Update Copyright years for files modified in 2010.
[official-gcc.git] / gcc / doc / md.texi
blob0890423c5413b808cbf1dd03fc5d38f4923cd524
1 @c Copyright (C) 1988, 1989, 1992, 1993, 1994, 1996, 1998, 1999, 2000, 2001,
2 @c 2002, 2003, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009, 2010
3 @c Free Software Foundation, Inc.
4 @c This is part of the GCC manual.
5 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
7 @ifset INTERNALS
8 @node Machine Desc
9 @chapter Machine Descriptions
10 @cindex machine descriptions
12 A machine description has two parts: a file of instruction patterns
13 (@file{.md} file) and a C header file of macro definitions.
15 The @file{.md} file for a target machine contains a pattern for each
16 instruction that the target machine supports (or at least each instruction
17 that is worth telling the compiler about).  It may also contain comments.
18 A semicolon causes the rest of the line to be a comment, unless the semicolon
19 is inside a quoted string.
21 See the next chapter for information on the C header file.
23 @menu
24 * Overview::            How the machine description is used.
25 * Patterns::            How to write instruction patterns.
26 * Example::             An explained example of a @code{define_insn} pattern.
27 * RTL Template::        The RTL template defines what insns match a pattern.
28 * Output Template::     The output template says how to make assembler code
29                         from such an insn.
30 * Output Statement::    For more generality, write C code to output
31                         the assembler code.
32 * Predicates::          Controlling what kinds of operands can be used
33                         for an insn.
34 * Constraints::         Fine-tuning operand selection.
35 * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
36 * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
37 * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
38 * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
39 * Looping Patterns::    How to define patterns for special looping insns.
40 * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
41 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
42                         for a standard operation.
43 * Insn Splitting::      Splitting Instructions into Multiple Instructions.
44 * Including Patterns::  Including Patterns in Machine Descriptions.
45 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
46 * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
47 * Conditional Execution::Generating @code{define_insn} patterns for
48                          predication.
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 Each instruction pattern contains an incomplete RTL expression, with pieces
109 to be filled in later, operand constraints that restrict how the pieces can
110 be filled in, and an output pattern or C code to generate the assembler
111 output, all wrapped up in a @code{define_insn} expression.
113 A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
115 @enumerate
116 @item
117 An optional name.  The presence of a name indicate that this instruction
118 pattern can perform a certain standard job for the RTL-generation
119 pass of the compiler.  This pass knows certain names and will use
120 the instruction patterns with those names, if the names are defined
121 in the machine description.
123 The absence of a name is indicated by writing an empty string
124 where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
125 used for generating RTL code, but they may permit several simpler insns
126 to be combined later on.
128 Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
129 effect; they are equivalent to no name at all.
131 For the purpose of debugging the compiler, you may also specify a
132 name beginning with the @samp{*} character.  Such a name is used only
133 for identifying the instruction in RTL dumps; it is entirely equivalent
134 to having a nameless pattern for all other purposes.
136 @item
137 The @dfn{RTL template} (@pxref{RTL Template}) is a vector of incomplete
138 RTL expressions which show what the instruction should look like.  It is
139 incomplete because it may contain @code{match_operand},
140 @code{match_operator}, and @code{match_dup} expressions that stand for
141 operands of the instruction.
143 If the vector has only one element, that element is the template for the
144 instruction pattern.  If the vector has multiple elements, then the
145 instruction pattern is a @code{parallel} expression containing the
146 elements described.
148 @item
149 @cindex pattern conditions
150 @cindex conditions, in patterns
151 A condition.  This is a string which contains a C expression that is
152 the final test to decide whether an insn body matches this pattern.
154 @cindex named patterns and conditions
155 For a named pattern, the condition (if present) may not depend on
156 the data in the insn being matched, but only the target-machine-type
157 flags.  The compiler needs to test these conditions during
158 initialization in order to learn exactly which named instructions are
159 available in a particular run.
161 @findex operands
162 For nameless patterns, the condition is applied only when matching an
163 individual insn, and only after the insn has matched the pattern's
164 recognition template.  The insn's operands may be found in the vector
165 @code{operands}.  For an insn where the condition has once matched, it
166 can't be used to control register allocation, for example by excluding
167 certain hard registers or hard register combinations.
169 @item
170 The @dfn{output template}: a string that says how to output matching
171 insns as assembler code.  @samp{%} in this string specifies where
172 to substitute the value of an operand.  @xref{Output Template}.
174 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
175 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
177 @item
178 Optionally, a vector containing the values of attributes for insns matching
179 this pattern.  @xref{Insn Attributes}.
180 @end enumerate
182 @node Example
183 @section Example of @code{define_insn}
184 @cindex @code{define_insn} example
186 Here is an actual example of an instruction pattern, for the 68000/68020.
188 @smallexample
189 (define_insn "tstsi"
190   [(set (cc0)
191         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
192   ""
193   "*
195   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
196     return \"tstl %0\";
197   return \"cmpl #0,%0\";
198 @}")
199 @end smallexample
201 @noindent
202 This can also be written using braced strings:
204 @smallexample
205 (define_insn "tstsi"
206   [(set (cc0)
207         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
208   ""
210   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
211     return "tstl %0";
212   return "cmpl #0,%0";
214 @end smallexample
216 This is an instruction that sets the condition codes based on the value of
217 a general operand.  It has no condition, so any insn whose RTL description
218 has the form shown may be handled according to this pattern.  The name
219 @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL generation
220 pass that, when it is necessary to test such a value, an insn to do so
221 can be constructed using this pattern.
223 The output control string is a piece of C code which chooses which
224 output template to return based on the kind of operand and the specific
225 type of CPU for which code is being generated.
227 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
229 @node RTL Template
230 @section RTL Template
231 @cindex RTL insn template
232 @cindex generating insns
233 @cindex insns, generating
234 @cindex recognizing insns
235 @cindex insns, recognizing
237 The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
238 and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
239 says how to construct an insn from specified operands.
241 Construction involves substituting specified operands into a copy of the
242 template.  Matching involves determining the values that serve as the
243 operands in the insn being matched.  Both of these activities are
244 controlled by special expression types that direct matching and
245 substitution of the operands.
247 @table @code
248 @findex match_operand
249 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
250 This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
251 the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
252 will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
253 appears at this position in the insn will be taken as operand
254 number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
255 pattern will not match at all.
257 Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
258 each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
259 expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
260 are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
261 expressions.  In the case of a @code{define_expand}, any operand numbers
262 used only in @code{match_dup} expressions have higher values than all
263 other operand numbers.
265 @var{predicate} is a string that is the name of a function that
266 accepts two arguments, an expression and a machine mode.
267 @xref{Predicates}.  During matching, the function will be called with
268 the putative operand as the expression and @var{m} as the mode
269 argument (if @var{m} is not specified, @code{VOIDmode} will be used,
270 which normally causes @var{predicate} to accept any mode).  If it
271 returns zero, this instruction pattern fails to match.
272 @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be
273 done on the operand, so anything which occurs in this position is
274 valid.
276 Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
277 not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
278 @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
279 Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
280 @code{VOIDmode}.
282 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
283 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
284 If the constraint would be an empty string, it can be omitted.
286 People are often unclear on the difference between the constraint and the
287 predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
288 pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
289 controls various decisions in the case of an insn which does match.
291 @findex match_scratch
292 @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
293 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
294 and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
295 expression.
297 When matching patterns, this is equivalent to
299 @smallexample
300 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{pred})
301 @end smallexample
303 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
304 expression.
306 If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
307 expressions whose operands are either a hard register or
308 @code{match_scratch}, the combiner can add or delete them when
309 necessary.  @xref{Side Effects}.
311 @findex match_dup
312 @item (match_dup @var{n})
313 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
314 It is used when the operand needs to appear more than once in the
315 insn.
317 In construction, @code{match_dup} acts just like @code{match_operand}:
318 the operand is substituted into the insn being constructed.  But in
319 matching, @code{match_dup} behaves differently.  It assumes that operand
320 number @var{n} has already been determined by a @code{match_operand}
321 appearing earlier in the recognition template, and it matches only an
322 identical-looking expression.
324 Note that @code{match_dup} should not be used to tell the compiler that
325 a particular register is being used for two operands (example:
326 @code{add} that adds one register to another; the second register is
327 both an input operand and the output operand).  Use a matching
328 constraint (@pxref{Simple Constraints}) for those.  @code{match_dup} is for the cases where one
329 operand is used in two places in the template, such as an instruction
330 that computes both a quotient and a remainder, where the opcode takes
331 two input operands but the RTL template has to refer to each of those
332 twice; once for the quotient pattern and once for the remainder pattern.
334 @findex match_operator
335 @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
336 This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
337 code.
339 When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
340 expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
341 operands are constructed from the patterns @var{operands}.
343 When matching an expression, it matches an expression if the function
344 @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
345 patterns @var{operands} match the operands of the expression.
347 Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
348 follows, to match any expression whose operator is one of the
349 commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
351 @smallexample
353 commutative_integer_operator (x, mode)
354      rtx x;
355      enum machine_mode mode;
357   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
358   if (GET_MODE (x) != mode)
359     return 0;
360   return (GET_RTX_CLASS (code) == RTX_COMM_ARITH
361           || code == EQ || code == NE);
363 @end smallexample
365 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
366 of a commutative operator applied to two general operands:
368 @smallexample
369 (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
370   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
371    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
372 @end smallexample
374 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
375 because the expressions to be matched all contain two operands.
377 When this pattern does match, the two operands of the commutative
378 operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
379 by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
380 will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
381 (operands[3])} to see which commutative operator was used.
383 The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
384 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
385 predicate function, and that function is solely responsible for
386 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
388 When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
389 the operation (i.e.@: the expression code) for the expression to be
390 made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
391 into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
392 gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
393 only its expression code matters.
395 When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
396 it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
397 is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
398 register allocation because the register allocator often looks at
399 operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
401 There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
402 operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
403 never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
404 However, if parts of its @var{operands} are matched by
405 @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
406 their own.
408 @findex match_op_dup
409 @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
410 Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
411 operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
412 substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
413 differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
414 determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
415 recognition template, and it matches only an identical-looking
416 expression.
418 @findex match_parallel
419 @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
420 This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
421 @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
422 expression should only appear at the top level of an insn pattern.
424 When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
425 this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
426 is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
427 vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
428 @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
429 @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
430 @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
431 of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
432 those listed in the @code{match_parallel}.
434 A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
435 multiple expressions, which can contain a variable number of elements
436 in a @code{parallel}.  For example,
438 @smallexample
439 (define_insn ""
440   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
441      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
442            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
443       (use (reg:SI 179))
444       (clobber (reg:SI 179))])]
445   ""
446   "loadm 0,0,%1,%2")
447 @end smallexample
449 This example comes from @file{a29k.md}.  The function
450 @code{load_multiple_operation} is defined in @file{a29k.c} and checks
451 that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
452 @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
453 registers and memory locations.
455 An insn that matches this pattern might look like:
457 @smallexample
458 (parallel
459  [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
460   (use (reg:SI 179))
461   (clobber (reg:SI 179))
462   (set (reg:SI 21)
463        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
464                         (const_int 4))))
465   (set (reg:SI 22)
466        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
467                         (const_int 8))))])
468 @end smallexample
470 @findex match_par_dup
471 @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
472 Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
473 @code{match_operator}.
475 @end table
477 @node Output Template
478 @section Output Templates and Operand Substitution
479 @cindex output templates
480 @cindex operand substitution
482 @cindex @samp{%} in template
483 @cindex percent sign
484 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
485 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
486 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
487 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
488 identify places where different variants of the assembler require
489 different syntax.
491 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
492 operand @var{n} at that point in the string.
494 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
495 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
496 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
497 additional letters with nonstandard meanings.
499 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
500 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
501 operand.
503 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
504 the constant is negated before printing.
506 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
507 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
508 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
509 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
510 as if it were a memory reference.
512 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
513 instruction.
515 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
516 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
517 referred to more than once in a single template that generates multiple
518 assembler instructions.
520 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
521 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
522 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
523 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
524 which punctuation characters are valid with the
525 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
527 @cindex \
528 @cindex backslash
529 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
530 for the instructions, with @samp{\;} between them.
532 @cindex matching operands
533 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
534 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
535 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
536 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
537 operand.
539 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
540 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
541 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
542 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
543 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
544 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
545 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
546 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
547 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
548 it to do nothing.
550 @cindex @code{#} in template
551 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
552 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
553 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
554 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
555 multiple assembler instructions, and there is a matching @code{define_split}
556 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
557 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
558 instructions.
560 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
561 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
562 describe multiple variants of assembler language syntax.
563 @xref{Instruction Output}.
565 @node Output Statement
566 @section C Statements for Assembler Output
567 @cindex output statements
568 @cindex C statements for assembler output
569 @cindex generating assembler output
571 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
572 assembler code for all the cases that are recognized by a single
573 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
574 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
575 machine instructions.
577 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
578 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
579 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
580 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
581 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
582 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
583 might write this pattern:
585 @smallexample
586 (define_insn "addsi3"
587   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
588         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
589                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
590   ""
591   "@@
592    addr %2,%0
593    addm %2,%0")
594 @end smallexample
596 @cindex @code{*} in template
597 @cindex asterisk in template
598 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
599 output template but rather a piece of C program that should compute a
600 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
601 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
602 require doublequote characters to delimit them.  To include these
603 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
605 If the output control string is written as a brace block instead of a
606 double-quoted string, it is automatically assumed to be C code.  In that
607 case, it is not necessary to put in a leading asterisk, or to escape the
608 doublequotes surrounding C string literals.
610 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
611 is @code{rtx []}.
613 It is very common to select different ways of generating assembler code
614 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
615 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
616 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
617 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
618 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
619 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
620 values of those bits.
622 @findex output_asm_insn
623 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
624 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
625 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
626 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
627 that you declare locally and initialize yourself.
629 @findex which_alternative
630 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
631 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
632 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
633 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
634 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
635 etc.).
637 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
638 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
639 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
641 @smallexample
642 (define_insn ""
643   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
644         (const_int 0))]
645   ""
646   @{
647   return (which_alternative == 0
648           ? "clrreg %0" : "clrmem %0");
649   @})
650 @end smallexample
652 The example above, where the assembler code to generate was
653 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
654 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
656 @smallexample
657 @group
658 (define_insn ""
659   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
660         (const_int 0))]
661   ""
662   "@@
663    clrreg %0
664    clrmem %0")
665 @end group
666 @end smallexample
668 @node Predicates
669 @section Predicates
670 @cindex predicates
671 @cindex operand predicates
672 @cindex operator predicates
674 A predicate determines whether a @code{match_operand} or
675 @code{match_operator} expression matches, and therefore whether the
676 surrounding instruction pattern will be used for that combination of
677 operands.  GCC has a number of machine-independent predicates, and you
678 can define machine-specific predicates as needed.  By convention,
679 predicates used with @code{match_operand} have names that end in
680 @samp{_operand}, and those used with @code{match_operator} have names
681 that end in @samp{_operator}.
683 All predicates are Boolean functions (in the mathematical sense) of
684 two arguments: the RTL expression that is being considered at that
685 position in the instruction pattern, and the machine mode that the
686 @code{match_operand} or @code{match_operator} specifies.  In this
687 section, the first argument is called @var{op} and the second argument
688 @var{mode}.  Predicates can be called from C as ordinary two-argument
689 functions; this can be useful in output templates or other
690 machine-specific code.
692 Operand predicates can allow operands that are not actually acceptable
693 to the hardware, as long as the constraints give reload the ability to
694 fix them up (@pxref{Constraints}).  However, GCC will usually generate
695 better code if the predicates specify the requirements of the machine
696 instructions as closely as possible.  Reload cannot fix up operands
697 that must be constants (``immediate operands''); you must use a
698 predicate that allows only constants, or else enforce the requirement
699 in the extra condition.
701 @cindex predicates and machine modes
702 @cindex normal predicates
703 @cindex special predicates
704 Most predicates handle their @var{mode} argument in a uniform manner.
705 If @var{mode} is @code{VOIDmode} (unspecified), then @var{op} can have
706 any mode.  If @var{mode} is anything else, then @var{op} must have the
707 same mode, unless @var{op} is a @code{CONST_INT} or integer
708 @code{CONST_DOUBLE}.  These RTL expressions always have
709 @code{VOIDmode}, so it would be counterproductive to check that their
710 mode matches.  Instead, predicates that accept @code{CONST_INT} and/or
711 integer @code{CONST_DOUBLE} check that the value stored in the
712 constant will fit in the requested mode.
714 Predicates with this behavior are called @dfn{normal}.
715 @command{genrecog} can optimize the instruction recognizer based on
716 knowledge of how normal predicates treat modes.  It can also diagnose
717 certain kinds of common errors in the use of normal predicates; for
718 instance, it is almost always an error to use a normal predicate
719 without specifying a mode.
721 Predicates that do something different with their @var{mode} argument
722 are called @dfn{special}.  The generic predicates
723 @code{address_operand} and @code{pmode_register_operand} are special
724 predicates.  @command{genrecog} does not do any optimizations or
725 diagnosis when special predicates are used.
727 @menu
728 * Machine-Independent Predicates::  Predicates available to all back ends.
729 * Defining Predicates::             How to write machine-specific predicate
730                                     functions.
731 @end menu
733 @node Machine-Independent Predicates
734 @subsection Machine-Independent Predicates
735 @cindex machine-independent predicates
736 @cindex generic predicates
738 These are the generic predicates available to all back ends.  They are
739 defined in @file{recog.c}.  The first category of predicates allow
740 only constant, or @dfn{immediate}, operands.
742 @defun immediate_operand
743 This predicate allows any sort of constant that fits in @var{mode}.
744 It is an appropriate choice for instructions that take operands that
745 must be constant.
746 @end defun
748 @defun const_int_operand
749 This predicate allows any @code{CONST_INT} expression that fits in
750 @var{mode}.  It is an appropriate choice for an immediate operand that
751 does not allow a symbol or label.
752 @end defun
754 @defun const_double_operand
755 This predicate accepts any @code{CONST_DOUBLE} expression that has
756 exactly @var{mode}.  If @var{mode} is @code{VOIDmode}, it will also
757 accept @code{CONST_INT}.  It is intended for immediate floating point
758 constants.
759 @end defun
761 @noindent
762 The second category of predicates allow only some kind of machine
763 register.
765 @defun register_operand
766 This predicate allows any @code{REG} or @code{SUBREG} expression that
767 is valid for @var{mode}.  It is often suitable for arithmetic
768 instruction operands on a RISC machine.
769 @end defun
771 @defun pmode_register_operand
772 This is a slight variant on @code{register_operand} which works around
773 a limitation in the machine-description reader.
775 @smallexample
776 (match_operand @var{n} "pmode_register_operand" @var{constraint})
777 @end smallexample
779 @noindent
780 means exactly what
782 @smallexample
783 (match_operand:P @var{n} "register_operand" @var{constraint})
784 @end smallexample
786 @noindent
787 would mean, if the machine-description reader accepted @samp{:P}
788 mode suffixes.  Unfortunately, it cannot, because @code{Pmode} is an
789 alias for some other mode, and might vary with machine-specific
790 options.  @xref{Misc}.
791 @end defun
793 @defun scratch_operand
794 This predicate allows hard registers and @code{SCRATCH} expressions,
795 but not pseudo-registers.  It is used internally by @code{match_scratch};
796 it should not be used directly.
797 @end defun
799 @noindent
800 The third category of predicates allow only some kind of memory reference.
802 @defun memory_operand
803 This predicate allows any valid reference to a quantity of mode
804 @var{mode} in memory, as determined by the weak form of
805 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS} (@pxref{Addressing Modes}).
806 @end defun
808 @defun address_operand
809 This predicate is a little unusual; it allows any operand that is a
810 valid expression for the @emph{address} of a quantity of mode
811 @var{mode}, again determined by the weak form of
812 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS}.  To first order, if
813 @samp{@w{(mem:@var{mode} (@var{exp}))}} is acceptable to
814 @code{memory_operand}, then @var{exp} is acceptable to
815 @code{address_operand}.  Note that @var{exp} does not necessarily have
816 the mode @var{mode}.
817 @end defun
819 @defun indirect_operand
820 This is a stricter form of @code{memory_operand} which allows only
821 memory references with a @code{general_operand} as the address
822 expression.  New uses of this predicate are discouraged, because
823 @code{general_operand} is very permissive, so it's hard to tell what
824 an @code{indirect_operand} does or does not allow.  If a target has
825 different requirements for memory operands for different instructions,
826 it is better to define target-specific predicates which enforce the
827 hardware's requirements explicitly.
828 @end defun
830 @defun push_operand
831 This predicate allows a memory reference suitable for pushing a value
832 onto the stack.  This will be a @code{MEM} which refers to
833 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address expression
834 (@pxref{Incdec}); which one is determined by the
835 @code{STACK_PUSH_CODE} macro (@pxref{Frame Layout}).
836 @end defun
838 @defun pop_operand
839 This predicate allows a memory reference suitable for popping a value
840 off the stack.  Again, this will be a @code{MEM} referring to
841 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address
842 expression.  However, this time @code{STACK_POP_CODE} is expected.
843 @end defun
845 @noindent
846 The fourth category of predicates allow some combination of the above
847 operands.
849 @defun nonmemory_operand
850 This predicate allows any immediate or register operand valid for @var{mode}.
851 @end defun
853 @defun nonimmediate_operand
854 This predicate allows any register or memory operand valid for @var{mode}.
855 @end defun
857 @defun general_operand
858 This predicate allows any immediate, register, or memory operand
859 valid for @var{mode}.
860 @end defun
862 @noindent
863 Finally, there are two generic operator predicates.
865 @defun comparison_operator
866 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
867 comparison in @var{mode}; that is, @code{COMPARISON_P} is true for the
868 expression code.
869 @end defun
871 @defun ordered_comparison_operator
872 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
873 comparison in @var{mode} and whose expression code is valid for integer
874 modes; that is, the expression code will be one of @code{eq}, @code{ne},
875 @code{lt}, @code{ltu}, @code{le}, @code{leu}, @code{gt}, @code{gtu},
876 @code{ge}, @code{geu}.
877 @end defun
879 @node Defining Predicates
880 @subsection Defining Machine-Specific Predicates
881 @cindex defining predicates
882 @findex define_predicate
883 @findex define_special_predicate
885 Many machines have requirements for their operands that cannot be
886 expressed precisely using the generic predicates.  You can define
887 additional predicates using @code{define_predicate} and
888 @code{define_special_predicate} expressions.  These expressions have
889 three operands:
891 @itemize @bullet
892 @item
893 The name of the predicate, as it will be referred to in
894 @code{match_operand} or @code{match_operator} expressions.
896 @item
897 An RTL expression which evaluates to true if the predicate allows the
898 operand @var{op}, false if it does not.  This expression can only use
899 the following RTL codes:
901 @table @code
902 @item MATCH_OPERAND
903 When written inside a predicate expression, a @code{MATCH_OPERAND}
904 expression evaluates to true if the predicate it names would allow
905 @var{op}.  The operand number and constraint are ignored.  Due to
906 limitations in @command{genrecog}, you can only refer to generic
907 predicates and predicates that have already been defined.
909 @item MATCH_CODE
910 This expression evaluates to true if @var{op} or a specified
911 subexpression of @var{op} has one of a given list of RTX codes.
913 The first operand of this expression is a string constant containing a
914 comma-separated list of RTX code names (in lower case).  These are the
915 codes for which the @code{MATCH_CODE} will be true.
917 The second operand is a string constant which indicates what
918 subexpression of @var{op} to examine.  If it is absent or the empty
919 string, @var{op} itself is examined.  Otherwise, the string constant
920 must be a sequence of digits and/or lowercase letters.  Each character
921 indicates a subexpression to extract from the current expression; for
922 the first character this is @var{op}, for the second and subsequent
923 characters it is the result of the previous character.  A digit
924 @var{n} extracts @samp{@w{XEXP (@var{e}, @var{n})}}; a letter @var{l}
925 extracts @samp{@w{XVECEXP (@var{e}, 0, @var{n})}} where @var{n} is the
926 alphabetic ordinal of @var{l} (0 for `a', 1 for 'b', and so on).  The
927 @code{MATCH_CODE} then examines the RTX code of the subexpression
928 extracted by the complete string.  It is not possible to extract
929 components of an @code{rtvec} that is not at position 0 within its RTX
930 object.
932 @item MATCH_TEST
933 This expression has one operand, a string constant containing a C
934 expression.  The predicate's arguments, @var{op} and @var{mode}, are
935 available with those names in the C expression.  The @code{MATCH_TEST}
936 evaluates to true if the C expression evaluates to a nonzero value.
937 @code{MATCH_TEST} expressions must not have side effects.
939 @item  AND
940 @itemx IOR
941 @itemx NOT
942 @itemx IF_THEN_ELSE
943 The basic @samp{MATCH_} expressions can be combined using these
944 logical operators, which have the semantics of the C operators
945 @samp{&&}, @samp{||}, @samp{!}, and @samp{@w{? :}} respectively.  As
946 in Common Lisp, you may give an @code{AND} or @code{IOR} expression an
947 arbitrary number of arguments; this has exactly the same effect as
948 writing a chain of two-argument @code{AND} or @code{IOR} expressions.
949 @end table
951 @item
952 An optional block of C code, which should execute
953 @samp{@w{return true}} if the predicate is found to match and
954 @samp{@w{return false}} if it does not.  It must not have any side
955 effects.  The predicate arguments, @var{op} and @var{mode}, are
956 available with those names.
958 If a code block is present in a predicate definition, then the RTL
959 expression must evaluate to true @emph{and} the code block must
960 execute @samp{@w{return true}} for the predicate to allow the operand.
961 The RTL expression is evaluated first; do not re-check anything in the
962 code block that was checked in the RTL expression.
963 @end itemize
965 The program @command{genrecog} scans @code{define_predicate} and
966 @code{define_special_predicate} expressions to determine which RTX
967 codes are possibly allowed.  You should always make this explicit in
968 the RTL predicate expression, using @code{MATCH_OPERAND} and
969 @code{MATCH_CODE}.
971 Here is an example of a simple predicate definition, from the IA64
972 machine description:
974 @smallexample
975 @group
976 ;; @r{True if @var{op} is a @code{SYMBOL_REF} which refers to the sdata section.}
977 (define_predicate "small_addr_symbolic_operand"
978   (and (match_code "symbol_ref")
979        (match_test "SYMBOL_REF_SMALL_ADDR_P (op)")))
980 @end group
981 @end smallexample
983 @noindent
984 And here is another, showing the use of the C block.
986 @smallexample
987 @group
988 ;; @r{True if @var{op} is a register operand that is (or could be) a GR reg.}
989 (define_predicate "gr_register_operand"
990   (match_operand 0 "register_operand")
992   unsigned int regno;
993   if (GET_CODE (op) == SUBREG)
994     op = SUBREG_REG (op);
996   regno = REGNO (op);
997   return (regno >= FIRST_PSEUDO_REGISTER || GENERAL_REGNO_P (regno));
999 @end group
1000 @end smallexample
1002 Predicates written with @code{define_predicate} automatically include
1003 a test that @var{mode} is @code{VOIDmode}, or @var{op} has the same
1004 mode as @var{mode}, or @var{op} is a @code{CONST_INT} or
1005 @code{CONST_DOUBLE}.  They do @emph{not} check specifically for
1006 integer @code{CONST_DOUBLE}, nor do they test that the value of either
1007 kind of constant fits in the requested mode.  This is because
1008 target-specific predicates that take constants usually have to do more
1009 stringent value checks anyway.  If you need the exact same treatment
1010 of @code{CONST_INT} or @code{CONST_DOUBLE} that the generic predicates
1011 provide, use a @code{MATCH_OPERAND} subexpression to call
1012 @code{const_int_operand}, @code{const_double_operand}, or
1013 @code{immediate_operand}.
1015 Predicates written with @code{define_special_predicate} do not get any
1016 automatic mode checks, and are treated as having special mode handling
1017 by @command{genrecog}.
1019 The program @command{genpreds} is responsible for generating code to
1020 test predicates.  It also writes a header file containing function
1021 declarations for all machine-specific predicates.  It is not necessary
1022 to declare these predicates in @file{@var{cpu}-protos.h}.
1023 @end ifset
1025 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
1026 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the internals
1027 @c manual's context are conditionalized to appear only in the internals manual.
1028 @ifset INTERNALS
1029 @node Constraints
1030 @section Operand Constraints
1031 @cindex operand constraints
1032 @cindex constraints
1034 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify
1035 constraints for the operands allowed.  The constraints allow you to
1036 fine-tune matching within the set of operands allowed by the
1037 predicate.
1039 @end ifset
1040 @ifclear INTERNALS
1041 @node Constraints
1042 @section Constraints for @code{asm} Operands
1043 @cindex operand constraints, @code{asm}
1044 @cindex constraints, @code{asm}
1045 @cindex @code{asm} constraints
1047 Here are specific details on what constraint letters you can use with
1048 @code{asm} operands.
1049 @end ifclear
1050 Constraints can say whether
1051 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
1052 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
1053 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
1054 have.  Constraints can also require two operands to match.
1055 Side-effects aren't allowed in operands of inline @code{asm}, unless
1056 @samp{<} or @samp{>} constraints are used, because there is no guarantee
1057 that the side-effects will happen exactly once in an instruction that can update
1058 the addressing register.
1060 @ifset INTERNALS
1061 @menu
1062 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1063 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1064 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
1065 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1066 * Disable Insn Alternatives:: Disable insn alternatives using the @code{enabled} attribute.
1067 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
1068 * Define Constraints::  How to define machine-specific constraints.
1069 * C Constraint Interface:: How to test constraints from C code.
1070 @end menu
1071 @end ifset
1073 @ifclear INTERNALS
1074 @menu
1075 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1076 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1077 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1078 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
1079 @end menu
1080 @end ifclear
1082 @node Simple Constraints
1083 @subsection Simple Constraints
1084 @cindex simple constraints
1086 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
1087 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
1088 the letters that are allowed:
1090 @table @asis
1091 @item whitespace
1092 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
1093 except the first.  This enables each alternative for different operands to
1094 be visually aligned in the machine description even if they have different
1095 number of constraints and modifiers.
1097 @cindex @samp{m} in constraint
1098 @cindex memory references in constraints
1099 @item @samp{m}
1100 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
1101 supports in general.
1102 Note that the letter used for the general memory constraint can be
1103 re-defined by a back end using the @code{TARGET_MEM_CONSTRAINT} macro.
1105 @cindex offsettable address
1106 @cindex @samp{o} in constraint
1107 @item @samp{o}
1108 A memory operand is allowed, but only if the address is
1109 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
1110 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
1111 may be added to the address and the result is also a valid memory
1112 address.
1114 @cindex autoincrement/decrement addressing
1115 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
1116 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
1117 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
1118 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
1119 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
1120 addresses may or may not be offsettable depending on the other
1121 addressing modes that the machine supports.
1123 Note that in an output operand which can be matched by another
1124 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
1125 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
1126 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
1128 @cindex @samp{V} in constraint
1129 @item @samp{V}
1130 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
1131 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
1133 @cindex @samp{<} in constraint
1134 @item @samp{<}
1135 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
1136 postdecrement) is allowed.  In inline @code{asm} this constraint is only
1137 allowed if the operand is used exactly once in an instruction that can
1138 handle the side-effects.  Not using an operand with @samp{<} in constraint
1139 string in the inline @code{asm} pattern at all or using it in multiple
1140 instructions isn't valid, because the side-effects wouldn't be performed
1141 or would be performed more than once.  Furthermore, on some targets
1142 the operand with @samp{<} in constraint string must be accompanied by
1143 special instruction suffixes like @code{%U0} instruction suffix on PowerPC
1144 or @code{%P0} on IA-64.
1146 @cindex @samp{>} in constraint
1147 @item @samp{>}
1148 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
1149 postincrement) is allowed.  In inline @code{asm} the same restrictions
1150 as for @samp{<} apply.
1152 @cindex @samp{r} in constraint
1153 @cindex registers in constraints
1154 @item @samp{r}
1155 A register operand is allowed provided that it is in a general
1156 register.
1158 @cindex constants in constraints
1159 @cindex @samp{i} in constraint
1160 @item @samp{i}
1161 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
1162 This includes symbolic constants whose values will be known only at
1163 assembly time or later.
1165 @cindex @samp{n} in constraint
1166 @item @samp{n}
1167 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
1168 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
1169 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
1170 rather than @samp{i}.
1172 @cindex @samp{I} in constraint
1173 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
1174 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
1175 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
1176 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
1177 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
1178 This is the range permitted as a shift count in the shift
1179 instructions.
1181 @cindex @samp{E} in constraint
1182 @item @samp{E}
1183 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
1184 allowed, but only if the target floating point format is the same as
1185 that of the host machine (on which the compiler is running).
1187 @cindex @samp{F} in constraint
1188 @item @samp{F}
1189 An immediate floating operand (expression code @code{const_double} or
1190 @code{const_vector}) is allowed.
1192 @cindex @samp{G} in constraint
1193 @cindex @samp{H} in constraint
1194 @item @samp{G}, @samp{H}
1195 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
1196 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
1198 @cindex @samp{s} in constraint
1199 @item @samp{s}
1200 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
1201 allowed.
1203 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
1204 value not known at compile time, it certainly must allow any known
1205 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
1206 better code to be generated.
1208 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
1209 use an immediate operand; but if the immediate value is between @minus{}128
1210 and 127, better code results from loading the value into a register and
1211 using the register.  This is because the load into the register can be
1212 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
1213 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
1214 range @minus{}128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
1215 constraints.
1217 @cindex @samp{g} in constraint
1218 @item @samp{g}
1219 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
1220 registers that are not general registers.
1222 @cindex @samp{X} in constraint
1223 @item @samp{X}
1224 @ifset INTERNALS
1225 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
1226 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
1227 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
1228 require a scratch register.
1229 @end ifset
1230 @ifclear INTERNALS
1231 Any operand whatsoever is allowed.
1232 @end ifclear
1234 @cindex @samp{0} in constraint
1235 @cindex digits in constraint
1236 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
1237 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
1238 digit is used together with letters within the same alternative, the
1239 digit should come last.
1241 This number is allowed to be more than a single digit.  If multiple
1242 digits are encountered consecutively, they are interpreted as a single
1243 decimal integer.  There is scant chance for ambiguity, since to-date
1244 it has never been desirable that @samp{10} be interpreted as matching
1245 either operand 1 @emph{or} operand 0.  Should this be desired, one
1246 can use multiple alternatives instead.
1248 @cindex matching constraint
1249 @cindex constraint, matching
1250 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
1251 that the assembler has only a single operand that fills two roles
1252 @ifset INTERNALS
1253 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
1254 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
1255 @end ifset
1256 @ifclear INTERNALS
1257 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
1258 two input operands and an output operand, but on most CISC
1259 @end ifclear
1260 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
1261 input-output operand:
1263 @smallexample
1264 addl #35,r12
1265 @end smallexample
1267 Matching constraints are used in these circumstances.
1268 More precisely, the two operands that match must include one input-only
1269 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
1270 smaller number than the number of the operand that uses it in the
1271 constraint.
1273 @ifset INTERNALS
1274 For operands to match in a particular case usually means that they
1275 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
1276 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
1277 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
1278 For proper results in such cases, the output template should always
1279 use the output-operand's number when printing the operand.
1280 @end ifset
1282 @cindex load address instruction
1283 @cindex push address instruction
1284 @cindex address constraints
1285 @cindex @samp{p} in constraint
1286 @item @samp{p}
1287 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
1288 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
1290 @findex address_operand
1291 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
1292 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
1293 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
1294 reference for which the address would be valid.
1296 @cindex other register constraints
1297 @cindex extensible constraints
1298 @item @var{other-letters}
1299 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
1300 particular classes of registers or other arbitrary operand types.
1301 @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are defined on the 68000/68020 to stand
1302 for data, address and floating point registers.
1303 @end table
1305 @ifset INTERNALS
1306 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
1307 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
1308 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
1309 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
1310 done by copying an operand into a register.
1312 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
1314 @smallexample
1315 (define_insn ""
1316   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1317         (plus:SI (match_dup 0)
1318                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
1319   ""
1320   "@dots{}")
1321 @end smallexample
1323 @noindent
1324 which has two operands, one of which must appear in two places, and
1326 @smallexample
1327 (define_insn ""
1328   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1329         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
1330                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
1331   ""
1332   "@dots{}")
1333 @end smallexample
1335 @noindent
1336 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
1337 identical.  If we are considering an insn of the form
1339 @smallexample
1340 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
1341   (set (reg:SI 3)
1342        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
1343   @dots{})
1344 @end smallexample
1346 @noindent
1347 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
1348 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
1349 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns''.
1350 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
1351 is something wrong with it''.  It would direct the reload pass of the
1352 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
1353 results might look like this:
1355 @smallexample
1356 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
1357   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
1358   @dots{})
1360 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
1361   (set (reg:SI 3)
1362        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
1363   @dots{})
1364 @end smallexample
1366 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
1367 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
1368 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
1369 for each possible combination of operand expressions, have at least one
1370 alternative which can handle that combination of operands.)  The
1371 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
1372 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
1373 reloading any possible operand so that it will fit.
1375 @itemize @bullet
1376 @item
1377 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
1378 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
1380 For example, an operand whose constraints permit everything except
1381 registers is safe provided its predicate rejects registers.
1383 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
1384 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
1385 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
1386 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
1387 more selective.
1389 @item
1390 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
1391 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
1392 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
1393 compiler knows how to copy a register into another register of the
1394 proper class in order to make an instruction valid.
1396 @cindex nonoffsettable memory reference
1397 @cindex memory reference, nonoffsettable
1398 @item
1399 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
1400 address into a register.  So if the constraint uses the letter
1401 @samp{o}, all memory references are taken care of.
1403 @item
1404 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
1405 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1406 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1407 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1409 @item
1410 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1411 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1412 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1413 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1414 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1415 objects allowed by the constraint.
1416 @end itemize
1418 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1419 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1420 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1421 how to copy a register temporarily into memory.
1423 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1424 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1425 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1426 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1427 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1428 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1429 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1430 @code{sign_extend}.
1431 @end ifset
1433 @node Multi-Alternative
1434 @subsection Multiple Alternative Constraints
1435 @cindex multiple alternative constraints
1437 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1438 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1439 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1440 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1441 another.
1443 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1444 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1445 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1446 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1447 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1448 @ifset INTERNALS
1449 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1451 @smallexample
1452 (define_insn "iorsi3"
1453   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1454         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1455                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1456   @dots{})
1457 @end smallexample
1459 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1460 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1461 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1462 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1463 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1464 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1465 @end ifset
1467 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1468 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1469 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1470 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1471 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1472 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1473 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1475 @table @code
1476 @cindex @samp{?} in constraint
1477 @cindex question mark
1478 @item ?
1479 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1480 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1481 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1482 in it.
1484 @cindex @samp{!} in constraint
1485 @cindex exclamation point
1486 @item !
1487 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1488 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1489 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1490 @end table
1492 @ifset INTERNALS
1493 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1494 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1495 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1496 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1497 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1498 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1499 @end ifset
1501 @ifset INTERNALS
1502 @node Class Preferences
1503 @subsection Register Class Preferences
1504 @cindex class preference constraints
1505 @cindex register class preference constraints
1507 @cindex voting between constraint alternatives
1508 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1509 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1510 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1511 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1512 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1513 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1514 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1515 favor of a general register.  The machine description says which registers
1516 are considered general.
1518 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1519 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1520 @end ifset
1522 @node Modifiers
1523 @subsection Constraint Modifier Characters
1524 @cindex modifiers in constraints
1525 @cindex constraint modifier characters
1527 @c prevent bad page break with this line
1528 Here are constraint modifier characters.
1530 @table @samp
1531 @cindex @samp{=} in constraint
1532 @item =
1533 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1534 value is discarded and replaced by output data.
1536 @cindex @samp{+} in constraint
1537 @item +
1538 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1540 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1541 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1542 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1543 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1544 are assumed to be input only.
1546 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1547 first character of the constraint string.
1549 @cindex @samp{&} in constraint
1550 @cindex earlyclobber operand
1551 @item &
1552 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1553 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1554 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1555 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1556 address.
1558 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1559 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1560 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1561 @samp{movdf} insn of the 68000.
1563 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only
1564 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1565 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1566 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber.
1567 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM@.
1569 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1571 @cindex @samp{%} in constraint
1572 @item %
1573 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1574 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1575 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1576 constraints.
1577 @ifset INTERNALS
1578 This is often used in patterns for addition instructions
1579 that really have only two operands: the result must go in one of the
1580 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1581 instruction is defined:
1583 @smallexample
1584 (define_insn "addhi3"
1585   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1586      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1587               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1588   @dots{})
1589 @end smallexample
1590 @end ifset
1591 GCC can only handle one commutative pair in an asm; if you use more,
1592 the compiler may fail.  Note that you need not use the modifier if
1593 the two alternatives are strictly identical; this would only waste
1594 time in the reload pass.  The modifier is not operational after
1595 register allocation, so the result of @code{define_peephole2}
1596 and @code{define_split}s performed after reload cannot rely on
1597 @samp{%} to make the intended insn match.
1599 @cindex @samp{#} in constraint
1600 @item #
1601 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1602 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1603 register preferences.
1605 @cindex @samp{*} in constraint
1606 @item *
1607 Says that the following character should be ignored when choosing
1608 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1609 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1611 @ifset INTERNALS
1612 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1613 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1614 copying it into an address register.  While either kind of register is
1615 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1616 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1617 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1618 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1619 register preferences.
1621 @smallexample
1622 (define_insn "extendhisi2"
1623   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1624         (sign_extend:SI
1625          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1626   @dots{})
1627 @end smallexample
1628 @end ifset
1629 @end table
1631 @node Machine Constraints
1632 @subsection Constraints for Particular Machines
1633 @cindex machine specific constraints
1634 @cindex constraints, machine specific
1636 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1637 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1638 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1639 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1640 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1641 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1642 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1643 immediate-constant format.
1645 Each architecture defines additional constraints.  These constraints
1646 are used by the compiler itself for instruction generation, as well as
1647 for @code{asm} statements; therefore, some of the constraints are not
1648 particularly useful for @code{asm}.  Here is a summary of some of the
1649 machine-dependent constraints available on some particular machines;
1650 it includes both constraints that are useful for @code{asm} and
1651 constraints that aren't.  The compiler source file mentioned in the
1652 table heading for each architecture is the definitive reference for
1653 the meanings of that architecture's constraints.
1655 @table @emph
1656 @item ARM family---@file{config/arm/arm.h}
1657 @table @code
1658 @item f
1659 Floating-point register
1661 @item w
1662 VFP floating-point register
1664 @item F
1665 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1666 or 10.0
1668 @item G
1669 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1670 were negated
1672 @item I
1673 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1674 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1675 multiple of 2
1677 @item J
1678 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1680 @item K
1681 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1683 @item L
1684 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1686 @item M
1687 Integer in the range 0 to 32
1689 @item Q
1690 A memory reference where the exact address is in a single register
1691 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1693 @item R
1694 An item in the constant pool
1696 @item S
1697 A symbol in the text segment of the current file
1699 @item Uv
1700 A memory reference suitable for VFP load/store insns (reg+constant offset)
1702 @item Uy
1703 A memory reference suitable for iWMMXt load/store instructions.
1705 @item Uq
1706 A memory reference suitable for the ARMv4 ldrsb instruction.
1707 @end table
1709 @item AVR family---@file{config/avr/constraints.md}
1710 @table @code
1711 @item l
1712 Registers from r0 to r15
1714 @item a
1715 Registers from r16 to r23
1717 @item d
1718 Registers from r16 to r31
1720 @item w
1721 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1723 @item e
1724 Pointer register (r26--r31)
1726 @item b
1727 Base pointer register (r28--r31)
1729 @item q
1730 Stack pointer register (SPH:SPL)
1732 @item t
1733 Temporary register r0
1735 @item x
1736 Register pair X (r27:r26)
1738 @item y
1739 Register pair Y (r29:r28)
1741 @item z
1742 Register pair Z (r31:r30)
1744 @item I
1745 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1747 @item J
1748 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1750 @item K
1751 Constant integer 2
1753 @item L
1754 Constant integer 0
1756 @item M
1757 Constant that fits in 8 bits
1759 @item N
1760 Constant integer @minus{}1
1762 @item O
1763 Constant integer 8, 16, or 24
1765 @item P
1766 Constant integer 1
1768 @item G
1769 A floating point constant 0.0
1771 @item R
1772 Integer constant in the range @minus{}6 @dots{} 5.
1774 @item Q
1775 A memory address based on Y or Z pointer with displacement.
1776 @end table
1778 @item CRX Architecture---@file{config/crx/crx.h}
1779 @table @code
1781 @item b
1782 Registers from r0 to r14 (registers without stack pointer)
1784 @item l
1785 Register r16 (64-bit accumulator lo register)
1787 @item h
1788 Register r17 (64-bit accumulator hi register)
1790 @item k
1791 Register pair r16-r17. (64-bit accumulator lo-hi pair)
1793 @item I
1794 Constant that fits in 3 bits
1796 @item J
1797 Constant that fits in 4 bits
1799 @item K
1800 Constant that fits in 5 bits
1802 @item L
1803 Constant that is one of @minus{}1, 4, @minus{}4, 7, 8, 12, 16, 20, 32, 48
1805 @item G
1806 Floating point constant that is legal for store immediate
1807 @end table
1809 @item Hewlett-Packard PA-RISC---@file{config/pa/pa.h}
1810 @table @code
1811 @item a
1812 General register 1
1814 @item f
1815 Floating point register
1817 @item q
1818 Shift amount register
1820 @item x
1821 Floating point register (deprecated)
1823 @item y
1824 Upper floating point register (32-bit), floating point register (64-bit)
1826 @item Z
1827 Any register
1829 @item I
1830 Signed 11-bit integer constant
1832 @item J
1833 Signed 14-bit integer constant
1835 @item K
1836 Integer constant that can be deposited with a @code{zdepi} instruction
1838 @item L
1839 Signed 5-bit integer constant
1841 @item M
1842 Integer constant 0
1844 @item N
1845 Integer constant that can be loaded with a @code{ldil} instruction
1847 @item O
1848 Integer constant whose value plus one is a power of 2
1850 @item P
1851 Integer constant that can be used for @code{and} operations in @code{depi}
1852 and @code{extru} instructions
1854 @item S
1855 Integer constant 31
1857 @item U
1858 Integer constant 63
1860 @item G
1861 Floating-point constant 0.0
1863 @item A
1864 A @code{lo_sum} data-linkage-table memory operand
1866 @item Q
1867 A memory operand that can be used as the destination operand of an
1868 integer store instruction
1870 @item R
1871 A scaled or unscaled indexed memory operand
1873 @item T
1874 A memory operand for floating-point loads and stores
1876 @item W
1877 A register indirect memory operand
1878 @end table
1880 @item picoChip family---@file{picochip.h}
1881 @table @code
1882 @item k
1883 Stack register.
1885 @item f
1886 Pointer register.  A register which can be used to access memory without
1887 supplying an offset.  Any other register can be used to access memory,
1888 but will need a constant offset.  In the case of the offset being zero,
1889 it is more efficient to use a pointer register, since this reduces code
1890 size.
1892 @item t
1893 A twin register.  A register which may be paired with an adjacent
1894 register to create a 32-bit register.
1896 @item a
1897 Any absolute memory address (e.g., symbolic constant, symbolic
1898 constant + offset).
1900 @item I
1901 4-bit signed integer.
1903 @item J
1904 4-bit unsigned integer.
1906 @item K
1907 8-bit signed integer.
1909 @item M
1910 Any constant whose absolute value is no greater than 4-bits.
1912 @item N
1913 10-bit signed integer
1915 @item O
1916 16-bit signed integer.
1918 @end table
1920 @item PowerPC and IBM RS6000---@file{config/rs6000/rs6000.h}
1921 @table @code
1922 @item b
1923 Address base register
1925 @item d
1926 Floating point register (containing 64-bit value)
1928 @item f
1929 Floating point register (containing 32-bit value)
1931 @item v
1932 Altivec vector register
1934 @item wd
1935 VSX vector register to hold vector double data
1937 @item wf
1938 VSX vector register to hold vector float data
1940 @item ws
1941 VSX vector register to hold scalar float data
1943 @item wa
1944 Any VSX register
1946 @item h
1947 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1949 @item q
1950 @samp{MQ} register
1952 @item c
1953 @samp{CTR} register
1955 @item l
1956 @samp{LINK} register
1958 @item x
1959 @samp{CR} register (condition register) number 0
1961 @item y
1962 @samp{CR} register (condition register)
1964 @item z
1965 @samp{XER[CA]} carry bit (part of the XER register)
1967 @item I
1968 Signed 16-bit constant
1970 @item J
1971 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
1972 @code{SImode} constants)
1974 @item K
1975 Unsigned 16-bit constant
1977 @item L
1978 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
1980 @item M
1981 Constant larger than 31
1983 @item N
1984 Exact power of 2
1986 @item O
1987 Zero
1989 @item P
1990 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
1992 @item G
1993 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1994 instruction per word
1996 @item H
1997 Integer/Floating point constant that can be loaded into a register using
1998 three instructions
2000 @item m
2001 Memory operand.  
2002 Normally, @code{m} does not allow addresses that update the base register.
2003 If @samp{<} or @samp{>} constraint is also used, they are allowed and
2004 therefore on PowerPC targets in that case it is only safe
2005 to use @samp{m<>} in an @code{asm} statement if that @code{asm} statement
2006 accesses the operand exactly once.  The @code{asm} statement must also
2007 use @samp{%U@var{<opno>}} as a placeholder for the ``update'' flag in the
2008 corresponding load or store instruction.  For example:
2010 @smallexample
2011 asm ("st%U0 %1,%0" : "=m<>" (mem) : "r" (val));
2012 @end smallexample
2014 is correct but:
2016 @smallexample
2017 asm ("st %1,%0" : "=m<>" (mem) : "r" (val));
2018 @end smallexample
2020 is not.
2022 @item es
2023 A ``stable'' memory operand; that is, one which does not include any
2024 automodification of the base register.  This used to be useful when
2025 @samp{m} allowed automodification of the base register, but as those are now only
2026 allowed when @samp{<} or @samp{>} is used, @samp{es} is basically the same
2027 as @samp{m} without @samp{<} and @samp{>}.
2029 @item Q
2030 Memory operand that is an offset from a register (it is usually better
2031 to use @samp{m} or @samp{es} in @code{asm} statements)
2033 @item Z
2034 Memory operand that is an indexed or indirect from a register (it is
2035 usually better to use @samp{m} or @samp{es} in @code{asm} statements)
2037 @item R
2038 AIX TOC entry
2040 @item a
2041 Address operand that is an indexed or indirect from a register (@samp{p} is
2042 preferable for @code{asm} statements)
2044 @item S
2045 Constant suitable as a 64-bit mask operand
2047 @item T
2048 Constant suitable as a 32-bit mask operand
2050 @item U
2051 System V Release 4 small data area reference
2053 @item t
2054 AND masks that can be performed by two rldic@{l, r@} instructions
2056 @item W
2057 Vector constant that does not require memory
2059 @item j
2060 Vector constant that is all zeros.
2062 @end table
2064 @item Intel 386---@file{config/i386/constraints.md}
2065 @table @code
2066 @item R
2067 Legacy register---the eight integer registers available on all
2068 i386 processors (@code{a}, @code{b}, @code{c}, @code{d},
2069 @code{si}, @code{di}, @code{bp}, @code{sp}).
2071 @item q
2072 Any register accessible as @code{@var{r}l}.  In 32-bit mode, @code{a},
2073 @code{b}, @code{c}, and @code{d}; in 64-bit mode, any integer register.
2075 @item Q
2076 Any register accessible as @code{@var{r}h}: @code{a}, @code{b},
2077 @code{c}, and @code{d}.
2079 @ifset INTERNALS
2080 @item l
2081 Any register that can be used as the index in a base+index memory
2082 access: that is, any general register except the stack pointer.
2083 @end ifset
2085 @item a
2086 The @code{a} register.
2088 @item b
2089 The @code{b} register.
2091 @item c
2092 The @code{c} register.
2094 @item d
2095 The @code{d} register.
2097 @item S
2098 The @code{si} register.
2100 @item D
2101 The @code{di} register.
2103 @item A
2104 The @code{a} and @code{d} registers.  This class is used for instructions
2105 that return double word results in the @code{ax:dx} register pair.  Single
2106 word values will be allocated either in @code{ax} or @code{dx}.
2107 For example on i386 the following implements @code{rdtsc}:
2109 @smallexample
2110 unsigned long long rdtsc (void)
2112   unsigned long long tick;
2113   __asm__ __volatile__("rdtsc":"=A"(tick));
2114   return tick;
2116 @end smallexample
2118 This is not correct on x86_64 as it would allocate tick in either @code{ax}
2119 or @code{dx}.  You have to use the following variant instead:
2121 @smallexample
2122 unsigned long long rdtsc (void)
2124   unsigned int tickl, tickh;
2125   __asm__ __volatile__("rdtsc":"=a"(tickl),"=d"(tickh));
2126   return ((unsigned long long)tickh << 32)|tickl;
2128 @end smallexample
2131 @item f
2132 Any 80387 floating-point (stack) register.
2134 @item t
2135 Top of 80387 floating-point stack (@code{%st(0)}).
2137 @item u
2138 Second from top of 80387 floating-point stack (@code{%st(1)}).
2140 @item y
2141 Any MMX register.
2143 @item x
2144 Any SSE register.
2146 @item Yz
2147 First SSE register (@code{%xmm0}).
2149 @ifset INTERNALS
2150 @item Y2
2151 Any SSE register, when SSE2 is enabled.
2153 @item Yi
2154 Any SSE register, when SSE2 and inter-unit moves are enabled.
2156 @item Ym
2157 Any MMX register, when inter-unit moves are enabled.
2158 @end ifset
2160 @item I
2161 Integer constant in the range 0 @dots{} 31, for 32-bit shifts.
2163 @item J
2164 Integer constant in the range 0 @dots{} 63, for 64-bit shifts.
2166 @item K
2167 Signed 8-bit integer constant.
2169 @item L
2170 @code{0xFF} or @code{0xFFFF}, for andsi as a zero-extending move.
2172 @item M
2173 0, 1, 2, or 3 (shifts for the @code{lea} instruction).
2175 @item N
2176 Unsigned 8-bit integer constant (for @code{in} and @code{out} 
2177 instructions).
2179 @ifset INTERNALS
2180 @item O
2181 Integer constant in the range 0 @dots{} 127, for 128-bit shifts.
2182 @end ifset
2184 @item G
2185 Standard 80387 floating point constant.
2187 @item C
2188 Standard SSE floating point constant.
2190 @item e
2191 32-bit signed integer constant, or a symbolic reference known
2192 to fit that range (for immediate operands in sign-extending x86-64
2193 instructions).
2195 @item Z
2196 32-bit unsigned integer constant, or a symbolic reference known
2197 to fit that range (for immediate operands in zero-extending x86-64
2198 instructions).
2200 @end table
2202 @item Intel IA-64---@file{config/ia64/ia64.h}
2203 @table @code
2204 @item a
2205 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
2207 @item b
2208 Branch register
2210 @item c
2211 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
2213 @item d
2214 Application register residing in M-unit
2216 @item e
2217 Application register residing in I-unit
2219 @item f
2220 Floating-point register
2222 @item m
2223 Memory operand.  If used together with @samp{<} or @samp{>},
2224 the operand can have postincrement and postdecrement which
2225 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
2227 @item G
2228 Floating-point constant 0.0 or 1.0
2230 @item I
2231 14-bit signed integer constant
2233 @item J
2234 22-bit signed integer constant
2236 @item K
2237 8-bit signed integer constant for logical instructions
2239 @item L
2240 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
2242 @item M
2243 6-bit unsigned integer constant for shift counts
2245 @item N
2246 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
2248 @item O
2249 The constant zero
2251 @item P
2252 0 or @minus{}1 for @code{dep} instruction
2254 @item Q
2255 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
2257 @item R
2258 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
2260 @item S
2261 Memory operand except postincrement and postdecrement.  This is
2262 now roughly the same as @samp{m} when not used together with @samp{<}
2263 or @samp{>}.
2264 @end table
2266 @item FRV---@file{config/frv/frv.h}
2267 @table @code
2268 @item a
2269 Register in the class @code{ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2271 @item b
2272 Register in the class @code{EVEN_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2274 @item c
2275 Register in the class @code{CC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3} and
2276 @code{icc0} to @code{icc3}).
2278 @item d
2279 Register in the class @code{GPR_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2281 @item e
2282 Register in the class @code{EVEN_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2283 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2284 mode larger than 4 bytes.
2286 @item f
2287 Register in the class @code{FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2289 @item h
2290 Register in the class @code{FEVEN_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2291 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2292 mode larger than 4 bytes.
2294 @item l
2295 Register in the class @code{LR_REG} (the @code{lr} register).
2297 @item q
2298 Register in the class @code{QUAD_REGS} (@code{gr2} to @code{gr63}).
2299 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2300 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2302 @item t
2303 Register in the class @code{ICC_REGS} (@code{icc0} to @code{icc3}).
2305 @item u
2306 Register in the class @code{FCC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3}).
2308 @item v
2309 Register in the class @code{ICR_REGS} (@code{cc4} to @code{cc7}).
2311 @item w
2312 Register in the class @code{FCR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc3}).
2314 @item x
2315 Register in the class @code{QUAD_FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2316 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2317 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2319 @item z
2320 Register in the class @code{SPR_REGS} (@code{lcr} and @code{lr}).
2322 @item A
2323 Register in the class @code{QUAD_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2325 @item B
2326 Register in the class @code{ACCG_REGS} (@code{accg0} to @code{accg7}).
2328 @item C
2329 Register in the class @code{CR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc7}).
2331 @item G
2332 Floating point constant zero
2334 @item I
2335 6-bit signed integer constant
2337 @item J
2338 10-bit signed integer constant
2340 @item L
2341 16-bit signed integer constant
2343 @item M
2344 16-bit unsigned integer constant
2346 @item N
2347 12-bit signed integer constant that is negative---i.e.@: in the
2348 range of @minus{}2048 to @minus{}1
2350 @item O
2351 Constant zero
2353 @item P
2354 12-bit signed integer constant that is greater than zero---i.e.@: in the
2355 range of 1 to 2047.
2357 @end table
2359 @item Blackfin family---@file{config/bfin/constraints.md}
2360 @table @code
2361 @item a
2362 P register
2364 @item d
2365 D register
2367 @item z
2368 A call clobbered P register.
2370 @item q@var{n}
2371 A single register.  If @var{n} is in the range 0 to 7, the corresponding D
2372 register.  If it is @code{A}, then the register P0.
2374 @item D
2375 Even-numbered D register
2377 @item W
2378 Odd-numbered D register
2380 @item e
2381 Accumulator register.
2383 @item A
2384 Even-numbered accumulator register.
2386 @item B
2387 Odd-numbered accumulator register.
2389 @item b
2390 I register
2392 @item v
2393 B register
2395 @item f
2396 M register
2398 @item c
2399 Registers used for circular buffering, i.e. I, B, or L registers.
2401 @item C
2402 The CC register.
2404 @item t
2405 LT0 or LT1.
2407 @item k
2408 LC0 or LC1.
2410 @item u
2411 LB0 or LB1.
2413 @item x
2414 Any D, P, B, M, I or L register.
2416 @item y
2417 Additional registers typically used only in prologues and epilogues: RETS,
2418 RETN, RETI, RETX, RETE, ASTAT, SEQSTAT and USP.
2420 @item w
2421 Any register except accumulators or CC.
2423 @item Ksh
2424 Signed 16 bit integer (in the range @minus{}32768 to 32767)
2426 @item Kuh
2427 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535)
2429 @item Ks7
2430 Signed 7 bit integer (in the range @minus{}64 to 63)
2432 @item Ku7
2433 Unsigned 7 bit integer (in the range 0 to 127)
2435 @item Ku5
2436 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31)
2438 @item Ks4
2439 Signed 4 bit integer (in the range @minus{}8 to 7)
2441 @item Ks3
2442 Signed 3 bit integer (in the range @minus{}3 to 4)
2444 @item Ku3
2445 Unsigned 3 bit integer (in the range 0 to 7)
2447 @item P@var{n}
2448 Constant @var{n}, where @var{n} is a single-digit constant in the range 0 to 4.
2450 @item PA
2451 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2452 use with either accumulator.
2454 @item PB
2455 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2456 use only with accumulator A1.
2458 @item M1
2459 Constant 255.
2461 @item M2
2462 Constant 65535.
2464 @item J
2465 An integer constant with exactly a single bit set.
2467 @item L
2468 An integer constant with all bits set except exactly one.
2470 @item H
2472 @item Q
2473 Any SYMBOL_REF.
2474 @end table
2476 @item M32C---@file{config/m32c/m32c.c}
2477 @table @code
2478 @item Rsp
2479 @itemx Rfb
2480 @itemx Rsb
2481 @samp{$sp}, @samp{$fb}, @samp{$sb}.
2483 @item Rcr
2484 Any control register, when they're 16 bits wide (nothing if control
2485 registers are 24 bits wide)
2487 @item Rcl
2488 Any control register, when they're 24 bits wide.
2490 @item R0w
2491 @itemx R1w
2492 @itemx R2w
2493 @itemx R3w
2494 $r0, $r1, $r2, $r3.
2496 @item R02
2497 $r0 or $r2, or $r2r0 for 32 bit values.
2499 @item R13
2500 $r1 or $r3, or $r3r1 for 32 bit values.
2502 @item Rdi
2503 A register that can hold a 64 bit value.
2505 @item Rhl
2506 $r0 or $r1 (registers with addressable high/low bytes)
2508 @item R23
2509 $r2 or $r3
2511 @item Raa
2512 Address registers
2514 @item Raw
2515 Address registers when they're 16 bits wide.
2517 @item Ral
2518 Address registers when they're 24 bits wide.
2520 @item Rqi
2521 Registers that can hold QI values.
2523 @item Rad
2524 Registers that can be used with displacements ($a0, $a1, $sb).
2526 @item Rsi
2527 Registers that can hold 32 bit values.
2529 @item Rhi
2530 Registers that can hold 16 bit values.
2532 @item Rhc
2533 Registers chat can hold 16 bit values, including all control
2534 registers.
2536 @item Rra
2537 $r0 through R1, plus $a0 and $a1.
2539 @item Rfl
2540 The flags register.
2542 @item Rmm
2543 The memory-based pseudo-registers $mem0 through $mem15.
2545 @item Rpi
2546 Registers that can hold pointers (16 bit registers for r8c, m16c; 24
2547 bit registers for m32cm, m32c).
2549 @item Rpa
2550 Matches multiple registers in a PARALLEL to form a larger register.
2551 Used to match function return values.
2553 @item Is3
2554 @minus{}8 @dots{} 7
2556 @item IS1
2557 @minus{}128 @dots{} 127
2559 @item IS2
2560 @minus{}32768 @dots{} 32767
2562 @item IU2
2563 0 @dots{} 65535
2565 @item In4
2566 @minus{}8 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 8
2568 @item In5
2569 @minus{}16 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 16
2571 @item In6
2572 @minus{}32 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 32
2574 @item IM2
2575 @minus{}65536 @dots{} @minus{}1
2577 @item Ilb
2578 An 8 bit value with exactly one bit set.
2580 @item Ilw
2581 A 16 bit value with exactly one bit set.
2583 @item Sd
2584 The common src/dest memory addressing modes.
2586 @item Sa
2587 Memory addressed using $a0 or $a1.
2589 @item Si
2590 Memory addressed with immediate addresses.
2592 @item Ss
2593 Memory addressed using the stack pointer ($sp).
2595 @item Sf
2596 Memory addressed using the frame base register ($fb).
2598 @item Ss
2599 Memory addressed using the small base register ($sb).
2601 @item S1
2602 $r1h
2603 @end table
2605 @item MeP---@file{config/mep/constraints.md}
2606 @table @code
2608 @item a
2609 The $sp register.
2611 @item b
2612 The $tp register.
2614 @item c
2615 Any control register.
2617 @item d
2618 Either the $hi or the $lo register.
2620 @item em
2621 Coprocessor registers that can be directly loaded ($c0-$c15).
2623 @item ex
2624 Coprocessor registers that can be moved to each other.
2626 @item er
2627 Coprocessor registers that can be moved to core registers.
2629 @item h
2630 The $hi register.
2632 @item j
2633 The $rpc register.
2635 @item l
2636 The $lo register.
2638 @item t
2639 Registers which can be used in $tp-relative addressing.
2641 @item v
2642 The $gp register.
2644 @item x
2645 The coprocessor registers.
2647 @item y
2648 The coprocessor control registers.
2650 @item z
2651 The $0 register.
2653 @item A
2654 User-defined register set A.
2656 @item B
2657 User-defined register set B.
2659 @item C
2660 User-defined register set C.
2662 @item D
2663 User-defined register set D.
2665 @item I
2666 Offsets for $gp-rel addressing.
2668 @item J
2669 Constants that can be used directly with boolean insns.
2671 @item K
2672 Constants that can be moved directly to registers.
2674 @item L
2675 Small constants that can be added to registers.
2677 @item M
2678 Long shift counts.
2680 @item N
2681 Small constants that can be compared to registers.
2683 @item O
2684 Constants that can be loaded into the top half of registers.
2686 @item S
2687 Signed 8-bit immediates.
2689 @item T
2690 Symbols encoded for $tp-rel or $gp-rel addressing.
2692 @item U
2693 Non-constant addresses for loading/saving coprocessor registers.
2695 @item W
2696 The top half of a symbol's value.
2698 @item Y
2699 A register indirect address without offset.
2701 @item Z
2702 Symbolic references to the control bus.
2704 @end table
2706 @item MicroBlaze---@file{config/microblaze/constraints.md}
2707 @table @code
2708 @item d
2709 A general register (@code{r0} to @code{r31}).
2711 @item z
2712 A status register (@code{rmsr}, @code{$fcc1} to @code{$fcc7}).
2714 @end table
2716 @item MIPS---@file{config/mips/constraints.md}
2717 @table @code
2718 @item d
2719 An address register.  This is equivalent to @code{r} unless
2720 generating MIPS16 code.
2722 @item f
2723 A floating-point register (if available).
2725 @item h
2726 Formerly the @code{hi} register.  This constraint is no longer supported.
2728 @item l
2729 The @code{lo} register.  Use this register to store values that are
2730 no bigger than a word.
2732 @item x
2733 The concatenated @code{hi} and @code{lo} registers.  Use this register
2734 to store doubleword values.
2736 @item c
2737 A register suitable for use in an indirect jump.  This will always be
2738 @code{$25} for @option{-mabicalls}.
2740 @item v
2741 Register @code{$3}.  Do not use this constraint in new code;
2742 it is retained only for compatibility with glibc.
2744 @item y
2745 Equivalent to @code{r}; retained for backwards compatibility.
2747 @item z
2748 A floating-point condition code register.
2750 @item I
2751 A signed 16-bit constant (for arithmetic instructions).
2753 @item J
2754 Integer zero.
2756 @item K
2757 An unsigned 16-bit constant (for logic instructions).
2759 @item L
2760 A signed 32-bit constant in which the lower 16 bits are zero.
2761 Such constants can be loaded using @code{lui}.
2763 @item M
2764 A constant that cannot be loaded using @code{lui}, @code{addiu}
2765 or @code{ori}.
2767 @item N
2768 A constant in the range @minus{}65535 to @minus{}1 (inclusive).
2770 @item O
2771 A signed 15-bit constant.
2773 @item P
2774 A constant in the range 1 to 65535 (inclusive).
2776 @item G
2777 Floating-point zero.
2779 @item R
2780 An address that can be used in a non-macro load or store.
2781 @end table
2783 @item Motorola 680x0---@file{config/m68k/constraints.md}
2784 @table @code
2785 @item a
2786 Address register
2788 @item d
2789 Data register
2791 @item f
2792 68881 floating-point register, if available
2794 @item I
2795 Integer in the range 1 to 8
2797 @item J
2798 16-bit signed number
2800 @item K
2801 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
2803 @item L
2804 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
2806 @item M
2807 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
2809 @item N
2810 Range 24 to 31, rotatert:SI 8 to 1 expressed as rotate
2812 @item O
2813 16 (for rotate using swap)
2815 @item P
2816 Range 8 to 15, rotatert:HI 8 to 1 expressed as rotate
2818 @item R
2819 Numbers that mov3q can handle
2821 @item G
2822 Floating point constant that is not a 68881 constant
2824 @item S
2825 Operands that satisfy 'm' when -mpcrel is in effect
2827 @item T
2828 Operands that satisfy 's' when -mpcrel is not in effect
2830 @item Q
2831 Address register indirect addressing mode
2833 @item U
2834 Register offset addressing
2836 @item W
2837 const_call_operand
2839 @item Cs
2840 symbol_ref or const
2842 @item Ci
2843 const_int
2845 @item C0
2846 const_int 0
2848 @item Cj
2849 Range of signed numbers that don't fit in 16 bits
2851 @item Cmvq
2852 Integers valid for mvq
2854 @item Capsw
2855 Integers valid for a moveq followed by a swap
2857 @item Cmvz
2858 Integers valid for mvz
2860 @item Cmvs
2861 Integers valid for mvs
2863 @item Ap
2864 push_operand
2866 @item Ac
2867 Non-register operands allowed in clr
2869 @end table
2871 @item Motorola 68HC11 & 68HC12 families---@file{config/m68hc11/m68hc11.h}
2872 @table @code
2873 @item a
2874 Register `a'
2876 @item b
2877 Register `b'
2879 @item d
2880 Register `d'
2882 @item q
2883 An 8-bit register
2885 @item t
2886 Temporary soft register _.tmp
2888 @item u
2889 A soft register _.d1 to _.d31
2891 @item w
2892 Stack pointer register
2894 @item x
2895 Register `x'
2897 @item y
2898 Register `y'
2900 @item z
2901 Pseudo register `z' (replaced by `x' or `y' at the end)
2903 @item A
2904 An address register: x, y or z
2906 @item B
2907 An address register: x or y
2909 @item D
2910 Register pair (x:d) to form a 32-bit value
2912 @item L
2913 Constants in the range @minus{}65536 to 65535
2915 @item M
2916 Constants whose 16-bit low part is zero
2918 @item N
2919 Constant integer 1 or @minus{}1
2921 @item O
2922 Constant integer 16
2924 @item P
2925 Constants in the range @minus{}8 to 2
2927 @end table
2929 @item Moxie---@file{config/moxie/constraints.md}
2930 @table @code
2931 @item A
2932 An absolute address
2934 @item B
2935 An offset address
2937 @item W
2938 A register indirect memory operand
2940 @item I
2941 A constant in the range of 0 to 255.
2943 @item N
2944 A constant in the range of 0 to @minus{}255.
2946 @end table
2948 @item PDP-11---@file{config/pdp11/constraints.md}
2949 @table @code
2950 @item a
2951 Floating point registers AC0 through AC3.  These can be loaded from/to
2952 memory with a single instruction.
2954 @item d
2955 Odd numbered general registers (R1, R3, R5).  These are used for
2956 16-bit multiply operations.
2958 @item f
2959 Any of the floating point registers (AC0 through AC5).
2961 @item G
2962 Floating point constant 0.
2964 @item I
2965 An integer constant that fits in 16 bits.
2967 @item J
2968 An integer constant whose low order 16 bits are zero.
2970 @item K
2971 An integer constant that does not meet the constraints for codes
2972 @samp{I} or @samp{J}.
2974 @item L
2975 The integer constant 1.
2977 @item M
2978 The integer constant @minus{}1.
2980 @item N
2981 The integer constant 0.
2983 @item O
2984 Integer constants @minus{}4 through @minus{}1 and 1 through 4; shifts by these
2985 amounts are handled as multiple single-bit shifts rather than a single
2986 variable-length shift.
2988 @item Q
2989 A memory reference which requires an additional word (address or
2990 offset) after the opcode.
2992 @item R
2993 A memory reference that is encoded within the opcode.
2995 @end table
2997 @item RX---@file{config/rx/constraints.md}
2998 @table @code
2999 @item Q
3000 An address which does not involve register indirect addressing or
3001 pre/post increment/decrement addressing.
3003 @item Symbol
3004 A symbol reference.
3006 @item Int08
3007 A constant in the range @minus{}256 to 255, inclusive.
3009 @item Sint08
3010 A constant in the range @minus{}128 to 127, inclusive.
3012 @item Sint16
3013 A constant in the range @minus{}32768 to 32767, inclusive.
3015 @item Sint24
3016 A constant in the range @minus{}8388608 to 8388607, inclusive.
3018 @item Uint04
3019 A constant in the range 0 to 15, inclusive.
3021 @end table
3023 @need 1000
3024 @item SPARC---@file{config/sparc/sparc.h}
3025 @table @code
3026 @item f
3027 Floating-point register on the SPARC-V8 architecture and
3028 lower floating-point register on the SPARC-V9 architecture.
3030 @item e
3031 Floating-point register.  It is equivalent to @samp{f} on the
3032 SPARC-V8 architecture and contains both lower and upper
3033 floating-point registers on the SPARC-V9 architecture.
3035 @item c
3036 Floating-point condition code register.
3038 @item d
3039 Lower floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9
3040 architecture when the Visual Instruction Set is available.
3042 @item b
3043 Floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9 architecture
3044 when the Visual Instruction Set is available.
3046 @item h
3047 64-bit global or out register for the SPARC-V8+ architecture.
3049 @item D
3050 A vector constant
3052 @item I
3053 Signed 13-bit constant
3055 @item J
3056 Zero
3058 @item K
3059 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
3060 loaded with the @code{sethi} instruction)
3062 @item L
3063 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions
3065 @item M
3066 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions
3068 @item N
3069 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
3070 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
3071 modes wider than @code{SImode}
3073 @item O
3074 The constant 4096
3076 @item G
3077 Floating-point zero
3079 @item H
3080 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
3082 @item Q
3083 Floating-point constant whose integral representation can
3084 be moved into an integer register using a single sethi
3085 instruction
3087 @item R
3088 Floating-point constant whose integral representation can
3089 be moved into an integer register using a single mov
3090 instruction
3092 @item S
3093 Floating-point constant whose integral representation can
3094 be moved into an integer register using a high/lo_sum
3095 instruction sequence
3097 @item T
3098 Memory address aligned to an 8-byte boundary
3100 @item U
3101 Even register
3103 @item W
3104 Memory address for @samp{e} constraint registers
3106 @item Y
3107 Vector zero
3109 @end table
3111 @item SPU---@file{config/spu/spu.h}
3112 @table @code
3113 @item a
3114 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.  
3116 @item c
3117 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.  
3119 @item d
3120 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 64 bit value.  
3122 @item f
3123 An immediate which can be loaded with @code{fsmbi}.  
3125 @item A
3126 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
3128 @item B
3129 An immediate for most arithmetic instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
3131 @item C
3132 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
3134 @item D
3135 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 32 bit value.  
3137 @item I
3138 A constant in the range [@minus{}64, 63] for shift/rotate instructions.  
3140 @item J
3141 An unsigned 7-bit constant for conversion/nop/channel instructions.  
3143 @item K
3144 A signed 10-bit constant for most arithmetic instructions.  
3146 @item M
3147 A signed 16 bit immediate for @code{stop}.  
3149 @item N
3150 An unsigned 16-bit constant for @code{iohl} and @code{fsmbi}.  
3152 @item O
3153 An unsigned 7-bit constant whose 3 least significant bits are 0.  
3155 @item P
3156 An unsigned 3-bit constant for 16-byte rotates and shifts 
3158 @item R
3159 Call operand, reg, for indirect calls 
3161 @item S
3162 Call operand, symbol, for relative calls.  
3164 @item T
3165 Call operand, const_int, for absolute calls.  
3167 @item U
3168 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is sign extended to 128 bit.  
3170 @item W
3171 An immediate for shift and rotate instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
3173 @item Y
3174 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is sign extended as a 128 bit.  
3176 @item Z
3177 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is sign extended to 128 bit.  
3179 @end table
3181 @item S/390 and zSeries---@file{config/s390/s390.h}
3182 @table @code
3183 @item a
3184 Address register (general purpose register except r0)
3186 @item c
3187 Condition code register
3189 @item d
3190 Data register (arbitrary general purpose register)
3192 @item f
3193 Floating-point register
3195 @item I
3196 Unsigned 8-bit constant (0--255)
3198 @item J
3199 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
3201 @item K
3202 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
3204 @item L
3205 Value appropriate as displacement.
3206 @table @code
3207 @item (0..4095)
3208 for short displacement
3209 @item (@minus{}524288..524287)
3210 for long displacement
3211 @end table
3213 @item M
3214 Constant integer with a value of 0x7fffffff.
3216 @item N
3217 Multiple letter constraint followed by 4 parameter letters.
3218 @table @code
3219 @item 0..9:
3220 number of the part counting from most to least significant
3221 @item H,Q:
3222 mode of the part
3223 @item D,S,H:
3224 mode of the containing operand
3225 @item 0,F:
3226 value of the other parts (F---all bits set)
3227 @end table
3228 The constraint matches if the specified part of a constant
3229 has a value different from its other parts.
3231 @item Q
3232 Memory reference without index register and with short displacement.
3234 @item R
3235 Memory reference with index register and short displacement.
3237 @item S
3238 Memory reference without index register but with long displacement.
3240 @item T
3241 Memory reference with index register and long displacement.
3243 @item U
3244 Pointer with short displacement.
3246 @item W
3247 Pointer with long displacement.
3249 @item Y
3250 Shift count operand.
3252 @end table
3254 @item Score family---@file{config/score/score.h}
3255 @table @code
3256 @item d
3257 Registers from r0 to r32.
3259 @item e
3260 Registers from r0 to r16.
3262 @item t
3263 r8---r11 or r22---r27 registers.
3265 @item h
3266 hi register.
3268 @item l
3269 lo register.
3271 @item x
3272 hi + lo register.
3274 @item q
3275 cnt register.
3277 @item y
3278 lcb register.
3280 @item z
3281 scb register.
3283 @item a
3284 cnt + lcb + scb register.
3286 @item c
3287 cr0---cr15 register.
3289 @item b
3290 cp1 registers.
3292 @item f
3293 cp2 registers.
3295 @item i
3296 cp3 registers.
3298 @item j
3299 cp1 + cp2 + cp3 registers.
3301 @item I
3302 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero).
3304 @item J
3305 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31).
3307 @item K
3308 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535).
3310 @item L
3311 Signed 16 bit integer (in the range @minus{}32768 to 32767).
3313 @item M
3314 Unsigned 14 bit integer (in the range 0 to 16383).
3316 @item N
3317 Signed 14 bit integer (in the range @minus{}8192 to 8191).
3319 @item Z
3320 Any SYMBOL_REF.
3321 @end table
3323 @item Xstormy16---@file{config/stormy16/stormy16.h}
3324 @table @code
3325 @item a
3326 Register r0.
3328 @item b
3329 Register r1.
3331 @item c
3332 Register r2.
3334 @item d
3335 Register r8.
3337 @item e
3338 Registers r0 through r7.
3340 @item t
3341 Registers r0 and r1.
3343 @item y
3344 The carry register.
3346 @item z
3347 Registers r8 and r9.
3349 @item I
3350 A constant between 0 and 3 inclusive.
3352 @item J
3353 A constant that has exactly one bit set.
3355 @item K
3356 A constant that has exactly one bit clear.
3358 @item L
3359 A constant between 0 and 255 inclusive.
3361 @item M
3362 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
3364 @item N
3365 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
3367 @item O
3368 A constant between 1 and 4 inclusive.
3370 @item P
3371 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
3373 @item Q
3374 A memory reference that is a stack push.
3376 @item R
3377 A memory reference that is a stack pop.
3379 @item S
3380 A memory reference that refers to a constant address of known value.
3382 @item T
3383 The register indicated by Rx (not implemented yet).
3385 @item U
3386 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
3388 @item Z
3389 The constant 0.
3391 @end table
3393 @item Xtensa---@file{config/xtensa/constraints.md}
3394 @table @code
3395 @item a
3396 General-purpose 32-bit register
3398 @item b
3399 One-bit boolean register
3401 @item A
3402 MAC16 40-bit accumulator register
3404 @item I
3405 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
3407 @item J
3408 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
3410 @item K
3411 Integer constant valid for BccI instructions
3413 @item L
3414 Unsigned constant valid for BccUI instructions
3416 @end table
3418 @end table
3420 @ifset INTERNALS
3421 @node Disable Insn Alternatives
3422 @subsection Disable insn alternatives using the @code{enabled} attribute
3423 @cindex enabled
3425 The @code{enabled} insn attribute may be used to disable certain insn
3426 alternatives for machine-specific reasons.  This is useful when adding
3427 new instructions to an existing pattern which are only available for
3428 certain cpu architecture levels as specified with the @code{-march=}
3429 option.
3431 If an insn alternative is disabled, then it will never be used.  The
3432 compiler treats the constraints for the disabled alternative as
3433 unsatisfiable.
3435 In order to make use of the @code{enabled} attribute a back end has to add
3436 in the machine description files:
3438 @enumerate
3439 @item
3440 A definition of the @code{enabled} insn attribute.  The attribute is
3441 defined as usual using the @code{define_attr} command.  This
3442 definition should be based on other insn attributes and/or target flags.
3443 The @code{enabled} attribute is a numeric attribute and should evaluate to
3444 @code{(const_int 1)} for an enabled alternative and to
3445 @code{(const_int 0)} otherwise.
3446 @item
3447 A definition of another insn attribute used to describe for what
3448 reason an insn alternative might be available or
3449 not.  E.g. @code{cpu_facility} as in the example below.
3450 @item
3451 An assignment for the second attribute to each insn definition
3452 combining instructions which are not all available under the same
3453 circumstances.  (Note: It obviously only makes sense for definitions
3454 with more than one alternative.  Otherwise the insn pattern should be
3455 disabled or enabled using the insn condition.)
3456 @end enumerate
3458 E.g. the following two patterns could easily be merged using the @code{enabled}
3459 attribute:
3461 @smallexample
3463 (define_insn "*movdi_old"
3464   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
3465         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d"))]
3466   "!TARGET_NEW"
3467   "lgr %0,%1")
3469 (define_insn "*movdi_new"
3470   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d,f,d")
3471         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d,d,f"))]
3472   "TARGET_NEW"
3473   "@@
3474    lgr  %0,%1
3475    ldgr %0,%1
3476    lgdr %0,%1")
3478 @end smallexample
3482 @smallexample
3484 (define_insn "*movdi_combined"
3485   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d,f,d")
3486         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d,d,f"))]
3487   ""
3488   "@@
3489    lgr  %0,%1
3490    ldgr %0,%1
3491    lgdr %0,%1"
3492   [(set_attr "cpu_facility" "*,new,new")])
3494 @end smallexample
3496 with the @code{enabled} attribute defined like this:
3498 @smallexample
3500 (define_attr "cpu_facility" "standard,new" (const_string "standard"))
3502 (define_attr "enabled" ""
3503   (cond [(eq_attr "cpu_facility" "standard") (const_int 1)
3504          (and (eq_attr "cpu_facility" "new")
3505               (ne (symbol_ref "TARGET_NEW") (const_int 0)))
3506          (const_int 1)]
3507         (const_int 0)))
3509 @end smallexample
3511 @end ifset
3513 @ifset INTERNALS
3514 @node Define Constraints
3515 @subsection Defining Machine-Specific Constraints
3516 @cindex defining constraints
3517 @cindex constraints, defining
3519 Machine-specific constraints fall into two categories: register and
3520 non-register constraints.  Within the latter category, constraints
3521 which allow subsets of all possible memory or address operands should
3522 be specially marked, to give @code{reload} more information.
3524 Machine-specific constraints can be given names of arbitrary length,
3525 but they must be entirely composed of letters, digits, underscores
3526 (@samp{_}), and angle brackets (@samp{< >}).  Like C identifiers, they
3527 must begin with a letter or underscore. 
3529 In order to avoid ambiguity in operand constraint strings, no
3530 constraint can have a name that begins with any other constraint's
3531 name.  For example, if @code{x} is defined as a constraint name,
3532 @code{xy} may not be, and vice versa.  As a consequence of this rule,
3533 no constraint may begin with one of the generic constraint letters:
3534 @samp{E F V X g i m n o p r s}.
3536 Register constraints correspond directly to register classes.
3537 @xref{Register Classes}.  There is thus not much flexibility in their
3538 definitions.
3540 @deffn {MD Expression} define_register_constraint name regclass docstring
3541 All three arguments are string constants.
3542 @var{name} is the name of the constraint, as it will appear in
3543 @code{match_operand} expressions.  If @var{name} is a multi-letter
3544 constraint its length shall be the same for all constraints starting
3545 with the same letter.  @var{regclass} can be either the
3546 name of the corresponding register class (@pxref{Register Classes}),
3547 or a C expression which evaluates to the appropriate register class.
3548 If it is an expression, it must have no side effects, and it cannot
3549 look at the operand.  The usual use of expressions is to map some
3550 register constraints to @code{NO_REGS} when the register class
3551 is not available on a given subarchitecture.
3553 @var{docstring} is a sentence documenting the meaning of the
3554 constraint.  Docstrings are explained further below.
3555 @end deffn
3557 Non-register constraints are more like predicates: the constraint
3558 definition gives a Boolean expression which indicates whether the
3559 constraint matches.
3561 @deffn {MD Expression} define_constraint name docstring exp
3562 The @var{name} and @var{docstring} arguments are the same as for
3563 @code{define_register_constraint}, but note that the docstring comes
3564 immediately after the name for these expressions.  @var{exp} is an RTL
3565 expression, obeying the same rules as the RTL expressions in predicate
3566 definitions.  @xref{Defining Predicates}, for details.  If it
3567 evaluates true, the constraint matches; if it evaluates false, it
3568 doesn't. Constraint expressions should indicate which RTL codes they
3569 might match, just like predicate expressions.
3571 @code{match_test} C expressions have access to the
3572 following variables:
3574 @table @var
3575 @item op
3576 The RTL object defining the operand.
3577 @item mode
3578 The machine mode of @var{op}.
3579 @item ival
3580 @samp{INTVAL (@var{op})}, if @var{op} is a @code{const_int}.
3581 @item hval
3582 @samp{CONST_DOUBLE_HIGH (@var{op})}, if @var{op} is an integer
3583 @code{const_double}.
3584 @item lval
3585 @samp{CONST_DOUBLE_LOW (@var{op})}, if @var{op} is an integer
3586 @code{const_double}.
3587 @item rval
3588 @samp{CONST_DOUBLE_REAL_VALUE (@var{op})}, if @var{op} is a floating-point
3589 @code{const_double}.
3590 @end table
3592 The @var{*val} variables should only be used once another piece of the
3593 expression has verified that @var{op} is the appropriate kind of RTL
3594 object.
3595 @end deffn
3597 Most non-register constraints should be defined with
3598 @code{define_constraint}.  The remaining two definition expressions
3599 are only appropriate for constraints that should be handled specially
3600 by @code{reload} if they fail to match.
3602 @deffn {MD Expression} define_memory_constraint name docstring exp
3603 Use this expression for constraints that match a subset of all memory
3604 operands: that is, @code{reload} can make them match by converting the
3605 operand to the form @samp{@w{(mem (reg @var{X}))}}, where @var{X} is a
3606 base register (from the register class specified by
3607 @code{BASE_REG_CLASS}, @pxref{Register Classes}).
3609 For example, on the S/390, some instructions do not accept arbitrary
3610 memory references, but only those that do not make use of an index
3611 register.  The constraint letter @samp{Q} is defined to represent a
3612 memory address of this type.  If @samp{Q} is defined with
3613 @code{define_memory_constraint}, a @samp{Q} constraint can handle any
3614 memory operand, because @code{reload} knows it can simply copy the
3615 memory address into a base register if required.  This is analogous to
3616 the way an @samp{o} constraint can handle any memory operand.
3618 The syntax and semantics are otherwise identical to
3619 @code{define_constraint}.
3620 @end deffn
3622 @deffn {MD Expression} define_address_constraint name docstring exp
3623 Use this expression for constraints that match a subset of all address
3624 operands: that is, @code{reload} can make the constraint match by
3625 converting the operand to the form @samp{@w{(reg @var{X})}}, again
3626 with @var{X} a base register.
3628 Constraints defined with @code{define_address_constraint} can only be
3629 used with the @code{address_operand} predicate, or machine-specific
3630 predicates that work the same way.  They are treated analogously to
3631 the generic @samp{p} constraint.
3633 The syntax and semantics are otherwise identical to
3634 @code{define_constraint}.
3635 @end deffn
3637 For historical reasons, names beginning with the letters @samp{G H}
3638 are reserved for constraints that match only @code{const_double}s, and
3639 names beginning with the letters @samp{I J K L M N O P} are reserved
3640 for constraints that match only @code{const_int}s.  This may change in
3641 the future.  For the time being, constraints with these names must be
3642 written in a stylized form, so that @code{genpreds} can tell you did
3643 it correctly:
3645 @smallexample
3646 @group
3647 (define_constraint "[@var{GHIJKLMNOP}]@dots{}"
3648   "@var{doc}@dots{}"
3649   (and (match_code "const_int")  ; @r{@code{const_double} for G/H}
3650        @var{condition}@dots{}))            ; @r{usually a @code{match_test}}
3651 @end group
3652 @end smallexample
3653 @c the semicolons line up in the formatted manual
3655 It is fine to use names beginning with other letters for constraints
3656 that match @code{const_double}s or @code{const_int}s.
3658 Each docstring in a constraint definition should be one or more complete
3659 sentences, marked up in Texinfo format.  @emph{They are currently unused.}
3660 In the future they will be copied into the GCC manual, in @ref{Machine
3661 Constraints}, replacing the hand-maintained tables currently found in
3662 that section.  Also, in the future the compiler may use this to give
3663 more helpful diagnostics when poor choice of @code{asm} constraints
3664 causes a reload failure.
3666 If you put the pseudo-Texinfo directive @samp{@@internal} at the
3667 beginning of a docstring, then (in the future) it will appear only in
3668 the internals manual's version of the machine-specific constraint tables.
3669 Use this for constraints that should not appear in @code{asm} statements.
3671 @node C Constraint Interface
3672 @subsection Testing constraints from C
3673 @cindex testing constraints
3674 @cindex constraints, testing
3676 It is occasionally useful to test a constraint from C code rather than
3677 implicitly via the constraint string in a @code{match_operand}.  The
3678 generated file @file{tm_p.h} declares a few interfaces for working
3679 with machine-specific constraints.  None of these interfaces work with
3680 the generic constraints described in @ref{Simple Constraints}.  This
3681 may change in the future.
3683 @strong{Warning:} @file{tm_p.h} may declare other functions that
3684 operate on constraints, besides the ones documented here.  Do not use
3685 those functions from machine-dependent code.  They exist to implement
3686 the old constraint interface that machine-independent components of
3687 the compiler still expect.  They will change or disappear in the
3688 future.
3690 Some valid constraint names are not valid C identifiers, so there is a
3691 mangling scheme for referring to them from C@.  Constraint names that
3692 do not contain angle brackets or underscores are left unchanged.
3693 Underscores are doubled, each @samp{<} is replaced with @samp{_l}, and
3694 each @samp{>} with @samp{_g}.  Here are some examples:
3696 @c the @c's prevent double blank lines in the printed manual.
3697 @example
3698 @multitable {Original} {Mangled}
3699 @item @strong{Original} @tab @strong{Mangled}  @c
3700 @item @code{x}     @tab @code{x}       @c
3701 @item @code{P42x}  @tab @code{P42x}    @c
3702 @item @code{P4_x}  @tab @code{P4__x}   @c
3703 @item @code{P4>x}  @tab @code{P4_gx}   @c
3704 @item @code{P4>>}  @tab @code{P4_g_g}  @c
3705 @item @code{P4_g>} @tab @code{P4__g_g} @c
3706 @end multitable
3707 @end example
3709 Throughout this section, the variable @var{c} is either a constraint
3710 in the abstract sense, or a constant from @code{enum constraint_num};
3711 the variable @var{m} is a mangled constraint name (usually as part of
3712 a larger identifier).
3714 @deftp Enum constraint_num
3715 For each machine-specific constraint, there is a corresponding
3716 enumeration constant: @samp{CONSTRAINT_} plus the mangled name of the
3717 constraint.  Functions that take an @code{enum constraint_num} as an
3718 argument expect one of these constants.
3720 Machine-independent constraints do not have associated constants.
3721 This may change in the future.
3722 @end deftp
3724 @deftypefun {inline bool} satisfies_constraint_@var{m} (rtx @var{exp})
3725 For each machine-specific, non-register constraint @var{m}, there is
3726 one of these functions; it returns @code{true} if @var{exp} satisfies the
3727 constraint.  These functions are only visible if @file{rtl.h} was included
3728 before @file{tm_p.h}.
3729 @end deftypefun
3731 @deftypefun bool constraint_satisfied_p (rtx @var{exp}, enum constraint_num @var{c})
3732 Like the @code{satisfies_constraint_@var{m}} functions, but the
3733 constraint to test is given as an argument, @var{c}.  If @var{c}
3734 specifies a register constraint, this function will always return
3735 @code{false}.
3736 @end deftypefun
3738 @deftypefun {enum reg_class} regclass_for_constraint (enum constraint_num @var{c})
3739 Returns the register class associated with @var{c}.  If @var{c} is not
3740 a register constraint, or those registers are not available for the
3741 currently selected subtarget, returns @code{NO_REGS}.
3742 @end deftypefun
3744 Here is an example use of @code{satisfies_constraint_@var{m}}.  In
3745 peephole optimizations (@pxref{Peephole Definitions}), operand
3746 constraint strings are ignored, so if there are relevant constraints,
3747 they must be tested in the C condition.  In the example, the
3748 optimization is applied if operand 2 does @emph{not} satisfy the
3749 @samp{K} constraint.  (This is a simplified version of a peephole
3750 definition from the i386 machine description.)
3752 @smallexample
3753 (define_peephole2
3754   [(match_scratch:SI 3 "r")
3755    (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3756         (mult:SI (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")
3757                  (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "")))]
3759   "!satisfies_constraint_K (operands[2])"
3761   [(set (match_dup 3) (match_dup 1))
3762    (set (match_dup 0) (mult:SI (match_dup 3) (match_dup 2)))]
3764   "")
3765 @end smallexample
3767 @node Standard Names
3768 @section Standard Pattern Names For Generation
3769 @cindex standard pattern names
3770 @cindex pattern names
3771 @cindex names, pattern
3773 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
3774 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
3775 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
3776 pattern to accomplish a certain task.
3778 @table @asis
3779 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
3780 @item @samp{mov@var{m}}
3781 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lowercase.
3782 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
3783 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
3785 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
3786 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
3787 to store the specified value in the part of the register that corresponds
3788 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
3789 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
3790 outside the target word are left unchanged.
3792 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
3793 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
3794 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
3795 If there are patterns accepting operands in larger modes,
3796 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
3798 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
3799 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
3800 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
3801 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
3802 into a register.
3804 @findex force_reg
3805 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
3806 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
3807 registers other than the operands.  For example, if you support the
3808 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
3809 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
3810 function which might generate new pseudo registers.
3812 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
3813 fetching those modes from memory normally requires several insns and
3814 some temporary registers.
3816 @findex change_address
3817 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
3818 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
3819 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
3820 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
3821 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
3822 an address into a valid address and no routine (such as
3823 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
3824 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
3826 @findex reload_in_progress
3827 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
3828 declared if required) can be used to determine whether such special
3829 handling is required.
3831 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
3832 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
3833 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
3834 machines explicit memory references will get optional reloads.
3836 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
3837 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
3839 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
3840 you must provide an appropriate secondary_reload target hook.
3842 @findex can_create_pseudo_p
3843 The macro @code{can_create_pseudo_p} can be used to determine if it
3844 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
3845 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
3847 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
3848 register to any other hard register provided that
3849 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
3850 @code{TARGET_REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value
3851 of 2.
3853 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
3854 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
3855 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
3856 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
3857 point members.
3859 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
3860 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
3861 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
3862 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
3863 floating point registers, then the constraints of the fixed point
3864 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
3865 reload into a floating point register.
3867 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
3868 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
3869 @item @samp{reload_in@var{m}}
3870 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
3871 These named patterns have been obsoleted by the target hook
3872 @code{secondary_reload}.
3874 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
3875 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
3876 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
3877 macro in @pxref{Register Classes}.
3879 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
3880 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
3881 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
3882 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
3883 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
3884 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
3885 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
3886 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
3887 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
3888 for these patterns.
3890 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
3891 @item @samp{movstrict@var{m}}
3892 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
3893 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
3894 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
3895 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
3897 @cindex @code{movmisalign@var{m}} instruction pattern
3898 @item @samp{movmisalign@var{m}}
3899 This variant of a move pattern is designed to load or store a value
3900 from a memory address that is not naturally aligned for its mode.
3901 For a store, the memory will be in operand 0; for a load, the memory
3902 will be in operand 1.  The other operand is guaranteed not to be a
3903 memory, so that it's easy to tell whether this is a load or store.
3905 This pattern is used by the autovectorizer, and when expanding a
3906 @code{MISALIGNED_INDIRECT_REF} expression.
3908 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
3909 @item @samp{load_multiple}
3910 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
3911 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
3912 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
3913 number of consecutive registers.
3915 Define this only if the target machine really has such an instruction;
3916 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
3917 registers from memory is to do them one at a time.
3919 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
3920 registers can be stored into memory, such as particular starting or
3921 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
3922 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3923 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
3925 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
3926 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
3927 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
3928 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
3929 @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn pattern.
3931 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
3932 @item @samp{store_multiple}
3933 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
3934 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
3935 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
3936 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
3938 @cindex @code{vec_set@var{m}} instruction pattern
3939 @item @samp{vec_set@var{m}}
3940 Set given field in the vector value.  Operand 0 is the vector to modify,
3941 operand 1 is new value of field and operand 2 specify the field index.
3943 @cindex @code{vec_extract@var{m}} instruction pattern
3944 @item @samp{vec_extract@var{m}}
3945 Extract given field from the vector value.  Operand 1 is the vector, operand 2
3946 specify field index and operand 0 place to store value into.
3948 @cindex @code{vec_extract_even@var{m}} instruction pattern
3949 @item @samp{vec_extract_even@var{m}}
3950 Extract even elements from the input vectors (operand 1 and operand 2). 
3951 The even elements of operand 2 are concatenated to the even elements of operand
3952 1 in their original order. The result is stored in operand 0. 
3953 The output and input vectors should have the same modes. 
3955 @cindex @code{vec_extract_odd@var{m}} instruction pattern
3956 @item @samp{vec_extract_odd@var{m}}
3957 Extract odd elements from the input vectors (operand 1 and operand 2). 
3958 The odd elements of operand 2 are concatenated to the odd elements of operand 
3959 1 in their original order. The result is stored in operand 0.
3960 The output and input vectors should have the same modes.
3962 @cindex @code{vec_interleave_high@var{m}} instruction pattern
3963 @item @samp{vec_interleave_high@var{m}}
3964 Merge high elements of the two input vectors into the output vector. The output
3965 and input vectors should have the same modes (@code{N} elements). The high
3966 @code{N/2} elements of the first input vector are interleaved with the high
3967 @code{N/2} elements of the second input vector.
3969 @cindex @code{vec_interleave_low@var{m}} instruction pattern
3970 @item @samp{vec_interleave_low@var{m}}
3971 Merge low elements of the two input vectors into the output vector. The output
3972 and input vectors should have the same modes (@code{N} elements). The low
3973 @code{N/2} elements of the first input vector are interleaved with the low 
3974 @code{N/2} elements of the second input vector.
3976 @cindex @code{vec_init@var{m}} instruction pattern
3977 @item @samp{vec_init@var{m}}
3978 Initialize the vector to given values.  Operand 0 is the vector to initialize
3979 and operand 1 is parallel containing values for individual fields.
3981 @cindex @code{push@var{m}1} instruction pattern
3982 @item @samp{push@var{m}1}
3983 Output a push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
3984 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
3985 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
3986 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
3987 method is deprecated.
3989 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
3990 @item @samp{add@var{m}3}
3991 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
3992 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
3993 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
3995 @cindex @code{ssadd@var{m}3} instruction pattern
3996 @cindex @code{usadd@var{m}3} instruction pattern
3997 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
3998 @cindex @code{sssub@var{m}3} instruction pattern
3999 @cindex @code{ussub@var{m}3} instruction pattern
4000 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
4001 @cindex @code{ssmul@var{m}3} instruction pattern
4002 @cindex @code{usmul@var{m}3} instruction pattern
4003 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
4004 @cindex @code{ssdiv@var{m}3} instruction pattern
4005 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
4006 @cindex @code{usdiv@var{m}3} instruction pattern
4007 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
4008 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
4009 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
4010 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
4011 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
4012 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
4013 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
4014 @item @samp{ssadd@var{m}3}, @samp{usadd@var{m}3}
4015 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{sssub@var{m}3}, @samp{ussub@var{m}3}
4016 @item @samp{mul@var{m}3}, @samp{ssmul@var{m}3}, @samp{usmul@var{m}3}
4017 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{ssdiv@var{m}3}
4018 @itemx @samp{udiv@var{m}3}, @samp{usdiv@var{m}3}
4019 @itemx @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
4020 @itemx @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
4021 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
4022 Similar, for other arithmetic operations.
4024 @cindex @code{fma@var{m}4} instruction pattern
4025 @item @samp{fma@var{m}4}
4026 Multiply operand 2 and operand 1, then add operand 3, storing the
4027 result in operand 0.  All operands must have mode @var{m}.  This
4028 pattern is used to implement the @code{fma}, @code{fmaf}, and
4029 @code{fmal} builtin functions from the ISO C99 standard.  The
4030 @code{fma} operation may produce different results than doing the
4031 multiply followed by the add if the machine does not perform a
4032 rounding step between the operations.
4034 @cindex @code{fms@var{m}4} instruction pattern
4035 @item @samp{fms@var{m}4}
4036 Like @code{fma@var{m}4}, except operand 3 subtracted from the
4037 product instead of added to the product.  This is represented
4038 in the rtl as
4040 @smallexample
4041 (fma:@var{m} @var{op1} @var{op2} (neg:@var{m} @var{op3}))
4042 @end smallexample
4044 @cindex @code{fnma@var{m}4} instruction pattern
4045 @item @samp{fnma@var{m}4}
4046 Like @code{fma@var{m}4} except that the intermediate product
4047 is negated before being added to operand 3.  This is represented
4048 in the rtl as
4050 @smallexample
4051 (fma:@var{m} (neg:@var{m} @var{op1}) @var{op2} @var{op3})
4052 @end smallexample
4054 @cindex @code{fnms@var{m}4} instruction pattern
4055 @item @samp{fnms@var{m}4}
4056 Like @code{fms@var{m}4} except that the intermediate product
4057 is negated before subtracting operand 3.  This is represented
4058 in the rtl as
4060 @smallexample
4061 (fma:@var{m} (neg:@var{m} @var{op1}) @var{op2} (neg:@var{m} @var{op3}))
4062 @end smallexample
4064 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
4065 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
4066 @item @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}
4067 Signed minimum and maximum operations.  When used with floating point,
4068 if both operands are zeros, or if either operand is @code{NaN}, then
4069 it is unspecified which of the two operands is returned as the result.
4071 @cindex @code{reduc_smin_@var{m}} instruction pattern
4072 @cindex @code{reduc_smax_@var{m}} instruction pattern
4073 @item @samp{reduc_smin_@var{m}}, @samp{reduc_smax_@var{m}}
4074 Find the signed minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
4075 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
4076 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
4077 modes.
4079 @cindex @code{reduc_umin_@var{m}} instruction pattern
4080 @cindex @code{reduc_umax_@var{m}} instruction pattern
4081 @item @samp{reduc_umin_@var{m}}, @samp{reduc_umax_@var{m}}
4082 Find the unsigned minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
4083 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
4084 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
4085 modes.
4087 @cindex @code{reduc_splus_@var{m}} instruction pattern
4088 @item @samp{reduc_splus_@var{m}}
4089 Compute the sum of the signed elements of a vector. The vector is operand 1,
4090 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
4091 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
4093 @cindex @code{reduc_uplus_@var{m}} instruction pattern
4094 @item @samp{reduc_uplus_@var{m}}
4095 Compute the sum of the unsigned elements of a vector. The vector is operand 1,
4096 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
4097 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
4099 @cindex @code{sdot_prod@var{m}} instruction pattern
4100 @item @samp{sdot_prod@var{m}}
4101 @cindex @code{udot_prod@var{m}} instruction pattern
4102 @item @samp{udot_prod@var{m}}
4103 Compute the sum of the products of two signed/unsigned elements. 
4104 Operand 1 and operand 2 are of the same mode. Their product, which is of a 
4105 wider mode, is computed and added to operand 3. Operand 3 is of a mode equal or 
4106 wider than the mode of the product. The result is placed in operand 0, which
4107 is of the same mode as operand 3. 
4109 @cindex @code{ssum_widen@var{m3}} instruction pattern
4110 @item @samp{ssum_widen@var{m3}}
4111 @cindex @code{usum_widen@var{m3}} instruction pattern
4112 @item @samp{usum_widen@var{m3}}
4113 Operands 0 and 2 are of the same mode, which is wider than the mode of 
4114 operand 1. Add operand 1 to operand 2 and place the widened result in
4115 operand 0. (This is used express accumulation of elements into an accumulator
4116 of a wider mode.)
4118 @cindex @code{vec_shl_@var{m}} instruction pattern
4119 @cindex @code{vec_shr_@var{m}} instruction pattern
4120 @item @samp{vec_shl_@var{m}}, @samp{vec_shr_@var{m}}
4121 Whole vector left/right shift in bits.
4122 Operand 1 is a vector to be shifted.
4123 Operand 2 is an integer shift amount in bits.
4124 Operand 0 is where the resulting shifted vector is stored.
4125 The output and input vectors should have the same modes.
4127 @cindex @code{vec_pack_trunc_@var{m}} instruction pattern
4128 @item @samp{vec_pack_trunc_@var{m}}
4129 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors. Operands 1 and 2
4130 are vectors of the same mode having N integral or floating point elements
4131 of size S@.  Operand 0 is the resulting vector in which 2*N elements of
4132 size N/2 are concatenated after narrowing them down using truncation.
4134 @cindex @code{vec_pack_ssat_@var{m}} instruction pattern
4135 @cindex @code{vec_pack_usat_@var{m}} instruction pattern
4136 @item @samp{vec_pack_ssat_@var{m}}, @samp{vec_pack_usat_@var{m}}
4137 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors.  Operands 1 and 2
4138 are vectors of the same mode having N integral elements of size S.
4139 Operand 0 is the resulting vector in which the elements of the two input
4140 vectors are concatenated after narrowing them down using signed/unsigned
4141 saturating arithmetic.
4143 @cindex @code{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}} instruction pattern
4144 @cindex @code{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}} instruction pattern
4145 @item @samp{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}}, @samp{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}}
4146 Narrow, convert to signed/unsigned integral type and merge the elements
4147 of two vectors.  Operands 1 and 2 are vectors of the same mode having N
4148 floating point elements of size S@.  Operand 0 is the resulting vector
4149 in which 2*N elements of size N/2 are concatenated.
4151 @cindex @code{vec_unpacks_hi_@var{m}} instruction pattern
4152 @cindex @code{vec_unpacks_lo_@var{m}} instruction pattern
4153 @item @samp{vec_unpacks_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_lo_@var{m}}
4154 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of signed
4155 integral or floating point elements.  The input vector (operand 1) has N
4156 elements of size S@.  Widen (promote) the high/low elements of the vector
4157 using signed or floating point extension and place the resulting N/2
4158 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
4160 @cindex @code{vec_unpacku_hi_@var{m}} instruction pattern
4161 @cindex @code{vec_unpacku_lo_@var{m}} instruction pattern
4162 @item @samp{vec_unpacku_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_lo_@var{m}}
4163 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of unsigned
4164 integral elements.  The input vector (operand 1) has N elements of size S.
4165 Widen (promote) the high/low elements of the vector using zero extension and
4166 place the resulting N/2 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
4168 @cindex @code{vec_unpacks_float_hi_@var{m}} instruction pattern
4169 @cindex @code{vec_unpacks_float_lo_@var{m}} instruction pattern
4170 @cindex @code{vec_unpacku_float_hi_@var{m}} instruction pattern
4171 @cindex @code{vec_unpacku_float_lo_@var{m}} instruction pattern
4172 @item @samp{vec_unpacks_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_float_lo_@var{m}}
4173 @itemx @samp{vec_unpacku_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_float_lo_@var{m}}
4174 Extract, convert to floating point type and widen the high/low part of a
4175 vector of signed/unsigned integral elements.  The input vector (operand 1)
4176 has N elements of size S@.  Convert the high/low elements of the vector using
4177 floating point conversion and place the resulting N/2 values of size 2*S in
4178 the output vector (operand 0).
4180 @cindex @code{vec_widen_umult_hi_@var{m}} instruction pattern
4181 @cindex @code{vec_widen_umult_lo__@var{m}} instruction pattern
4182 @cindex @code{vec_widen_smult_hi_@var{m}} instruction pattern
4183 @cindex @code{vec_widen_smult_lo_@var{m}} instruction pattern
4184 @item @samp{vec_widen_umult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_umult_lo_@var{m}}
4185 @itemx @samp{vec_widen_smult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_smult_lo_@var{m}}
4186 Signed/Unsigned widening multiplication.  The two inputs (operands 1 and 2)
4187 are vectors with N signed/unsigned elements of size S@.  Multiply the high/low
4188 elements of the two vectors, and put the N/2 products of size 2*S in the
4189 output vector (operand 0).
4191 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
4192 @item @samp{mulhisi3}
4193 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
4194 a @code{SImode} product in operand 0.
4196 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
4197 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
4198 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
4199 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
4201 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
4202 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
4203 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
4204 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
4205 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
4206 multiplication.
4208 @cindex @code{usmulqihi3} instruction pattern
4209 @cindex @code{usmulhisi3} instruction pattern
4210 @cindex @code{usmulsidi3} instruction pattern
4211 @item @samp{usmulqihi3}, @samp{usmulhisi3}, @samp{usmulsidi3}
4212 Similar widening-multiplication instructions that interpret the first
4213 operand as unsigned and the second operand as signed, then do a signed
4214 multiplication.
4216 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
4217 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
4218 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
4219 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
4220 The least significant half of the product is discarded.
4222 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
4223 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
4224 Similar, but the multiplication is unsigned.
4226 @cindex @code{madd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4227 @item @samp{madd@var{m}@var{n}4}
4228 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, add
4229 operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
4230 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
4231 Both modes must be integer or fixed-point modes and @var{n} must be twice
4232 the size of @var{m}.
4234 In other words, @code{madd@var{m}@var{n}4} is like
4235 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also adds operand 3.
4237 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
4239 @cindex @code{umadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4240 @item @samp{umadd@var{m}@var{n}4}
4241 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
4242 operands instead of sign-extending them.
4244 @cindex @code{ssmadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4245 @item @samp{ssmadd@var{m}@var{n}4}
4246 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
4247 signed-saturating.
4249 @cindex @code{usmadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4250 @item @samp{usmadd@var{m}@var{n}4}
4251 Like @code{umadd@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
4252 unsigned-saturating.
4254 @cindex @code{msub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4255 @item @samp{msub@var{m}@var{n}4}
4256 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, subtract the
4257 result from operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
4258 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
4259 Both modes must be integer or fixed-point modes and @var{n} must be twice
4260 the size of @var{m}.
4262 In other words, @code{msub@var{m}@var{n}4} is like
4263 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also subtracts the result
4264 from operand 3.
4266 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
4268 @cindex @code{umsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4269 @item @samp{umsub@var{m}@var{n}4}
4270 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
4271 operands instead of sign-extending them.
4273 @cindex @code{ssmsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4274 @item @samp{ssmsub@var{m}@var{n}4}
4275 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
4276 signed-saturating.
4278 @cindex @code{usmsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4279 @item @samp{usmsub@var{m}@var{n}4}
4280 Like @code{umsub@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
4281 unsigned-saturating.
4283 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
4284 @item @samp{divmod@var{m}4}
4285 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
4286 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
4287 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
4289 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
4290 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
4291 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
4292 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
4293 and remainder are computed.
4295 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
4296 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
4297 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
4298 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
4299 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
4301 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
4302 @item @samp{udivmod@var{m}4}
4303 Similar, but does unsigned division.
4305 @anchor{shift patterns}
4306 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
4307 @cindex @code{ssashl@var{m}3} instruction pattern
4308 @cindex @code{usashl@var{m}3} instruction pattern
4309 @item @samp{ashl@var{m}3}, @samp{ssashl@var{m}3}, @samp{usashl@var{m}3}
4310 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
4311 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
4312 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
4313 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
4314 mode before generating the instruction.  The meaning of out-of-range shift
4315 counts can optionally be specified by @code{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
4316 @xref{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.  Operand 2 is always a scalar type.
4318 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
4319 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
4320 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
4321 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
4322 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
4323 Other shift and rotate instructions, analogous to the
4324 @code{ashl@var{m}3} instructions.  Operand 2 is always a scalar type.
4326 @cindex @code{vashl@var{m}3} instruction pattern
4327 @cindex @code{vashr@var{m}3} instruction pattern
4328 @cindex @code{vlshr@var{m}3} instruction pattern
4329 @cindex @code{vrotl@var{m}3} instruction pattern
4330 @cindex @code{vrotr@var{m}3} instruction pattern
4331 @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}
4332 Vector shift and rotate instructions that take vectors as operand 2
4333 instead of a scalar type.
4335 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
4336 @cindex @code{ssneg@var{m}2} instruction pattern
4337 @cindex @code{usneg@var{m}2} instruction pattern
4338 @item @samp{neg@var{m}2}, @samp{ssneg@var{m}2}, @samp{usneg@var{m}2}
4339 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
4341 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
4342 @item @samp{abs@var{m}2}
4343 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
4345 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
4346 @item @samp{sqrt@var{m}2}
4347 Store the square root of operand 1 into operand 0.
4349 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
4350 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sqrtf}
4351 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4352 type @code{float}.
4354 @cindex @code{fmod@var{m}3} instruction pattern
4355 @item @samp{fmod@var{m}3}
4356 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
4357 operand 0, rounded towards zero to an integer.
4359 The @code{fmod} built-in function of C always uses the mode which
4360 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{fmodf}
4361 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4362 type @code{float}.
4364 @cindex @code{remainder@var{m}3} instruction pattern
4365 @item @samp{remainder@var{m}3}
4366 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
4367 operand 0, rounded to the nearest integer.
4369 The @code{remainder} built-in function of C always uses the mode
4370 which corresponds to the C data type @code{double} and the
4371 @code{remainderf} built-in function uses the mode which corresponds
4372 to the C data type @code{float}.
4374 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
4375 @item @samp{cos@var{m}2}
4376 Store the cosine of operand 1 into operand 0.
4378 The @code{cos} built-in function of C always uses the mode which
4379 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{cosf}
4380 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4381 type @code{float}.
4383 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
4384 @item @samp{sin@var{m}2}
4385 Store the sine of operand 1 into operand 0.
4387 The @code{sin} built-in function of C always uses the mode which
4388 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sinf}
4389 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4390 type @code{float}.
4392 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
4393 @item @samp{exp@var{m}2}
4394 Store the exponential of operand 1 into operand 0.
4396 The @code{exp} built-in function of C always uses the mode which
4397 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{expf}
4398 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4399 type @code{float}.
4401 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
4402 @item @samp{log@var{m}2}
4403 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.
4405 The @code{log} built-in function of C always uses the mode which
4406 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{logf}
4407 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4408 type @code{float}.
4410 @cindex @code{pow@var{m}3} instruction pattern
4411 @item @samp{pow@var{m}3}
4412 Store the value of operand 1 raised to the exponent operand 2
4413 into operand 0.
4415 The @code{pow} built-in function of C always uses the mode which
4416 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{powf}
4417 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4418 type @code{float}.
4420 @cindex @code{atan2@var{m}3} instruction pattern
4421 @item @samp{atan2@var{m}3}
4422 Store the arc tangent (inverse tangent) of operand 1 divided by
4423 operand 2 into operand 0, using the signs of both arguments to
4424 determine the quadrant of the result.
4426 The @code{atan2} built-in function of C always uses the mode which
4427 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{atan2f}
4428 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4429 type @code{float}.
4431 @cindex @code{floor@var{m}2} instruction pattern
4432 @item @samp{floor@var{m}2}
4433 Store the largest integral value not greater than argument.
4435 The @code{floor} built-in function of C always uses the mode which
4436 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{floorf}
4437 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4438 type @code{float}.
4440 @cindex @code{btrunc@var{m}2} instruction pattern
4441 @item @samp{btrunc@var{m}2}
4442 Store the argument rounded to integer towards zero.
4444 The @code{trunc} built-in function of C always uses the mode which
4445 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{truncf}
4446 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4447 type @code{float}.
4449 @cindex @code{round@var{m}2} instruction pattern
4450 @item @samp{round@var{m}2}
4451 Store the argument rounded to integer away from zero.
4453 The @code{round} built-in function of C always uses the mode which
4454 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{roundf}
4455 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4456 type @code{float}.
4458 @cindex @code{ceil@var{m}2} instruction pattern
4459 @item @samp{ceil@var{m}2}
4460 Store the argument rounded to integer away from zero.
4462 The @code{ceil} built-in function of C always uses the mode which
4463 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{ceilf}
4464 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4465 type @code{float}.
4467 @cindex @code{nearbyint@var{m}2} instruction pattern
4468 @item @samp{nearbyint@var{m}2}
4469 Store the argument rounded according to the default rounding mode
4471 The @code{nearbyint} built-in function of C always uses the mode which
4472 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{nearbyintf}
4473 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4474 type @code{float}.
4476 @cindex @code{rint@var{m}2} instruction pattern
4477 @item @samp{rint@var{m}2}
4478 Store the argument rounded according to the default rounding mode and
4479 raise the inexact exception when the result differs in value from
4480 the argument
4482 The @code{rint} built-in function of C always uses the mode which
4483 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{rintf}
4484 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4485 type @code{float}.
4487 @cindex @code{lrint@var{m}@var{n}2}
4488 @item @samp{lrint@var{m}@var{n}2}
4489 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4490 point mode @var{n} as a signed number according to the current
4491 rounding mode and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
4493 @cindex @code{lround@var{m}@var{n}2}
4494 @item @samp{lround@var{m}@var{n}2}
4495 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4496 point mode @var{n} as a signed number rounding to nearest and away
4497 from zero and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
4499 @cindex @code{lfloor@var{m}@var{n}2}
4500 @item @samp{lfloor@var{m}@var{n}2}
4501 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4502 point mode @var{n} as a signed number rounding down and store in
4503 operand 0 (which has mode @var{n}).
4505 @cindex @code{lceil@var{m}@var{n}2}
4506 @item @samp{lceil@var{m}@var{n}2}
4507 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4508 point mode @var{n} as a signed number rounding up and store in
4509 operand 0 (which has mode @var{n}).
4511 @cindex @code{copysign@var{m}3} instruction pattern
4512 @item @samp{copysign@var{m}3}
4513 Store a value with the magnitude of operand 1 and the sign of operand
4514 2 into operand 0.
4516 The @code{copysign} built-in function of C always uses the mode which
4517 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{copysignf}
4518 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4519 type @code{float}.
4521 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
4522 @item @samp{ffs@var{m}2}
4523 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
4524 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
4525 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
4526 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
4527 generating the instruction.
4529 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
4530 corresponds to the C data type @code{int}.
4532 @cindex @code{clz@var{m}2} instruction pattern
4533 @item @samp{clz@var{m}2}
4534 Store into operand 0 the number of leading 0-bits in @var{x}, starting
4535 at the most significant bit position.  If @var{x} is 0, the
4536 @code{CLZ_DEFINED_VALUE_AT_ZERO} (@pxref{Misc}) macro defines if
4537 the result is undefined or has a useful value.
4538 @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
4539 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
4540 operand to that mode before generating the instruction.
4542 @cindex @code{ctz@var{m}2} instruction pattern
4543 @item @samp{ctz@var{m}2}
4544 Store into operand 0 the number of trailing 0-bits in @var{x}, starting
4545 at the least significant bit position.  If @var{x} is 0, the
4546 @code{CTZ_DEFINED_VALUE_AT_ZERO} (@pxref{Misc}) macro defines if
4547 the result is undefined or has a useful value.
4548 @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
4549 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
4550 operand to that mode before generating the instruction.
4552 @cindex @code{popcount@var{m}2} instruction pattern
4553 @item @samp{popcount@var{m}2}
4554 Store into operand 0 the number of 1-bits in @var{x}.  @var{m} is the
4555 mode of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
4556 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
4557 generating the instruction.
4559 @cindex @code{parity@var{m}2} instruction pattern
4560 @item @samp{parity@var{m}2}
4561 Store into operand 0 the parity of @var{x}, i.e.@: the number of 1-bits
4562 in @var{x} modulo 2.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode
4563 is specified by the instruction pattern, and the compiler will convert
4564 the operand to that mode before generating the instruction.
4566 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
4567 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
4568 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
4570 @cindex @code{movmem@var{m}} instruction pattern
4571 @item @samp{movmem@var{m}}
4572 Block move instruction.  The destination and source blocks of memory
4573 are the first two operands, and both are @code{mem:BLK}s with an
4574 address in mode @code{Pmode}.
4576 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
4577 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
4578 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
4579 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
4580 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
4581 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
4582 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
4584 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
4585 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
4586 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
4587 it may provide the value 4 for this operand.
4589 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
4590 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
4591 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
4592 all cases. This expected alignment is also in bytes, just like operand 4.
4593 Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
4595 Descriptions of multiple @code{movmem@var{m}} patterns can only be
4596 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
4597 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
4598 in @code{movmem@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
4599 individually moved data units in the block.
4601 These patterns need not give special consideration to the possibility
4602 that the source and destination strings might overlap.
4604 @cindex @code{movstr} instruction pattern
4605 @item @samp{movstr}
4606 String copy instruction, with @code{stpcpy} semantics.  Operand 0 is
4607 an output operand in mode @code{Pmode}.  The addresses of the
4608 destination and source strings are operands 1 and 2, and both are
4609 @code{mem:BLK}s with addresses in mode @code{Pmode}.  The execution of
4610 the expansion of this pattern should store in operand 0 the address in
4611 which the @code{NUL} terminator was stored in the destination string.
4613 @cindex @code{setmem@var{m}} instruction pattern
4614 @item @samp{setmem@var{m}}
4615 Block set instruction.  The destination string is the first operand,
4616 given as a @code{mem:BLK} whose address is in mode @code{Pmode}.  The
4617 number of bytes to set is the second operand, in mode @var{m}.  The value to
4618 initialize the memory with is the third operand. Targets that only support the
4619 clearing of memory should reject any value that is not the constant 0.  See
4620 @samp{movmem@var{m}} for a discussion of the choice of mode.
4622 The fourth operand is the known alignment of the destination, in the form
4623 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
4624 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
4625 operand.
4627 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
4628 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
4629 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
4630 all cases. This expected alignment is also in bytes, just like operand 4.
4631 Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
4633 The use for multiple @code{setmem@var{m}} is as for @code{movmem@var{m}}.
4635 @cindex @code{cmpstrn@var{m}} instruction pattern
4636 @item @samp{cmpstrn@var{m}}
4637 String compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
4638 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
4639 of @samp{movmem@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
4640 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
4641 string.  The instruction is not allowed to prefetch more than one byte
4642 at a time since either string may end in the first byte and reading past
4643 that may access an invalid page or segment and cause a fault.  The
4644 effect of the instruction is to store a value in operand 0 whose sign
4645 indicates the result of the comparison.
4647 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
4648 @item @samp{cmpstr@var{m}}
4649 String compare instruction, without known maximum length.  Operand 0 is the
4650 output; it has mode @var{m}.  The second and third operand are the blocks of
4651 memory to be compared; both are @code{mem:BLK} with an address in mode
4652 @code{Pmode}.
4654 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
4655 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
4656 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
4657 it may provide the value 4 for this operand.
4659 The two memory blocks specified are compared byte by byte in lexicographic
4660 order starting at the beginning of each string.  The instruction is not allowed
4661 to prefetch more than one byte at a time since either string may end in the
4662 first byte and reading past that may access an invalid page or segment and
4663 cause a fault.  The effect of the instruction is to store a value in operand 0
4664 whose sign indicates the result of the comparison.
4666 @cindex @code{cmpmem@var{m}} instruction pattern
4667 @item @samp{cmpmem@var{m}}
4668 Block compare instruction, with five operands like the operands
4669 of @samp{cmpstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
4670 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
4671 block.  Unlike @samp{cmpstr@var{m}} the instruction can prefetch
4672 any bytes in the two memory blocks.  The effect of the instruction is
4673 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
4674 comparison.
4676 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
4677 @item @samp{strlen@var{m}}
4678 Compute the length of a string, with three operands.
4679 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
4680 a @code{mem} referring to the first character of the string,
4681 operand 2 is the character to search for (normally zero),
4682 and operand 3 is a constant describing the known alignment
4683 of the beginning of the string.
4685 @cindex @code{float@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4686 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
4687 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
4688 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
4689 @var{n}).
4691 @cindex @code{floatuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4692 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
4693 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
4694 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
4695 @var{n}).
4697 @cindex @code{fix@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4698 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
4699 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4700 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
4701 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
4702 the value of operand 1 is an integer.
4704 If the machine description defines this pattern, it also needs to
4705 define the @code{ftrunc} pattern.
4707 @cindex @code{fixuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4708 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
4709 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4710 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
4711 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
4712 value of operand 1 is an integer.
4714 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
4715 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
4716 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
4717 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
4718 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
4720 @cindex @code{fix_trunc@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4721 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
4722 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
4723 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
4725 @cindex @code{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4726 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
4727 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
4728 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
4730 @cindex @code{trunc@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4731 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
4732 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4733 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4734 point or both floating point.
4736 @cindex @code{extend@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4737 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
4738 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4739 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4740 point or both floating point.
4742 @cindex @code{zero_extend@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4743 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
4744 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4745 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4746 point.
4748 @cindex @code{fract@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4749 @item @samp{fract@var{m}@var{n}2}
4750 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
4751 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
4752 could be fixed-point to fixed-point, signed integer to fixed-point,
4753 fixed-point to signed integer, floating-point to fixed-point,
4754 or fixed-point to floating-point.
4755 When overflows or underflows happen, the results are undefined.
4757 @cindex @code{satfract@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4758 @item @samp{satfract@var{m}@var{n}2}
4759 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
4760 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
4761 could be fixed-point to fixed-point, signed integer to fixed-point,
4762 or floating-point to fixed-point.
4763 When overflows or underflows happen, the instruction saturates the
4764 results to the maximum or the minimum.
4766 @cindex @code{fractuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4767 @item @samp{fractuns@var{m}@var{n}2}
4768 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
4769 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
4770 could be unsigned integer to fixed-point, or
4771 fixed-point to unsigned integer.
4772 When overflows or underflows happen, the results are undefined.
4774 @cindex @code{satfractuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4775 @item @samp{satfractuns@var{m}@var{n}2}
4776 Convert unsigned integer operand 1 of mode @var{m} to fixed-point mode
4777 @var{n} and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
4778 When overflows or underflows happen, the instruction saturates the
4779 results to the maximum or the minimum.
4781 @cindex @code{extv} instruction pattern
4782 @item @samp{extv}
4783 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
4784 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
4785 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
4786 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
4787 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
4788 be valid for @code{word_mode}.
4790 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
4791 for operands 2 and 3 and the constant is never zero for operand 2.
4793 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
4794 before it is stored in operand 0.
4796 @cindex @code{extzv} instruction pattern
4797 @item @samp{extzv}
4798 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
4800 @cindex @code{insv} instruction pattern
4801 @item @samp{insv}
4802 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
4803 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
4804 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
4805 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
4806 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
4808 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
4809 for operands 1 and 2 and the constant is never zero for operand 1.
4811 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
4812 @item @samp{mov@var{mode}cc}
4813 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
4814 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
4815 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
4817 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
4818 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
4819 conditionally move an integer value based on the floating point condition
4820 codes and vice versa.
4822 If the machine does not have conditional move instructions, do not
4823 define these patterns.
4825 @cindex @code{add@var{mode}cc} instruction pattern
4826 @item @samp{add@var{mode}cc}
4827 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional addition.  Conditionally
4828 move operand 2 or (operands 2 + operand 3) into operand 0 according to the
4829 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved into
4830 operand 0, otherwise (operand 2 + operand 3) is moved.
4832 @cindex @code{cstore@var{mode}4} instruction pattern
4833 @item @samp{cstore@var{mode}4}
4834 Store zero or nonzero in operand 0 according to whether a comparison
4835 is true.  Operand 1 is a comparison operator.  Operand 2 and operand 3
4836 are the first and second operand of the comparison, respectively.
4837 You specify the mode that operand 0 must have when you write the
4838 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees which
4839 mode you have used and supplies an operand of that mode.
4841 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
4842 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
4843 you should omit it from the machine description.  You describe to the
4844 compiler exactly which value is stored by defining the macro
4845 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
4846 found that can be used for all the possible comparison operators, you
4847 should pick one and use a @code{define_expand} to map all results
4848 onto the one you chose.
4850 These operations may @code{FAIL}, but should do so only in relatively
4851 uncommon cases; if they would @code{FAIL} for common cases involving
4852 integer comparisons, it is best to restrict the predicates to not
4853 allow these operands.  Likewise if a given comparison operator will
4854 always fail, independent of the operands (for floating-point modes, the
4855 @code{ordered_comparison_operator} predicate is often useful in this case).
4857 If this pattern is omitted, the compiler will generate a conditional
4858 branch---for example, it may copy a constant one to the target and branching
4859 around an assignment of zero to the target---or a libcall.  If the predicate
4860 for operand 1 only rejects some operators, it will also try reordering the
4861 operands and/or inverting the result value (e.g.@: by an exclusive OR).
4862 These possibilities could be cheaper or equivalent to the instructions
4863 used for the @samp{cstore@var{mode}4} pattern followed by those required
4864 to convert a positive result from @code{STORE_FLAG_VALUE} to 1; in this
4865 case, you can and should make operand 1's predicate reject some operators
4866 in the @samp{cstore@var{mode}4} pattern, or remove the pattern altogether
4867 from the machine description.
4869 @cindex @code{cbranch@var{mode}4} instruction pattern
4870 @item @samp{cbranch@var{mode}4}
4871 Conditional branch instruction combined with a compare instruction.
4872 Operand 0 is a comparison operator.  Operand 1 and operand 2 are the
4873 first and second operands of the comparison, respectively.  Operand 3
4874 is a @code{label_ref} that refers to the label to jump to.
4876 @cindex @code{jump} instruction pattern
4877 @item @samp{jump}
4878 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
4879 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
4880 on all machines.
4882 @cindex @code{call} instruction pattern
4883 @item @samp{call}
4884 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
4885 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
4886 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
4887 operands.
4889 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
4890 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
4891 to put this information into the assembler code; they can put it in
4892 the RTL instead of operand 1.
4894 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
4895 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
4896 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
4897 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
4898 instruction, the pattern for this operation should be a
4899 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
4900 address into a register and uses that register in the call instruction.
4902 @cindex @code{call_value} instruction pattern
4903 @item @samp{call_value}
4904 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
4905 register in which the value is returned.  There are three more
4906 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
4907 instruction (but with numbers increased by one).
4909 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
4910 insn.
4912 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
4913 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
4914 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
4915 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
4916 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
4917 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
4918 adjustment made to the frame pointer.
4920 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
4921 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
4922 can be eliminated, if desired.
4924 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
4925 @item @samp{untyped_call}
4926 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
4927 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
4928 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
4929 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
4930 the saving of a function return value into the result block.
4932 This instruction pattern should be defined to support
4933 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
4934 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
4935 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
4936 multiple registers that can hold a return value
4937 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
4939 @cindex @code{return} instruction pattern
4940 @item @samp{return}
4941 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
4942 defined only if a single instruction can do all the work of returning
4943 from a function.
4945 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
4946 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
4947 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
4948 some class of functions only requires one instruction to implement a
4949 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
4950 to save any registers or allocate stack space.
4952 @findex reload_completed
4953 @findex leaf_function_p
4954 For such machines, the condition specified in this pattern should only
4955 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
4956 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
4957 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
4958 a register window push is required.
4960 Machines that have conditional return instructions should define patterns
4961 such as
4963 @smallexample
4964 (define_insn ""
4965   [(set (pc)
4966         (if_then_else (match_operator
4967                          0 "comparison_operator"
4968                          [(cc0) (const_int 0)])
4969                       (return)
4970                       (pc)))]
4971   "@var{condition}"
4972   "@dots{}")
4973 @end smallexample
4975 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
4976 named @samp{return} pattern.
4978 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
4979 @item @samp{untyped_return}
4980 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
4981 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
4982 instructions are needed to return a value of any type.
4984 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
4985 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
4986 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
4987 the restoring of a function return value from the result block.
4989 @cindex @code{nop} instruction pattern
4990 @item @samp{nop}
4991 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
4992 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
4993 RTL pattern.
4995 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
4996 @item @samp{indirect_jump}
4997 An instruction to jump to an address which is operand zero.
4998 This pattern name is mandatory on all machines.
5000 @cindex @code{casesi} instruction pattern
5001 @item @samp{casesi}
5002 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
5003 This instruction takes five operands:
5005 @enumerate
5006 @item
5007 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
5009 @item
5010 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
5012 @item
5013 The total range of indices in the table---the largest index
5014 minus the smallest one (both inclusive).
5016 @item
5017 A label that precedes the table itself.
5019 @item
5020 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
5021 @end enumerate
5023 The table is an @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
5024 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
5025 difference between the upper bound and the lower bound.
5027 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
5028 @item @samp{tablejump}
5029 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
5030 capability which can be used to implement a dispatch table when there
5031 is no @samp{casesi} pattern.
5033 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
5034 which should immediately precede the jump table.  If the macro
5035 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
5036 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
5037 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
5038 mode @code{Pmode}.
5040 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
5041 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
5042 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
5043 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
5046 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
5047 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
5048 Conditional branch instruction that decrements a register and
5049 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
5050 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
5051 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
5053 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
5054 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
5055 reduction is enabled.
5057 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
5058 @item @samp{doloop_end}
5059 Conditional branch instruction that decrements a register and jumps if
5060 the register is nonzero.  This instruction takes five operands: Operand
5061 0 is the register to decrement and test; operand 1 is the number of loop
5062 iterations as a @code{const_int} or @code{const0_rtx} if this cannot be
5063 determined until run-time; operand 2 is the actual or estimated maximum
5064 number of iterations as a @code{const_int}; operand 3 is the number of
5065 enclosed loops as a @code{const_int} (an innermost loop has a value of
5066 1); operand 4 is the label to jump to if the register is nonzero.
5067 @xref{Looping Patterns}.
5069 This optional instruction pattern should be defined for machines with
5070 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
5071 modify suitable loops to utilize it.  If nested low-overhead looping is
5072 not supported, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
5073 and make the pattern fail if operand 3 is not @code{const1_rtx}.
5074 Similarly, if the actual or estimated maximum number of iterations is
5075 too large for this instruction, make it fail.
5077 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
5078 @item @samp{doloop_begin}
5079 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
5080 need to perform some initialization, such as loading special registers
5081 used by a low-overhead looping instruction.  If initialization insns do
5082 not always need to be emitted, use a @code{define_expand}
5083 (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
5086 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
5087 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
5088 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
5089 into operand 0.
5091 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
5092 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
5093 and also has mode @code{Pmode}.
5095 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
5096 the address of the function which would be called if the function
5097 pointer were used in an indirect call.
5099 Only define this pattern if function pointers on the target machine
5100 can have different values but still call the same function when
5101 used in an indirect call.
5103 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
5104 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
5105 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
5106 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
5107 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
5108 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
5109 @item @samp{save_stack_block}
5110 @itemx @samp{save_stack_function}
5111 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
5112 @itemx @samp{restore_stack_block}
5113 @itemx @samp{restore_stack_function}
5114 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
5115 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
5116 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
5117 such machines.
5119 Some machines require special handling for stack pointer saves and
5120 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
5121 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
5122 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
5123 saves and restores are:
5125 @enumerate
5126 @item
5127 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
5128 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
5129 restores the stack pointer when the block is exited.
5131 @item
5132 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
5133 similar job for the outermost block of a function and are used when the
5134 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
5135 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
5136 restore sequence on some machines.
5138 @item
5139 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
5140 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
5141 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
5142 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
5143 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
5144 and restoring additional data such as register window information or
5145 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
5146 such required data.
5147 @end enumerate
5149 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
5150 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
5151 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
5152 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
5153 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
5154 for a particular type of save (either because no save is needed or
5155 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
5156 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
5157 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
5158 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
5160 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
5161 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
5162 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
5164 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
5165 @item @samp{allocate_stack}
5166 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
5167 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
5169 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
5170 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
5171 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
5172 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
5173 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
5174 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
5175 stack is free.
5177 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
5178 Some machines require other operations such as stack probes or
5179 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
5180 operations in addition to updating the stack pointer.
5182 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
5183 @item @samp{check_stack}
5184 If stack checking (@pxref{Stack Checking}) cannot be done on your system by
5185 probing the stack, define this pattern to perform the needed check and signal
5186 an error if the stack has overflowed.  The single operand is the address in
5187 the stack farthest from the current stack pointer that you need to validate.
5188 Normally, on platforms where this pattern is needed, you would obtain the
5189 stack limit from a global or thread-specific variable or register.
5191 @cindex @code{probe_stack} instruction pattern
5192 @item @samp{probe_stack}
5193 If stack checking (@pxref{Stack Checking}) can be done on your system by
5194 probing the stack but doing it with a ``store zero'' instruction is not valid
5195 or optimal, define this pattern to do the probing differently and signal an
5196 error if the stack has overflowed.  The single operand is the memory reference
5197 in the stack that needs to be probed.
5199 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
5200 @item @samp{nonlocal_goto}
5201 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
5202 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
5203 each representing a value to be used in the jump.  The first
5204 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
5205 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
5206 the third is the address of a location where the stack is saved,
5207 and the last is the address of the label, to be placed in the
5208 location for the incoming static chain.
5210 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
5211 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
5212 and static chain, restore the stack (using the
5213 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
5214 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
5215 not work on your machine.
5217 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
5218 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
5219 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
5220 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
5221 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
5222 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
5223 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
5224 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
5225 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
5226 There are no arguments.
5228 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
5229 @item @samp{exception_receiver}
5230 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
5231 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
5232 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
5233 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
5234 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
5235 an exception.  There are no arguments.
5237 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
5238 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
5239 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
5240 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
5241 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
5242 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
5243 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
5244 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
5245 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
5246 the first three are normally used by the generic mechanism.
5248 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
5249 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
5250 This pattern, if defined, contains code needed at the site of a
5251 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
5252 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
5253 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
5254 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
5255 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
5256 at a small offset from that label.
5258 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
5259 @item @samp{builtin_longjmp}
5260 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
5261 You will not normally need to define this pattern unless you also define
5262 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
5263 @code{jmp_buf}.
5265 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
5266 @item @samp{eh_return}
5267 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
5268 and thence the call frame exception handling library routines, are
5269 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
5270 the abnormal return path.
5272 The address of the exception handler to which the function should return
5273 is passed as operand to this pattern.  It will normally need to copied by
5274 the pattern to some special register or memory location.
5275 If the pattern needs to determine the location of the target call
5276 frame in order to do so, it may use @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX},
5277 if defined; it will have already been assigned.
5279 If this pattern is not defined, the default action will be to simply
5280 copy the return address to @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX}.  Either
5281 that macro or this pattern needs to be defined if call frame exception
5282 handling is to be used.
5284 @cindex @code{prologue} instruction pattern
5285 @anchor{prologue instruction pattern}
5286 @item @samp{prologue}
5287 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
5288 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
5289 pointer register, saving callee saved registers, etc.
5291 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
5292 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
5294 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
5295 instruction scheduling.
5297 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
5298 @anchor{epilogue instruction pattern}
5299 @item @samp{epilogue}
5300 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
5301 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
5302 registers and emitting the return instruction.
5304 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
5305 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
5307 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
5308 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
5310 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
5311 @item @samp{sibcall_epilogue}
5312 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
5313 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
5314 sibling call (aka tail call) sites.
5316 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
5317 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
5318 function.
5320 @cindex @code{trap} instruction pattern
5321 @item @samp{trap}
5322 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
5323 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
5324 front end to signal `invalid array index' exceptions.
5326 @cindex @code{ctrap@var{MM}4} instruction pattern
5327 @item @samp{ctrap@var{MM}4}
5328 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
5329 performs a comparison, and operands 1 and 2 are the arms of the
5330 comparison.  Operand 3 is the trap code, an integer.
5332 A typical @code{ctrap} pattern looks like
5334 @smallexample
5335 (define_insn "ctrapsi4"
5336   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
5337              [(match_operand 1 "register_operand")
5338               (match_operand 2 "immediate_operand")])
5339             (match_operand 3 "const_int_operand" "i"))]
5340   ""
5341   "@dots{}")
5342 @end smallexample
5344 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
5345 @item @samp{prefetch}
5347 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
5348 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
5349 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
5350 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
5351 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
5352 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
5353 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
5354 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
5355 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
5357 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
5358 the values of operands 1 and 2.
5360 @cindex @code{blockage} instruction pattern
5361 @item @samp{blockage}
5363 This pattern defines a pseudo insn that prevents the instruction
5364 scheduler from moving instructions across the boundary defined by the
5365 blockage insn.  Normally an UNSPEC_VOLATILE pattern.
5367 @cindex @code{memory_barrier} instruction pattern
5368 @item @samp{memory_barrier}
5370 If the target memory model is not fully synchronous, then this pattern
5371 should be defined to an instruction that orders both loads and stores
5372 before the instruction with respect to loads and stores after the instruction.
5373 This pattern has no operands.
5375 @cindex @code{sync_compare_and_swap@var{mode}} instruction pattern
5376 @item @samp{sync_compare_and_swap@var{mode}}
5378 This pattern, if defined, emits code for an atomic compare-and-swap
5379 operation.  Operand 1 is the memory on which the atomic operation is
5380 performed.  Operand 2 is the ``old'' value to be compared against the
5381 current contents of the memory location.  Operand 3 is the ``new'' value
5382 to store in the memory if the compare succeeds.  Operand 0 is the result
5383 of the operation; it should contain the contents of the memory
5384 before the operation.  If the compare succeeds, this should obviously be
5385 a copy of operand 2.
5387 This pattern must show that both operand 0 and operand 1 are modified.
5389 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
5390 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
5391 operation and all memory operations after the atomic operation occur
5392 after the atomic operation.
5394 For targets where the success or failure of the compare-and-swap
5395 operation is available via the status flags, it is possible to
5396 avoid a separate compare operation and issue the subsequent
5397 branch or store-flag operation immediately after the compare-and-swap.
5398 To this end, GCC will look for a @code{MODE_CC} set in the
5399 output of @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}; if the machine
5400 description includes such a set, the target should also define special
5401 @code{cbranchcc4} and/or @code{cstorecc4} instructions.  GCC will then
5402 be able to take the destination of the @code{MODE_CC} set and pass it
5403 to the @code{cbranchcc4} or @code{cstorecc4} pattern as the first
5404 operand of the comparison (the second will be @code{(const_int 0)}).
5406 @cindex @code{sync_add@var{mode}} instruction pattern
5407 @cindex @code{sync_sub@var{mode}} instruction pattern
5408 @cindex @code{sync_ior@var{mode}} instruction pattern
5409 @cindex @code{sync_and@var{mode}} instruction pattern
5410 @cindex @code{sync_xor@var{mode}} instruction pattern
5411 @cindex @code{sync_nand@var{mode}} instruction pattern
5412 @item @samp{sync_add@var{mode}}, @samp{sync_sub@var{mode}}
5413 @itemx @samp{sync_ior@var{mode}}, @samp{sync_and@var{mode}}
5414 @itemx @samp{sync_xor@var{mode}}, @samp{sync_nand@var{mode}}
5416 These patterns emit code for an atomic operation on memory.
5417 Operand 0 is the memory on which the atomic operation is performed.
5418 Operand 1 is the second operand to the binary operator.
5420 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
5421 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
5422 operation and all memory operations after the atomic operation occur
5423 after the atomic operation.
5425 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
5426 from a compare-and-swap operation, if defined.
5428 @cindex @code{sync_old_add@var{mode}} instruction pattern
5429 @cindex @code{sync_old_sub@var{mode}} instruction pattern
5430 @cindex @code{sync_old_ior@var{mode}} instruction pattern
5431 @cindex @code{sync_old_and@var{mode}} instruction pattern
5432 @cindex @code{sync_old_xor@var{mode}} instruction pattern
5433 @cindex @code{sync_old_nand@var{mode}} instruction pattern
5434 @item @samp{sync_old_add@var{mode}}, @samp{sync_old_sub@var{mode}}
5435 @itemx @samp{sync_old_ior@var{mode}}, @samp{sync_old_and@var{mode}}
5436 @itemx @samp{sync_old_xor@var{mode}}, @samp{sync_old_nand@var{mode}}
5438 These patterns are emit code for an atomic operation on memory,
5439 and return the value that the memory contained before the operation.
5440 Operand 0 is the result value, operand 1 is the memory on which the
5441 atomic operation is performed, and operand 2 is the second operand
5442 to the binary operator.
5444 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
5445 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
5446 operation and all memory operations after the atomic operation occur
5447 after the atomic operation.
5449 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
5450 from a compare-and-swap operation, if defined.
5452 @cindex @code{sync_new_add@var{mode}} instruction pattern
5453 @cindex @code{sync_new_sub@var{mode}} instruction pattern
5454 @cindex @code{sync_new_ior@var{mode}} instruction pattern
5455 @cindex @code{sync_new_and@var{mode}} instruction pattern
5456 @cindex @code{sync_new_xor@var{mode}} instruction pattern
5457 @cindex @code{sync_new_nand@var{mode}} instruction pattern
5458 @item @samp{sync_new_add@var{mode}}, @samp{sync_new_sub@var{mode}}
5459 @itemx @samp{sync_new_ior@var{mode}}, @samp{sync_new_and@var{mode}}
5460 @itemx @samp{sync_new_xor@var{mode}}, @samp{sync_new_nand@var{mode}}
5462 These patterns are like their @code{sync_old_@var{op}} counterparts,
5463 except that they return the value that exists in the memory location
5464 after the operation, rather than before the operation.
5466 @cindex @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}} instruction pattern
5467 @item @samp{sync_lock_test_and_set@var{mode}}
5469 This pattern takes two forms, based on the capabilities of the target.
5470 In either case, operand 0 is the result of the operand, operand 1 is
5471 the memory on which the atomic operation is performed, and operand 2
5472 is the value to set in the lock.
5474 In the ideal case, this operation is an atomic exchange operation, in
5475 which the previous value in memory operand is copied into the result
5476 operand, and the value operand is stored in the memory operand.
5478 For less capable targets, any value operand that is not the constant 1
5479 should be rejected with @code{FAIL}.  In this case the target may use
5480 an atomic test-and-set bit operation.  The result operand should contain
5481 1 if the bit was previously set and 0 if the bit was previously clear.
5482 The true contents of the memory operand are implementation defined.
5484 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
5485 pattern as a whole acts as an acquire barrier, that is all memory
5486 operations after the pattern do not occur until the lock is acquired.
5488 If this pattern is not defined, the operation will be constructed from
5489 a compare-and-swap operation, if defined.
5491 @cindex @code{sync_lock_release@var{mode}} instruction pattern
5492 @item @samp{sync_lock_release@var{mode}}
5494 This pattern, if defined, releases a lock set by
5495 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}.  Operand 0 is the memory
5496 that contains the lock; operand 1 is the value to store in the lock.
5498 If the target doesn't implement full semantics for
5499 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}, any value operand which is not
5500 the constant 0 should be rejected with @code{FAIL}, and the true contents
5501 of the memory operand are implementation defined.
5503 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
5504 pattern as a whole acts as a release barrier, that is the lock is
5505 released only after all previous memory operations have completed.
5507 If this pattern is not defined, then a @code{memory_barrier} pattern
5508 will be emitted, followed by a store of the value to the memory operand.
5510 @cindex @code{stack_protect_set} instruction pattern
5511 @item @samp{stack_protect_set}
5513 This pattern, if defined, moves a @code{Pmode} value from the memory
5514 in operand 1 to the memory in operand 0 without leaving the value in
5515 a register afterward.  This is to avoid leaking the value some place
5516 that an attacker might use to rewrite the stack guard slot after
5517 having clobbered it.
5519 If this pattern is not defined, then a plain move pattern is generated.
5521 @cindex @code{stack_protect_test} instruction pattern
5522 @item @samp{stack_protect_test}
5524 This pattern, if defined, compares a @code{Pmode} value from the
5525 memory in operand 1 with the memory in operand 0 without leaving the
5526 value in a register afterward and branches to operand 2 if the values
5527 weren't equal.
5529 If this pattern is not defined, then a plain compare pattern and
5530 conditional branch pattern is used.
5532 @cindex @code{clear_cache} instruction pattern
5533 @item @samp{clear_cache}
5535 This pattern, if defined, flushes the instruction cache for a region of
5536 memory.  The region is bounded to by the Pmode pointers in operand 0
5537 inclusive and operand 1 exclusive.
5539 If this pattern is not defined, a call to the library function
5540 @code{__clear_cache} is used.
5542 @end table
5544 @end ifset
5545 @c Each of the following nodes are wrapped in separate
5546 @c "@ifset INTERNALS" to work around memory limits for the default
5547 @c configuration in older tetex distributions.  Known to not work:
5548 @c tetex-1.0.7, known to work: tetex-2.0.2.
5549 @ifset INTERNALS
5550 @node Pattern Ordering
5551 @section When the Order of Patterns Matters
5552 @cindex Pattern Ordering
5553 @cindex Ordering of Patterns
5555 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
5556 pattern that appears first in the machine description is the one used.
5557 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
5558 and faster instructions (those that will produce better code when they
5559 do match) should usually go first in the description.
5561 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
5562 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
5563 instruction for converting a fullword to floating point and another
5564 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
5565 an integer to floating point could match either one.  We put the
5566 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
5567 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
5568 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
5569 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
5570 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
5571 constant value.
5573 @end ifset
5574 @ifset INTERNALS
5575 @node Dependent Patterns
5576 @section Interdependence of Patterns
5577 @cindex Dependent Patterns
5578 @cindex Interdependence of Patterns
5580 In some cases machines support instructions identical except for the
5581 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
5582 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
5583 patterns are
5585 @smallexample
5586 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
5587      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
5589 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
5590      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
5591 @end smallexample
5593 @noindent
5594 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
5595 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
5596 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
5597 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
5598 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
5599 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
5601 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
5602 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
5603 compilations.
5605 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
5606 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
5607 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
5608 you should not provide separate patterns for increment and decrement
5609 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
5610 that supports register-register add insns by examining the operands and
5611 generating the appropriate machine instruction.
5613 @end ifset
5614 @ifset INTERNALS
5615 @node Jump Patterns
5616 @section Defining Jump Instruction Patterns
5617 @cindex jump instruction patterns
5618 @cindex defining jump instruction patterns
5620 GCC does not assume anything about how the machine realizes jumps.
5621 The machine description should define a single pattern, usually
5622 a @code{define_expand}, which expands to all the required insns.
5624 Usually, this would be a comparison insn to set the condition code
5625 and a separate branch insn testing the condition code and branching
5626 or not according to its value.  For many machines, however,
5627 separating compares and branches is limiting, which is why the
5628 more flexible approach with one @code{define_expand} is used in GCC.
5629 The machine description becomes clearer for architectures that
5630 have compare-and-branch instructions but no condition code.  It also
5631 works better when different sets of comparison operators are supported
5632 by different kinds of conditional branches (e.g. integer vs. floating-point),
5633 or by conditional branches with respect to conditional stores.
5635 Two separate insns are always used if the machine description represents
5636 a condition code register using the legacy RTL expression @code{(cc0)},
5637 and on most machines that use a separate condition code register
5638 (@pxref{Condition Code}).  For machines that use @code{(cc0)}, in
5639 fact, the set and use of the condition code must be separate and
5640 adjacent@footnote{@code{note} insns can separate them, though.}, thus
5641 allowing flags in @code{cc_status} to be used (@pxref{Condition Code}) and
5642 so that the comparison and branch insns could be located from each other
5643 by using the functions @code{prev_cc0_setter} and @code{next_cc0_user}.
5645 Even in this case having a single entry point for conditional branches
5646 is advantageous, because it handles equally well the case where a single
5647 comparison instruction records the results of both signed and unsigned
5648 comparison of the given operands (with the branch insns coming in distinct
5649 signed and unsigned flavors) as in the x86 or SPARC, and the case where
5650 there are distinct signed and unsigned compare instructions and only
5651 one set of conditional branch instructions as in the PowerPC.
5653 @end ifset
5654 @ifset INTERNALS
5655 @node Looping Patterns
5656 @section Defining Looping Instruction Patterns
5657 @cindex looping instruction patterns
5658 @cindex defining looping instruction patterns
5660 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
5661 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
5662 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
5663 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
5664 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
5665 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
5666 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
5667 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
5668 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
5669 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
5670 the jump.
5672 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
5673 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
5674 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
5675 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
5676 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
5677 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
5678 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
5679 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
5680 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
5681 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
5682 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
5683 following for its @code{dbra} instruction:
5685 @smallexample
5686 @group
5687 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
5688   [(set (pc)
5689         (if_then_else
5690           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
5691                        (const_int -1))
5692               (const_int 0))
5693           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
5694           (pc)))
5695    (set (match_dup 0)
5696         (plus:SI (match_dup 0)
5697                  (const_int -1)))]
5698   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
5699   "@dots{}")
5700 @end group
5701 @end smallexample
5703 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
5704 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
5705 since this insn is generated by the instruction combination phase
5706 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
5707 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
5708 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
5709 pattern will not be matched by the combiner.
5711 @smallexample
5712 @group
5713 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
5714   [(set (pc)
5715         (if_then_else
5716           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
5717               (const_int 1))
5718           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
5719           (pc)))
5720    (set (match_dup 0)
5721         (plus:SI (match_dup 0)
5722                  (const_int -1)))]
5723   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
5724   "@dots{}")
5725 @end group
5726 @end smallexample
5728 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
5729 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
5730 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
5731 information collected during strength reduction.
5733 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
5734 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
5735 is an optional companion pattern that can be used for initialization
5736 needed for some low-overhead looping instructions.
5738 Note that some machines require the actual looping instruction to be
5739 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
5740 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
5741 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
5742 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
5743 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
5744 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
5745 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
5746 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
5747 desired special iteration counter register was not allocated, this
5748 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
5749 instruction pair.
5751 The essential difference between the
5752 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
5753 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
5754 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
5755 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
5756 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
5757 may become redundant and removed by the flow pass.
5760 @end ifset
5761 @ifset INTERNALS
5762 @node Insn Canonicalizations
5763 @section Canonicalization of Instructions
5764 @cindex canonicalization of instructions
5765 @cindex insn canonicalization
5767 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
5768 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
5769 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
5770 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
5771 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
5772 number of insn patterns required.
5774 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
5775 are performed:
5777 @itemize @bullet
5778 @item
5779 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
5780 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
5781 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
5782 be supplied.
5784 @item
5785 For associative operators, a sequence of operators will always chain
5786 to the left; for instance, only the left operand of an integer @code{plus}
5787 can itself be a @code{plus}.  @code{and}, @code{ior}, @code{xor},
5788 @code{plus}, @code{mult}, @code{smin}, @code{smax}, @code{umin}, and
5789 @code{umax} are associative when applied to integers, and sometimes to
5790 floating-point.
5792 @item
5793 @cindex @code{neg}, canonicalization of
5794 @cindex @code{not}, canonicalization of
5795 @cindex @code{mult}, canonicalization of
5796 @cindex @code{plus}, canonicalization of
5797 @cindex @code{minus}, canonicalization of
5798 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
5799 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
5800 first operand.
5802 @item
5803 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
5804 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
5805 the operations as far as possible.  For instance,
5806 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
5807 @code{(plus (mult (neg B) C) A)} is canonicalized as
5808 @code{(minus A (mult B C))}.
5810 @cindex @code{compare}, canonicalization of
5811 @item
5812 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
5813 if the first argument is a condition code register or @code{(cc0)}.
5815 @item
5816 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
5817 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
5818 above.
5820 @item
5821 @code{(ltu (plus @var{a} @var{b}) @var{b})} is converted to
5822 @code{(ltu (plus @var{a} @var{b}) @var{a})}. Likewise with @code{geu} instead
5823 of @code{ltu}.
5825 @item
5826 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
5827 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
5829 @item
5830 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
5831 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
5833 @cindex @code{ior}, canonicalization of
5834 @cindex @code{and}, canonicalization of
5835 @cindex De Morgan's law
5836 @item
5837 De Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
5838 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
5839 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
5841 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
5842 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
5843 for that instruction as
5845 @smallexample
5846 (define_insn ""
5847   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
5848         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
5849                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
5850   "@dots{}"
5851   "@dots{}")
5852 @end smallexample
5854 @noindent
5855 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
5857 @smallexample
5858 (define_insn ""
5859   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
5860         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
5861                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
5862   "@dots{}"
5863   "@dots{}")
5864 @end smallexample
5866 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
5867 logically equivalent RTL expressions.
5869 @cindex @code{xor}, canonicalization of
5870 @item
5871 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
5872 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
5873 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
5875 @item
5876 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
5877 the form
5879 @smallexample
5880 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
5881 @end smallexample
5883 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
5884 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
5885 @item
5886 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
5887 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
5888 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
5890 @end itemize
5892 Further canonicalization rules are defined in the function
5893 @code{commutative_operand_precedence} in @file{gcc/rtlanal.c}.
5895 @end ifset
5896 @ifset INTERNALS
5897 @node Expander Definitions
5898 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
5899 @cindex expander definitions
5900 @cindex code generation RTL sequences
5901 @cindex defining RTL sequences for code generation
5903 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
5904 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
5905 represent them.  For these target machines, you can write a
5906 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
5908 @findex define_expand
5909 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
5910 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
5911 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
5913 A @code{define_expand} RTX has four operands:
5915 @itemize @bullet
5916 @item
5917 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
5918 use for it is to refer to it by name.
5920 @item
5921 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
5922 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
5923 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
5925 @item
5926 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
5927 used to express how the availability of this pattern depends on
5928 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
5929 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
5930 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
5931 depend on the data in the insn being matched, but only the
5932 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
5933 during initialization in order to learn exactly which named instructions
5934 are available in a particular run.
5936 @item
5937 The preparation statements, a string containing zero or more C
5938 statements which are to be executed before RTL code is generated from
5939 the RTL template.
5941 Usually these statements prepare temporary registers for use as
5942 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
5943 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
5944 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
5945 @end itemize
5947 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
5948 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
5949 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
5952 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
5953 also describes the operands that need to be specified when this pattern
5954 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
5956 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
5957 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
5958 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
5959 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
5960 information to preload the operand into a register if that is required for
5961 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
5962 references should use @code{match_dup}.
5964 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
5965 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
5966 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
5967 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
5968 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
5969 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
5970 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
5971 compute the values and store them into the appropriate elements of
5972 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
5974 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
5975 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
5976 as a statement.
5978 @table @code
5980 @findex DONE
5981 @item DONE
5982 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
5983 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
5984 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
5985 preparation statements; the RTL template will not be generated.
5987 @findex FAIL
5988 @item FAIL
5989 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
5990 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
5991 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
5993 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
5994 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
5995 operations.
5996 @end table
5998 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
5999 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
6000 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
6001 insn.
6003 The RTL template is not used for matching, only for generating the
6004 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
6005 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
6006 list of operands, such as this example:
6008 @smallexample
6009 @group
6010 (define_expand "addsi3"
6011   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
6012    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
6013    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
6014 @end group
6015 @group
6016   ""
6017   "
6019   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
6020   DONE;
6021 @}")
6022 @end group
6023 @end smallexample
6025 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
6027 @smallexample
6028 @group
6029 (define_expand "ashlsi3"
6030   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
6031         (ashift:SI
6032 @end group
6033 @group
6034           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
6035           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
6036   ""
6037   "
6038 @end group
6039 @end smallexample
6041 @smallexample
6042 @group
6044   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
6045       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
6046     FAIL;
6047 @}")
6048 @end group
6049 @end smallexample
6051 @noindent
6052 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
6053 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
6054 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
6055 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
6056 library call).
6058 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
6059 patterns with names, then it would be possible to use a
6060 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
6061 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
6063 @smallexample
6064 (define_expand "zero_extendhisi2"
6065   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
6066         (const_int 0))
6067    (set (strict_low_part
6068           (subreg:HI
6069             (match_dup 0)
6070             0))
6071         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
6072   ""
6073   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
6074 @end smallexample
6076 @noindent
6077 @findex make_safe_from
6078 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
6079 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
6080 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
6081 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
6082 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
6083 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
6084 by emitting another RTL insn.
6086 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
6087 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
6088 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
6089 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
6090 on this machine.  So it must be copied into a register with
6091 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
6093 @smallexample
6094 (define_expand "zero_extendhisi2"
6095   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
6096         (and:SI (subreg:SI
6097                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
6098                   0)
6099                 (match_dup 2)))]
6100   ""
6101   "operands[2]
6102      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
6103 @end smallexample
6105 @emph{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
6106 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
6107 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
6108 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
6109 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
6110 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
6111 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
6112 in the compiler.
6114 @end ifset
6115 @ifset INTERNALS
6116 @node Insn Splitting
6117 @section Defining How to Split Instructions
6118 @cindex insn splitting
6119 @cindex instruction splitting
6120 @cindex splitting instructions
6122 There are two cases where you should specify how to split a pattern
6123 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
6124 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
6125 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
6126 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
6127 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
6128 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
6129 cannot be placed into a delay slot.
6131 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
6132 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
6133 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
6134 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
6135 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
6136 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
6137 scheduling.
6139 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
6140 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
6141 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
6142 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
6143 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
6144 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
6145 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
6146 split the addition into two insns is machine-dependent.
6148 @findex define_split
6149 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
6150 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
6152 @smallexample
6153 (define_split
6154   [@var{insn-pattern}]
6155   "@var{condition}"
6156   [@var{new-insn-pattern-1}
6157    @var{new-insn-pattern-2}
6158    @dots{}]
6159   "@var{preparation-statements}")
6160 @end smallexample
6162 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
6163 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
6164 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
6165 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
6166 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
6167 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
6169 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
6170 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
6171 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
6172 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
6173 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
6174 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
6175 must not allocate any space in the stack frame.
6177 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
6178 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
6179 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
6180 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
6181 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
6182 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
6183 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
6184 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
6185 of those definitions.
6187 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
6188 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
6189 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
6191 @smallexample
6192 (define_split
6193   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
6194         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
6195   ""
6196   [(set (match_dup 0)
6197         (ashift:SI (match_dup 1)
6198                    (const_int 16)))
6199    (set (match_dup 0)
6200         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
6201                      (const_int 16)))]
6202   "
6203 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
6204 @end smallexample
6206 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
6207 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
6208 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
6209 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
6210 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
6211 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
6212 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
6213 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
6214 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
6215 @code{define_split} that will never produce insns that match).
6217 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
6218 @file{rs6000.md}:
6220 @smallexample
6221 (define_split
6222   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
6223         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
6224                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
6225   ""
6226   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
6227    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
6230   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
6231   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
6233   if (low & 0x8000)
6234     high++, low |= 0xffff0000;
6236   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
6237   operands[4] = GEN_INT (low);
6238 @}")
6239 @end smallexample
6241 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
6242 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
6243 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
6244 can be substituted into the address of a subsequent operation.
6246 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
6247 an equality comparison of a register and a large constant:
6249 @smallexample
6250 (define_split
6251   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
6252         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
6253                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
6254    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
6255   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
6256    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
6257        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
6258   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
6259    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
6260   "
6262   /* @r{Get the constant we are comparing against, C, and see what it
6263      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
6264      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.}  */
6266   int c = INTVAL (operands[2]);
6267   int sextc = (c << 16) >> 16;
6268   int xorv = c ^ sextc;
6270   operands[4] = GEN_INT (xorv);
6271   operands[5] = GEN_INT (sextc);
6272 @}")
6273 @end smallexample
6275 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
6276 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
6277 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
6278 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
6279 are not valid.
6281 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
6282 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
6283 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
6284 several restriction apply.
6286 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
6287 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
6288 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
6289 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
6290 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
6291 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump.  A global variable
6292 @code{split_branch_probability} holds the probability of the original branch in case
6293 it was a simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
6294 recomputing of edge frequencies, the new sequence is required to have only
6295 forward jumps to the newly created labels.
6297 @findex define_insn_and_split
6298 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
6299 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
6300 this:
6302 @smallexample
6303 (define_insn_and_split
6304   [@var{insn-pattern}]
6305   "@var{condition}"
6306   "@var{output-template}"
6307   "@var{split-condition}"
6308   [@var{new-insn-pattern-1}
6309    @var{new-insn-pattern-2}
6310    @dots{}]
6311   "@var{preparation-statements}"
6312   [@var{insn-attributes}])
6314 @end smallexample
6316 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
6317 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
6318 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
6319 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
6320 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
6321 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
6322 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
6323 from i386.md:
6325 @smallexample
6326 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
6327   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
6328      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
6329    (clobber (reg:CC 17))]
6330   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
6331   "#"
6332   "&& reload_completed"
6333   [(parallel [(set (match_dup 0)
6334                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
6335               (clobber (reg:CC 17))])]
6336   ""
6337   [(set_attr "type" "alu1")])
6339 @end smallexample
6341 In this case, the actual split condition will be
6342 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
6344 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
6345 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
6346 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
6347 having to ensure the two patterns' templates match.
6349 @end ifset
6350 @ifset INTERNALS
6351 @node Including Patterns
6352 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
6353 @cindex insn includes
6355 @findex include
6356 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
6357 look for patterns that are in files other than in the file
6358 @file{.md}.  This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
6360 It looks like:
6362 @smallexample
6364 (include
6365   @var{pathname})
6366 @end smallexample
6368 For example:
6370 @smallexample
6372 (include "filestuff")
6374 @end smallexample
6376 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
6377 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}.  The
6378 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
6381 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
6382 and placed into subdirectories.
6384 By specifying:
6386 @smallexample
6388 (include "BOGUS/filestuff")
6390 @end smallexample
6392 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
6394 Specifying an absolute path for the include file such as;
6395 @smallexample
6397 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
6399 @end smallexample
6400 is permitted but is not encouraged.
6402 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
6403 @cindex directory options .md
6404 @cindex options, directory search
6405 @cindex search options
6407 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
6408 For example:
6410 @smallexample
6412 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
6414 @end smallexample
6417 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
6418 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
6419 file, substituting your own version, since these directories are
6420 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
6421 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
6422 order; the standard default directory come after.
6425 @end ifset
6426 @ifset INTERNALS
6427 @node Peephole Definitions
6428 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
6429 @cindex peephole optimizer definitions
6430 @cindex defining peephole optimizers
6432 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
6433 definitions of machine-specific peephole optimizations.
6435 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
6436 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
6437 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
6438 though the second one does not appear to use a register computed in the
6439 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
6440 opportunities.
6442 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
6443 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
6444 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
6445 is deprecated.
6447 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
6448 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
6449 but before scheduling, which may result in much better code for
6450 targets that do scheduling.
6452 @menu
6453 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
6454 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
6455 @end menu
6457 @end ifset
6458 @ifset INTERNALS
6459 @node define_peephole
6460 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
6461 @findex define_peephole
6463 @need 1000
6464 A definition looks like this:
6466 @smallexample
6467 (define_peephole
6468   [@var{insn-pattern-1}
6469    @var{insn-pattern-2}
6470    @dots{}]
6471   "@var{condition}"
6472   "@var{template}"
6473   "@var{optional-insn-attributes}")
6474 @end smallexample
6476 @noindent
6477 The last string operand may be omitted if you are not using any
6478 machine-specific information in this machine description.  If present,
6479 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
6481 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
6482 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
6483 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
6484 the next, and so on.
6486 Each of the insns matched by a peephole must also match a
6487 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
6488 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
6489 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
6490 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
6491 stages.
6493 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
6494 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
6495 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
6496 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
6497 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
6498 other.
6500 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
6501 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
6502 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
6503 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
6504 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
6506 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
6507 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
6508 previously tested.
6510 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
6511 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
6512 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
6513 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
6514 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
6515 patterns.
6517 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
6518 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
6519 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
6520 the operands.
6522 @findex prev_active_insn
6523 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
6524 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
6525 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
6526 to refer to the last of the insns being matched; use
6527 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
6529 @findex dead_or_set_p
6530 When optimizing computations with intermediate results, you can use
6531 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
6532 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
6533 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
6534 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
6535 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
6536 value (from @code{operands[@var{i}]}).
6538 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
6539 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
6540 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
6541 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
6542 used in matching the original sequence of insns.
6544 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
6545 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
6546 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
6547 as the insn pattern to control how the insn is output.
6549 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
6550 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
6552 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
6554 @smallexample
6555 (define_peephole
6556   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
6557    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
6558         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
6559   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
6561   rtx xoperands[2];
6562   xoperands[1] = gen_rtx_REG (SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
6563 #ifdef MOTOROLA
6564   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
6565   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
6566   return "fmove.d (sp)+,%0";
6567 #else
6568   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
6569   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
6570   return "fmoved sp@@+,%0";
6571 #endif
6573 @end smallexample
6575 @need 1000
6576 The effect of this optimization is to change
6578 @smallexample
6579 @group
6580 jbsr _foobar
6581 addql #4,sp
6582 movel d1,sp@@-
6583 movel d0,sp@@-
6584 fmoved sp@@+,fp0
6585 @end group
6586 @end smallexample
6588 @noindent
6589 into
6591 @smallexample
6592 @group
6593 jbsr _foobar
6594 movel d1,sp@@
6595 movel d0,sp@@-
6596 fmoved sp@@+,fp0
6597 @end group
6598 @end smallexample
6600 @ignore
6601 @findex CC_REVERSED
6602 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
6603 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
6604 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
6605 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
6606 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
6607 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
6608 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
6609 and in this C code check the condition code status flags and change the
6610 assembler code as appropriate.
6611 @end ignore
6613 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
6614 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
6615 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
6616 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
6617 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
6618 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
6619 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
6620 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
6621 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
6623 @smallexample
6624 (define_insn "divmodsi4"
6625   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
6626         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
6627                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
6628    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
6629         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
6630   "TARGET_68020"
6631   "divsl%.l %2,%3:%0")
6632 @end smallexample
6634 @noindent
6635 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
6637 @smallexample
6638 (define_peephole
6639   [@dots{}
6640    (parallel
6641     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
6642           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
6643                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
6644      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
6645           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
6646    @dots{}]
6647   @dots{})
6648 @end smallexample
6650 @end ifset
6651 @ifset INTERNALS
6652 @node define_peephole2
6653 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
6654 @findex define_peephole2
6656 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
6657 substitute one sequence of instructions for another sequence,
6658 what additional scratch registers may be needed and what their
6659 lifetimes must be.
6661 @smallexample
6662 (define_peephole2
6663   [@var{insn-pattern-1}
6664    @var{insn-pattern-2}
6665    @dots{}]
6666   "@var{condition}"
6667   [@var{new-insn-pattern-1}
6668    @var{new-insn-pattern-2}
6669    @dots{}]
6670   "@var{preparation-statements}")
6671 @end smallexample
6673 The definition is almost identical to @code{define_split}
6674 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
6675 single instruction, but a sequence of instructions.
6677 It is possible to request additional scratch registers for use in the
6678 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
6679 will simply not match.
6681 @findex match_scratch
6682 @findex match_dup
6683 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
6684 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
6685 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
6686 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
6687 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
6688 at which the register must be available.
6690 Here is an example from the IA-32 machine description:
6692 @smallexample
6693 (define_peephole2
6694   [(match_scratch:SI 2 "r")
6695    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
6696                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
6697                      [(match_dup 0)
6698                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
6699               (clobber (reg:CC 17))])]
6700   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
6701   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
6702    (parallel [(set (match_dup 0)
6703                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
6704               (clobber (reg:CC 17))])]
6705   "")
6706 @end smallexample
6708 @noindent
6709 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
6710 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
6711 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
6712 to be live only at the point just before the arithmetic.
6714 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
6715 so here's a silly made-up example:
6717 @smallexample
6718 (define_peephole2
6719   [(match_scratch:SI 4 "r")
6720    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
6721    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
6722    (match_dup 4)
6723    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
6724   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
6725   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
6726    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
6727    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
6728    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
6729   "")
6730 @end smallexample
6732 @noindent
6733 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
6734 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
6735 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
6737 @end ifset
6738 @ifset INTERNALS
6739 @node Insn Attributes
6740 @section Instruction Attributes
6741 @cindex insn attributes
6742 @cindex instruction attributes
6744 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
6745 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
6746 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
6747 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
6748 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
6749 to track the condition codes.
6751 @menu
6752 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
6753 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
6754 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
6755 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
6756 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
6757 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
6758 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
6759 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
6760 @end menu
6762 @end ifset
6763 @ifset INTERNALS
6764 @node Defining Attributes
6765 @subsection Defining Attributes and their Values
6766 @cindex defining attributes and their values
6767 @cindex attributes, defining
6769 @findex define_attr
6770 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
6771 by the target machine.  It looks like:
6773 @smallexample
6774 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
6775 @end smallexample
6777 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
6779 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
6780 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
6781 indicate that the attribute takes numeric values.
6783 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
6784 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
6785 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
6786 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
6787 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
6789 @findex insn-attr.h
6790 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
6791 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
6792 specified for an attribute, the following are defined:
6794 @itemize @bullet
6795 @item
6796 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
6798 @item
6799 An enumerated class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
6800 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
6801 the attribute name and value are first converted to uppercase.
6803 @item
6804 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
6805 returns the attribute value for that insn.
6806 @end itemize
6808 For example, if the following is present in the @file{md} file:
6810 @smallexample
6811 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
6812 @end smallexample
6814 @noindent
6815 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
6817 @smallexample
6818 #define HAVE_ATTR_type
6819 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
6820                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
6821 extern enum attr_type get_attr_type ();
6822 @end smallexample
6824 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
6825 defined and the function to obtain the attribute's value will return
6826 @code{int}.
6828 There are attributes which are tied to a specific meaning.  These
6829 attributes are not free to use for other purposes:
6831 @table @code
6832 @item length
6833 The @code{length} attribute is used to calculate the length of emitted
6834 code chunks.  This is especially important when verifying branch
6835 distances. @xref{Insn Lengths}.
6837 @item enabled
6838 The @code{enabled} attribute can be defined to prevent certain
6839 alternatives of an insn definition from being used during code
6840 generation. @xref{Disable Insn Alternatives}.
6841 @end table
6843 @findex define_enum_attr
6844 @anchor{define_enum_attr}
6845 Another way of defining an attribute is to use:
6847 @smallexample
6848 (define_enum_attr "@var{attr}" "@var{enum}" @var{default})
6849 @end smallexample
6851 This works in just the same way as @code{define_attr}, except that
6852 the list of values is taken from a separate enumeration called
6853 @var{enum} (@pxref{define_enum}).  This form allows you to use
6854 the same list of values for several attributes without having to
6855 repeat the list each time.  For example:
6857 @smallexample
6858 (define_enum "processor" [
6859   model_a
6860   model_b
6861   @dots{}
6863 (define_enum_attr "arch" "processor"
6864   (const (symbol_ref "target_arch")))
6865 (define_enum_attr "tune" "processor"
6866   (const (symbol_ref "target_tune")))
6867 @end smallexample
6869 defines the same attributes as:
6871 @smallexample
6872 (define_attr "arch" "model_a,model_b,@dots{}"
6873   (const (symbol_ref "target_arch")))
6874 (define_attr "tune" "model_a,model_b,@dots{}"
6875   (const (symbol_ref "target_tune")))
6876 @end smallexample
6878 but without duplicating the processor list.  The second example defines two
6879 separate C enums (@code{attr_arch} and @code{attr_tune}) whereas the first
6880 defines a single C enum (@code{processor}).
6881 @end ifset
6882 @ifset INTERNALS
6883 @node Expressions
6884 @subsection Attribute Expressions
6885 @cindex attribute expressions
6887 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
6888 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
6889 Attribute value expressions must have one of the following forms:
6891 @table @code
6892 @cindex @code{const_int} and attributes
6893 @item (const_int @var{i})
6894 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
6895 must be non-negative.
6897 The value of a numeric attribute can be specified either with a
6898 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
6899 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
6900 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
6901 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
6903 @cindex @code{const_string} and attributes
6904 @item (const_string @var{value})
6905 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
6906 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
6907 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
6908 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
6909 of a @code{define_attr}.
6911 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
6912 must be a string containing a non-negative integer (normally
6913 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
6914 contain one of the valid values for the attribute.
6916 @cindex @code{if_then_else} and attributes
6917 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
6918 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
6919 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
6920 otherwise it is @var{false-value}.
6922 @cindex @code{cond} and attributes
6923 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
6924 The first operand of this expression is a vector containing an even
6925 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
6926 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
6927 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
6928 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
6929 expression is that of the @var{default} expression.
6930 @end table
6932 @var{test} expressions can have one of the following forms:
6934 @table @code
6935 @cindex @code{const_int} and attribute tests
6936 @item (const_int @var{i})
6937 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
6939 @cindex @code{not} and attributes
6940 @cindex @code{ior} and attributes
6941 @cindex @code{and} and attributes
6942 @item (not @var{test})
6943 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
6944 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
6945 These tests are true if the indicated logical function is true.
6947 @cindex @code{match_operand} and attributes
6948 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
6949 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
6950 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
6951 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
6952 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
6953 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
6954 string).
6956 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
6958 @cindex @code{le} and attributes
6959 @cindex @code{leu} and attributes
6960 @cindex @code{lt} and attributes
6961 @cindex @code{gt} and attributes
6962 @cindex @code{gtu} and attributes
6963 @cindex @code{ge} and attributes
6964 @cindex @code{geu} and attributes
6965 @cindex @code{ne} and attributes
6966 @cindex @code{eq} and attributes
6967 @cindex @code{plus} and attributes
6968 @cindex @code{minus} and attributes
6969 @cindex @code{mult} and attributes
6970 @cindex @code{div} and attributes
6971 @cindex @code{mod} and attributes
6972 @cindex @code{abs} and attributes
6973 @cindex @code{neg} and attributes
6974 @cindex @code{ashift} and attributes
6975 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
6976 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
6977 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
6978 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
6979 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
6980 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
6981 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
6982 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
6983 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
6984 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
6985 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
6986 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
6987 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
6988 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
6989 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
6990 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
6991 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
6993 @findex get_attr
6994 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
6995 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
6996 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
6997 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
6998 variable.
7000 @findex eq_attr
7001 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
7002 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
7004 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
7005 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
7006 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
7007 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
7008 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
7009 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
7010 @emph{not} in the specified list.
7012 For example,
7014 @smallexample
7015 (eq_attr "type" "load,store")
7016 @end smallexample
7018 @noindent
7019 is equivalent to
7021 @smallexample
7022 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
7023 @end smallexample
7025 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
7026 value of the compiler variable @code{which_alternative}
7027 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
7028 example,
7030 @smallexample
7031 (eq_attr "alternative" "2,3")
7032 @end smallexample
7034 @noindent
7035 is equivalent to
7037 @smallexample
7038 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
7039      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
7040 @end smallexample
7042 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
7043 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
7044 a particular pattern.  This is by far the most common case.
7046 @findex attr_flag
7047 @item (attr_flag @var{name})
7048 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
7049 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
7050 scheduled.
7052 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
7053 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
7054 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
7055 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
7056 if a conditional branch is expected to be taken.
7058 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
7059 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
7061 This example describes a conditional branch delay slot which
7062 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
7063 for backward branches which are not taken (annul-false).
7065 @smallexample
7066 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
7067   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
7068    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
7069         (attr_flag "forward"))
7070    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
7071         (attr_flag "backward"))])
7072 @end smallexample
7074 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
7075 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
7077 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
7078 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
7079 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
7080 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
7082 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
7083 meaning to other passes of the compiler.
7085 @findex attr
7086 @item (attr @var{name})
7087 The value of another attribute is returned.  This is most useful
7088 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
7089 produce more efficient code for non-numeric attributes.
7090 @end table
7092 @end ifset
7093 @ifset INTERNALS
7094 @node Tagging Insns
7095 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
7096 @cindex tagging insns
7097 @cindex assigning attribute values to insns
7099 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
7100 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
7101 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
7102 have an optional last argument to specify the values of attributes for
7103 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
7104 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
7105 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
7106 permits the specification of the values for only one or two attributes
7107 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
7108 next section.
7110 The optional last argument of @code{define_insn} and
7111 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
7112 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
7113 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
7114 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
7115 second operand of the @code{set} is an attribute expression
7116 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
7118 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
7119 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
7120 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
7121 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
7122 each alternative.
7124 @findex set_attr
7125 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
7126 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
7127 specifying a string giving either a single attribute value or a list
7128 of attribute values, one for each alternative.
7130 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
7131 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
7133 @table @code
7134 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
7135 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
7136 or a string containing a comma-separated list giving the values for
7137 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
7138 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
7140 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
7141 which case the attribute will assume its default value for insns matching
7142 that alternative.
7144 @findex set_attr_alternative
7145 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
7146 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
7147 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
7148 tests on the @samp{alternative} attribute.
7150 @findex attr
7151 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
7152 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
7153 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
7154 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
7155 @end table
7157 The following shows three different ways of representing the same
7158 attribute value specification:
7160 @smallexample
7161 (set_attr "type" "load,store,arith")
7163 (set_attr_alternative "type"
7164                       [(const_string "load") (const_string "store")
7165                        (const_string "arith")])
7167 (set (attr "type")
7168      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
7169             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
7170            (const_string "arith")))
7171 @end smallexample
7173 @need 1000
7174 @findex define_asm_attributes
7175 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
7176 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
7177 statement.  It has the form:
7179 @smallexample
7180 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
7181 @end smallexample
7183 @noindent
7184 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
7185 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
7187 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
7188 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
7190 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
7191 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
7192 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
7193 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
7194 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
7195 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
7196 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
7197 of a single machine instruction.
7199 @end ifset
7200 @ifset INTERNALS
7201 @node Attr Example
7202 @subsection Example of Attribute Specifications
7203 @cindex attribute specifications example
7204 @cindex attribute specifications
7206 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
7207 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
7208 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
7209 value.  This attribute is normally used only to define the default value
7210 for other attributes.  An example will clarify this usage.
7212 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
7213 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
7214 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
7215 operations, floating point operations, and branches.
7217 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
7218 the condition code and will limit ourselves to the following possible
7219 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
7220 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
7221 changed if the item previously set into the condition code has been
7222 modified.
7224 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
7226 @smallexample
7227 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
7229 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
7230              (cond [(eq_attr "type" "load")
7231                         (const_string "change0")
7232                     (eq_attr "type" "store,branch")
7233                         (const_string "unchanged")
7234                     (eq_attr "type" "arith")
7235                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
7236                                       (const_string "set")
7237                                       (const_string "clobber"))]
7238                    (const_string "clobber")))
7240 (define_insn ""
7241   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
7242         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
7243   ""
7244   "@@
7245    move %0,%1
7246    load %0,%1
7247    store %0,%1"
7248   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
7249 @end smallexample
7251 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
7252 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
7253 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
7254 full-word result.
7256 @end ifset
7257 @ifset INTERNALS
7258 @node Insn Lengths
7259 @subsection Computing the Length of an Insn
7260 @cindex insn lengths, computing
7261 @cindex computing the length of an insn
7263 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
7264 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
7265 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
7266 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @code{length}
7267 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
7268 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
7270 In the case of the @code{length} attribute, two additional forms of
7271 arithmetic terms are allowed in test expressions:
7273 @table @code
7274 @cindex @code{match_dup} and attributes
7275 @item (match_dup @var{n})
7276 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
7277 must be a @code{label_ref}.
7279 @cindex @code{pc} and attributes
7280 @item (pc)
7281 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
7282 been more consistent with other usage to make this the address of the
7283 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
7284 current insn is to be computed.
7285 @end table
7287 @cindex @code{addr_vec}, length of
7288 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
7289 For normal insns, the length will be determined by value of the
7290 @code{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
7291 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
7292 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
7294 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
7296 The following macros can be used to refine the length computation:
7298 @table @code
7299 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
7300 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
7301 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
7302 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
7303 that contains the initially computed length of the insn and should be
7304 updated with the correct length of the insn.
7306 This macro will normally not be required.  A case in which it is
7307 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
7308 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
7309 may be required.
7310 @end table
7312 @findex get_attr_length
7313 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
7314 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
7315 determine the form of the branch instruction to be written, as the
7316 example below illustrates.
7318 As an example of the specification of variable-length branches, consider
7319 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
7320 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
7321 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
7322 sequence to load the address from memory and then branch to it.
7324 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
7325 as follows:
7327 @smallexample
7328 (define_insn "jump"
7329   [(set (pc)
7330         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
7331   ""
7333    return (get_attr_length (insn) == 4
7334            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
7336   [(set (attr "length")
7337         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
7338                       (const_int 4)
7339                       (const_int 6)))])
7340 @end smallexample
7342 @end ifset
7343 @ifset INTERNALS
7344 @node Constant Attributes
7345 @subsection Constant Attributes
7346 @cindex constant attributes
7348 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
7349 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
7350 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
7351 used to specify which variety of processor is used.  For example,
7353 @smallexample
7354 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
7355  (const
7356   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
7357          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
7358         (const_string "m88000"))))
7360 (define_attr "memory" "fast,slow"
7361  (const
7362   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
7363                 (const_string "fast")
7364                 (const_string "slow"))))
7365 @end smallexample
7367 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
7368 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
7369 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
7370 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
7371 forms involving insn attributes.
7373 @end ifset
7374 @ifset INTERNALS
7375 @node Delay Slots
7376 @subsection Delay Slot Scheduling
7377 @cindex delay slots, defining
7379 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
7380 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
7381 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
7382 after the instruction are executed as if they were located before it.
7383 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
7384 the following instruction before the branch or call is performed.
7386 On some machines, conditional branch instructions can optionally
7387 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
7388 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
7389 instructions that annul if the branch is true and instructions that
7390 annul if the branch is false are supported.
7392 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
7393 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
7394 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
7395 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
7396 instruction scheduling.
7398 @findex define_delay
7399 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
7400 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
7402 @smallexample
7403 (define_delay @var{test}
7404               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
7405                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
7406                @dots{}])
7407 @end smallexample
7409 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
7410 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
7411 required delay slots is determined by the length of the vector specified
7412 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
7413 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
7414 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
7415 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
7416 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
7417 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
7419 For example, in the common case where branch and call insns require
7420 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
7421 call, the following would be placed in the @file{md} file:
7423 @smallexample
7424 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
7425               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
7426 @end smallexample
7428 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
7429 case, each such expression specifies different delay slot requirements
7430 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
7431 expressions are both true.
7433 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
7434 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
7435 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
7436 branch is true, we might represent this as follows:
7438 @smallexample
7439 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
7440    [(eq_attr "type" "!branch,call")
7441     (eq_attr "type" "!branch,call")
7442     (nil)])
7444 (define_delay (eq_attr "type" "call")
7445               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
7446                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
7447 @end smallexample
7448 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
7450 @end ifset
7451 @ifset INTERNALS
7452 @node Processor pipeline description
7453 @subsection Specifying processor pipeline description
7454 @cindex processor pipeline description
7455 @cindex processor functional units
7456 @cindex instruction latency time
7457 @cindex interlock delays
7458 @cindex data dependence delays
7459 @cindex reservation delays
7460 @cindex pipeline hazard recognizer
7461 @cindex automaton based pipeline description
7462 @cindex regular expressions
7463 @cindex deterministic finite state automaton
7464 @cindex automaton based scheduler
7465 @cindex RISC
7466 @cindex VLIW
7468 To achieve better performance, most modern processors
7469 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
7470 processors) have many @dfn{functional units} on which several
7471 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
7472 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
7473 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
7474 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
7475 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g.@: for some
7476 MIPS processors).
7478 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
7479 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
7480 latency time}.  The instruction execution is not started until all
7481 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
7482 complex cases when the instruction execution starts even when the data
7483 are not available but will be ready in given time after the
7484 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
7485 account is simple.  The data dependence (true, output, and
7486 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
7487 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
7488 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
7489 means that two instructions under execution will be in need of shared
7490 processors resources, i.e.@: buses, internal registers, and/or
7491 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
7492 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
7493 processors.
7495 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
7496 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
7497 instruction scheduler has to have an adequate description of the
7498 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  GCC
7499 machine descriptions describe processor parallelism and functional
7500 unit reservations for groups of instructions with the aid of
7501 @dfn{regular expressions}.
7503 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
7504 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
7505 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
7506 automatically generated from the processor pipeline description.  The
7507 pipeline hazard recognizer generated from the machine description
7508 is based on a deterministic finite state automaton (@acronym{DFA}):
7509 the instruction issue is possible if there is a transition from one
7510 automaton state to another one.  This algorithm is very fast, and
7511 furthermore, its speed is not dependent on processor
7512 complexity@footnote{However, the size of the automaton depends on
7513 processor complexity.  To limit this effect, machine descriptions
7514 can split orthogonal parts of the machine description among several
7515 automata: but then, since each of these must be stepped independently,
7516 this does cause a small decrease in the algorithm's performance.}.
7518 @cindex automaton based pipeline description
7519 The rest of this section describes the directives that constitute
7520 an automaton-based processor pipeline description.  The order of
7521 these constructions within the machine description file is not
7522 important.
7524 @findex define_automaton
7525 @cindex pipeline hazard recognizer
7526 The following optional construction describes names of automata
7527 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
7528 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
7529 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
7530 units to the automata, the total size of the automata is usually
7531 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
7532 construction, only one finite state automaton is generated.
7534 @smallexample
7535 (define_automaton @var{automata-names})
7536 @end smallexample
7538 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
7539 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
7540 The automaton name is used in the constructions @code{define_cpu_unit} and
7541 @code{define_query_cpu_unit}.
7543 @findex define_cpu_unit
7544 @cindex processor functional units
7545 Each processor functional unit used in the description of instruction
7546 reservations should be described by the following construction.
7548 @smallexample
7549 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
7550 @end smallexample
7552 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
7553 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
7554 for other goals.
7556 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
7557 which the unit is bound.  The automaton should be described in
7558 construction @code{define_automaton}.  You should give
7559 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
7561 The assignment of units to automata are constrained by the uses of the
7562 units in insn reservations.  The most important constraint is: if a
7563 unit reservation is present on a particular cycle of an alternative
7564 for an insn reservation, then some unit from the same automaton must
7565 be present on the same cycle for the other alternatives of the insn
7566 reservation.  The rest of the constraints are mentioned in the
7567 description of the subsequent constructions.
7569 @findex define_query_cpu_unit
7570 @cindex querying function unit reservations
7571 The following construction describes CPU functional units analogously
7572 to @code{define_cpu_unit}.  The reservation of such units can be
7573 queried for an automaton state.  The instruction scheduler never
7574 queries reservation of functional units for given automaton state.  So
7575 as a rule, you don't need this construction.  This construction could
7576 be used for future code generation goals (e.g.@: to generate
7577 @acronym{VLIW} insn templates).
7579 @smallexample
7580 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
7581 @end smallexample
7583 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
7584 separated by commas.
7586 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
7587 which the unit is bound.
7589 @findex define_insn_reservation
7590 @cindex instruction latency time
7591 @cindex regular expressions
7592 @cindex data bypass
7593 The following construction is the major one to describe pipeline
7594 characteristics of an instruction.
7596 @smallexample
7597 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
7598                          @var{condition} @var{regexp})
7599 @end smallexample
7601 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
7602 instruction.  There is an important difference between the old
7603 description and the automaton based pipeline description.  The latency
7604 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
7605 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
7606 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
7607 zero and the cost of output dependencies is the difference between
7608 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
7609 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
7610 change the default costs for any description by using the target hook
7611 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
7613 @var{insn-name} is a string giving the internal name of the insn.  The
7614 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
7615 the automaton description file generated for debugging.  The internal
7616 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
7617 good practice to use insn classes described in the processor manual.
7619 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
7620 construction.  You should remember that you will be in trouble if
7621 @var{condition} for two or more different
7622 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
7623 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
7624 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
7625 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
7626 the same value is quite difficult (especially if the conditions
7627 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
7628 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
7629 recognizer considerably.
7631 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
7632 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
7633 expression according to the following syntax:
7635 @smallexample
7636        regexp = regexp "," oneof
7637               | oneof
7639        oneof = oneof "|" allof
7640              | allof
7642        allof = allof "+" repeat
7643              | repeat
7645        repeat = element "*" number
7646               | element
7648        element = cpu_function_unit_name
7649                | reservation_name
7650                | result_name
7651                | "nothing"
7652                | "(" regexp ")"
7653 @end smallexample
7655 @itemize @bullet
7656 @item
7657 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
7658 the reservation.
7660 @item
7661 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
7662 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
7663 regular expression @strong{or} etc.
7665 @item
7666 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
7667 regular expression @strong{and} a reservation described by the
7668 second regular expression @strong{and} etc.
7670 @item
7671 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
7672 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
7673 advancing (see @samp{,}).
7675 @item
7676 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
7677 functional unit.
7679 @item
7680 @samp{reservation_name} --- see description of construction
7681 @samp{define_reservation}.
7683 @item
7684 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
7685 @end itemize
7687 @findex define_reservation
7688 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
7689 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
7690 the common part by the following construction
7692 @smallexample
7693 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
7694 @end smallexample
7696 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
7697 Functional unit names and reservation names are in the same name
7698 space.  So the reservation names should be different from the
7699 functional unit names and can not be the reserved name @samp{nothing}.
7701 @findex define_bypass
7702 @cindex instruction latency time
7703 @cindex data bypass
7704 The following construction is used to describe exceptions in the
7705 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
7707 @smallexample
7708 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
7709                [@var{guard}])
7710 @end smallexample
7712 @var{number} defines when the result generated by the instructions
7713 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
7714 instructions given in string @var{in_insn_names}.  The instructions in
7715 the string are separated by commas.
7717 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
7718 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
7719 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
7720 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
7721 recognize complicated bypasses, e.g.@: when the consumer is only an address
7722 of insn @samp{store} (not a stored value).
7724 If there are more one bypass with the same output and input insns, the
7725 chosen bypass is the first bypass with a guard in description whose
7726 guard function returns nonzero.  If there is no such bypass, then
7727 bypass without the guard function is chosen.
7729 @findex exclusion_set
7730 @findex presence_set
7731 @findex final_presence_set
7732 @findex absence_set
7733 @findex final_absence_set
7734 @cindex VLIW
7735 @cindex RISC
7736 The following five constructions are usually used to describe
7737 @acronym{VLIW} processors, or more precisely, to describe a placement
7738 of small instructions into @acronym{VLIW} instruction slots.  They
7739 can be used for @acronym{RISC} processors, too.
7741 @smallexample
7742 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
7743 (presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7744 (final_presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7745 (absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7746 (final_absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7747 @end smallexample
7749 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
7750 separated by commas.
7752 @var{patterns} is a string giving patterns of functional units
7753 separated by comma.  Currently pattern is one unit or units
7754 separated by white-spaces.
7756 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
7757 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
7758 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
7759 example, the construction is useful for describing processors
7760 (e.g.@: some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
7761 functional unit which can execute simultaneously only single floating
7762 point insns or only double floating point insns.
7764 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
7765 functional unit in the first string can not be reserved unless at
7766 least one of pattern of units whose names are in the second string is
7767 reserved.  This is an asymmetric relation.  For example, it is useful
7768 for description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
7769 @samp{slot0} reservation.  We could describe it by the following
7770 construction
7772 @smallexample
7773 (presence_set "slot1" "slot0")
7774 @end smallexample
7776 Or @samp{slot1} is reserved only after @samp{slot0} and unit @samp{b0}
7777 reservation.  In this case we could write
7779 @smallexample
7780 (presence_set "slot1" "slot0 b0")
7781 @end smallexample
7783 The third construction (@samp{final_presence_set}) is analogous to
7784 @samp{presence_set}.  The difference between them is when checking is
7785 done.  When an instruction is issued in given automaton state
7786 reflecting all current and planned unit reservations, the automaton
7787 state is changed.  The first state is a source state, the second one
7788 is a result state.  Checking for @samp{presence_set} is done on the
7789 source state reservation, checking for @samp{final_presence_set} is
7790 done on the result reservation.  This construction is useful to
7791 describe a reservation which is actually two subsequent reservations.
7792 For example, if we use
7794 @smallexample
7795 (presence_set "slot1" "slot0")
7796 @end smallexample
7798 the following insn will be never issued (because @samp{slot1} requires
7799 @samp{slot0} which is absent in the source state).
7801 @smallexample
7802 (define_reservation "insn_and_nop" "slot0 + slot1")
7803 @end smallexample
7805 but it can be issued if we use analogous @samp{final_presence_set}.
7807 The forth construction (@samp{absence_set}) means that each functional
7808 unit in the first string can be reserved only if each pattern of units
7809 whose names are in the second string is not reserved.  This is an
7810 asymmetric relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to
7811 this one but it is symmetric).  For example it might be useful in a 
7812 @acronym{VLIW} description to say that @samp{slot0} cannot be reserved
7813 after either @samp{slot1} or @samp{slot2} have been reserved.  This
7814 can be described as:
7816 @smallexample
7817 (absence_set "slot0" "slot1, slot2")
7818 @end smallexample
7820 Or @samp{slot2} can not be reserved if @samp{slot0} and unit @samp{b0}
7821 are reserved or @samp{slot1} and unit @samp{b1} are reserved.  In
7822 this case we could write
7824 @smallexample
7825 (absence_set "slot2" "slot0 b0, slot1 b1")
7826 @end smallexample
7828 All functional units mentioned in a set should belong to the same
7829 automaton.
7831 The last construction (@samp{final_absence_set}) is analogous to
7832 @samp{absence_set} but checking is done on the result (state)
7833 reservation.  See comments for @samp{final_presence_set}.
7835 @findex automata_option
7836 @cindex deterministic finite state automaton
7837 @cindex nondeterministic finite state automaton
7838 @cindex finite state automaton minimization
7839 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
7840 the following construction.
7842 @smallexample
7843 (automata_option @var{options})
7844 @end smallexample
7846 @var{options} is a string giving options which affect the generated
7847 code.  Currently there are the following options:
7849 @itemize @bullet
7850 @item
7851 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
7852 only worth to do when we are debugging the description and need to
7853 look more accurately at reservations of states.
7855 @item
7856 @dfn{time} means printing time statistics about the generation of
7857 automata.
7859 @item
7860 @dfn{stats} means printing statistics about the generated automata
7861 such as the number of DFA states, NDFA states and arcs.
7863 @item
7864 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
7865 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
7866 verification and debugging.
7868 @item
7869 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
7870 non-critical errors.
7872 @item
7873 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
7874 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
7875 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
7876 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
7877 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
7878 may be rejected by reservations in the subsequent insns.
7880 @item
7881 @dfn{progress} means output of a progress bar showing how many states
7882 were generated so far for automaton being processed.  This is useful
7883 during debugging a @acronym{DFA} description.  If you see too many
7884 generated states, you could interrupt the generator of the pipeline
7885 hazard recognizer and try to figure out a reason for generation of the
7886 huge automaton.
7887 @end itemize
7889 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
7890 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
7891 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
7892 the following functional units.
7894 @smallexample
7895 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
7896 (define_cpu_unit "port0, port1")
7897 @end smallexample
7899 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
7900 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
7901 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
7902 are issued into the second pipeline.  Integer division and
7903 multiplication insns can be executed only in the second integer
7904 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
7905 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e.@: the subsequent
7906 integer division insn can not be issued until the current division
7907 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
7908 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
7909 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
7910 incurred.  To describe all of this we could specify
7912 @smallexample
7913 (define_cpu_unit "div")
7915 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
7916                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
7918 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "type" "mult")
7919                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
7921 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "type" "div")
7922                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
7924 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "type" "float")
7925                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
7927 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
7928 @end smallexample
7930 To simplify the description we could describe the following reservation
7932 @smallexample
7933 (define_reservation "finish" "port0|port1")
7934 @end smallexample
7936 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
7937 construction
7939 @smallexample
7940 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
7941                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
7942 @end smallexample
7945 @end ifset
7946 @ifset INTERNALS
7947 @node Conditional Execution
7948 @section Conditional Execution
7949 @cindex conditional execution
7950 @cindex predication
7952 A number of architectures provide for some form of conditional
7953 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
7954 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
7955 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
7956 can be quite tedious to describe these forms directly in the
7957 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
7959 @findex define_cond_exec
7960 @smallexample
7961 (define_cond_exec
7962   [@var{predicate-pattern}]
7963   "@var{condition}"
7964   "@var{output-template}")
7965 @end smallexample
7967 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
7968 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
7969 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
7970 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
7971 alternative.
7973 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
7974 pattern to match.
7976 @findex current_insn_predicate
7977 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
7978 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
7979 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
7980 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
7981 In order to handle the general case, there is a global variable
7982 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
7983 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
7985 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
7986 the @code{predicable} instruction attribute is made.
7987 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be boolean (i.e.@: have
7988 exactly two elements in its @var{list-of-values}).  Further, it must
7989 not be used with complex expressions.  That is, the default and all
7990 uses in the insns must be a simple constant, not dependent on the
7991 alternative or anything else.
7993 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
7994 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
7995 generated that matches a predicated version of the instruction.
7996 For example,
7998 @smallexample
7999 (define_insn "addsi"
8000   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
8001         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
8002                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
8003   "@var{test1}"
8004   "add %2,%1,%0")
8006 (define_cond_exec
8007   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
8008        (const_int 0))]
8009   "@var{test2}"
8010   "(%0)")
8011 @end smallexample
8013 @noindent
8014 generates a new pattern
8016 @smallexample
8017 (define_insn ""
8018   [(cond_exec
8019      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
8020      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
8021           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
8022                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
8023   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
8024   "(%3) add %2,%1,%0")
8025 @end smallexample
8027 @end ifset
8028 @ifset INTERNALS
8029 @node Constant Definitions
8030 @section Constant Definitions
8031 @cindex constant definitions
8032 @findex define_constants
8034 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
8035 can be a maintenance problem.
8037 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
8038 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
8039 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
8040 if the corresponding value had been written instead.  You may use
8041 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
8042 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
8043 a different value.
8045 To come back to the a29k load multiple example, instead of
8047 @smallexample
8048 (define_insn ""
8049   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
8050      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
8051            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
8052       (use (reg:SI 179))
8053       (clobber (reg:SI 179))])]
8054   ""
8055   "loadm 0,0,%1,%2")
8056 @end smallexample
8058 You could write:
8060 @smallexample
8061 (define_constants [
8062     (R_BP 177)
8063     (R_FC 178)
8064     (R_CR 179)
8065     (R_Q  180)
8068 (define_insn ""
8069   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
8070      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
8071            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
8072       (use (reg:SI R_CR))
8073       (clobber (reg:SI R_CR))])]
8074   ""
8075   "loadm 0,0,%1,%2")
8076 @end smallexample
8078 The constants that are defined with a define_constant are also output
8079 in the insn-codes.h header file as #defines.
8081 @cindex enumerations
8082 @findex define_c_enum
8083 You can also use the machine description file to define enumerations.
8084 Like the constants defined by @code{define_constant}, these enumerations
8085 are visible to both the machine description file and the main C code.
8087 The syntax is as follows:
8089 @smallexample
8090 (define_c_enum "@var{name}" [
8091   @var{value0}
8092   @var{value1}
8093   @dots{}
8094   @var{valuen}
8096 @end smallexample
8098 This definition causes the equivalent of the following C code to appear
8099 in @file{insn-constants.h}:
8101 @smallexample
8102 enum @var{name} @{
8103   @var{value0} = 0,
8104   @var{value1} = 1,
8105   @dots{}
8106   @var{valuen} = @var{n}
8108 #define NUM_@var{cname}_VALUES (@var{n} + 1)
8109 @end smallexample
8111 where @var{cname} is the capitalized form of @var{name}.
8112 It also makes each @var{valuei} available in the machine description
8113 file, just as if it had been declared with:
8115 @smallexample
8116 (define_constants [(@var{valuei} @var{i})])
8117 @end smallexample
8119 Each @var{valuei} is usually an upper-case identifier and usually
8120 begins with @var{cname}.
8122 You can split the enumeration definition into as many statements as
8123 you like.  The above example is directly equivalent to:
8125 @smallexample
8126 (define_c_enum "@var{name}" [@var{value0}])
8127 (define_c_enum "@var{name}" [@var{value1}])
8128 @dots{}
8129 (define_c_enum "@var{name}" [@var{valuen}])
8130 @end smallexample
8132 Splitting the enumeration helps to improve the modularity of each
8133 individual @code{.md} file.  For example, if a port defines its
8134 synchronization instructions in a separate @file{sync.md} file,
8135 it is convenient to define all synchronization-specific enumeration
8136 values in @file{sync.md} rather than in the main @file{.md} file.
8138 Some enumeration names have special significance to GCC:
8140 @table @code
8141 @item unspecv
8142 @findex unspec_volatile
8143 If an enumeration called @code{unspecv} is defined, GCC will use it
8144 when printing out @code{unspec_volatile} expressions.  For example:
8146 @smallexample
8147 (define_c_enum "unspecv" [
8148   UNSPECV_BLOCKAGE
8150 @end smallexample
8152 causes GCC to print @samp{(unspec_volatile @dots{} 0)} as:
8154 @smallexample
8155 (unspec_volatile ... UNSPECV_BLOCKAGE)
8156 @end smallexample
8158 @item unspec
8159 @findex unspec
8160 If an enumeration called @code{unspec} is defined, GCC will use
8161 it when printing out @code{unspec} expressions.  GCC will also use
8162 it when printing out @code{unspec_volatile} expressions unless an
8163 @code{unspecv} enumeration is also defined.  You can therefore
8164 decide whether to keep separate enumerations for volatile and
8165 non-volatile expressions or whether to use the same enumeration
8166 for both.
8167 @end table
8169 @findex define_enum
8170 @anchor{define_enum}
8171 Another way of defining an enumeration is to use @code{define_enum}:
8173 @smallexample
8174 (define_enum "@var{name}" [
8175   @var{value0}
8176   @var{value1}
8177   @dots{}
8178   @var{valuen}
8180 @end smallexample
8182 This directive implies:
8184 @smallexample
8185 (define_c_enum "@var{name}" [
8186   @var{cname}_@var{cvalue0}
8187   @var{cname}_@var{cvalue1}
8188   @dots{}
8189   @var{cname}_@var{cvaluen}
8191 @end smallexample
8193 @findex define_enum_attr
8194 where @var{cvaluei} is the capitalized form of @var{valuei}.
8195 However, unlike @code{define_c_enum}, the enumerations defined
8196 by @code{define_enum} can be used in attribute specifications
8197 (@pxref{define_enum_attr}).
8198 @end ifset
8199 @ifset INTERNALS
8200 @node Iterators
8201 @section Iterators
8202 @cindex iterators in @file{.md} files
8204 Ports often need to define similar patterns for more than one machine
8205 mode or for more than one rtx code.  GCC provides some simple iterator
8206 facilities to make this process easier.
8208 @menu
8209 * Mode Iterators::         Generating variations of patterns for different modes.
8210 * Code Iterators::         Doing the same for codes.
8211 @end menu
8213 @node Mode Iterators
8214 @subsection Mode Iterators
8215 @cindex mode iterators in @file{.md} files
8217 Ports often need to define similar patterns for two or more different modes.
8218 For example:
8220 @itemize @bullet
8221 @item
8222 If a processor has hardware support for both single and double
8223 floating-point arithmetic, the @code{SFmode} patterns tend to be
8224 very similar to the @code{DFmode} ones.
8226 @item
8227 If a port uses @code{SImode} pointers in one configuration and
8228 @code{DImode} pointers in another, it will usually have very similar
8229 @code{SImode} and @code{DImode} patterns for manipulating pointers.
8230 @end itemize
8232 Mode iterators allow several patterns to be instantiated from one
8233 @file{.md} file template.  They can be used with any type of
8234 rtx-based construct, such as a @code{define_insn},
8235 @code{define_split}, or @code{define_peephole2}.
8237 @menu
8238 * Defining Mode Iterators:: Defining a new mode iterator.
8239 * Substitutions::           Combining mode iterators with substitutions
8240 * Examples::                Examples
8241 @end menu
8243 @node Defining Mode Iterators
8244 @subsubsection Defining Mode Iterators
8245 @findex define_mode_iterator
8247 The syntax for defining a mode iterator is:
8249 @smallexample
8250 (define_mode_iterator @var{name} [(@var{mode1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{moden} "@var{condn}")])
8251 @end smallexample
8253 This allows subsequent @file{.md} file constructs to use the mode suffix
8254 @code{:@var{name}}.  Every construct that does so will be expanded
8255 @var{n} times, once with every use of @code{:@var{name}} replaced by
8256 @code{:@var{mode1}}, once with every use replaced by @code{:@var{mode2}},
8257 and so on.  In the expansion for a particular @var{modei}, every
8258 C condition will also require that @var{condi} be true.
8260 For example:
8262 @smallexample
8263 (define_mode_iterator P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
8264 @end smallexample
8266 defines a new mode suffix @code{:P}.  Every construct that uses
8267 @code{:P} will be expanded twice, once with every @code{:P} replaced
8268 by @code{:SI} and once with every @code{:P} replaced by @code{:DI}.
8269 The @code{:SI} version will only apply if @code{Pmode == SImode} and
8270 the @code{:DI} version will only apply if @code{Pmode == DImode}.
8272 As with other @file{.md} conditions, an empty string is treated
8273 as ``always true''.  @code{(@var{mode} "")} can also be abbreviated
8274 to @code{@var{mode}}.  For example:
8276 @smallexample
8277 (define_mode_iterator GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
8278 @end smallexample
8280 means that the @code{:DI} expansion only applies if @code{TARGET_64BIT}
8281 but that the @code{:SI} expansion has no such constraint.
8283 Iterators are applied in the order they are defined.  This can be
8284 significant if two iterators are used in a construct that requires
8285 substitutions.  @xref{Substitutions}.
8287 @node Substitutions
8288 @subsubsection Substitution in Mode Iterators
8289 @findex define_mode_attr
8291 If an @file{.md} file construct uses mode iterators, each version of the
8292 construct will often need slightly different strings or modes.  For
8293 example:
8295 @itemize @bullet
8296 @item
8297 When a @code{define_expand} defines several @code{add@var{m}3} patterns
8298 (@pxref{Standard Names}), each expander will need to use the
8299 appropriate mode name for @var{m}.
8301 @item
8302 When a @code{define_insn} defines several instruction patterns,
8303 each instruction will often use a different assembler mnemonic.
8305 @item
8306 When a @code{define_insn} requires operands with different modes,
8307 using an iterator for one of the operand modes usually requires a specific
8308 mode for the other operand(s).
8309 @end itemize
8311 GCC supports such variations through a system of ``mode attributes''.
8312 There are two standard attributes: @code{mode}, which is the name of
8313 the mode in lower case, and @code{MODE}, which is the same thing in
8314 upper case.  You can define other attributes using:
8316 @smallexample
8317 (define_mode_attr @var{name} [(@var{mode1} "@var{value1}") @dots{} (@var{moden} "@var{valuen}")])
8318 @end smallexample
8320 where @var{name} is the name of the attribute and @var{valuei}
8321 is the value associated with @var{modei}.
8323 When GCC replaces some @var{:iterator} with @var{:mode}, it will scan
8324 each string and mode in the pattern for sequences of the form
8325 @code{<@var{iterator}:@var{attr}>}, where @var{attr} is the name of a
8326 mode attribute.  If the attribute is defined for @var{mode}, the whole
8327 @code{<@dots{}>} sequence will be replaced by the appropriate attribute
8328 value.
8330 For example, suppose an @file{.md} file has:
8332 @smallexample
8333 (define_mode_iterator P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
8334 (define_mode_attr load [(SI "lw") (DI "ld")])
8335 @end smallexample
8337 If one of the patterns that uses @code{:P} contains the string
8338 @code{"<P:load>\t%0,%1"}, the @code{SI} version of that pattern
8339 will use @code{"lw\t%0,%1"} and the @code{DI} version will use
8340 @code{"ld\t%0,%1"}.
8342 Here is an example of using an attribute for a mode:
8344 @smallexample
8345 (define_mode_iterator LONG [SI DI])
8346 (define_mode_attr SHORT [(SI "HI") (DI "SI")])
8347 (define_insn @dots{}
8348   (sign_extend:LONG (match_operand:<LONG:SHORT> @dots{})) @dots{})
8349 @end smallexample
8351 The @code{@var{iterator}:} prefix may be omitted, in which case the
8352 substitution will be attempted for every iterator expansion.
8354 @node Examples
8355 @subsubsection Mode Iterator Examples
8357 Here is an example from the MIPS port.  It defines the following
8358 modes and attributes (among others):
8360 @smallexample
8361 (define_mode_iterator GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
8362 (define_mode_attr d [(SI "") (DI "d")])
8363 @end smallexample
8365 and uses the following template to define both @code{subsi3}
8366 and @code{subdi3}:
8368 @smallexample
8369 (define_insn "sub<mode>3"
8370   [(set (match_operand:GPR 0 "register_operand" "=d")
8371         (minus:GPR (match_operand:GPR 1 "register_operand" "d")
8372                    (match_operand:GPR 2 "register_operand" "d")))]
8373   ""
8374   "<d>subu\t%0,%1,%2"
8375   [(set_attr "type" "arith")
8376    (set_attr "mode" "<MODE>")])
8377 @end smallexample
8379 This is exactly equivalent to:
8381 @smallexample
8382 (define_insn "subsi3"
8383   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=d")
8384         (minus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "d")
8385                   (match_operand:SI 2 "register_operand" "d")))]
8386   ""
8387   "subu\t%0,%1,%2"
8388   [(set_attr "type" "arith")
8389    (set_attr "mode" "SI")])
8391 (define_insn "subdi3"
8392   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
8393         (minus:DI (match_operand:DI 1 "register_operand" "d")
8394                   (match_operand:DI 2 "register_operand" "d")))]
8395   ""
8396   "dsubu\t%0,%1,%2"
8397   [(set_attr "type" "arith")
8398    (set_attr "mode" "DI")])
8399 @end smallexample
8401 @node Code Iterators
8402 @subsection Code Iterators
8403 @cindex code iterators in @file{.md} files
8404 @findex define_code_iterator
8405 @findex define_code_attr
8407 Code iterators operate in a similar way to mode iterators.  @xref{Mode Iterators}.
8409 The construct:
8411 @smallexample
8412 (define_code_iterator @var{name} [(@var{code1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{coden} "@var{condn}")])
8413 @end smallexample
8415 defines a pseudo rtx code @var{name} that can be instantiated as
8416 @var{codei} if condition @var{condi} is true.  Each @var{codei}
8417 must have the same rtx format.  @xref{RTL Classes}.
8419 As with mode iterators, each pattern that uses @var{name} will be
8420 expanded @var{n} times, once with all uses of @var{name} replaced by
8421 @var{code1}, once with all uses replaced by @var{code2}, and so on.
8422 @xref{Defining Mode Iterators}.
8424 It is possible to define attributes for codes as well as for modes.
8425 There are two standard code attributes: @code{code}, the name of the
8426 code in lower case, and @code{CODE}, the name of the code in upper case.
8427 Other attributes are defined using:
8429 @smallexample
8430 (define_code_attr @var{name} [(@var{code1} "@var{value1}") @dots{} (@var{coden} "@var{valuen}")])
8431 @end smallexample
8433 Here's an example of code iterators in action, taken from the MIPS port:
8435 @smallexample
8436 (define_code_iterator any_cond [unordered ordered unlt unge uneq ltgt unle ungt
8437                                 eq ne gt ge lt le gtu geu ltu leu])
8439 (define_expand "b<code>"
8440   [(set (pc)
8441         (if_then_else (any_cond:CC (cc0)
8442                                    (const_int 0))
8443                       (label_ref (match_operand 0 ""))
8444                       (pc)))]
8445   ""
8447   gen_conditional_branch (operands, <CODE>);
8448   DONE;
8450 @end smallexample
8452 This is equivalent to:
8454 @smallexample
8455 (define_expand "bunordered"
8456   [(set (pc)
8457         (if_then_else (unordered:CC (cc0)
8458                                     (const_int 0))
8459                       (label_ref (match_operand 0 ""))
8460                       (pc)))]
8461   ""
8463   gen_conditional_branch (operands, UNORDERED);
8464   DONE;
8467 (define_expand "bordered"
8468   [(set (pc)
8469         (if_then_else (ordered:CC (cc0)
8470                                   (const_int 0))
8471                       (label_ref (match_operand 0 ""))
8472                       (pc)))]
8473   ""
8475   gen_conditional_branch (operands, ORDERED);
8476   DONE;
8479 @dots{}
8480 @end smallexample
8482 @end ifset