New testcase.
[official-gcc.git] / gcc / md.texi
blobc23f88b469c75c6e4261a30a15b6f702e29e664d
1 @c Copyright (C) 1988, 89, 92, 93, 94, 96, 1998 Free Software Foundation, Inc.
2 @c This is part of the GCC manual.
3 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
5 @ifset INTERNALS
6 @node Machine Desc
7 @chapter Machine Descriptions
8 @cindex machine descriptions
10 A machine description has two parts: a file of instruction patterns
11 (@file{.md} file) and a C header file of macro definitions.
13 The @file{.md} file for a target machine contains a pattern for each
14 instruction that the target machine supports (or at least each instruction
15 that is worth telling the compiler about).  It may also contain comments.
16 A semicolon causes the rest of the line to be a comment, unless the semicolon
17 is inside a quoted string.
19 See the next chapter for information on the C header file.
21 @menu
22 * Patterns::            How to write instruction patterns.
23 * Example::             An explained example of a @code{define_insn} pattern.
24 * RTL Template::        The RTL template defines what insns match a pattern.
25 * Output Template::     The output template says how to make assembler code
26                           from such an insn.
27 * Output Statement::    For more generality, write C code to output
28                           the assembler code.
29 * Constraints::         When not all operands are general operands.
30 * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
31 * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
32 * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
33 * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
34 * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
35 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
36 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
37                          for a standard operation.
38 * Insn Splitting::    Splitting Instructions into Multiple Instructions
39 * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
40 @end menu
42 @node Patterns
43 @section Everything about Instruction Patterns
44 @cindex patterns
45 @cindex instruction patterns
47 @findex define_insn
48 Each instruction pattern contains an incomplete RTL expression, with pieces
49 to be filled in later, operand constraints that restrict how the pieces can
50 be filled in, and an output pattern or C code to generate the assembler
51 output, all wrapped up in a @code{define_insn} expression.
53 A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
55 @enumerate
56 @item
57 An optional name.  The presence of a name indicate that this instruction
58 pattern can perform a certain standard job for the RTL-generation
59 pass of the compiler.  This pass knows certain names and will use
60 the instruction patterns with those names, if the names are defined
61 in the machine description.
63 The absence of a name is indicated by writing an empty string
64 where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
65 used for generating RTL code, but they may permit several simpler insns
66 to be combined later on.
68 Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
69 effect; they are equivalent to no name at all.
71 @item
72 The @dfn{RTL template} (@pxref{RTL Template}) is a vector of incomplete
73 RTL expressions which show what the instruction should look like.  It is
74 incomplete because it may contain @code{match_operand},
75 @code{match_operator}, and @code{match_dup} expressions that stand for
76 operands of the instruction.
78 If the vector has only one element, that element is the template for the
79 instruction pattern.  If the vector has multiple elements, then the
80 instruction pattern is a @code{parallel} expression containing the
81 elements described.
83 @item
84 @cindex pattern conditions
85 @cindex conditions, in patterns
86 A condition.  This is a string which contains a C expression that is
87 the final test to decide whether an insn body matches this pattern.
89 @cindex named patterns and conditions
90 For a named pattern, the condition (if present) may not depend on
91 the data in the insn being matched, but only the target-machine-type
92 flags.  The compiler needs to test these conditions during
93 initialization in order to learn exactly which named instructions are
94 available in a particular run.
96 @findex operands
97 For nameless patterns, the condition is applied only when matching an
98 individual insn, and only after the insn has matched the pattern's
99 recognition template.  The insn's operands may be found in the vector
100 @code{operands}.
102 @item
103 The @dfn{output template}: a string that says how to output matching
104 insns as assembler code.  @samp{%} in this string specifies where
105 to substitute the value of an operand.  @xref{Output Template}.
107 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
108 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
110 @item
111 Optionally, a vector containing the values of attributes for insns matching
112 this pattern.  @xref{Insn Attributes}.
113 @end enumerate
115 @node Example
116 @section Example of @code{define_insn}
117 @cindex @code{define_insn} example
119 Here is an actual example of an instruction pattern, for the 68000/68020.
121 @example
122 (define_insn "tstsi"
123   [(set (cc0)
124         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
125   ""
126   "*
127 @{ if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
128     return \"tstl %0\";
129   return \"cmpl #0,%0\"; @}")
130 @end example
132 This is an instruction that sets the condition codes based on the value of
133 a general operand.  It has no condition, so any insn whose RTL description
134 has the form shown may be handled according to this pattern.  The name
135 @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL generation
136 pass that, when it is necessary to test such a value, an insn to do so
137 can be constructed using this pattern.
139 The output control string is a piece of C code which chooses which
140 output template to return based on the kind of operand and the specific
141 type of CPU for which code is being generated.
143 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
145 @node RTL Template
146 @section RTL Template
147 @cindex RTL insn template
148 @cindex generating insns
149 @cindex insns, generating
150 @cindex recognizing insns
151 @cindex insns, recognizing
153 The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
154 and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
155 says how to construct an insn from specified operands.
157 Construction involves substituting specified operands into a copy of the
158 template.  Matching involves determining the values that serve as the
159 operands in the insn being matched.  Both of these activities are
160 controlled by special expression types that direct matching and
161 substitution of the operands.
163 @table @code
164 @findex match_operand
165 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
166 This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
167 the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
168 will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
169 appears at this position in the insn will be taken as operand
170 number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
171 pattern will not match at all.
173 Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
174 each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
175 expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
176 are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
177 expressions.  In the case of a @code{define_expand}, any operand numbers
178 used only in @code{match_dup} expressions have higher values than all
179 other operand numbers.
181 @var{predicate} is a string that is the name of a C function that accepts two
182 arguments, an expression and a machine mode.  During matching, the
183 function will be called with the putative operand as the expression and
184 @var{m} as the mode argument (if @var{m} is not specified,
185 @code{VOIDmode} will be used, which normally causes @var{predicate} to accept
186 any mode).  If it returns zero, this instruction pattern fails to match.
187 @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be done
188 on the operand, so anything which occurs in this position is valid.
190 Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
191 not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
192 @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
193 Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
194 @code{VOIDmode}.
196 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
197 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
199 People are often unclear on the difference between the constraint and the
200 predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
201 pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
202 controls various decisions in the case of an insn which does match.
204 @findex general_operand
205 On CISC machines, the most common @var{predicate} is
206 @code{"general_operand"}.  This function checks that the putative
207 operand is either a constant, a register or a memory reference, and that
208 it is valid for mode @var{m}.
210 @findex register_operand
211 For an operand that must be a register, @var{predicate} should be
212 @code{"register_operand"}.  Using @code{"general_operand"} would be
213 valid, since the reload pass would copy any non-register operands
214 through registers, but this would make GNU CC do extra work, it would
215 prevent invariant operands (such as constant) from being removed from
216 loops, and it would prevent the register allocator from doing the best
217 possible job.  On RISC machines, it is usually most efficient to allow
218 @var{predicate} to accept only objects that the constraints allow.
220 @findex immediate_operand
221 For an operand that must be a constant, you must be sure to either use
222 @code{"immediate_operand"} for @var{predicate}, or make the instruction
223 pattern's extra condition require a constant, or both.  You cannot
224 expect the constraints to do this work!  If the constraints allow only
225 constants, but the predicate allows something else, the compiler will
226 crash when that case arises.
228 @findex match_scratch
229 @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
230 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
231 and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
232 expression.
234 When matching patterns, this is equivalent to
236 @smallexample
237 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{pred})
238 @end smallexample
240 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
241 expression.
243 If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
244 expressions whose operands are either a hard register or
245 @code{match_scratch}, the combiner can add or delete them when
246 necessary.  @xref{Side Effects}.
248 @findex match_dup
249 @item (match_dup @var{n})
250 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
251 It is used when the operand needs to appear more than once in the
252 insn.
254 In construction, @code{match_dup} acts just like @code{match_operand}:
255 the operand is substituted into the insn being constructed.  But in
256 matching, @code{match_dup} behaves differently.  It assumes that operand
257 number @var{n} has already been determined by a @code{match_operand}
258 appearing earlier in the recognition template, and it matches only an
259 identical-looking expression.
261 @findex match_operator
262 @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
263 This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
264 code.
266 When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
267 expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
268 operands are constructed from the patterns @var{operands}.
270 When matching an expression, it matches an expression if the function
271 @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
272 patterns @var{operands} match the operands of the expression.
274 Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
275 follows, to match any expression whose operator is one of the
276 commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
278 @smallexample
280 commutative_operator (x, mode)
281      rtx x;
282      enum machine_mode mode;
284   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
285   if (GET_MODE (x) != mode)
286     return 0;
287   return (GET_RTX_CLASS (code) == 'c'
288           || code == EQ || code == NE);
290 @end smallexample
292 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
293 of a commutative operator applied to two general operands:
295 @smallexample
296 (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
297   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
298    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
299 @end smallexample
301 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
302 because the expressions to be matched all contain two operands.
304 When this pattern does match, the two operands of the commutative
305 operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
306 by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
307 will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
308 (operands[3])} to see which commutative operator was used.
310 The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
311 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
312 predicate function, and that function is solely responsible for
313 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
315 When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
316 the operation (i.e. the expression code) for the expression to be
317 made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
318 into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
319 gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
320 only its expression code matters.
322 When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
323 it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
324 is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
325 register allocation because the register allocator often looks at
326 operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
328 There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
329 operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
330 never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
331 However, if parts of its @var{operands} are matched by
332 @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
333 their own.
335 @findex match_op_dup
336 @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
337 Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
338 operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
339 substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
340 differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
341 determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
342 recognition template, and it matches only an identical-looking
343 expression.
345 @findex match_parallel
346 @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
347 This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
348 @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
349 expression should only appear at the top level of an insn pattern.
351 When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
352 this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
353 is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
354 vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
355 @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
356 @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
357 @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
358 of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
359 those listed in the @code{match_parallel}.@refill
361 A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
362 multiple expressions, which can contain a variable number of elements
363 in a @code{parallel}.  For example,
364 @c the following is *still* going over.  need to change the code.
365 @c also need to work on grouping of this example.  --mew 1feb93
367 @smallexample
368 (define_insn ""
369   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
370      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
371            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
372       (use (reg:SI 179))
373       (clobber (reg:SI 179))])]
374   ""
375   "loadm 0,0,%1,%2")
376 @end smallexample
378 This example comes from @file{a29k.md}.  The function
379 @code{load_multiple_operations} is defined in @file{a29k.c} and checks
380 that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
381 @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
382 registers and memory locations.
384 An insn that matches this pattern might look like:
386 @smallexample
387 (parallel
388  [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
389   (use (reg:SI 179))
390   (clobber (reg:SI 179))
391   (set (reg:SI 21)
392        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
393                         (const_int 4))))
394   (set (reg:SI 22)
395        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
396                         (const_int 8))))])
397 @end smallexample
399 @findex match_par_dup
400 @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
401 Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
402 @code{match_operator}.
404 @findex match_insn
405 @item (match_insn @var{predicate})
406 Match a complete insn.  Unlike the other @code{match_*} recognizers,
407 @code{match_insn} does not take an operand number.
409 The machine mode @var{m} of @code{match_insn} works like that of
410 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
411 predicate function, and that function is solely responsible for
412 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
414 @findex match_insn2
415 @item (match_insn2 @var{n} @var{predicate})
416 Match a complete insn.
418 The machine mode @var{m} of @code{match_insn2} works like that of
419 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
420 predicate function, and that function is solely responsible for
421 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
423 @findex address
424 @item (address (match_operand:@var{m} @var{n} "address_operand" ""))
425 This complex of expressions is a placeholder for an operand number
426 @var{n} in a ``load address'' instruction: an operand which specifies
427 a memory location in the usual way, but for which the actual operand
428 value used is the address of the location, not the contents of the
429 location.
431 @code{address} expressions never appear in RTL code, only in machine
432 descriptions.  And they are used only in machine descriptions that do
433 not use the operand constraint feature.  When operand constraints are
434 in use, the letter @samp{p} in the constraint serves this purpose.
436 @var{m} is the machine mode of the @emph{memory location being
437 addressed}, not the machine mode of the address itself.  That mode is
438 always the same on a given target machine (it is @code{Pmode}, which
439 normally is @code{SImode}), so there is no point in mentioning it;
440 thus, no machine mode is written in the @code{address} expression.  If
441 some day support is added for machines in which addresses of different
442 kinds of objects appear differently or are used differently (such as
443 the PDP-10), different formats would perhaps need different machine
444 modes and these modes might be written in the @code{address}
445 expression.
446 @end table
448 @node Output Template
449 @section Output Templates and Operand Substitution
450 @cindex output templates
451 @cindex operand substitution
453 @cindex @samp{%} in template
454 @cindex percent sign
455 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
456 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
457 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
458 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
459 identify places where different variants of the assembler require
460 different syntax.
462 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
463 operand @var{n} at that point in the string.
465 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
466 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
467 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
468 additional letters with nonstandard meanings.
470 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
471 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
472 operand.
474 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
475 the constant is negated before printing.
477 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
478 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
479 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
480 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
481 as if it were a memory reference.
483 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
484 instruction.
486 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
487 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
488 referred to more than once in a single template that generates multiple
489 assembler instructions.
491 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
492 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
493 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
494 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
495 which punctuation characters are valid with the
496 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
498 @cindex \
499 @cindex backslash
500 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
501 for the instructions, with @samp{\;} between them.
503 @cindex matching operands
504 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
505 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
506 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
507 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
508 operand.
510 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
511 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
512 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
513 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
514 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
515 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
516 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
517 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
518 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
519 it to do nothing.
521 @cindex @code{#} in template
522 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
523 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
524 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
525 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
526 multiple assembler instructions, and there is an matching @code{define_split}
527 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
528 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
529 instructions.
531 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
532 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
533 describe multiple variants of assembler language syntax.
534 @xref{Instruction Output}.
536 @node Output Statement
537 @section C Statements for Assembler Output
538 @cindex output statements
539 @cindex C statements for assembler output
540 @cindex generating assembler output
542 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
543 assembler code for all the cases that are recognized by a single
544 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
545 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
546 machine instructions.
548 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
549 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
550 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
551 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
552 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
553 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
554 might write this pattern:
556 @smallexample
557 (define_insn "addsi3"
558   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
559         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
560                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
561   ""
562   "@@
563    addr %2,%0
564    addm %2,%0")
565 @end smallexample
567 @cindex @code{*} in template
568 @cindex asterisk in template
569 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
570 output template but rather a piece of C program that should compute a
571 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
572 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
573 require doublequote characters to delimit them.  To include these
574 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
576 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
577 is @code{rtx []}.
579 It is very common to select different ways of generating assembler code
580 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
581 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
582 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
583 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
584 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
585 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
586 values of those bits.
588 @findex output_asm_insn
589 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
590 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
591 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
592 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
593 that you declare locally and initialize yourself.
595 @findex which_alternative
596 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
597 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
598 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
599 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
600 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
601 etc.).
603 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
604 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
605 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
607 @smallexample
608 (define_insn ""
609   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
610         (const_int 0))]
611   ""
612   "*
613   return (which_alternative == 0
614           ? \"clrreg %0\" : \"clrmem %0\");
615   ")
616 @end smallexample
618 The example above, where the assembler code to generate was
619 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
620 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
622 @smallexample
623 @group
624 (define_insn ""
625   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
626         (const_int 0))]
627   ""
628   "@@
629    clrreg %0
630    clrmem %0")
631 @end group
632 @end smallexample
633 @end ifset
635 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
636 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the full
637 @c manual's context are conditionalized to appear only in the full manual.
638 @ifset INTERNALS
639 @node Constraints
640 @section Operand Constraints
641 @cindex operand constraints
642 @cindex constraints
644 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify a
645 constraint for the type of operands allowed.
646 @end ifset
647 @ifclear INTERNALS
648 @node Constraints
649 @section Constraints for @code{asm} Operands
650 @cindex operand constraints, @code{asm}
651 @cindex constraints, @code{asm}
652 @cindex @code{asm} constraints
654 Here are specific details on what constraint letters you can use with
655 @code{asm} operands.
656 @end ifclear
657 Constraints can say whether
658 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
659 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
660 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
661 have.  Constraints can also require two operands to match.
663 @ifset INTERNALS
664 @menu
665 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
666 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
667 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
668 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
669 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
670 * No Constraints::      Describing a clean machine without constraints.
671 @end menu
672 @end ifset
674 @ifclear INTERNALS
675 @menu
676 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
677 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
678 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
679 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
680 @end menu
681 @end ifclear
683 @node Simple Constraints
684 @subsection Simple Constraints
685 @cindex simple constraints
687 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
688 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
689 the letters that are allowed:
691 @table @asis
692 @cindex @samp{m} in constraint
693 @cindex memory references in constraints
694 @item @samp{m}
695 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
696 supports in general.
698 @cindex offsettable address
699 @cindex @samp{o} in constraint
700 @item @samp{o}
701 A memory operand is allowed, but only if the address is
702 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
703 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
704 may be added to the address and the result is also a valid memory
705 address.
707 @cindex autoincrement/decrement addressing
708 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
709 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
710 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
711 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
712 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
713 addresses may or may not be offsettable depending on the other
714 addressing modes that the machine supports.
716 Note that in an output operand which can be matched by another
717 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
718 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
719 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
721 @cindex @samp{V} in constraint
722 @item @samp{V}
723 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
724 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
726 @cindex @samp{<} in constraint
727 @item @samp{<}
728 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
729 postdecrement) is allowed.
731 @cindex @samp{>} in constraint
732 @item @samp{>}
733 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
734 postincrement) is allowed.
736 @cindex @samp{r} in constraint
737 @cindex registers in constraints
738 @item @samp{r}
739 A register operand is allowed provided that it is in a general
740 register.
742 @cindex @samp{d} in constraint
743 @item @samp{d}, @samp{a}, @samp{f}, @dots{}
744 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
745 particular classes of registers.  @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are
746 defined on the 68000/68020 to stand for data, address and floating
747 point registers.
749 @cindex constants in constraints
750 @cindex @samp{i} in constraint
751 @item @samp{i}
752 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
753 This includes symbolic constants whose values will be known only at
754 assembly time.
756 @cindex @samp{n} in constraint
757 @item @samp{n}
758 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
759 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
760 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
761 rather than @samp{i}.
763 @cindex @samp{I} in constraint
764 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
765 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
766 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
767 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
768 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
769 This is the range permitted as a shift count in the shift
770 instructions.
772 @cindex @samp{E} in constraint
773 @item @samp{E}
774 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
775 allowed, but only if the target floating point format is the same as
776 that of the host machine (on which the compiler is running).
778 @cindex @samp{F} in constraint
779 @item @samp{F}
780 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
781 allowed.
783 @cindex @samp{G} in constraint
784 @cindex @samp{H} in constraint
785 @item @samp{G}, @samp{H}
786 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
787 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
789 @cindex @samp{s} in constraint
790 @item @samp{s}
791 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
792 allowed.
794 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
795 value not known at compile time, it certainly must allow any known
796 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
797 better code to be generated.
799 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
800 use an immediate operand; but if the immediate value is between -128
801 and 127, better code results from loading the value into a register and
802 using the register.  This is because the load into the register can be
803 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
804 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
805 range -128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
806 constraints.
808 @cindex @samp{g} in constraint
809 @item @samp{g}
810 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
811 registers that are not general registers.
813 @cindex @samp{X} in constraint
814 @item @samp{X}
815 @ifset INTERNALS
816 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
817 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
818 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
819 require a scratch register.
820 @end ifset
821 @ifclear INTERNALS
822 Any operand whatsoever is allowed.
823 @end ifclear
825 @cindex @samp{0} in constraint
826 @cindex digits in constraint
827 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
828 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
829 digit is used together with letters within the same alternative, the
830 digit should come last.
832 @cindex matching constraint
833 @cindex constraint, matching
834 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
835 that the assembler has only a single operand that fills two roles
836 @ifset INTERNALS
837 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
838 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
839 @end ifset
840 @ifclear INTERNALS
841 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
842 two input operands and an output operand, but on most CISC
843 @end ifclear
844 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
845 input-output operand:
847 @smallexample
848 addl #35,r12
849 @end smallexample
851 Matching constraints are used in these circumstances.
852 More precisely, the two operands that match must include one input-only
853 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
854 smaller number than the number of the operand that uses it in the
855 constraint.
857 @ifset INTERNALS
858 For operands to match in a particular case usually means that they
859 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
860 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
861 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
862 For proper results in such cases, the output template should always
863 use the output-operand's number when printing the operand.
864 @end ifset
866 @cindex load address instruction
867 @cindex push address instruction
868 @cindex address constraints
869 @cindex @samp{p} in constraint
870 @item @samp{p}
871 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
872 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
874 @findex address_operand
875 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
876 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
877 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
878 reference for which the address would be valid.
880 @cindex extensible constraints
881 @cindex @samp{Q}, in constraint
882 @item @samp{Q}, @samp{R}, @samp{S}, @dots{} @samp{U}
883 Letters in the range @samp{Q} through @samp{U} may be defined in a
884 machine-dependent fashion to stand for arbitrary operand types.
885 @ifset INTERNALS
886 The machine description macro @code{EXTRA_CONSTRAINT} is passed the
887 operand as its first argument and the constraint letter as its
888 second operand.
890 A typical use for this would be to distinguish certain types of
891 memory references that affect other insn operands.
893 Do not define these constraint letters to accept register references
894 (@code{reg}); the reload pass does not expect this and would not handle
895 it properly.
896 @end ifset
897 @end table
899 @ifset INTERNALS
900 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
901 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
902 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
903 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
904 done by copying an operand into a register.
906 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
908 @smallexample
909 (define_insn ""
910   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
911         (plus:SI (match_dup 0)
912                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
913   ""
914   "@dots{}")
915 @end smallexample
917 @noindent
918 which has two operands, one of which must appear in two places, and
920 @smallexample
921 (define_insn ""
922   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
923         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
924                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
925   ""
926   "@dots{}")
927 @end smallexample
929 @noindent
930 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
931 identical.  If we are considering an insn of the form
933 @smallexample
934 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
935   (set (reg:SI 3)
936        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
937   @dots{})
938 @end smallexample
940 @noindent
941 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
942 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
943 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns.''
944 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
945 is something wrong with it.''  It would direct the reload pass of the
946 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
947 results might look like this:
949 @smallexample
950 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
951   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
952   @dots{})
954 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
955   (set (reg:SI 3)
956        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
957   @dots{})
958 @end smallexample
960 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
961 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
962 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
963 for each possible combination of operand expressions, have at least one
964 alternative which can handle that combination of operands.)  The
965 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
966 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
967 reloading any possible operand so that it will fit.
969 @itemize @bullet
970 @item
971 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
972 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
974 For example, an operand whose constraints permit everything except
975 registers is safe provided its predicate rejects registers.
977 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
978 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
979 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
980 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
981 more selective.
983 @item
984 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
985 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
986 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
987 compiler knows how to copy a register into another register of the
988 proper class in order to make an instruction valid.
990 @cindex nonoffsettable memory reference
991 @cindex memory reference, nonoffsettable
992 @item
993 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
994 address into a register.  So if the constraint uses the letter
995 @samp{o}, all memory references are taken care of.
997 @item
998 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
999 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1000 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1001 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1003 @item
1004 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1005 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1006 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1007 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1008 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1009 objects allowed by the constraint.
1010 @end itemize
1012 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1013 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1014 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1015 how to copy a register temporarily into memory.
1017 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1018 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1019 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1020 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1021 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1022 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1023 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1024 @code{sign_extend}.
1025 @end ifset
1027 @node Multi-Alternative
1028 @subsection Multiple Alternative Constraints
1029 @cindex multiple alternative constraints
1031 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1032 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1033 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1034 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1035 another.
1037 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1038 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1039 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1040 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1041 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1042 @ifset INTERNALS
1043 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1045 @smallexample
1046 (define_insn "iorsi3"
1047   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1048         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1049                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1050   @dots{})
1051 @end smallexample
1053 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1054 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1055 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1056 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1057 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1058 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1059 @end ifset
1061 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1062 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1063 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1064 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1065 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1066 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1067 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1069 @table @code
1070 @cindex @samp{?} in constraint
1071 @cindex question mark
1072 @item ?
1073 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1074 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1075 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1076 in it.
1078 @cindex @samp{!} in constraint
1079 @cindex exclamation point
1080 @item !
1081 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1082 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1083 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1084 @end table
1086 @ifset INTERNALS
1087 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1088 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1089 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1090 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1091 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1092 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1093 @end ifset
1095 @ifset INTERNALS
1096 @node Class Preferences
1097 @subsection Register Class Preferences
1098 @cindex class preference constraints
1099 @cindex register class preference constraints
1101 @cindex voting between constraint alternatives
1102 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1103 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1104 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1105 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1106 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1107 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1108 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1109 favor of a general register.  The machine description says which registers
1110 are considered general.
1112 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1113 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1114 @end ifset
1116 @node Modifiers
1117 @subsection Constraint Modifier Characters
1118 @cindex modifiers in constraints
1119 @cindex constraint modifier characters
1121 @c prevent bad page break with this line
1122 Here are constraint modifier characters.
1124 @table @samp
1125 @cindex @samp{=} in constraint
1126 @item =
1127 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1128 value is discarded and replaced by output data.
1130 @cindex @samp{+} in constraint
1131 @item +
1132 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1134 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1135 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1136 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1137 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1138 are assumed to be input only.
1140 @cindex @samp{&} in constraint
1141 @cindex earlyclobber operand
1142 @item &
1143 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1144 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1145 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1146 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1147 address.
1149 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1150 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1151 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1152 @samp{movdf} insn of the 68000.
1154 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only 
1155 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1156 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1157 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber. 
1158 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM.
1160 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1162 @cindex @samp{%} in constraint
1163 @item %
1164 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1165 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1166 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1167 constraints.
1168 @ifset INTERNALS
1169 This is often used in patterns for addition instructions
1170 that really have only two operands: the result must go in one of the
1171 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1172 instruction is defined:
1174 @smallexample
1175 (define_insn "addhi3"
1176   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1177      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1178               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1179   @dots{})
1180 @end smallexample
1181 @end ifset
1183 @cindex @samp{#} in constraint
1184 @item #
1185 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1186 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1187 register preferences.
1189 @ifset INTERNALS
1190 @cindex @samp{*} in constraint
1191 @item *
1192 Says that the following character should be ignored when choosing
1193 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1194 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1196 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1197 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1198 copying it into an address register.  While either kind of register is
1199 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1200 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1201 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1202 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1203 register preferences.
1205 @smallexample
1206 (define_insn "extendhisi2"
1207   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1208         (sign_extend:SI
1209          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1210   @dots{})
1211 @end smallexample
1212 @end ifset
1213 @end table
1215 @node Machine Constraints
1216 @subsection Constraints for Particular Machines
1217 @cindex machine specific constraints
1218 @cindex constraints, machine specific
1220 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1221 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1222 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1223 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1224 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1225 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1226 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1227 immediate-constant format.
1229 For each machine architecture, the @file{config/@var{machine}.h} file
1230 defines additional constraints.  These constraints are used by the
1231 compiler itself for instruction generation, as well as for @code{asm}
1232 statements; therefore, some of the constraints are not particularly
1233 interesting for @code{asm}.  The constraints are defined through these
1234 macros:
1236 @table @code
1237 @item REG_CLASS_FROM_LETTER
1238 Register class constraints (usually lower case).
1240 @item CONST_OK_FOR_LETTER_P
1241 Immediate constant constraints, for non-floating point constants of
1242 word size or smaller precision (usually upper case).
1244 @item CONST_DOUBLE_OK_FOR_LETTER_P
1245 Immediate constant constraints, for all floating point constants and for
1246 constants of greater than word size precision (usually upper case).
1248 @item EXTRA_CONSTRAINT
1249 Special cases of registers or memory.  This macro is not required, and
1250 is only defined for some machines.
1251 @end table
1253 Inspecting these macro definitions in the compiler source for your
1254 machine is the best way to be certain you have the right constraints.
1255 However, here is a summary of the machine-dependent constraints
1256 available on some particular machines.
1258 @table @emph
1259 @item ARM family---@file{arm.h}
1260 @table @code
1261 @item f
1262 Floating-point register
1264 @item F
1265 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1266 or 10.0
1268 @item G
1269 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1270 were negated
1272 @item I
1273 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1274 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1275 multiple of 2
1277 @item J
1278 Integer in the range -4095 to 4095
1280 @item K
1281 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1283 @item L
1284 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1286 @item M
1287 Integer in the range 0 to 32
1289 @item Q
1290 A memory reference where the exact address is in a single register
1291 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1293 @item R
1294 An item in the constant pool
1296 @item S
1297 A symbol in the text segment of the current file
1298 @end table
1300 @item AMD 29000 family---@file{a29k.h}
1301 @table @code
1302 @item l
1303 Local register 0
1305 @item b
1306 Byte Pointer (@samp{BP}) register
1308 @item q
1309 @samp{Q} register
1311 @item h
1312 Special purpose register
1314 @item A
1315 First accumulator register
1317 @item a
1318 Other accumulator register
1320 @item f
1321 Floating point register
1323 @item I
1324 Constant greater than 0, less than 0x100
1326 @item J
1327 Constant greater than 0, less than 0x10000
1329 @item K
1330 Constant whose high 24 bits are on (1)
1332 @item L
1333 16 bit constant whose high 8 bits are on (1)
1335 @item M
1336 32 bit constant whose high 16 bits are on (1)
1338 @item N
1339 32 bit negative constant that fits in 8 bits
1341 @item O
1342 The constant 0x80000000 or, on the 29050, any 32 bit constant
1343 whose low 16 bits are 0.
1345 @item P
1346 16 bit negative constant that fits in 8 bits
1348 @item G
1349 @itemx H
1350 A floating point constant (in @code{asm} statements, use the machine
1351 independent @samp{E} or @samp{F} instead)
1352 @end table
1354 @item IBM RS6000---@file{rs6000.h}
1355 @table @code
1356 @item b
1357 Address base register
1359 @item f
1360 Floating point register
1362 @item h
1363 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1365 @item q
1366 @samp{MQ} register
1368 @item c
1369 @samp{CTR} register
1371 @item l
1372 @samp{LINK} register
1374 @item x
1375 @samp{CR} register (condition register) number 0
1377 @item y
1378 @samp{CR} register (condition register)
1380 @item I
1381 Signed 16 bit constant
1383 @item J
1384 Constant whose low 16 bits are 0
1386 @item K
1387 Constant whose high 16 bits are 0
1389 @item L
1390 Constant suitable as a mask operand
1392 @item M
1393 Constant larger than 31
1395 @item N
1396 Exact power of 2
1398 @item O
1399 Zero
1401 @item P
1402 Constant whose negation is a signed 16 bit constant
1404 @item G
1405 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1406 instruction per word
1408 @item Q
1409 Memory operand that is an offset from a register (@samp{m} is preferable
1410 for @code{asm} statements)
1412 @item R
1413 AIX TOC entry
1415 @item S
1416 Windows NT SYMBOL_REF
1418 @item T
1419 Windows NT LABEL_REF
1421 @item U
1422 System V Release 4 small data area reference
1423 @end table
1425 @item Intel 386---@file{i386.h}
1426 @table @code
1427 @item q
1428 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register
1430 @item A
1431 @samp{a}, or @code{d} register (for 64-bit ints)
1433 @item f
1434 Floating point register
1436 @item t
1437 First (top of stack) floating point register
1439 @item u
1440 Second floating point register
1442 @item a
1443 @samp{a} register
1445 @item b
1446 @samp{b} register
1448 @item c
1449 @samp{c} register
1451 @item d
1452 @samp{d} register
1454 @item D
1455 @samp{di} register
1457 @item S
1458 @samp{si} register
1460 @item I
1461 Constant in range 0 to 31 (for 32 bit shifts)
1463 @item J
1464 Constant in range 0 to 63 (for 64 bit shifts)
1466 @item K
1467 @samp{0xff}
1469 @item L
1470 @samp{0xffff}
1472 @item M
1473 0, 1, 2, or 3 (shifts for @code{lea} instruction)
1475 @item N
1476 Constant in range 0 to 255 (for @code{out} instruction)
1478 @item G
1479 Standard 80387 floating point constant
1480 @end table
1482 @item Intel 960---@file{i960.h}
1483 @table @code
1484 @item f
1485 Floating point register (@code{fp0} to @code{fp3})
1487 @item l
1488 Local register (@code{r0} to @code{r15})
1490 @item b
1491 Global register (@code{g0} to @code{g15})
1493 @item d
1494 Any local or global register
1496 @item I
1497 Integers from 0 to 31
1499 @item J
1502 @item K
1503 Integers from -31 to 0
1505 @item G
1506 Floating point 0
1508 @item H
1509 Floating point 1
1510 @end table
1512 @item MIPS---@file{mips.h}
1513 @table @code
1514 @item d
1515 General-purpose integer register
1517 @item f
1518 Floating-point register (if available)
1520 @item h
1521 @samp{Hi} register
1523 @item l
1524 @samp{Lo} register
1526 @item x
1527 @samp{Hi} or @samp{Lo} register
1529 @item y
1530 General-purpose integer register
1532 @item z
1533 Floating-point status register
1535 @item I
1536 Signed 16 bit constant (for arithmetic instructions)
1538 @item J
1539 Zero
1541 @item K
1542 Zero-extended 16-bit constant (for logic instructions)
1544 @item L
1545 Constant with low 16 bits zero (can be loaded with @code{lui})
1547 @item M
1548 32 bit constant which requires two instructions to load (a constant
1549 which is not @samp{I}, @samp{K}, or @samp{L})
1551 @item N
1552 Negative 16 bit constant
1554 @item O
1555 Exact power of two
1557 @item P
1558 Positive 16 bit constant
1560 @item G
1561 Floating point zero
1563 @item Q
1564 Memory reference that can be loaded with more than one instruction
1565 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1567 @item R
1568 Memory reference that can be loaded with one instruction
1569 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1571 @item S
1572 Memory reference in external OSF/rose PIC format
1573 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1574 @end table
1576 @item Motorola 680x0---@file{m68k.h}
1577 @table @code
1578 @item a
1579 Address register
1581 @item d
1582 Data register
1584 @item f
1585 68881 floating-point register, if available
1587 @item x
1588 Sun FPA (floating-point) register, if available
1590 @item y
1591 First 16 Sun FPA registers, if available
1593 @item I
1594 Integer in the range 1 to 8
1596 @item J
1597 16 bit signed number
1599 @item K
1600 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
1602 @item L
1603 Integer in the range -8 to -1
1605 @item M
1606 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
1608 @item G
1609 Floating point constant that is not a 68881 constant
1611 @item H
1612 Floating point constant that can be used by Sun FPA
1613 @end table
1615 @need 1000
1616 @item SPARC---@file{sparc.h}
1617 @table @code
1618 @item f
1619 Floating-point register that can hold 32 or 64 bit values.
1621 @item e
1622 Floating-point register that can hold 64 or 128 bit values.
1624 @item I
1625 Signed 13 bit constant
1627 @item J
1628 Zero
1630 @item K
1631 32 bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
1632 loaded with the @code{sethi} instruction)
1634 @item G
1635 Floating-point zero
1637 @item H
1638 Signed 13 bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
1640 @item Q
1641 Memory reference that can be loaded with one instruction  (@samp{m} is
1642 more appropriate for @code{asm} statements)
1644 @item S
1645 Constant, or memory address
1647 @item T
1648 Memory address aligned to an 8-byte boundary
1650 @item U
1651 Even register
1652 @end table
1653 @end table
1655 @ifset INTERNALS
1656 @node No Constraints
1657 @subsection Not Using Constraints
1658 @cindex no constraints
1659 @cindex not using constraints
1661 Some machines are so clean that operand constraints are not required.  For
1662 example, on the Vax, an operand valid in one context is valid in any other
1663 context.  On such a machine, every operand constraint would be @samp{g},
1664 excepting only operands of ``load address'' instructions which are
1665 written as if they referred to a memory location's contents but actual
1666 refer to its address.  They would have constraint @samp{p}.
1668 @cindex empty constraints
1669 For such machines, instead of writing @samp{g} and @samp{p} for all
1670 the constraints, you can choose to write a description with empty constraints.
1671 Then you write @samp{""} for the constraint in every @code{match_operand}.
1672 Address operands are identified by writing an @code{address} expression
1673 around the @code{match_operand}, not by their constraints.
1675 When the machine description has just empty constraints, certain parts
1676 of compilation are skipped, making the compiler faster.  However,
1677 few machines actually do not need constraints; all machine descriptions
1678 now in existence use constraints.
1679 @end ifset
1681 @ifset INTERNALS
1682 @node Standard Names
1683 @section Standard Pattern Names For Generation
1684 @cindex standard pattern names
1685 @cindex pattern names
1686 @cindex names, pattern
1688 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
1689 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
1690 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
1691 pattern to accomplish a certain task.
1693 @table @asis
1694 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
1695 @item @samp{mov@var{m}}
1696 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lower case.
1697 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
1698 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
1700 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
1701 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
1702 to store the specified value in the part of the register that corresponds
1703 to mode @var{m}.  The effect on the rest of the register is undefined.
1705 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
1706 of these names @emph{must} be defined, because there is no other way
1707 to copy a datum from one place to another.
1709 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
1710 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
1711 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
1712 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
1713 into a register.
1715 @findex force_reg
1716 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
1717 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
1718 registers other than the operands.  For example, if you support the
1719 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
1720 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
1721 function which might generate new pseudo registers.
1723 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
1724 fetching those modes from memory normally requires several insns and
1725 some temporary registers.  Look in @file{spur.md} to see how the
1726 requirement can be satisfied.
1728 @findex change_address
1729 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
1730 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
1731 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
1732 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
1733 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
1734 an address into a valid address and no routine (such as
1735 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
1736 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
1738 @findex reload_in_progress
1739 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
1740 declared if required) can be used to determine whether such special
1741 handling is required.
1743 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
1744 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
1745 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
1746 machines explicit memory references will get optional reloads.
1748 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
1749 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to reload.  But this
1750 is impossible during and after reload.  If there are cases needing
1751 scratch registers after reload, you must define
1752 @code{SECONDARY_INPUT_RELOAD_CLASS} and perhaps also
1753 @code{SECONDARY_OUTPUT_RELOAD_CLASS} to detect them, and provide
1754 patterns @samp{reload_in@var{m}} or @samp{reload_out@var{m}} to handle
1755 them.  @xref{Register Classes}.
1757 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
1758 register to any other hard register provided that
1759 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
1760 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
1762 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
1763 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
1764 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
1765 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
1766 point members.
1768 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
1769 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
1770 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
1771 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
1772 floating point registers, then the constraints of the fixed point
1773 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
1774 reload into a floating point register.
1776 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
1777 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
1778 @item @samp{reload_in@var{m}}
1779 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
1780 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
1781 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
1782 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
1783 macro in @pxref{Register Classes}.
1785 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
1786 @item @samp{movstrict@var{m}}
1787 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
1788 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
1789 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
1790 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
1792 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
1793 @item @samp{load_multiple}
1794 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
1795 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
1796 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
1797 number of consecutive registers.
1799 Define this only if the target machine really has such an instruction;
1800 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
1801 registers from memory is to do them one at a time.
1803 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
1804 registers can be stored into memory, such as particular starting or
1805 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
1806 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
1807 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
1809 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
1810 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
1811 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
1812 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
1813 @file{a29k.md} and @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn
1814 pattern.
1816 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
1817 @item @samp{store_multiple}
1818 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
1819 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
1820 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
1821 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
1823 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
1824 @item @samp{add@var{m}3}
1825 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
1826 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
1827 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
1829 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
1830 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
1831 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
1832 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
1833 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
1834 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
1835 @cindex @code{smin@var{m}3} instruction pattern
1836 @cindex @code{smax@var{m}3} instruction pattern
1837 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
1838 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
1839 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
1840 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
1841 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
1842 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{mul@var{m}3}
1843 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{udiv@var{m}3}, @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
1844 @itemx @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}, @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
1845 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
1846 Similar, for other arithmetic operations.
1848 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
1849 @item @samp{mulhisi3}
1850 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
1851 a @code{SImode} product in operand 0.
1853 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
1854 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
1855 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
1856 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
1858 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
1859 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
1860 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
1861 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
1862 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
1863 multiplication.
1865 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
1866 @item @samp{mul@var{m}3_highpart}
1867 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
1868 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
1869 The least significant half of the product is discarded.
1871 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
1872 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
1873 Similar, but the multiplication is unsigned.
1875 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
1876 @item @samp{divmod@var{m}4}
1877 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
1878 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
1879 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
1881 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
1882 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
1883 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
1884 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
1885 and remainder are computed.
1887 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
1888 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
1889 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
1890 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
1891 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
1893 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
1894 @item @samp{udivmod@var{m}4}
1895 Similar, but does unsigned division.
1897 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
1898 @item @samp{ashl@var{m}3}
1899 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
1900 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
1901 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
1902 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
1903 mode before generating the instruction.
1905 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
1906 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
1907 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
1908 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
1909 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
1910 Other shift and rotate instructions, analogous to the
1911 @code{ashl@var{m}3} instructions.
1913 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
1914 @item @samp{neg@var{m}2}
1915 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
1917 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
1918 @item @samp{abs@var{m}2}
1919 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
1921 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
1922 @item @samp{sqrt@var{m}2}
1923 Store the square root of operand 1 into operand 0.
1925 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
1926 corresponds to the C data type @code{double}.
1928 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
1929 @item @samp{ffs@var{m}2}
1930 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
1931 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
1932 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
1933 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
1934 generating the instruction.
1936 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
1937 corresponds to the C data type @code{int}.
1939 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
1940 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
1941 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
1943 @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
1944 @item @samp{cmp@var{m}}
1945 Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
1946 The RTL pattern should look like this:
1948 @smallexample
1949 (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
1950                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
1951 @end smallexample
1953 @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
1954 @item @samp{tst@var{m}}
1955 Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
1956 The RTL pattern should look like this:
1958 @smallexample
1959 (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
1960 @end smallexample
1962 @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
1963 not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
1964 would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
1965 The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
1967 @cindex @code{movstr@var{m}} instruction pattern
1968 @item @samp{movstr@var{m}}
1969 Block move instruction.  The addresses of the destination and source
1970 strings are the first two operands, and both are in mode @code{Pmode}.
1972 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
1973 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
1974 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
1975 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
1976 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
1977 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
1978 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
1980 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
1981 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
1982 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
1983 it may provide the value 4 for this operand.
1985 Descriptions of multiple @code{movstr@var{m}} patterns can only be
1986 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
1987 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
1988 in @code{movstr@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
1989 individually moved data units in the block.
1991 These patterns need not give special consideration to the possibility
1992 that the source and destination strings might overlap.
1994 @cindex @code{clrstr@var{m}} instruction pattern
1995 @item @samp{clrstr@var{m}}
1996 Block clear instruction.  The addresses of the destination string is the
1997 first operand, in mode @code{Pmode}.  The number of bytes to clear is
1998 the second operand, in mode @var{m}.  See @samp{movstr@var{m}} for
1999 a discussion of the choice of mode.
2001 The third operand is the known alignment of the destination, in the form
2002 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
2003 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
2004 operand.
2006 The use for multiple @code{clrstr@var{m}} is as for @code{movstr@var{m}}.
2008 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
2009 @item @samp{cmpstr@var{m}}
2010 Block compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
2011 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
2012 of @samp{movstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
2013 byte by byte in lexicographic order.  The effect of the instruction is
2014 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
2015 comparison.
2017 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
2018 @item @samp{strlen@var{m}}
2019 Compute the length of a string, with three operands.
2020 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
2021 a @code{mem} referring to the first character of the string,
2022 operand 2 is the character to search for (normally zero),
2023 and operand 3 is a constant describing the known alignment
2024 of the beginning of the string.
2026 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
2027 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
2028 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
2029 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2030 @var{n}).
2032 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
2033 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
2034 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
2035 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2036 @var{n}).
2038 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
2039 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
2040 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2041 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
2042 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
2043 the value of operand 1 is an integer.
2045 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
2046 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
2047 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2048 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
2049 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
2050 value of operand 1 is an integer.
2052 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
2053 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
2054 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
2055 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
2056 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
2058 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2059 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
2060 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
2061 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2063 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2064 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
2065 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
2066 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2068 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
2069 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
2070 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2071 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2072 point or both floating point.
2074 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
2075 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
2076 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2077 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2078 point or both floating point.
2080 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
2081 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
2082 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2083 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2084 point.
2086 @cindex @code{extv} instruction pattern
2087 @item @samp{extv}
2088 Extract a bit field from operand 1 (a register or memory operand), where
2089 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
2090 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
2091 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
2092 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
2093 be valid for @code{word_mode}.
2095 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2096 for operands 2 and 3.
2098 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
2099 before it is stored in operand 0.
2101 @cindex @code{extzv} instruction pattern
2102 @item @samp{extzv}
2103 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
2105 @cindex @code{insv} instruction pattern
2106 @item @samp{insv}
2107 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a bit
2108 field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
2109 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
2110 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
2111 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
2113 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2114 for operands 1 and 2.
2116 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
2117 @item @samp{mov@var{mode}cc}
2118 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
2119 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
2120 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
2122 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
2123 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
2124 conditionally move an integer value based on the floating point condition
2125 codes and vice versa.
2127 If the machine does not have conditional move instructions, do not
2128 define these patterns.
2130 @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
2131 @item @samp{s@var{cond}}
2132 Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
2133 Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
2134 @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
2135 as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
2137 You specify the mode that the operand must have when you write the
2138 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
2139 which mode you have used and supplies an operand of that mode.
2141 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
2142 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
2143 you should omit it from the machine description.  You describe to the
2144 compiler exactly which value is stored by defining the macro
2145 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
2146 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
2147 should omit those operations from the machine description.
2149 These operations may fail, but should do so only in relatively
2150 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
2151 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
2153 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
2154 that copies the constant one to the target and branches around an
2155 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
2156 the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
2157 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
2158 @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
2159 the machine description.
2161 @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
2162 @item @samp{b@var{cond}}
2163 Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
2164 refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
2165 condition @var{cond}.
2167 Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
2168 instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
2169 case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
2170 simply store the operands away and generate all the required insns in a
2171 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
2172 branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
2173 immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
2174 pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
2176 Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
2177 where the mode used for the comparison depends on the condition being
2178 tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}
2180 The above discussion also applies to the @samp{mov@var{mode}cc} and
2181 @samp{s@var{cond}} patterns.
2183 @cindex @code{call} instruction pattern
2184 @item @samp{call}
2185 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
2186 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
2187 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
2188 operands.
2190 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
2191 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
2192 to put this information into the assembler code; they can put it in
2193 the RTL instead of operand 1.
2195 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
2196 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
2197 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
2198 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
2199 instruction, the pattern for this operation should be a
2200 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
2201 address into a register and uses that register in the call instruction.
2203 @cindex @code{call_value} instruction pattern
2204 @item @samp{call_value}
2205 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
2206 register in which the value is returned.  There are three more
2207 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
2208 instruction (but with numbers increased by one).
2210 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
2211 insn.
2213 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
2214 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
2215 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
2216 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
2217 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is non-zero.  They should emit a @code{parallel}
2218 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
2219 adjustment made to the frame pointer.
2221 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be non-zero, the use of these
2222 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
2223 can be eliminated, if desired.
2225 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
2226 @item @samp{untyped_call}
2227 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
2228 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
2229 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
2230 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
2231 the saving of a function return value into the result block.
2233 This instruction pattern should be defined to support
2234 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
2235 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
2236 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
2237 multiple registers that can hold a return value (i.e.
2238 @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
2240 @cindex @code{return} instruction pattern
2241 @item @samp{return}
2242 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
2243 defined only if a single instruction can do all the work of returning
2244 from a function.
2246 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
2247 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
2248 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
2249 some class of functions only requires one instruction to implement a
2250 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
2251 to save any registers or allocate stack space.
2253 @findex reload_completed
2254 @findex leaf_function_p
2255 For such machines, the condition specified in this pattern should only
2256 be true when @code{reload_completed} is non-zero and the function's
2257 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
2258 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
2259 a register window push is required.
2261 Machines that have conditional return instructions should define patterns
2262 such as
2264 @smallexample
2265 (define_insn ""
2266   [(set (pc)
2267         (if_then_else (match_operator
2268                          0 "comparison_operator"
2269                          [(cc0) (const_int 0)])
2270                       (return)
2271                       (pc)))]
2272   "@var{condition}"
2273   "@dots{}")
2274 @end smallexample
2276 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
2277 named @samp{return} pattern.
2279 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
2280 @item @samp{untyped_return}
2281 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
2282 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
2283 instructions are needed to return a value of any type.
2285 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
2286 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
2287 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
2288 the restoring of a function return value from the result block.
2290 @cindex @code{nop} instruction pattern
2291 @item @samp{nop}
2292 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
2293 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
2294 RTL pattern.
2296 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
2297 @item @samp{indirect_jump}
2298 An instruction to jump to an address which is operand zero.
2299 This pattern name is mandatory on all machines.
2301 @cindex @code{casesi} instruction pattern
2302 @item @samp{casesi}
2303 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
2304 This instruction takes five operands:
2306 @enumerate
2307 @item
2308 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
2310 @item
2311 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
2313 @item
2314 The total range of indices in the table---the largest index
2315 minus the smallest one (both inclusive).
2317 @item
2318 A label that precedes the table itself.
2320 @item
2321 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
2322 (If the machine-description macro @code{CASE_DROPS_THROUGH} is defined,
2323 then an out-of-bounds index drops through to the code following
2324 the jump table instead of jumping to this label.  In that case,
2325 this label is not actually used by the @samp{casesi} instruction,
2326 but it is always provided as an operand.)
2327 @end enumerate
2329 The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
2330 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
2331 difference between the upper bound and the lower bound.
2333 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
2334 @item @samp{tablejump}
2335 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
2336 capability which can be used to implement a dispatch table when there
2337 is no @samp{casesi} pattern.
2339 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
2340 which should immediately precede the jump table.  If the macro
2341 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
2342 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
2343 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
2344 mode @code{Pmode}.
2346 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
2347 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
2348 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
2349 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
2351 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
2352 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
2353 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
2354 into operand 0.
2356 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
2357 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
2358 and also has mode @code{Pmode}.
2360 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
2361 the address of the function which would be called if the function
2362 pointer were used in an indirect call.
2364 Only define this pattern if function pointers on the target machine
2365 can have different values but still call the same function when
2366 used in an indirect call.
2368 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
2369 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
2370 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
2371 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
2372 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
2373 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
2374 @item @samp{save_stack_block}
2375 @itemx @samp{save_stack_function}
2376 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
2377 @itemx @samp{restore_stack_block}
2378 @itemx @samp{restore_stack_function}
2379 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
2380 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
2381 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
2382 such machines.
2384 Some machines require special handling for stack pointer saves and
2385 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
2386 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
2387 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
2388 saves and restores are:
2390 @enumerate
2391 @item
2392 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
2393 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
2394 restores the stack pointer when the block is exited.
2396 @item
2397 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
2398 similar job for the outermost block of a function and are used when the
2399 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
2400 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
2401 restore sequence on some machines.
2403 @item
2404 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
2405 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
2406 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
2407 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
2408 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
2409 and restoring additional data such as register window information or
2410 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
2411 such required data.
2412 @end enumerate
2414 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
2415 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
2416 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
2417 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
2418 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
2419 for a particular type of save (either because no save is needed or
2420 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
2421 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
2422 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
2423 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
2425 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
2426 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
2427 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
2429 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
2430 @item @samp{allocate_stack}
2431 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
2432 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
2434 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
2435 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
2436 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
2437 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
2438 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
2439 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
2440 stack is free.
2442 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
2443 Some machines require other operations such as stack probes or
2444 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
2445 operations in addition to updating the stack pointer.
2447 @cindex @code{probe} instruction pattern
2448 @item @samp{probe}
2449 Some machines require instructions to be executed after space is
2450 allocated from the stack, for example to generate a reference at
2451 the bottom of the stack.
2453 If you need to emit instructions before the stack has been adjusted,
2454 put them into the @samp{allocate_stack} pattern.  Otherwise, define
2455 this pattern to emit the required instructions.
2457 No operands are provided.
2459 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
2460 @item @samp{check_stack}
2461 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
2462 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
2463 to perform the needed check and signaling an error if the stack
2464 has overflowed.  The single operand is the location in the stack furthest
2465 from the current stack pointer that you need to validate.  Normally,
2466 on machines where this pattern is needed, you would obtain the stack
2467 limit from a global or thread-specific variable or register.
2469 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
2470 @item @samp{nonlocal_goto}
2471 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
2472 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
2473 each representing a value to be used in the jump.  The first
2474 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
2475 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
2476 the third is the address of a location where the stack is saved,
2477 and the last is the address of the label, to be placed in the
2478 location for the incoming static chain.
2480 On most machines you need not define this pattern, since GNU CC will
2481 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
2482 and static chain, restore the stack (using the
2483 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
2484 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
2485 not work on your machine.
2487 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
2488 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
2489 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
2490 nonlocal goto after the code already generated by GNU CC.  You will not
2491 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
2492 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
2493 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
2494 goto only ocurrs within a unit-of-translation, so a global table pointer
2495 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
2496 There are no arguments.
2498 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
2499 @item @samp{exception_receiver}
2500 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
2501 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
2502 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
2503 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
2504 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
2505 an exception.  There are no arguments.
2507 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
2508 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
2509 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
2510 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
2511 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
2512 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
2513 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
2514 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
2515 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
2516 the first three are normally used by the generic mechanism.
2518 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
2519 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
2520 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
2521 builtin setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
2522 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
2523 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
2524 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
2525 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
2526 at a small offset from that label.
2528 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
2529 @item @samp{builtin_longjmp}
2530 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
2531 You will not normally need to define this pattern unless you also define
2532 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
2533 @code{jmp_buf}.
2534 @end table
2536 @node Pattern Ordering
2537 @section When the Order of Patterns Matters
2538 @cindex Pattern Ordering
2539 @cindex Ordering of Patterns
2541 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
2542 pattern that appears first in the machine description is the one used.
2543 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
2544 and faster instructions (those that will produce better code when they
2545 do match) should usually go first in the description.
2547 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
2548 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
2549 instruction for converting a fullword to floating point and another
2550 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
2551 an integer to floating point could match either one.  We put the
2552 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
2553 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
2554 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
2555 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
2556 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
2557 constant value.
2559 @node Dependent Patterns
2560 @section Interdependence of Patterns
2561 @cindex Dependent Patterns
2562 @cindex Interdependence of Patterns
2564 Every machine description must have a named pattern for each of the
2565 conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
2566 must always have the form
2568 @example
2569 (set (pc)
2570      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
2571                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
2572                    (pc)))
2573 @end example
2575 @noindent
2576 In addition, every machine description must have an anonymous pattern
2577 for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
2578 look like
2580 @example
2581 (set (pc)
2582      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
2583                    (pc)
2584                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
2585 @end example
2587 @noindent
2588 They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
2589 branches into reverse-conditional branches.
2591 It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
2592 reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
2593 example,
2595 @example
2596 (define_insn ""
2597   [(set (pc)
2598         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
2599                                       [(cc0) (const_int 0)])
2600                       (pc)
2601                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
2602   "@var{condition}"
2603   "@dots{}")
2604 @end example
2606 In some cases machines support instructions identical except for the
2607 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
2608 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
2609 patterns are
2611 @example
2612 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
2613      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
2615 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
2616      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
2617 @end example
2619 @noindent
2620 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
2621 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
2622 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
2623 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
2624 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
2625 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
2627 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
2628 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
2629 compilations.
2631 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
2632 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
2633 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
2634 you should not provide separate patterns for increment and decrement
2635 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
2636 that supports register-register add insns by examining the operands and
2637 generating the appropriate machine instruction.
2639 @node Jump Patterns
2640 @section Defining Jump Instruction Patterns
2641 @cindex jump instruction patterns
2642 @cindex defining jump instruction patterns
2644 For most machines, GNU CC assumes that the machine has a condition code.
2645 A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
2646 signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
2647 insn tests the condition code and branches or not according its value.
2648 The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
2649 common machines, such as the Vax, the 68000 and the 32000, work this
2650 way.
2652 Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
2653 only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
2654 these machines is to treat them just like the others until the final stage
2655 where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
2656 compare instruction, peek ahead at the following branch using
2657 @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
2658 being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
2659 the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
2660 otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
2661 can treat signed and unsigned branches identically.
2663 The reason you can do this is that GNU CC always generates a pair of
2664 consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
2665 set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
2666 until the end.
2668 To go with this technique, you must define the machine-description macro
2669 @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
2670 compare instruction is superfluous.
2672 Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
2673 A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
2674 compare instruction, record its operands in two static variables.  When
2675 outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
2676 output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
2678 It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
2679 In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
2680 will be combined according to these patterns.  But this does not happen
2681 if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
2682 above in addition to any special patterns you define.
2684 In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
2685 code and there may not even be a separate condition code register.  On
2686 these machines, the restriction that the definition and use of the
2687 condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
2688 important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
2689 delay for taken branches unless the condition code register is set three
2690 instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
2691 scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
2692 separate the definition and use of the condition code register.
2694 On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
2695 to represent the condition code.  If there is a specific condition code
2696 register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
2697 comparison result can be placed in any general register, or if there are
2698 multiple condition registers, use a pseudo register.
2700 @findex prev_cc0_setter
2701 @findex next_cc0_user
2702 On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
2703 the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
2704 Sparc, setting the condition code directly from an add or subtract
2705 instruction does not clear the overflow bit the way that a test
2706 instruction does, so a different branch instruction must be used for
2707 some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
2708 and use of the condition code must be adjacent (separated only by
2709 @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
2710 (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
2711 located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
2712 and @code{next_cc0_user}.
2714 However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
2715 those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
2716 compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
2717 we use the machine mode of the condition code register to record
2718 different formats of the condition code register.
2720 Registers used to store the condition code value should have a mode that
2721 is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
2722 additional modes are required (as for the add example mentioned above in
2723 the Sparc), define the macro @code{EXTRA_CC_MODES} to list the
2724 additional modes required (@pxref{Condition Code}).  Also define
2725 @code{EXTRA_CC_NAMES} to list the names of those modes and
2726 @code{SELECT_CC_MODE} to choose a mode given an operand of a compare.
2728 If it is known during RTL generation that a different mode will be
2729 required (for example, if the machine has separate compare instructions
2730 for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
2731 be specified at that time.
2733 If the cases that require different modes would be made by instruction
2734 combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
2735 mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
2736 written using that mode.  To support the case of the add on the Sparc
2737 discussed above, we have the pattern
2739 @smallexample
2740 (define_insn ""
2741   [(set (reg:CC_NOOV 0)
2742         (compare:CC_NOOV
2743           (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
2744                    (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
2745           (const_int 0)))]
2746   ""
2747   "@dots{}")
2748 @end smallexample
2750 The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the Sparc returns @code{CC_NOOVmode}
2751 for comparisons whose argument is a @code{plus}.
2753 @node Insn Canonicalizations
2754 @section Canonicalization of Instructions
2755 @cindex canonicalization of instructions
2756 @cindex insn canonicalization
2758 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
2759 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
2760 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
2761 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
2762 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
2763 number of insn patterns required.
2765 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
2766 are performed:
2768 @itemize @bullet
2769 @item
2770 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
2771 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
2772 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
2773 be supplied.
2775 @cindex @code{neg}, canonicalization of
2776 @cindex @code{not}, canonicalization of
2777 @cindex @code{mult}, canonicalization of
2778 @cindex @code{plus}, canonicalization of
2779 @cindex @code{minus}, canonicalization of
2780 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
2781 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
2782 first operand.
2784 @cindex @code{compare}, canonicalization of
2785 @item
2786 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
2787 on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
2788 machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
2789 a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
2790 cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
2791 matching a constant as the first operand unless the machine actually has
2792 such an instruction.
2794 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
2795 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
2796 above.
2798 @item
2799 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
2800 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
2802 @item
2803 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
2804 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
2806 @cindex @code{ior}, canonicalization of
2807 @cindex @code{and}, canonicalization of
2808 @cindex De Morgan's law
2809 @item
2810 De`Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
2811 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
2812 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
2814 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
2815 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
2816 for that instruction as
2818 @example
2819 (define_insn ""
2820   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
2821         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
2822                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
2823   "@dots{}"
2824   "@dots{}")
2825 @end example
2827 @noindent
2828 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
2830 @example
2831 (define_insn ""
2832   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
2833         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
2834                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
2835   "@dots{}"
2836   "@dots{}")
2837 @end example
2839 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
2840 logically equivalent RTL expressions.
2842 @cindex @code{xor}, canonicalization of
2843 @item
2844 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
2845 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
2846 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.@refill
2848 @item
2849 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
2850 the form
2852 @example
2853 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
2854 @end example
2856 @item
2857 On machines that do not use @code{cc0},
2858 @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
2859 @var{x}.@refill
2861 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
2862 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
2863 @item
2864 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
2865 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
2866 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
2868 @end itemize
2870 @node Peephole Definitions
2871 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
2872 @cindex peephole optimizer definitions
2873 @cindex defining peephole optimizers
2875 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
2876 definitions of machine-specific peephole optimizations.
2878 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
2879 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
2880 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
2881 though the second one does not appear to use a register computed in the
2882 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
2883 opportunities.
2885 @need 1000
2886 A definition looks like this:
2888 @smallexample
2889 (define_peephole
2890   [@var{insn-pattern-1}
2891    @var{insn-pattern-2}
2892    @dots{}]
2893   "@var{condition}"
2894   "@var{template}"
2895   "@var{optional insn-attributes}")
2896 @end smallexample
2898 @noindent
2899 The last string operand may be omitted if you are not using any
2900 machine-specific information in this machine description.  If present,
2901 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
2903 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
2904 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
2905 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
2906 the next, and so on.@refill
2908 Each of the insns matched by a peephole must also match a
2909 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
2910 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
2911 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
2912 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
2913 stages.
2915 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
2916 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
2917 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
2918 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
2919 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
2920 other.
2922 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
2923 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
2924 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
2925 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
2926 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
2928 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
2929 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
2930 previously tested.
2932 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
2933 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
2934 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
2935 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
2936 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
2937 patterns.
2939 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
2940 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
2941 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
2942 the operands.
2944 @findex prev_active_insn
2945 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
2946 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
2947 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
2948 to refer to the last of the insns being matched; use
2949 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
2951 @findex dead_or_set_p
2952 When optimizing computations with intermediate results, you can use
2953 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
2954 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
2955 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
2956 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
2957 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
2958 value (from @code{operands[@var{i}]}).@refill
2960 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
2961 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
2962 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
2963 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
2964 used in matching the original sequence of insns.
2966 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
2967 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
2968 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
2969 as the insn pattern to control how the insn is output.
2971 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
2972 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
2974 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
2976 @smallexample
2977 (define_peephole
2978   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
2979    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
2980         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
2981   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
2982   "*
2984   rtx xoperands[2];
2985   xoperands[1] = gen_rtx (REG, SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
2986 #ifdef MOTOROLA
2987   output_asm_insn (\"move.l %1,(sp)\", xoperands);
2988   output_asm_insn (\"move.l %1,-(sp)\", operands);
2989   return \"fmove.d (sp)+,%0\";
2990 #else
2991   output_asm_insn (\"movel %1,sp@@\", xoperands);
2992   output_asm_insn (\"movel %1,sp@@-\", operands);
2993   return \"fmoved sp@@+,%0\";
2994 #endif
2997 @end smallexample
2999 @need 1000
3000 The effect of this optimization is to change
3002 @smallexample
3003 @group
3004 jbsr _foobar
3005 addql #4,sp
3006 movel d1,sp@@-
3007 movel d0,sp@@-
3008 fmoved sp@@+,fp0
3009 @end group
3010 @end smallexample
3012 @noindent
3013 into
3015 @smallexample
3016 @group
3017 jbsr _foobar
3018 movel d1,sp@@
3019 movel d0,sp@@-
3020 fmoved sp@@+,fp0
3021 @end group
3022 @end smallexample
3024 @ignore
3025 @findex CC_REVERSED
3026 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
3027 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
3028 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
3029 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
3030 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
3031 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
3032 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
3033 and in this C code check the condition code status flags and change the
3034 assembler code as appropriate.
3035 @end ignore
3037 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
3038 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
3039 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
3040 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
3041 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
3042 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
3043 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
3044 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
3045 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
3047 @smallexample
3048 (define_insn "divmodsi4"
3049   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
3050         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
3051                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
3052    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
3053         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
3054   "TARGET_68020"
3055   "divsl%.l %2,%3:%0")
3056 @end smallexample
3058 @noindent
3059 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
3061 @smallexample
3062 (define_peephole
3063   [@dots{}
3064    (parallel
3065     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
3066           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
3067                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
3068      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
3069           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
3070    @dots{}]
3071   @dots{})
3072 @end smallexample
3074 @node Expander Definitions
3075 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
3076 @cindex expander definitions
3077 @cindex code generation RTL sequences
3078 @cindex defining RTL sequences for code generation
3080 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
3081 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
3082 represent them.  For these target machines, you can write a
3083 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL.
3085 @findex define_expand
3086 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
3087 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
3088 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
3090 A @code{define_expand} RTX has four operands:
3092 @itemize @bullet
3093 @item
3094 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
3095 use for it is to refer to it by name.
3097 @findex define_peephole
3098 @item
3099 The RTL template.  This is just like the RTL template for a
3100 @code{define_peephole} in that it is a vector of RTL expressions
3101 each being one insn.
3103 @item
3104 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
3105 used to express how the availability of this pattern depends on
3106 subclasses of target machine, selected by command-line options when GNU
3107 CC is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
3108 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
3109 depend on the data in the insn being matched, but only the
3110 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
3111 during initialization in order to learn exactly which named instructions
3112 are available in a particular run.
3114 @item
3115 The preparation statements, a string containing zero or more C
3116 statements which are to be executed before RTL code is generated from
3117 the RTL template.
3119 Usually these statements prepare temporary registers for use as
3120 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
3121 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
3122 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
3123 @end itemize
3125 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
3126 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
3127 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
3130 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
3131 also describes the operands that need to be specified when this pattern
3132 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
3134 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
3135 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
3136 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
3137 predicate into the tables that record such things.  GNU CC uses the
3138 information to preload the operand into a register if that is required for
3139 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
3140 references should use @code{match_dup}.
3142 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
3143 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
3144 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
3145 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
3146 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
3147 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
3148 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
3149 compute the values and store them into the appropriate elements of
3150 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
3152 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
3153 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
3154 as a statement.
3156 @table @code
3158 @findex DONE
3159 @item DONE
3160 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
3161 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
3162 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
3163 preparation statements; the RTL template will not be generated.
3165 @findex FAIL
3166 @item FAIL
3167 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
3168 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
3169 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
3171 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
3172 shifting, etc.) and bitfield (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
3173 operations.
3174 @end table
3176 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
3178 @smallexample
3179 @group
3180 (define_expand "ashlsi3"
3181   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3182         (ashift:SI
3183 @end group
3184 @group
3185           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
3186           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
3187   ""
3188   "
3189 @end group
3190 @end smallexample
3192 @smallexample
3193 @group
3195   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
3196       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
3197     FAIL;
3198 @}")
3199 @end group
3200 @end smallexample
3202 @noindent
3203 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
3204 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
3205 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
3206 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
3207 library call).
3209 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
3210 patterns with names, then it would be possible to use a
3211 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
3212 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
3214 @smallexample
3215 (define_expand "zero_extendhisi2"
3216   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
3217         (const_int 0))
3218    (set (strict_low_part
3219           (subreg:HI
3220             (match_dup 0)
3221             0))
3222         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
3223   ""
3224   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
3225 @end smallexample
3227 @noindent
3228 @findex make_safe_from
3229 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
3230 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
3231 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
3232 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
3233 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
3234 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
3235 by emitting another RTL insn.
3237 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
3238 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
3239 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
3240 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
3241 on this machine.  So it must be copied into a register with
3242 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
3244 @smallexample
3245 (define_expand "zero_extendhisi2"
3246   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3247         (and:SI (subreg:SI
3248                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
3249                   0)
3250                 (match_dup 2)))]
3251   ""
3252   "operands[2]
3253      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
3254 @end smallexample
3256 @strong{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
3257 standard binary or unary arithmetic operation or a bitfield operation,
3258 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
3259 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
3260 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
3261 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
3262 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
3263 in the compiler.@refill
3265 @node Insn Splitting
3266 @section Defining How to Split Instructions
3267 @cindex insn splitting
3268 @cindex instruction splitting
3269 @cindex splitting instructions
3271 There are two cases where you should specify how to split a pattern into
3272 multiple insns.  On machines that have instructions requiring delay
3273 slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose output is
3274 not available for multiple cycles (@pxref{Function Units}), the compiler
3275 phases that optimize these cases need to be able to move insns into
3276 one-instruction delay slots.  However, some insns may generate more than one
3277 machine instruction.  These insns cannot be placed into a delay slot.
3279 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
3280 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
3281 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
3282 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
3283 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
3284 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
3285 scheduling.
3287 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
3288 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
3289 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
3290 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
3291 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
3292 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
3293 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
3294 split the addition into two insns is machine-dependent.
3296 @cindex define_split
3297 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
3298 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
3300 @smallexample
3301 (define_split
3302   [@var{insn-pattern}]
3303   "@var{condition}"
3304   [@var{new-insn-pattern-1}
3305    @var{new-insn-pattern-2}
3306    @dots{}]
3307   "@var{preparation statements}")
3308 @end smallexample
3310 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
3311 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
3312 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
3313 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
3314 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
3315 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
3317 The @var{preparation statements} are similar to those statements that
3318 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3319 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
3320 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
3321 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
3322 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
3323 must not allocate any space in the stack frame.
3325 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
3326 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
3327 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
3328 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
3329 @code{reload_completed} is non-zero, is known to satisfy the constraints
3330 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
3331 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
3332 @code{reload_completed} is non-zero, must also satisfy the constraints
3333 of those definitions.
3335 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
3336 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
3337 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
3339 @smallexample
3340 (define_split
3341   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
3342         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
3343   ""
3344   [(set (match_dup 0)
3345         (ashift:SI (match_dup 1)
3346                    (const_int 16)))
3347    (set (match_dup 0)
3348         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
3349                      (const_int 16)))]
3350   "
3351 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
3352 @end smallexample
3354 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
3355 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
3356 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
3357 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
3358 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
3359 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
3360 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
3361 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
3362 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
3363 @code{define_split} that will never produce insns that match).
3365 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
3366 @file{rs6000.md}:
3368 @smallexample
3369 (define_split
3370   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
3371         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
3372                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
3373   ""
3374   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
3375    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
3378   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
3379   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
3381   if (low & 0x8000)
3382     high++, low |= 0xffff0000;
3384   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
3385   operands[4] = GEN_INT (low);
3386 @}")
3387 @end smallexample
3389 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
3390 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
3391 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
3392 can be substituted into the address of a subsequent operation.
3394 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
3395 an equality comparison of a register and a large constant:
3397 @smallexample
3398 (define_split
3399   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
3400         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
3401                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
3402    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
3403   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
3404    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
3405        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
3406   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
3407    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
3408   "
3410   /* Get the constant we are comparing against, C, and see what it
3411      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
3412      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.  */
3414   int c = INTVAL (operands[2]);
3415   int sextc = (c << 16) >> 16;
3416   int xorv = c ^ sextc;
3418   operands[4] = GEN_INT (xorv);
3419   operands[5] = GEN_INT (sextc);
3420 @}")
3421 @end smallexample
3423 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
3424 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
3425 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
3426 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
3427 are not valid.
3429 @node Insn Attributes
3430 @section Instruction Attributes
3431 @cindex insn attributes
3432 @cindex instruction attributes
3434 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
3435 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
3436 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
3437 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
3438 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
3439 to track the condition codes.
3441 @menu
3442 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
3443 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
3444 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
3445 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
3446 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
3447 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
3448 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
3449 * Function Units::      Specifying information for insn scheduling.
3450 @end menu
3452 @node Defining Attributes
3453 @subsection Defining Attributes and their Values
3454 @cindex defining attributes and their values
3455 @cindex attributes, defining
3457 @findex define_attr
3458 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
3459 by the target machine.  It looks like:
3461 @smallexample
3462 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
3463 @end smallexample
3465 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
3467 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
3468 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
3469 indicate that the attribute takes numeric values.
3471 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
3472 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
3473 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
3474 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
3475 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
3477 @findex insn-attr.h
3478 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
3479 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
3480 specified for an attribute, the following are defined:
3482 @itemize @bullet
3483 @item
3484 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
3486 @item
3487 An enumeral class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
3488 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
3489 the attribute name and value are first converted to upper case.
3491 @item
3492 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
3493 returns the attribute value for that insn.
3494 @end itemize
3496 For example, if the following is present in the @file{md} file:
3498 @smallexample
3499 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
3500 @end smallexample
3502 @noindent
3503 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
3505 @smallexample
3506 #define HAVE_ATTR_type
3507 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
3508                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
3509 extern enum attr_type get_attr_type ();
3510 @end smallexample
3512 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
3513 defined and the function to obtain the attribute's value will return
3514 @code{int}.
3516 @node Expressions
3517 @subsection Attribute Expressions
3518 @cindex attribute expressions
3520 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
3521 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
3522 Attribute value expressions must have one of the following forms:
3524 @table @code
3525 @cindex @code{const_int} and attributes
3526 @item (const_int @var{i})
3527 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
3528 must be non-negative.
3530 The value of a numeric attribute can be specified either with a
3531 @code{const_int} or as an integer represented as a string in
3532 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), and @code{set_attr}
3533 (@pxref{Tagging Insns}) expressions.
3535 @cindex @code{const_string} and attributes
3536 @item (const_string @var{value})
3537 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
3538 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
3539 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
3540 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
3541 of a @code{define_attr}.@refill
3543 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
3544 must be a string containing a non-negative integer (normally
3545 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
3546 contain one of the valid values for the attribute.
3548 @cindex @code{if_then_else} and attributes
3549 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
3550 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
3551 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
3552 otherwise it is @var{false-value}.
3554 @cindex @code{cond} and attributes
3555 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
3556 The first operand of this expression is a vector containing an even
3557 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
3558 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
3559 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
3560 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
3561 expression is that of the @var{default} expression.
3562 @end table
3564 @var{test} expressions can have one of the following forms:
3566 @table @code
3567 @cindex @code{const_int} and attribute tests
3568 @item (const_int @var{i})
3569 This test is true if @var{i} is non-zero and false otherwise.
3571 @cindex @code{not} and attributes
3572 @cindex @code{ior} and attributes
3573 @cindex @code{and} and attributes
3574 @item (not @var{test})
3575 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
3576 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
3577 These tests are true if the indicated logical function is true.
3579 @cindex @code{match_operand} and attributes
3580 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
3581 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
3582 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
3583 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
3584 @var{pred} returns a non-zero value when passed operand @var{n} and mode
3585 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
3586 string).
3588 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
3590 @cindex @code{le} and attributes
3591 @cindex @code{leu} and attributes
3592 @cindex @code{lt} and attributes
3593 @cindex @code{gt} and attributes
3594 @cindex @code{gtu} and attributes
3595 @cindex @code{ge} and attributes
3596 @cindex @code{geu} and attributes
3597 @cindex @code{ne} and attributes
3598 @cindex @code{eq} and attributes
3599 @cindex @code{plus} and attributes
3600 @cindex @code{minus} and attributes
3601 @cindex @code{mult} and attributes
3602 @cindex @code{div} and attributes
3603 @cindex @code{mod} and attributes
3604 @cindex @code{abs} and attributes
3605 @cindex @code{neg} and attributes
3606 @cindex @code{ashift} and attributes
3607 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
3608 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
3609 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
3610 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
3611 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
3612 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
3613 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
3614 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
3615 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
3616 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
3617 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
3618 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
3619 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
3620 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
3621 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
3622 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
3623 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.@refill
3625 @findex get_attr
3626 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
3627 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
3628 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
3629 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
3630 variable.@refill
3632 @findex eq_attr
3633 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
3634 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
3636 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
3637 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
3638 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
3639 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
3640 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
3641 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
3642 @emph{not} in the specified list.
3644 For example,
3646 @smallexample
3647 (eq_attr "type" "load,store")
3648 @end smallexample
3650 @noindent
3651 is equivalent to
3653 @smallexample
3654 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
3655 @end smallexample
3657 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
3658 value of the compiler variable @code{which_alternative}
3659 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
3660 example,@refill
3662 @smallexample
3663 (eq_attr "alternative" "2,3")
3664 @end smallexample
3666 @noindent
3667 is equivalent to
3669 @smallexample
3670 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
3671      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
3672 @end smallexample
3674 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
3675 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
3676 a particular pattern.  This is by far the most common case.@refill
3678 @findex attr_flag
3679 @item (attr_flag @var{name})
3680 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
3681 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
3682 scheduled.
3684 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
3685 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
3686 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
3687 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
3688 if a conditional branch is expected to be taken.
3690 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
3691 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
3693 This example describes a conditional branch delay slot which
3694 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
3695 for backward branches which are not taken (annul-false).
3697 @smallexample
3698 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
3699   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
3700    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
3701         (attr_flag "forward"))
3702    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
3703         (attr_flag "backward"))])
3704 @end smallexample
3706 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
3707 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
3709 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
3710 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
3711 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
3712 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
3714 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
3715 meaning to other passes of the compiler.
3716 @end table
3718 @node Tagging Insns
3719 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
3720 @cindex tagging insns
3721 @cindex assigning attribute values to insns
3723 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
3724 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
3725 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
3726 have an optional last argument to specify the values of attributes for
3727 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
3728 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
3729 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
3730 permits the specification of the values for only one or two attributes
3731 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
3732 next section.@refill
3734 The optional last argument of @code{define_insn} and
3735 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
3736 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
3737 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
3738 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
3739 second operand of the @code{set} is an attribute expression
3740 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.@refill
3742 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
3743 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
3744 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
3745 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
3746 each alternative.
3748 @findex set_attr
3749 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
3750 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
3751 specifying a string giving either a single attribute value or a list
3752 of attribute values, one for each alternative.
3754 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
3755 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
3757 @table @code
3758 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
3759 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
3760 or a string containing a comma-separated list giving the values for
3761 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
3762 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
3764 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
3765 which case the attribute will assume its default value for insns matching
3766 that alternative.
3768 @findex set_attr_alternative
3769 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
3770 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
3771 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
3772 tests on the @samp{alternative} attribute.
3774 @findex attr
3775 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
3776 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
3777 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
3778 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
3779 @end table
3781 The following shows three different ways of representing the same
3782 attribute value specification:
3784 @smallexample
3785 (set_attr "type" "load,store,arith")
3787 (set_attr_alternative "type"
3788                       [(const_string "load") (const_string "store")
3789                        (const_string "arith")])
3791 (set (attr "type")
3792      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
3793             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
3794            (const_string "arith")))
3795 @end smallexample
3797 @need 1000
3798 @findex define_asm_attributes
3799 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
3800 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
3801 statement.  It has the form:
3803 @smallexample
3804 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
3805 @end smallexample
3807 @noindent
3808 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
3809 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
3811 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
3812 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
3814 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
3815 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
3816 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
3817 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
3818 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
3819 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
3820 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
3821 of a single machine instruction.
3823 @node Attr Example
3824 @subsection Example of Attribute Specifications
3825 @cindex attribute specifications example
3826 @cindex attribute specifications
3828 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
3829 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
3830 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
3831 value.  This attribute is normally used only to define the default value
3832 for other attributes.  An example will clarify this usage.
3834 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
3835 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
3836 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
3837 operations, floating point operations, and branches.
3839 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
3840 the condition code and will limit ourselves to the following possible
3841 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
3842 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
3843 changed if the item previously set into the condition code has been
3844 modified.
3846 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
3848 @smallexample
3849 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
3851 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
3852              (cond [(eq_attr "type" "load")
3853                         (const_string "change0")
3854                     (eq_attr "type" "store,branch")
3855                         (const_string "unchanged")
3856                     (eq_attr "type" "arith")
3857                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
3858                                       (const_string "set")
3859                                       (const_string "clobber"))]
3860                    (const_string "clobber")))
3862 (define_insn ""
3863   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
3864         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
3865   ""
3866   "@@
3867    move %0,%1
3868    load %0,%1
3869    store %0,%1"
3870   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
3871 @end smallexample
3873 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
3874 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
3875 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
3876 full-word result.
3878 @node Insn Lengths
3879 @subsection Computing the Length of an Insn
3880 @cindex insn lengths, computing
3881 @cindex computing the length of an insn
3883 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
3884 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
3885 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
3886 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @samp{length}
3887 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
3888 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
3890 In the case of the @samp{length} attribute, two additional forms of
3891 arithmetic terms are allowed in test expressions:
3893 @table @code
3894 @cindex @code{match_dup} and attributes
3895 @item (match_dup @var{n})
3896 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
3897 must be a @code{label_ref}.
3899 @cindex @code{pc} and attributes
3900 @item (pc)
3901 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
3902 been more consistent with other usage to make this the address of the
3903 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
3904 current insn is to be computed.
3905 @end table
3907 @cindex @code{addr_vec}, length of
3908 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
3909 For normal insns, the length will be determined by value of the
3910 @samp{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
3911 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
3912 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
3914 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
3916 The following macros can be used to refine the length computation:
3918 @table @code
3919 @findex FIRST_INSN_ADDRESS
3920 @item FIRST_INSN_ADDRESS
3921 When the @code{length} insn attribute is used, this macro specifies the
3922 value to be assigned to the address of the first insn in a function.  If
3923 not specified, 0 is used.
3925 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
3926 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
3927 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
3928 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
3929 that contains the initially computed length of the insn and should be
3930 updated with the correct length of the insn.
3932 This macro will normally not be required.  A case in which it is
3933 required is the ROMP.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
3934 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
3935 may be required.
3936 @end table
3938 @findex get_attr_length
3939 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
3940 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
3941 determine the form of the branch instruction to be written, as the
3942 example below illustrates.
3944 As an example of the specification of variable-length branches, consider
3945 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
3946 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
3947 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
3948 sequence to load the address from memory and then branch to it.
3950 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
3951 as follows:
3953 @smallexample
3954 (define_insn "jump"
3955   [(set (pc)
3956         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
3957   ""
3958   "*
3960    return (get_attr_length (insn) == 4
3961            ? \"b %l0\" : \"l r15,=a(%l0); br r15\");
3963   [(set (attr "length") (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
3964                                       (const_int 4)
3965                                       (const_int 6)))])
3966 @end smallexample
3968 @node Constant Attributes
3969 @subsection Constant Attributes
3970 @cindex constant attributes
3972 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
3973 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
3974 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
3975 used to specify which variety of processor is used.  For example,
3977 @smallexample
3978 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
3979  (const
3980   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
3981          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
3982         (const_string "m88000"))))
3984 (define_attr "memory" "fast,slow"
3985  (const
3986   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
3987                 (const_string "fast")
3988                 (const_string "slow"))))
3989 @end smallexample
3991 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
3992 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
3993 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
3994 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
3995 forms involving insn attributes.
3997 @node Delay Slots
3998 @subsection Delay Slot Scheduling
3999 @cindex delay slots, defining
4001 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
4002 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
4003 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
4004 after the instruction are executed as if they were located before it.
4005 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
4006 the following instruction before the branch or call is performed.
4008 On some machines, conditional branch instructions can optionally
4009 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
4010 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
4011 instructions that annul if the branch is true and instructions that
4012 annul if the branch is false are supported.
4014 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
4015 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
4016 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
4017 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
4018 instruction scheduling.
4020 @findex define_delay
4021 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
4022 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
4024 @smallexample
4025 (define_delay @var{test}
4026               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
4027                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
4028                @dots{}])
4029 @end smallexample
4031 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
4032 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
4033 required delay slots is determined by the length of the vector specified
4034 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
4035 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
4036 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
4037 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
4038 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
4039 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.@refill
4041 For example, in the common case where branch and call insns require
4042 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
4043 call, the following would be placed in the @file{md} file:
4045 @smallexample
4046 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
4047               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
4048 @end smallexample
4050 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
4051 case, each such expression specifies different delay slot requirements
4052 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
4053 expressions are both true.
4055 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
4056 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
4057 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
4058 branch is true, we might represent this as follows:
4060 @smallexample
4061 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
4062    [(eq_attr "type" "!branch,call")
4063     (eq_attr "type" "!branch,call")
4064     (nil)])
4066 (define_delay (eq_attr "type" "call")
4067               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
4068                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
4069 @end smallexample
4070 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
4072 @node Function Units
4073 @subsection Specifying Function Units
4074 @cindex function units, for scheduling
4076 On most RISC machines, there are instructions whose results are not
4077 available for a specific number of cycles.  Common cases are instructions
4078 that load data from memory.  On many machines, a pipeline stall will result
4079 if the data is referenced too soon after the load instruction.
4081 In addition, many newer microprocessors have multiple function units, usually
4082 one for integer and one for floating point, and often will incur pipeline
4083 stalls when a result that is needed is not yet ready.
4085 The descriptions in this section allow the specification of how much
4086 time must elapse between the execution of an instruction and the time
4087 when its result is used.  It also allows specification of when the
4088 execution of an instruction will delay execution of similar instructions
4089 due to function unit conflicts.
4091 For the purposes of the specifications in this section, a machine is
4092 divided into @dfn{function units}, each of which execute a specific
4093 class of instructions in first-in-first-out order.  Function units that
4094 accept one instruction each cycle and allow a result to be used in the
4095 succeeding instruction (usually via forwarding) need not be specified.
4096 Classic RISC microprocessors will normally have a single function unit,
4097 which we can call @samp{memory}.  The newer ``superscalar'' processors
4098 will often have function units for floating point operations, usually at
4099 least a floating point adder and multiplier.
4101 @findex define_function_unit
4102 Each usage of a function units by a class of insns is specified with a
4103 @code{define_function_unit} expression, which looks like this:
4105 @smallexample
4106 (define_function_unit @var{name} @var{multiplicity} @var{simultaneity}
4107                       @var{test} @var{ready-delay} @var{issue-delay}
4108                      [@var{conflict-list}])
4109 @end smallexample
4111 @var{name} is a string giving the name of the function unit.
4113 @var{multiplicity} is an integer specifying the number of identical
4114 units in the processor.  If more than one unit is specified, they will
4115 be scheduled independently.  Only truly independent units should be
4116 counted; a pipelined unit should be specified as a single unit.  (The
4117 only common example of a machine that has multiple function units for a
4118 single instruction class that are truly independent and not pipelined
4119 are the two multiply and two increment units of the CDC 6600.)
4121 @var{simultaneity} specifies the maximum number of insns that can be
4122 executing in each instance of the function unit simultaneously or zero
4123 if the unit is pipelined and has no limit.
4125 All @code{define_function_unit} definitions referring to function unit
4126 @var{name} must have the same name and values for @var{multiplicity} and
4127 @var{simultaneity}.
4129 @var{test} is an attribute test that selects the insns we are describing
4130 in this definition.  Note that an insn may use more than one function
4131 unit and a function unit may be specified in more than one
4132 @code{define_function_unit}.
4134 @var{ready-delay} is an integer that specifies the number of cycles
4135 after which the result of the instruction can be used without
4136 introducing any stalls.
4138 @var{issue-delay} is an integer that specifies the number of cycles
4139 after the instruction matching the @var{test} expression begins using
4140 this unit until a subsequent instruction can begin.  A cost of @var{N}
4141 indicates an @var{N-1} cycle delay.  A subsequent instruction may also
4142 be delayed if an earlier instruction has a longer @var{ready-delay}
4143 value.  This blocking effect is computed using the @var{simultaneity},
4144 @var{ready-delay}, @var{issue-delay}, and @var{conflict-list} terms.
4145 For a normal non-pipelined function unit, @var{simultaneity} is one, the
4146 unit is taken to block for the @var{ready-delay} cycles of the executing
4147 insn, and smaller values of @var{issue-delay} are ignored.
4149 @var{conflict-list} is an optional list giving detailed conflict costs
4150 for this unit.  If specified, it is a list of condition test expressions
4151 to be applied to insns chosen to execute in @var{name} following the
4152 particular insn matching @var{test} that is already executing in
4153 @var{name}.  For each insn in the list, @var{issue-delay} specifies the
4154 conflict cost; for insns not in the list, the cost is zero.  If not
4155 specified, @var{conflict-list} defaults to all instructions that use the
4156 function unit.
4158 Typical uses of this vector are where a floating point function unit can
4159 pipeline either single- or double-precision operations, but not both, or
4160 where a memory unit can pipeline loads, but not stores, etc.
4162 As an example, consider a classic RISC machine where the result of a
4163 load instruction is not available for two cycles (a single ``delay''
4164 instruction is required) and where only one load instruction can be executed
4165 simultaneously.  This would be specified as:
4167 @smallexample
4168 (define_function_unit "memory" 1 1 (eq_attr "type" "load") 2 0)
4169 @end smallexample
4171 For the case of a floating point function unit that can pipeline either
4172 single or double precision, but not both, the following could be specified:
4174 @smallexample
4175 (define_function_unit
4176    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "sp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "dp_fp")])
4177 (define_function_unit
4178    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "dp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "sp_fp")])
4179 @end smallexample
4181 @strong{Note:} The scheduler attempts to avoid function unit conflicts
4182 and uses all the specifications in the @code{define_function_unit}
4183 expression.  It has recently come to our attention that these
4184 specifications may not allow modeling of some of the newer
4185 ``superscalar'' processors that have insns using multiple pipelined
4186 units.  These insns will cause a potential conflict for the second unit
4187 used during their execution and there is no way of representing that
4188 conflict.  We welcome any examples of how function unit conflicts work
4189 in such processors and suggestions for their representation.
4190 @end ifset