You can also use the machine description file to define enumerations.
10157 Like the constants defined by @code{define_constant}, these enumerations
10158 are visible to both the machine description file and the main C code.
10160 The syntax is as follows:
10162 @smallexample
10163 (define_c_enum "@var{name}" [
10164   @var{value0}
10165   @var{value1}
10166   @dots{}
10167   @var{valuen}
10169 @end smallexample
10171 This definition causes the equivalent of the following C code to appear
10172 in @file{insn-constants.h}:
10174 @smallexample
10175 enum @var{name} @{
10176   @var{value0} = 0,
10177   @var{value1} = 1,
10178   @dots{}
10179   @var{valuen} = @var{n}
10181 #define NUM_@var{cname}_VALUES (@var{n} + 1)
10182 @end smallexample
10184 where @var{cname} is the capitalized form of @var{name}.
10185 It also makes each @var{valuei} available in the machine description
10186 file, just as if it had been declared with:
10188 @smallexample
10189 (define_constants [(@var{valuei} @var{i})])
10190 @end smallexample
10192 Each @var{valuei} is usually an upper-case identifier and usually
10193 begins with @var{cname}.
10195 You can split the enumeration definition into as many statements as
10196 you like.  The above example is directly equivalent to:
10198 @smallexample
10199 (define_c_enum "@var{name}" [@var{value0}])
10200 (define_c_enum "@var{name}" [@var{value1}])
10201 @dots{}
10202 (define_c_enum "@var{name}" [@var{valuen}])
10203 @end smallexample
10205 Splitting the enumeration helps to improve the modularity of each
10206 individual @code{.md} file.  For example, if a port defines its
10207 synchronization instructions in a separate @file{sync.md} file,
10208 it is convenient to define all synchronization-specific enumeration
10209 values in @file{sync.md} rather than in the main @file{.md} file.
10211 Some enumeration names have special significance to GCC:
10213 @table @code
10214 @item unspecv
10215 @findex unspec_volatile
10216 If an enumeration called @code{unspecv} is defined, GCC will use it
10217 when printing out @code{unspec_volatile} expressions.  For example:
10219 @smallexample
10220 (define_c_enum "unspecv" [
10221   UNSPECV_BLOCKAGE
10223 @end smallexample
10225 causes GCC to print @samp{(unspec_volatile @dots{} 0)} as:
10227 @smallexample
10228 (unspec_volatile ... UNSPECV_BLOCKAGE)
10229 @end smallexample
10231 @item unspec
10232 @findex unspec
10233 If an enumeration called @code{unspec} is defined, GCC will use
10234 it when printing out @code{unspec} expressions.  GCC will also use
10235 it when printing out @code{unspec_volatile} expressions unless an
10236 @code{unspecv} enumeration is also defined.  You can therefore
10237 decide whether to keep separate enumerations for volatile and
10238 non-volatile expressions or whether to use the same enumeration
10239 for both.
10240 @end table
10242 @findex define_enum
10243 @anchor{define_enum}
10244 Another way of defining an enumeration is to use @code{define_enum}:
10246 @smallexample
10247 (define_enum "@var{name}" [
10248   @var{value0}
10249   @var{value1}
10250   @dots{}
10251   @var{valuen}
10253 @end smallexample
10255 This directive implies:
10257 @smallexample
10258 (define_c_enum "@var{name}" [
10259   @var{cname}_@var{cvalue0}
10260   @var{cname}_@var{cvalue1}
10261   @dots{}
10262   @var{cname}_@var{cvaluen}
10264 @end smallexample
10266 @findex define_enum_attr
10267 where @var{cvaluei} is the capitalized form of @var{valuei}.
10268 However, unlike @code{define_c_enum}, the enumerations defined
10269 by @code{define_enum} can be used in attribute specifications
10270 (@pxref{define_enum_attr}).
10271 @end ifset
10272 @ifset INTERNALS
10273 @node Iterators
10274 @section Iterators
10275 @cindex iterators in @file{.md} files
10277 Ports often need to define similar patterns for more than one machine
10278 mode or for more than one rtx code.  GCC provides some simple iterator
10279 facilities to make this process easier.
10281 @menu
10282 * Mode Iterators::         Generating variations of patterns for different modes.
10283 * Code Iterators::         Doing the same for codes.
10284 * Int Iterators::          Doing the same for integers.
10285 * Subst Iterators::        Generating variations of patterns for define_subst.
10286 @end menu
10288 @node Mode Iterators
10289 @subsection Mode Iterators
10290 @cindex mode iterators in @file{.md} files
10292 Ports often need to define similar patterns for two or more different modes.
10293 For example:
10295 @itemize @bullet
10296 @item
10297 If a processor has hardware support for both single and double
10298 floating-point arithmetic, the @code{SFmode} patterns tend to be
10299 very similar to the @code{DFmode} ones.
10301 @item
10302 If a port uses @code{SImode} pointers in one configuration and
10303 @code{DImode} pointers in another, it will usually have very similar
10304 @code{SImode} and @code{DImode} patterns for manipulating pointers.
10305 @end itemize
10307 Mode iterators allow several patterns to be instantiated from one
10308 @file{.md} file template.  They can be used with any type of
10309 rtx-based construct, such as a @code{define_insn},
10310 @code{define_split}, or @code{define_peephole2}.
10312 @menu
10313 * Defining Mode Iterators:: Defining a new mode iterator.
10314 * Substitutions::           Combining mode iterators with substitutions
10315 * Examples::                Examples
10316 @end menu
10318 @node Defining Mode Iterators
10319 @subsubsection Defining Mode Iterators
10320 @findex define_mode_iterator
10322 The syntax for defining a mode iterator is:
10324 @smallexample
10325 (define_mode_iterator @var{name} [(@var{mode1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{moden} "@var{condn}")])
10326 @end smallexample
10328 This allows subsequent @file{.md} file constructs to use the mode suffix
10329 @code{:@var{name}}.  Every construct that does so will be expanded
10330 @var{n} times, once with every use of @code{:@var{name}} replaced by
10331 @code{:@var{mode1}}, once with every use replaced by @code{:@var{mode2}},
10332 and so on.  In the expansion for a particular @var{modei}, every
10333 C condition will also require that @var{condi} be true.
10335 For example:
10337 @smallexample
10338 (define_mode_iterator P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
10339 @end smallexample
10341 defines a new mode suffix @code{:P}.  Every construct that uses
10342 @code{:P} will be expanded twice, once with every @code{:P} replaced
10343 by @code{:SI} and once with every @code{:P} replaced by @code{:DI}.
10344 The @code{:SI} version will only apply if @code{Pmode == SImode} and
10345 the @code{:DI} version will only apply if @code{Pmode == DImode}.
10347 As with other @file{.md} conditions, an empty string is treated
10348 as ``always true''.  @code{(@var{mode} "")} can also be abbreviated
10349 to @code{@var{mode}}.  For example:
10351 @smallexample
10352 (define_mode_iterator GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
10353 @end smallexample
10355 means that the @code{:DI} expansion only applies if @code{TARGET_64BIT}
10356 but that the @code{:SI} expansion has no such constraint.
10358 Iterators are applied in the order they are defined.  This can be
10359 significant if two iterators are used in a construct that requires
10360 substitutions.  @xref{Substitutions}.
10362 @node Substitutions
10363 @subsubsection Substitution in Mode Iterators
10364 @findex define_mode_attr
10366 If an @file{.md} file construct uses mode iterators, each version of the
10367 construct will often need slightly different strings or modes.  For
10368 example:
10370 @itemize @bullet
10371 @item
10372 When a @code{define_expand} defines several @code{add@var{m}3} patterns
10373 (@pxref{Standard Names}), each expander will need to use the
10374 appropriate mode name for @var{m}.
10376 @item
10377 When a @code{define_insn} defines several instruction patterns,
10378 each instruction will often use a different assembler mnemonic.
10380 @item
10381 When a @code{define_insn} requires operands with different modes,
10382 using an iterator for one of the operand modes usually requires a specific
10383 mode for the other operand(s).
10384 @end itemize
10386 GCC supports such variations through a system of ``mode attributes''.
10387 There are two standard attributes: @code{mode}, which is the name of
10388 the mode in lower case, and @code{MODE}, which is the same thing in
10389 upper case.  You can define other attributes using:
10391 @smallexample
10392 (define_mode_attr @var{name} [(@var{mode1} "@var{value1}") @dots{} (@var{moden} "@var{valuen}")])
10393 @end smallexample
10395 where @var{name} is the name of the attribute and @var{valuei}
10396 is the value associated with @var{modei}.
10398 When GCC replaces some @var{:iterator} with @var{:mode}, it will scan
10399 each string and mode in the pattern for sequences of the form
10400 @code{<@var{iterator}:@var{attr}>}, where @var{attr} is the name of a
10401 mode attribute.  If the attribute is defined for @var{mode}, the whole
10402 @code{<@dots{}>} sequence will be replaced by the appropriate attribute
10403 value.
10405 For example, suppose an @file{.md} file has:
10407 @smallexample
10408 (define_mode_iterator P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
10409 (define_mode_attr load [(SI "lw") (DI "ld")])
10410 @end smallexample
10412 If one of the patterns that uses @code{:P} contains the string
10413 @code{"<P:load>\t%0,%1"}, the @code{SI} version of that pattern
10414 will use @code{"lw\t%0,%1"} and the @code{DI} version will use
10415 @code{"ld\t%0,%1"}.
10417 Here is an example of using an attribute for a mode:
10419 @smallexample
10420 (define_mode_iterator LONG [SI DI])
10421 (define_mode_attr SHORT [(SI "HI") (DI "SI")])
10422 (define_insn @dots{}
10423   (sign_extend:LONG (match_operand:<LONG:SHORT> @dots{})) @dots{})
10424 @end smallexample
10426 The @code{@var{iterator}:} prefix may be omitted, in which case the
10427 substitution will be attempted for every iterator expansion.
10429 @node Examples
10430 @subsubsection Mode Iterator Examples
10432 Here is an example from the MIPS port.  It defines the following
10433 modes and attributes (among others):
10435 @smallexample
10436 (define_mode_iterator GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
10437 (define_mode_attr d [(SI "") (DI "d")])
10438 @end smallexample
10440 and uses the following template to define both @code{subsi3}
10441 and @code{subdi3}:
10443 @smallexample
10444 (define_insn "sub<mode>3"
10445   [(set (match_operand:GPR 0 "register_operand" "=d")
10446         (minus:GPR (match_operand:GPR 1 "register_operand" "d")
10447                    (match_operand:GPR 2 "register_operand" "d")))]
10448   ""
10449   "<d>subu\t%0,%1,%2"
10450   [(set_attr "type" "arith")
10451    (set_attr "mode" "<MODE>")])
10452 @end smallexample
10454 This is exactly equivalent to:
10456 @smallexample
10457 (define_insn "subsi3"
10458   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=d")
10459         (minus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "d")
10460                   (match_operand:SI 2 "register_operand" "d")))]
10461   ""
10462   "subu\t%0,%1,%2"
10463   [(set_attr "type" "arith")
10464    (set_attr "mode" "SI")])
10466 (define_insn "subdi3"
10467   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
10468         (minus:DI (match_operand:DI 1 "register_operand" "d")
10469                   (match_operand:DI 2 "register_operand" "d")))]
10470   ""
10471   "dsubu\t%0,%1,%2"
10472   [(set_attr "type" "arith")
10473    (set_attr "mode" "DI")])
10474 @end smallexample
10476 @node Code Iterators
10477 @subsection Code Iterators
10478 @cindex code iterators in @file{.md} files
10479 @findex define_code_iterator
10480 @findex define_code_attr
10482 Code iterators operate in a similar way to mode iterators.  @xref{Mode Iterators}.
10484 The construct:
10486 @smallexample
10487 (define_code_iterator @var{name} [(@var{code1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{coden} "@var{condn}")])
10488 @end smallexample
10490 defines a pseudo rtx code @var{name} that can be instantiated as
10491 @var{codei} if condition @var{condi} is true.  Each @var{codei}
10492 must have the same rtx format.  @xref{RTL Classes}.
10494 As with mode iterators, each pattern that uses @var{name} will be
10495 expanded @var{n} times, once with all uses of @var{name} replaced by
10496 @var{code1}, once with all uses replaced by @var{code2}, and so on.
10497 @xref{Defining Mode Iterators}.
10499 It is possible to define attributes for codes as well as for modes.
10500 There are two standard code attributes: @code{code}, the name of the
10501 code in lower case, and @code{CODE}, the name of the code in upper case.
10502 Other attributes are defined using:
10504 @smallexample
10505 (define_code_attr @var{name} [(@var{code1} "@var{value1}") @dots{} (@var{coden} "@var{valuen}")])
10506 @end smallexample
10508 Here's an example of code iterators in action, taken from the MIPS port:
10510 @smallexample
10511 (define_code_iterator any_cond [unordered ordered unlt unge uneq ltgt unle ungt
10512                                 eq ne gt ge lt le gtu geu ltu leu])
10514 (define_expand "b<code>"
10515   [(set (pc)
10516         (if_then_else (any_cond:CC (cc0)
10517                                    (const_int 0))
10518                       (label_ref (match_operand 0 ""))
10519                       (pc)))]
10520   ""
10522   gen_conditional_branch (operands, <CODE>);
10523   DONE;
10525 @end smallexample
10527 This is equivalent to:
10529 @smallexample
10530 (define_expand "bunordered"
10531   [(set (pc)
10532         (if_then_else (unordered:CC (cc0)
10533                                     (const_int 0))
10534                       (label_ref (match_operand 0 ""))
10535                       (pc)))]
10536   ""
10538   gen_conditional_branch (operands, UNORDERED);
10539   DONE;
10542 (define_expand "bordered"
10543   [(set (pc)
10544         (if_then_else (ordered:CC (cc0)
10545                                   (const_int 0))
10546                       (label_ref (match_operand 0 ""))
10547                       (pc)))]
10548   ""
10550   gen_conditional_branch (operands, ORDERED);
10551   DONE;
10554 @dots{}
10555 @end smallexample
10557 @node Int Iterators
10558 @subsection Int Iterators
10559 @cindex int iterators in @file{.md} files
10560 @findex define_int_iterator
10561 @findex define_int_attr
10563 Int iterators operate in a similar way to code iterators.  @xref{Code Iterators}.
10565 The construct:
10567 @smallexample
10568 (define_int_iterator @var{name} [(@var{int1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{intn} "@var{condn}")])
10569 @end smallexample
10571 defines a pseudo integer constant @var{name} that can be instantiated as
10572 @var{inti} if condition @var{condi} is true.  Each @var{int}
10573 must have the same rtx format.  @xref{RTL Classes}. Int iterators can appear
10574 in only those rtx fields that have 'i' as the specifier. This means that
10575 each @var{int} has to be a constant defined using define_constant or
10576 define_c_enum.
10578 As with mode and code iterators, each pattern that uses @var{name} will be
10579 expanded @var{n} times, once with all uses of @var{name} replaced by
10580 @var{int1}, once with all uses replaced by @var{int2}, and so on.
10581 @xref{Defining Mode Iterators}.
10583 It is possible to define attributes for ints as well as for codes and modes.
10584 Attributes are defined using:
10586 @smallexample
10587 (define_int_attr @var{name} [(@var{int1} "@var{value1}") @dots{} (@var{intn} "@var{valuen}")])
10588 @end smallexample
10590 Here's an example of int iterators in action, taken from the ARM port:
10592 @smallexample
10593 (define_int_iterator QABSNEG [UNSPEC_VQABS UNSPEC_VQNEG])
10595 (define_int_attr absneg [(UNSPEC_VQABS "abs") (UNSPEC_VQNEG "neg")])
10597 (define_insn "neon_vq<absneg><mode>"
10598   [(set (match_operand:VDQIW 0 "s_register_operand" "=w")
10599         (unspec:VDQIW [(match_operand:VDQIW 1 "s_register_operand" "w")
10600                        (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "i")]
10601                       QABSNEG))]
10602   "TARGET_NEON"
10603   "vq<absneg>.<V_s_elem>\t%<V_reg>0, %<V_reg>1"
10604   [(set_attr "type" "neon_vqneg_vqabs")]
10607 @end smallexample
10609 This is equivalent to:
10611 @smallexample
10612 (define_insn "neon_vqabs<mode>"
10613   [(set (match_operand:VDQIW 0 "s_register_operand" "=w")
10614         (unspec:VDQIW [(match_operand:VDQIW 1 "s_register_operand" "w")
10615                        (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "i")]
10616                       UNSPEC_VQABS))]
10617   "TARGET_NEON"
10618   "vqabs.<V_s_elem>\t%<V_reg>0, %<V_reg>1"
10619   [(set_attr "type" "neon_vqneg_vqabs")]
10622 (define_insn "neon_vqneg<mode>"
10623   [(set (match_operand:VDQIW 0 "s_register_operand" "=w")
10624         (unspec:VDQIW [(match_operand:VDQIW 1 "s_register_operand" "w")
10625                        (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "i")]
10626                       UNSPEC_VQNEG))]
10627   "TARGET_NEON"
10628   "vqneg.<V_s_elem>\t%<V_reg>0, %<V_reg>1"
10629   [(set_attr "type" "neon_vqneg_vqabs")]
10632 @end smallexample
10634 @node Subst Iterators
10635 @subsection Subst Iterators
10636 @cindex subst iterators in @file{.md} files
10637 @findex define_subst
10638 @findex define_subst_attr
10640 Subst iterators are special type of iterators with the following
10641 restrictions: they could not be declared explicitly, they always have
10642 only two values, and they do not have explicit dedicated name.
10643 Subst-iterators are triggered only when corresponding subst-attribute is
10644 used in RTL-pattern.
10646 Subst iterators transform templates in the following way: the templates
10647 are duplicated, the subst-attributes in these templates are replaced
10648 with the corresponding values, and a new attribute is implicitly added
10649 to the given @code{define_insn}/@code{define_expand}.  The name of the
10650 added attribute matches the name of @code{define_subst}.  Such
10651 attributes are declared implicitly, and it is not allowed to have a
10652 @code{define_attr} named as a @code{define_subst}.
10654 Each subst iterator is linked to a @code{define_subst}.  It is declared
10655 implicitly by the first appearance of the corresponding
10656 @code{define_subst_attr}, and it is not allowed to define it explicitly.
10658 Declarations of subst-attributes have the following syntax:
10660 @findex define_subst_attr
10661 @smallexample
10662 (define_subst_attr "@var{name}"
10663   "@var{subst-name}"
10664   "@var{no-subst-value}"
10665   "@var{subst-applied-value}")
10666 @end smallexample
10668 @var{name} is a string with which the given subst-attribute could be
10669 referred to.
10671 @var{subst-name} shows which @code{define_subst} should be applied to an
10672 RTL-template if the given subst-attribute is present in the
10673 RTL-template.
10675 @var{no-subst-value} is a value with which subst-attribute would be
10676 replaced in the first copy of the original RTL-template.
10678 @var{subst-applied-value} is a value with which subst-attribute would be
10679 replaced in the second copy of the original RTL-template.
10681 @end ifset