Merged with mainline at revision 128810.
[official-gcc.git] / gcc / doc / md.texi
blobe79444c549694df502335f38d4fe65b44eceb6c1
1 @c Copyright (C) 1988, 1989, 1992, 1993, 1994, 1996, 1998, 1999, 2000, 2001,
2 @c 2002, 2003, 2004, 2005, 2006, 2007 Free Software Foundation, Inc.
3 @c This is part of the GCC manual.
4 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
6 @ifset INTERNALS
7 @node Machine Desc
8 @chapter Machine Descriptions
9 @cindex machine descriptions
11 A machine description has two parts: a file of instruction patterns
12 (@file{.md} file) and a C header file of macro definitions.
14 The @file{.md} file for a target machine contains a pattern for each
15 instruction that the target machine supports (or at least each instruction
16 that is worth telling the compiler about).  It may also contain comments.
17 A semicolon causes the rest of the line to be a comment, unless the semicolon
18 is inside a quoted string.
20 See the next chapter for information on the C header file.
22 @menu
23 * Overview::            How the machine description is used.
24 * Patterns::            How to write instruction patterns.
25 * Example::             An explained example of a @code{define_insn} pattern.
26 * RTL Template::        The RTL template defines what insns match a pattern.
27 * Output Template::     The output template says how to make assembler code
28                           from such an insn.
29 * Output Statement::    For more generality, write C code to output
30                           the assembler code.
31 * Predicates::          Controlling what kinds of operands can be used
32                           for an insn.
33 * Constraints::         Fine-tuning operand selection.
34 * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
35 * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
36 * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
37 * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
38 * Looping Patterns::    How to define patterns for special looping insns.
39 * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
40 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
41                           for a standard operation.
42 * Insn Splitting::      Splitting Instructions into Multiple Instructions.
43 * Including Patterns::      Including Patterns in Machine Descriptions.
44 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
45 * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
46 * Conditional Execution::Generating @code{define_insn} patterns for
47                            predication.
48 * Constant Definitions::Defining symbolic constants that can be used in the
49                         md file.
50 * Iterators::           Using iterators to generate patterns from a template.
51 @end menu
53 @node Overview
54 @section Overview of How the Machine Description is Used
56 There are three main conversions that happen in the compiler:
58 @enumerate
60 @item
61 The front end reads the source code and builds a parse tree.
63 @item
64 The parse tree is used to generate an RTL insn list based on named
65 instruction patterns.
67 @item
68 The insn list is matched against the RTL templates to produce assembler
69 code.
71 @end enumerate
73 For the generate pass, only the names of the insns matter, from either a
74 named @code{define_insn} or a @code{define_expand}.  The compiler will
75 choose the pattern with the right name and apply the operands according
76 to the documentation later in this chapter, without regard for the RTL
77 template or operand constraints.  Note that the names the compiler looks
78 for are hard-coded in the compiler---it will ignore unnamed patterns and
79 patterns with names it doesn't know about, but if you don't provide a
80 named pattern it needs, it will abort.
82 If a @code{define_insn} is used, the template given is inserted into the
83 insn list.  If a @code{define_expand} is used, one of three things
84 happens, based on the condition logic.  The condition logic may manually
85 create new insns for the insn list, say via @code{emit_insn()}, and
86 invoke @code{DONE}.  For certain named patterns, it may invoke @code{FAIL} to tell the
87 compiler to use an alternate way of performing that task.  If it invokes
88 neither @code{DONE} nor @code{FAIL}, the template given in the pattern
89 is inserted, as if the @code{define_expand} were a @code{define_insn}.
91 Once the insn list is generated, various optimization passes convert,
92 replace, and rearrange the insns in the insn list.  This is where the
93 @code{define_split} and @code{define_peephole} patterns get used, for
94 example.
96 Finally, the insn list's RTL is matched up with the RTL templates in the
97 @code{define_insn} patterns, and those patterns are used to emit the
98 final assembly code.  For this purpose, each named @code{define_insn}
99 acts like it's unnamed, since the names are ignored.
101 @node Patterns
102 @section Everything about Instruction Patterns
103 @cindex patterns
104 @cindex instruction patterns
106 @findex define_insn
107 Each instruction pattern contains an incomplete RTL expression, with pieces
108 to be filled in later, operand constraints that restrict how the pieces can
109 be filled in, and an output pattern or C code to generate the assembler
110 output, all wrapped up in a @code{define_insn} expression.
112 A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
114 @enumerate
115 @item
116 An optional name.  The presence of a name indicate that this instruction
117 pattern can perform a certain standard job for the RTL-generation
118 pass of the compiler.  This pass knows certain names and will use
119 the instruction patterns with those names, if the names are defined
120 in the machine description.
122 The absence of a name is indicated by writing an empty string
123 where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
124 used for generating RTL code, but they may permit several simpler insns
125 to be combined later on.
127 Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
128 effect; they are equivalent to no name at all.
130 For the purpose of debugging the compiler, you may also specify a
131 name beginning with the @samp{*} character.  Such a name is used only
132 for identifying the instruction in RTL dumps; it is entirely equivalent
133 to having a nameless pattern for all other purposes.
135 @item
136 The @dfn{RTL template} (@pxref{RTL Template}) is a vector of incomplete
137 RTL expressions which show what the instruction should look like.  It is
138 incomplete because it may contain @code{match_operand},
139 @code{match_operator}, and @code{match_dup} expressions that stand for
140 operands of the instruction.
142 If the vector has only one element, that element is the template for the
143 instruction pattern.  If the vector has multiple elements, then the
144 instruction pattern is a @code{parallel} expression containing the
145 elements described.
147 @item
148 @cindex pattern conditions
149 @cindex conditions, in patterns
150 A condition.  This is a string which contains a C expression that is
151 the final test to decide whether an insn body matches this pattern.
153 @cindex named patterns and conditions
154 For a named pattern, the condition (if present) may not depend on
155 the data in the insn being matched, but only the target-machine-type
156 flags.  The compiler needs to test these conditions during
157 initialization in order to learn exactly which named instructions are
158 available in a particular run.
160 @findex operands
161 For nameless patterns, the condition is applied only when matching an
162 individual insn, and only after the insn has matched the pattern's
163 recognition template.  The insn's operands may be found in the vector
164 @code{operands}.  For an insn where the condition has once matched, it
165 can't be used to control register allocation, for example by excluding
166 certain hard registers or hard register combinations.
168 @item
169 The @dfn{output template}: a string that says how to output matching
170 insns as assembler code.  @samp{%} in this string specifies where
171 to substitute the value of an operand.  @xref{Output Template}.
173 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
174 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
176 @item
177 Optionally, a vector containing the values of attributes for insns matching
178 this pattern.  @xref{Insn Attributes}.
179 @end enumerate
181 @node Example
182 @section Example of @code{define_insn}
183 @cindex @code{define_insn} example
185 Here is an actual example of an instruction pattern, for the 68000/68020.
187 @smallexample
188 (define_insn "tstsi"
189   [(set (cc0)
190         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
191   ""
192   "*
194   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
195     return \"tstl %0\";
196   return \"cmpl #0,%0\";
197 @}")
198 @end smallexample
200 @noindent
201 This can also be written using braced strings:
203 @smallexample
204 (define_insn "tstsi"
205   [(set (cc0)
206         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
207   ""
209   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
210     return "tstl %0";
211   return "cmpl #0,%0";
213 @end smallexample
215 This is an instruction that sets the condition codes based on the value of
216 a general operand.  It has no condition, so any insn whose RTL description
217 has the form shown may be handled according to this pattern.  The name
218 @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL generation
219 pass that, when it is necessary to test such a value, an insn to do so
220 can be constructed using this pattern.
222 The output control string is a piece of C code which chooses which
223 output template to return based on the kind of operand and the specific
224 type of CPU for which code is being generated.
226 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
228 @node RTL Template
229 @section RTL Template
230 @cindex RTL insn template
231 @cindex generating insns
232 @cindex insns, generating
233 @cindex recognizing insns
234 @cindex insns, recognizing
236 The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
237 and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
238 says how to construct an insn from specified operands.
240 Construction involves substituting specified operands into a copy of the
241 template.  Matching involves determining the values that serve as the
242 operands in the insn being matched.  Both of these activities are
243 controlled by special expression types that direct matching and
244 substitution of the operands.
246 @table @code
247 @findex match_operand
248 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
249 This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
250 the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
251 will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
252 appears at this position in the insn will be taken as operand
253 number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
254 pattern will not match at all.
256 Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
257 each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
258 expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
259 are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
260 expressions.  In the case of a @code{define_expand}, any operand numbers
261 used only in @code{match_dup} expressions have higher values than all
262 other operand numbers.
264 @var{predicate} is a string that is the name of a function that
265 accepts two arguments, an expression and a machine mode.
266 @xref{Predicates}.  During matching, the function will be called with
267 the putative operand as the expression and @var{m} as the mode
268 argument (if @var{m} is not specified, @code{VOIDmode} will be used,
269 which normally causes @var{predicate} to accept any mode).  If it
270 returns zero, this instruction pattern fails to match.
271 @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be
272 done on the operand, so anything which occurs in this position is
273 valid.
275 Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
276 not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
277 @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
278 Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
279 @code{VOIDmode}.
281 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
282 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
283 If the constraint would be an empty string, it can be omitted.
285 People are often unclear on the difference between the constraint and the
286 predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
287 pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
288 controls various decisions in the case of an insn which does match.
290 @findex match_scratch
291 @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
292 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
293 and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
294 expression.
296 When matching patterns, this is equivalent to
298 @smallexample
299 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{pred})
300 @end smallexample
302 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
303 expression.
305 If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
306 expressions whose operands are either a hard register or
307 @code{match_scratch}, the combiner can add or delete them when
308 necessary.  @xref{Side Effects}.
310 @findex match_dup
311 @item (match_dup @var{n})
312 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
313 It is used when the operand needs to appear more than once in the
314 insn.
316 In construction, @code{match_dup} acts just like @code{match_operand}:
317 the operand is substituted into the insn being constructed.  But in
318 matching, @code{match_dup} behaves differently.  It assumes that operand
319 number @var{n} has already been determined by a @code{match_operand}
320 appearing earlier in the recognition template, and it matches only an
321 identical-looking expression.
323 Note that @code{match_dup} should not be used to tell the compiler that
324 a particular register is being used for two operands (example:
325 @code{add} that adds one register to another; the second register is
326 both an input operand and the output operand).  Use a matching
327 constraint (@pxref{Simple Constraints}) for those.  @code{match_dup} is for the cases where one
328 operand is used in two places in the template, such as an instruction
329 that computes both a quotient and a remainder, where the opcode takes
330 two input operands but the RTL template has to refer to each of those
331 twice; once for the quotient pattern and once for the remainder pattern.
333 @findex match_operator
334 @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
335 This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
336 code.
338 When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
339 expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
340 operands are constructed from the patterns @var{operands}.
342 When matching an expression, it matches an expression if the function
343 @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
344 patterns @var{operands} match the operands of the expression.
346 Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
347 follows, to match any expression whose operator is one of the
348 commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
350 @smallexample
352 commutative_integer_operator (x, mode)
353      rtx x;
354      enum machine_mode mode;
356   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
357   if (GET_MODE (x) != mode)
358     return 0;
359   return (GET_RTX_CLASS (code) == RTX_COMM_ARITH
360           || code == EQ || code == NE);
362 @end smallexample
364 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
365 of a commutative operator applied to two general operands:
367 @smallexample
368 (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
369   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
370    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
371 @end smallexample
373 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
374 because the expressions to be matched all contain two operands.
376 When this pattern does match, the two operands of the commutative
377 operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
378 by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
379 will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
380 (operands[3])} to see which commutative operator was used.
382 The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
383 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
384 predicate function, and that function is solely responsible for
385 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
387 When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
388 the operation (i.e.@: the expression code) for the expression to be
389 made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
390 into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
391 gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
392 only its expression code matters.
394 When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
395 it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
396 is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
397 register allocation because the register allocator often looks at
398 operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
400 There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
401 operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
402 never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
403 However, if parts of its @var{operands} are matched by
404 @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
405 their own.
407 @findex match_op_dup
408 @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
409 Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
410 operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
411 substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
412 differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
413 determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
414 recognition template, and it matches only an identical-looking
415 expression.
417 @findex match_parallel
418 @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
419 This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
420 @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
421 expression should only appear at the top level of an insn pattern.
423 When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
424 this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
425 is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
426 vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
427 @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
428 @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
429 @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
430 of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
431 those listed in the @code{match_parallel}.
433 A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
434 multiple expressions, which can contain a variable number of elements
435 in a @code{parallel}.  For example,
437 @smallexample
438 (define_insn ""
439   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
440      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
441            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
442       (use (reg:SI 179))
443       (clobber (reg:SI 179))])]
444   ""
445   "loadm 0,0,%1,%2")
446 @end smallexample
448 This example comes from @file{a29k.md}.  The function
449 @code{load_multiple_operation} is defined in @file{a29k.c} and checks
450 that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
451 @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
452 registers and memory locations.
454 An insn that matches this pattern might look like:
456 @smallexample
457 (parallel
458  [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
459   (use (reg:SI 179))
460   (clobber (reg:SI 179))
461   (set (reg:SI 21)
462        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
463                         (const_int 4))))
464   (set (reg:SI 22)
465        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
466                         (const_int 8))))])
467 @end smallexample
469 @findex match_par_dup
470 @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
471 Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
472 @code{match_operator}.
474 @end table
476 @node Output Template
477 @section Output Templates and Operand Substitution
478 @cindex output templates
479 @cindex operand substitution
481 @cindex @samp{%} in template
482 @cindex percent sign
483 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
484 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
485 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
486 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
487 identify places where different variants of the assembler require
488 different syntax.
490 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
491 operand @var{n} at that point in the string.
493 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
494 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
495 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
496 additional letters with nonstandard meanings.
498 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
499 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
500 operand.
502 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
503 the constant is negated before printing.
505 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
506 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
507 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
508 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
509 as if it were a memory reference.
511 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
512 instruction.
514 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
515 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
516 referred to more than once in a single template that generates multiple
517 assembler instructions.
519 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
520 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
521 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
522 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
523 which punctuation characters are valid with the
524 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
526 @cindex \
527 @cindex backslash
528 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
529 for the instructions, with @samp{\;} between them.
531 @cindex matching operands
532 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
533 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
534 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
535 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
536 operand.
538 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
539 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
540 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
541 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
542 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
543 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
544 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
545 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
546 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
547 it to do nothing.
549 @cindex @code{#} in template
550 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
551 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
552 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
553 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
554 multiple assembler instructions, and there is an matching @code{define_split}
555 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
556 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
557 instructions.
559 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
560 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
561 describe multiple variants of assembler language syntax.
562 @xref{Instruction Output}.
564 @node Output Statement
565 @section C Statements for Assembler Output
566 @cindex output statements
567 @cindex C statements for assembler output
568 @cindex generating assembler output
570 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
571 assembler code for all the cases that are recognized by a single
572 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
573 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
574 machine instructions.
576 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
577 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
578 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
579 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
580 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
581 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
582 might write this pattern:
584 @smallexample
585 (define_insn "addsi3"
586   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
587         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
588                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
589   ""
590   "@@
591    addr %2,%0
592    addm %2,%0")
593 @end smallexample
595 @cindex @code{*} in template
596 @cindex asterisk in template
597 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
598 output template but rather a piece of C program that should compute a
599 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
600 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
601 require doublequote characters to delimit them.  To include these
602 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
604 If the output control string is written as a brace block instead of a
605 double-quoted string, it is automatically assumed to be C code.  In that
606 case, it is not necessary to put in a leading asterisk, or to escape the
607 doublequotes surrounding C string literals.
609 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
610 is @code{rtx []}.
612 It is very common to select different ways of generating assembler code
613 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
614 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
615 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
616 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
617 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
618 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
619 values of those bits.
621 @findex output_asm_insn
622 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
623 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
624 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
625 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
626 that you declare locally and initialize yourself.
628 @findex which_alternative
629 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
630 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
631 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
632 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
633 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
634 etc.).
636 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
637 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
638 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
640 @smallexample
641 (define_insn ""
642   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
643         (const_int 0))]
644   ""
645   @{
646   return (which_alternative == 0
647           ? "clrreg %0" : "clrmem %0");
648   @})
649 @end smallexample
651 The example above, where the assembler code to generate was
652 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
653 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
655 @smallexample
656 @group
657 (define_insn ""
658   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
659         (const_int 0))]
660   ""
661   "@@
662    clrreg %0
663    clrmem %0")
664 @end group
665 @end smallexample
667 @node Predicates
668 @section Predicates
669 @cindex predicates
670 @cindex operand predicates
671 @cindex operator predicates
673 A predicate determines whether a @code{match_operand} or
674 @code{match_operator} expression matches, and therefore whether the
675 surrounding instruction pattern will be used for that combination of
676 operands.  GCC has a number of machine-independent predicates, and you
677 can define machine-specific predicates as needed.  By convention,
678 predicates used with @code{match_operand} have names that end in
679 @samp{_operand}, and those used with @code{match_operator} have names
680 that end in @samp{_operator}.
682 All predicates are Boolean functions (in the mathematical sense) of
683 two arguments: the RTL expression that is being considered at that
684 position in the instruction pattern, and the machine mode that the
685 @code{match_operand} or @code{match_operator} specifies.  In this
686 section, the first argument is called @var{op} and the second argument
687 @var{mode}.  Predicates can be called from C as ordinary two-argument
688 functions; this can be useful in output templates or other
689 machine-specific code.
691 Operand predicates can allow operands that are not actually acceptable
692 to the hardware, as long as the constraints give reload the ability to
693 fix them up (@pxref{Constraints}).  However, GCC will usually generate
694 better code if the predicates specify the requirements of the machine
695 instructions as closely as possible.  Reload cannot fix up operands
696 that must be constants (``immediate operands''); you must use a
697 predicate that allows only constants, or else enforce the requirement
698 in the extra condition.
700 @cindex predicates and machine modes
701 @cindex normal predicates
702 @cindex special predicates
703 Most predicates handle their @var{mode} argument in a uniform manner.
704 If @var{mode} is @code{VOIDmode} (unspecified), then @var{op} can have
705 any mode.  If @var{mode} is anything else, then @var{op} must have the
706 same mode, unless @var{op} is a @code{CONST_INT} or integer
707 @code{CONST_DOUBLE}.  These RTL expressions always have
708 @code{VOIDmode}, so it would be counterproductive to check that their
709 mode matches.  Instead, predicates that accept @code{CONST_INT} and/or
710 integer @code{CONST_DOUBLE} check that the value stored in the
711 constant will fit in the requested mode.
713 Predicates with this behavior are called @dfn{normal}.
714 @command{genrecog} can optimize the instruction recognizer based on
715 knowledge of how normal predicates treat modes.  It can also diagnose
716 certain kinds of common errors in the use of normal predicates; for
717 instance, it is almost always an error to use a normal predicate
718 without specifying a mode.
720 Predicates that do something different with their @var{mode} argument
721 are called @dfn{special}.  The generic predicates
722 @code{address_operand} and @code{pmode_register_operand} are special
723 predicates.  @command{genrecog} does not do any optimizations or
724 diagnosis when special predicates are used.
726 @menu
727 * Machine-Independent Predicates::  Predicates available to all back ends.
728 * Defining Predicates::             How to write machine-specific predicate
729                                     functions.
730 @end menu
732 @node Machine-Independent Predicates
733 @subsection Machine-Independent Predicates
734 @cindex machine-independent predicates
735 @cindex generic predicates
737 These are the generic predicates available to all back ends.  They are
738 defined in @file{recog.c}.  The first category of predicates allow
739 only constant, or @dfn{immediate}, operands.
741 @defun immediate_operand
742 This predicate allows any sort of constant that fits in @var{mode}.
743 It is an appropriate choice for instructions that take operands that
744 must be constant.
745 @end defun
747 @defun const_int_operand
748 This predicate allows any @code{CONST_INT} expression that fits in
749 @var{mode}.  It is an appropriate choice for an immediate operand that
750 does not allow a symbol or label.
751 @end defun
753 @defun const_double_operand
754 This predicate accepts any @code{CONST_DOUBLE} expression that has
755 exactly @var{mode}.  If @var{mode} is @code{VOIDmode}, it will also
756 accept @code{CONST_INT}.  It is intended for immediate floating point
757 constants.
758 @end defun
760 @noindent
761 The second category of predicates allow only some kind of machine
762 register.
764 @defun register_operand
765 This predicate allows any @code{REG} or @code{SUBREG} expression that
766 is valid for @var{mode}.  It is often suitable for arithmetic
767 instruction operands on a RISC machine.
768 @end defun
770 @defun pmode_register_operand
771 This is a slight variant on @code{register_operand} which works around
772 a limitation in the machine-description reader.
774 @smallexample
775 (match_operand @var{n} "pmode_register_operand" @var{constraint})
776 @end smallexample
778 @noindent
779 means exactly what
781 @smallexample
782 (match_operand:P @var{n} "register_operand" @var{constraint})
783 @end smallexample
785 @noindent
786 would mean, if the machine-description reader accepted @samp{:P}
787 mode suffixes.  Unfortunately, it cannot, because @code{Pmode} is an
788 alias for some other mode, and might vary with machine-specific
789 options.  @xref{Misc}.
790 @end defun
792 @defun scratch_operand
793 This predicate allows hard registers and @code{SCRATCH} expressions,
794 but not pseudo-registers.  It is used internally by @code{match_scratch};
795 it should not be used directly.
796 @end defun
798 @noindent
799 The third category of predicates allow only some kind of memory reference.
801 @defun memory_operand
802 This predicate allows any valid reference to a quantity of mode
803 @var{mode} in memory, as determined by the weak form of
804 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS} (@pxref{Addressing Modes}).
805 @end defun
807 @defun address_operand
808 This predicate is a little unusual; it allows any operand that is a
809 valid expression for the @emph{address} of a quantity of mode
810 @var{mode}, again determined by the weak form of
811 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS}.  To first order, if
812 @samp{@w{(mem:@var{mode} (@var{exp}))}} is acceptable to
813 @code{memory_operand}, then @var{exp} is acceptable to
814 @code{address_operand}.  Note that @var{exp} does not necessarily have
815 the mode @var{mode}.
816 @end defun
818 @defun indirect_operand
819 This is a stricter form of @code{memory_operand} which allows only
820 memory references with a @code{general_operand} as the address
821 expression.  New uses of this predicate are discouraged, because
822 @code{general_operand} is very permissive, so it's hard to tell what
823 an @code{indirect_operand} does or does not allow.  If a target has
824 different requirements for memory operands for different instructions,
825 it is better to define target-specific predicates which enforce the
826 hardware's requirements explicitly.
827 @end defun
829 @defun push_operand
830 This predicate allows a memory reference suitable for pushing a value
831 onto the stack.  This will be a @code{MEM} which refers to
832 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address expression
833 (@pxref{Incdec}); which one is determined by the
834 @code{STACK_PUSH_CODE} macro (@pxref{Frame Layout}).
835 @end defun
837 @defun pop_operand
838 This predicate allows a memory reference suitable for popping a value
839 off the stack.  Again, this will be a @code{MEM} referring to
840 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address
841 expression.  However, this time @code{STACK_POP_CODE} is expected.
842 @end defun
844 @noindent
845 The fourth category of predicates allow some combination of the above
846 operands.
848 @defun nonmemory_operand
849 This predicate allows any immediate or register operand valid for @var{mode}.
850 @end defun
852 @defun nonimmediate_operand
853 This predicate allows any register or memory operand valid for @var{mode}.
854 @end defun
856 @defun general_operand
857 This predicate allows any immediate, register, or memory operand
858 valid for @var{mode}.
859 @end defun
861 @noindent
862 Finally, there is one generic operator predicate.
864 @defun comparison_operator
865 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
866 comparison in @var{mode}; that is, @code{COMPARISON_P} is true for the
867 expression code.
868 @end defun
870 @node Defining Predicates
871 @subsection Defining Machine-Specific Predicates
872 @cindex defining predicates
873 @findex define_predicate
874 @findex define_special_predicate
876 Many machines have requirements for their operands that cannot be
877 expressed precisely using the generic predicates.  You can define
878 additional predicates using @code{define_predicate} and
879 @code{define_special_predicate} expressions.  These expressions have
880 three operands:
882 @itemize @bullet
883 @item
884 The name of the predicate, as it will be referred to in
885 @code{match_operand} or @code{match_operator} expressions.
887 @item
888 An RTL expression which evaluates to true if the predicate allows the
889 operand @var{op}, false if it does not.  This expression can only use
890 the following RTL codes:
892 @table @code
893 @item MATCH_OPERAND
894 When written inside a predicate expression, a @code{MATCH_OPERAND}
895 expression evaluates to true if the predicate it names would allow
896 @var{op}.  The operand number and constraint are ignored.  Due to
897 limitations in @command{genrecog}, you can only refer to generic
898 predicates and predicates that have already been defined.
900 @item MATCH_CODE
901 This expression evaluates to true if @var{op} or a specified
902 subexpression of @var{op} has one of a given list of RTX codes.
904 The first operand of this expression is a string constant containing a
905 comma-separated list of RTX code names (in lower case).  These are the
906 codes for which the @code{MATCH_CODE} will be true.
908 The second operand is a string constant which indicates what
909 subexpression of @var{op} to examine.  If it is absent or the empty
910 string, @var{op} itself is examined.  Otherwise, the string constant
911 must be a sequence of digits and/or lowercase letters.  Each character
912 indicates a subexpression to extract from the current expression; for
913 the first character this is @var{op}, for the second and subsequent
914 characters it is the result of the previous character.  A digit
915 @var{n} extracts @samp{@w{XEXP (@var{e}, @var{n})}}; a letter @var{l}
916 extracts @samp{@w{XVECEXP (@var{e}, 0, @var{n})}} where @var{n} is the
917 alphabetic ordinal of @var{l} (0 for `a', 1 for 'b', and so on).  The
918 @code{MATCH_CODE} then examines the RTX code of the subexpression
919 extracted by the complete string.  It is not possible to extract
920 components of an @code{rtvec} that is not at position 0 within its RTX
921 object.
923 @item MATCH_TEST
924 This expression has one operand, a string constant containing a C
925 expression.  The predicate's arguments, @var{op} and @var{mode}, are
926 available with those names in the C expression.  The @code{MATCH_TEST}
927 evaluates to true if the C expression evaluates to a nonzero value.
928 @code{MATCH_TEST} expressions must not have side effects.
930 @item  AND
931 @itemx IOR
932 @itemx NOT
933 @itemx IF_THEN_ELSE
934 The basic @samp{MATCH_} expressions can be combined using these
935 logical operators, which have the semantics of the C operators
936 @samp{&&}, @samp{||}, @samp{!}, and @samp{@w{? :}} respectively.  As
937 in Common Lisp, you may give an @code{AND} or @code{IOR} expression an
938 arbitrary number of arguments; this has exactly the same effect as
939 writing a chain of two-argument @code{AND} or @code{IOR} expressions.
940 @end table
942 @item
943 An optional block of C code, which should execute
944 @samp{@w{return true}} if the predicate is found to match and
945 @samp{@w{return false}} if it does not.  It must not have any side
946 effects.  The predicate arguments, @var{op} and @var{mode}, are
947 available with those names.
949 If a code block is present in a predicate definition, then the RTL
950 expression must evaluate to true @emph{and} the code block must
951 execute @samp{@w{return true}} for the predicate to allow the operand.
952 The RTL expression is evaluated first; do not re-check anything in the
953 code block that was checked in the RTL expression.
954 @end itemize
956 The program @command{genrecog} scans @code{define_predicate} and
957 @code{define_special_predicate} expressions to determine which RTX
958 codes are possibly allowed.  You should always make this explicit in
959 the RTL predicate expression, using @code{MATCH_OPERAND} and
960 @code{MATCH_CODE}.
962 Here is an example of a simple predicate definition, from the IA64
963 machine description:
965 @smallexample
966 @group
967 ;; @r{True if @var{op} is a @code{SYMBOL_REF} which refers to the sdata section.}
968 (define_predicate "small_addr_symbolic_operand"
969   (and (match_code "symbol_ref")
970        (match_test "SYMBOL_REF_SMALL_ADDR_P (op)")))
971 @end group
972 @end smallexample
974 @noindent
975 And here is another, showing the use of the C block.
977 @smallexample
978 @group
979 ;; @r{True if @var{op} is a register operand that is (or could be) a GR reg.}
980 (define_predicate "gr_register_operand"
981   (match_operand 0 "register_operand")
983   unsigned int regno;
984   if (GET_CODE (op) == SUBREG)
985     op = SUBREG_REG (op);
987   regno = REGNO (op);
988   return (regno >= FIRST_PSEUDO_REGISTER || GENERAL_REGNO_P (regno));
990 @end group
991 @end smallexample
993 Predicates written with @code{define_predicate} automatically include
994 a test that @var{mode} is @code{VOIDmode}, or @var{op} has the same
995 mode as @var{mode}, or @var{op} is a @code{CONST_INT} or
996 @code{CONST_DOUBLE}.  They do @emph{not} check specifically for
997 integer @code{CONST_DOUBLE}, nor do they test that the value of either
998 kind of constant fits in the requested mode.  This is because
999 target-specific predicates that take constants usually have to do more
1000 stringent value checks anyway.  If you need the exact same treatment
1001 of @code{CONST_INT} or @code{CONST_DOUBLE} that the generic predicates
1002 provide, use a @code{MATCH_OPERAND} subexpression to call
1003 @code{const_int_operand}, @code{const_double_operand}, or
1004 @code{immediate_operand}.
1006 Predicates written with @code{define_special_predicate} do not get any
1007 automatic mode checks, and are treated as having special mode handling
1008 by @command{genrecog}.
1010 The program @command{genpreds} is responsible for generating code to
1011 test predicates.  It also writes a header file containing function
1012 declarations for all machine-specific predicates.  It is not necessary
1013 to declare these predicates in @file{@var{cpu}-protos.h}.
1014 @end ifset
1016 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
1017 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the internals
1018 @c manual's context are conditionalized to appear only in the internals manual.
1019 @ifset INTERNALS
1020 @node Constraints
1021 @section Operand Constraints
1022 @cindex operand constraints
1023 @cindex constraints
1025 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify
1026 constraints for the operands allowed.  The constraints allow you to
1027 fine-tune matching within the set of operands allowed by the
1028 predicate.
1030 @end ifset
1031 @ifclear INTERNALS
1032 @node Constraints
1033 @section Constraints for @code{asm} Operands
1034 @cindex operand constraints, @code{asm}
1035 @cindex constraints, @code{asm}
1036 @cindex @code{asm} constraints
1038 Here are specific details on what constraint letters you can use with
1039 @code{asm} operands.
1040 @end ifclear
1041 Constraints can say whether
1042 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
1043 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
1044 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
1045 have.  Constraints can also require two operands to match.
1047 @ifset INTERNALS
1048 @menu
1049 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1050 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1051 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
1052 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1053 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
1054 * Define Constraints::  How to define machine-specific constraints.
1055 * C Constraint Interface:: How to test constraints from C code.
1056 @end menu
1057 @end ifset
1059 @ifclear INTERNALS
1060 @menu
1061 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1062 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1063 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1064 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
1065 @end menu
1066 @end ifclear
1068 @node Simple Constraints
1069 @subsection Simple Constraints
1070 @cindex simple constraints
1072 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
1073 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
1074 the letters that are allowed:
1076 @table @asis
1077 @item whitespace
1078 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
1079 except the first.  This enables each alternative for different operands to
1080 be visually aligned in the machine description even if they have different
1081 number of constraints and modifiers.
1083 @cindex @samp{m} in constraint
1084 @cindex memory references in constraints
1085 @item @samp{m}
1086 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
1087 supports in general.
1089 @cindex offsettable address
1090 @cindex @samp{o} in constraint
1091 @item @samp{o}
1092 A memory operand is allowed, but only if the address is
1093 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
1094 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
1095 may be added to the address and the result is also a valid memory
1096 address.
1098 @cindex autoincrement/decrement addressing
1099 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
1100 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
1101 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
1102 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
1103 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
1104 addresses may or may not be offsettable depending on the other
1105 addressing modes that the machine supports.
1107 Note that in an output operand which can be matched by another
1108 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
1109 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
1110 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
1112 @cindex @samp{V} in constraint
1113 @item @samp{V}
1114 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
1115 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
1117 @cindex @samp{<} in constraint
1118 @item @samp{<}
1119 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
1120 postdecrement) is allowed.
1122 @cindex @samp{>} in constraint
1123 @item @samp{>}
1124 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
1125 postincrement) is allowed.
1127 @cindex @samp{r} in constraint
1128 @cindex registers in constraints
1129 @item @samp{r}
1130 A register operand is allowed provided that it is in a general
1131 register.
1133 @cindex constants in constraints
1134 @cindex @samp{i} in constraint
1135 @item @samp{i}
1136 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
1137 This includes symbolic constants whose values will be known only at
1138 assembly time or later.
1140 @cindex @samp{n} in constraint
1141 @item @samp{n}
1142 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
1143 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
1144 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
1145 rather than @samp{i}.
1147 @cindex @samp{I} in constraint
1148 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
1149 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
1150 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
1151 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
1152 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
1153 This is the range permitted as a shift count in the shift
1154 instructions.
1156 @cindex @samp{E} in constraint
1157 @item @samp{E}
1158 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
1159 allowed, but only if the target floating point format is the same as
1160 that of the host machine (on which the compiler is running).
1162 @cindex @samp{F} in constraint
1163 @item @samp{F}
1164 An immediate floating operand (expression code @code{const_double} or
1165 @code{const_vector}) is allowed.
1167 @cindex @samp{G} in constraint
1168 @cindex @samp{H} in constraint
1169 @item @samp{G}, @samp{H}
1170 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
1171 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
1173 @cindex @samp{s} in constraint
1174 @item @samp{s}
1175 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
1176 allowed.
1178 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
1179 value not known at compile time, it certainly must allow any known
1180 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
1181 better code to be generated.
1183 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
1184 use an immediate operand; but if the immediate value is between @minus{}128
1185 and 127, better code results from loading the value into a register and
1186 using the register.  This is because the load into the register can be
1187 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
1188 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
1189 range @minus{}128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
1190 constraints.
1192 @cindex @samp{g} in constraint
1193 @item @samp{g}
1194 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
1195 registers that are not general registers.
1197 @cindex @samp{X} in constraint
1198 @item @samp{X}
1199 @ifset INTERNALS
1200 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
1201 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
1202 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
1203 require a scratch register.
1204 @end ifset
1205 @ifclear INTERNALS
1206 Any operand whatsoever is allowed.
1207 @end ifclear
1209 @cindex @samp{0} in constraint
1210 @cindex digits in constraint
1211 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
1212 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
1213 digit is used together with letters within the same alternative, the
1214 digit should come last.
1216 This number is allowed to be more than a single digit.  If multiple
1217 digits are encountered consecutively, they are interpreted as a single
1218 decimal integer.  There is scant chance for ambiguity, since to-date
1219 it has never been desirable that @samp{10} be interpreted as matching
1220 either operand 1 @emph{or} operand 0.  Should this be desired, one
1221 can use multiple alternatives instead.
1223 @cindex matching constraint
1224 @cindex constraint, matching
1225 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
1226 that the assembler has only a single operand that fills two roles
1227 @ifset INTERNALS
1228 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
1229 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
1230 @end ifset
1231 @ifclear INTERNALS
1232 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
1233 two input operands and an output operand, but on most CISC
1234 @end ifclear
1235 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
1236 input-output operand:
1238 @smallexample
1239 addl #35,r12
1240 @end smallexample
1242 Matching constraints are used in these circumstances.
1243 More precisely, the two operands that match must include one input-only
1244 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
1245 smaller number than the number of the operand that uses it in the
1246 constraint.
1248 @ifset INTERNALS
1249 For operands to match in a particular case usually means that they
1250 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
1251 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
1252 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
1253 For proper results in such cases, the output template should always
1254 use the output-operand's number when printing the operand.
1255 @end ifset
1257 @cindex load address instruction
1258 @cindex push address instruction
1259 @cindex address constraints
1260 @cindex @samp{p} in constraint
1261 @item @samp{p}
1262 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
1263 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
1265 @findex address_operand
1266 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
1267 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
1268 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
1269 reference for which the address would be valid.
1271 @cindex other register constraints
1272 @cindex extensible constraints
1273 @item @var{other-letters}
1274 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
1275 particular classes of registers or other arbitrary operand types.
1276 @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are defined on the 68000/68020 to stand
1277 for data, address and floating point registers.
1278 @end table
1280 @ifset INTERNALS
1281 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
1282 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
1283 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
1284 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
1285 done by copying an operand into a register.
1287 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
1289 @smallexample
1290 (define_insn ""
1291   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1292         (plus:SI (match_dup 0)
1293                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
1294   ""
1295   "@dots{}")
1296 @end smallexample
1298 @noindent
1299 which has two operands, one of which must appear in two places, and
1301 @smallexample
1302 (define_insn ""
1303   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1304         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
1305                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
1306   ""
1307   "@dots{}")
1308 @end smallexample
1310 @noindent
1311 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
1312 identical.  If we are considering an insn of the form
1314 @smallexample
1315 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
1316   (set (reg:SI 3)
1317        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
1318   @dots{})
1319 @end smallexample
1321 @noindent
1322 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
1323 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
1324 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns''.
1325 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
1326 is something wrong with it''.  It would direct the reload pass of the
1327 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
1328 results might look like this:
1330 @smallexample
1331 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
1332   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
1333   @dots{})
1335 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
1336   (set (reg:SI 3)
1337        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
1338   @dots{})
1339 @end smallexample
1341 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
1342 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
1343 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
1344 for each possible combination of operand expressions, have at least one
1345 alternative which can handle that combination of operands.)  The
1346 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
1347 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
1348 reloading any possible operand so that it will fit.
1350 @itemize @bullet
1351 @item
1352 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
1353 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
1355 For example, an operand whose constraints permit everything except
1356 registers is safe provided its predicate rejects registers.
1358 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
1359 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
1360 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
1361 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
1362 more selective.
1364 @item
1365 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
1366 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
1367 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
1368 compiler knows how to copy a register into another register of the
1369 proper class in order to make an instruction valid.
1371 @cindex nonoffsettable memory reference
1372 @cindex memory reference, nonoffsettable
1373 @item
1374 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
1375 address into a register.  So if the constraint uses the letter
1376 @samp{o}, all memory references are taken care of.
1378 @item
1379 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
1380 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1381 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1382 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1384 @item
1385 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1386 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1387 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1388 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1389 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1390 objects allowed by the constraint.
1391 @end itemize
1393 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1394 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1395 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1396 how to copy a register temporarily into memory.
1398 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1399 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1400 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1401 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1402 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1403 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1404 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1405 @code{sign_extend}.
1406 @end ifset
1408 @node Multi-Alternative
1409 @subsection Multiple Alternative Constraints
1410 @cindex multiple alternative constraints
1412 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1413 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1414 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1415 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1416 another.
1418 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1419 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1420 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1421 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1422 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1423 @ifset INTERNALS
1424 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1426 @smallexample
1427 (define_insn "iorsi3"
1428   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1429         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1430                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1431   @dots{})
1432 @end smallexample
1434 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1435 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1436 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1437 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1438 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1439 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1440 @end ifset
1442 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1443 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1444 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1445 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1446 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1447 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1448 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1450 @table @code
1451 @cindex @samp{?} in constraint
1452 @cindex question mark
1453 @item ?
1454 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1455 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1456 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1457 in it.
1459 @cindex @samp{!} in constraint
1460 @cindex exclamation point
1461 @item !
1462 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1463 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1464 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1465 @end table
1467 @ifset INTERNALS
1468 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1469 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1470 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1471 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1472 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1473 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1474 @end ifset
1476 @ifset INTERNALS
1477 @node Class Preferences
1478 @subsection Register Class Preferences
1479 @cindex class preference constraints
1480 @cindex register class preference constraints
1482 @cindex voting between constraint alternatives
1483 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1484 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1485 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1486 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1487 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1488 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1489 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1490 favor of a general register.  The machine description says which registers
1491 are considered general.
1493 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1494 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1495 @end ifset
1497 @node Modifiers
1498 @subsection Constraint Modifier Characters
1499 @cindex modifiers in constraints
1500 @cindex constraint modifier characters
1502 @c prevent bad page break with this line
1503 Here are constraint modifier characters.
1505 @table @samp
1506 @cindex @samp{=} in constraint
1507 @item =
1508 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1509 value is discarded and replaced by output data.
1511 @cindex @samp{+} in constraint
1512 @item +
1513 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1515 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1516 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1517 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1518 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1519 are assumed to be input only.
1521 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1522 first character of the constraint string.
1524 @cindex @samp{&} in constraint
1525 @cindex earlyclobber operand
1526 @item &
1527 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1528 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1529 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1530 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1531 address.
1533 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1534 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1535 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1536 @samp{movdf} insn of the 68000.
1538 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only
1539 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1540 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1541 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber.
1542 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM@.
1544 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1546 @cindex @samp{%} in constraint
1547 @item %
1548 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1549 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1550 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1551 constraints.
1552 @ifset INTERNALS
1553 This is often used in patterns for addition instructions
1554 that really have only two operands: the result must go in one of the
1555 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1556 instruction is defined:
1558 @smallexample
1559 (define_insn "addhi3"
1560   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1561      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1562               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1563   @dots{})
1564 @end smallexample
1565 @end ifset
1566 GCC can only handle one commutative pair in an asm; if you use more,
1567 the compiler may fail.  Note that you need not use the modifier if
1568 the two alternatives are strictly identical; this would only waste
1569 time in the reload pass.  The modifier is not operational after
1570 register allocation, so the result of @code{define_peephole2}
1571 and @code{define_split}s performed after reload cannot rely on
1572 @samp{%} to make the intended insn match.
1574 @cindex @samp{#} in constraint
1575 @item #
1576 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1577 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1578 register preferences.
1580 @cindex @samp{*} in constraint
1581 @item *
1582 Says that the following character should be ignored when choosing
1583 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1584 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1586 @ifset INTERNALS
1587 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1588 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1589 copying it into an address register.  While either kind of register is
1590 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1591 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1592 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1593 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1594 register preferences.
1596 @smallexample
1597 (define_insn "extendhisi2"
1598   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1599         (sign_extend:SI
1600          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1601   @dots{})
1602 @end smallexample
1603 @end ifset
1604 @end table
1606 @node Machine Constraints
1607 @subsection Constraints for Particular Machines
1608 @cindex machine specific constraints
1609 @cindex constraints, machine specific
1611 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1612 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1613 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1614 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1615 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1616 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1617 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1618 immediate-constant format.
1620 Each architecture defines additional constraints.  These constraints
1621 are used by the compiler itself for instruction generation, as well as
1622 for @code{asm} statements; therefore, some of the constraints are not
1623 particularly useful for @code{asm}.  Here is a summary of some of the
1624 machine-dependent constraints available on some particular machines;
1625 it includes both constraints that are useful for @code{asm} and
1626 constraints that aren't.  The compiler source file mentioned in the
1627 table heading for each architecture is the definitive reference for
1628 the meanings of that architecture's constraints.
1630 @table @emph
1631 @item ARM family---@file{config/arm/arm.h}
1632 @table @code
1633 @item f
1634 Floating-point register
1636 @item w
1637 VFP floating-point register
1639 @item F
1640 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1641 or 10.0
1643 @item G
1644 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1645 were negated
1647 @item I
1648 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1649 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1650 multiple of 2
1652 @item J
1653 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1655 @item K
1656 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1658 @item L
1659 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1661 @item M
1662 Integer in the range 0 to 32
1664 @item Q
1665 A memory reference where the exact address is in a single register
1666 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1668 @item R
1669 An item in the constant pool
1671 @item S
1672 A symbol in the text segment of the current file
1674 @item Uv
1675 A memory reference suitable for VFP load/store insns (reg+constant offset)
1677 @item Uy
1678 A memory reference suitable for iWMMXt load/store instructions.
1680 @item Uq
1681 A memory reference suitable for the ARMv4 ldrsb instruction.
1682 @end table
1684 @item AVR family---@file{config/avr/constraints.md}
1685 @table @code
1686 @item l
1687 Registers from r0 to r15
1689 @item a
1690 Registers from r16 to r23
1692 @item d
1693 Registers from r16 to r31
1695 @item w
1696 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1698 @item e
1699 Pointer register (r26--r31)
1701 @item b
1702 Base pointer register (r28--r31)
1704 @item q
1705 Stack pointer register (SPH:SPL)
1707 @item t
1708 Temporary register r0
1710 @item x
1711 Register pair X (r27:r26)
1713 @item y
1714 Register pair Y (r29:r28)
1716 @item z
1717 Register pair Z (r31:r30)
1719 @item I
1720 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1722 @item J
1723 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1725 @item K
1726 Constant integer 2
1728 @item L
1729 Constant integer 0
1731 @item M
1732 Constant that fits in 8 bits
1734 @item N
1735 Constant integer @minus{}1
1737 @item O
1738 Constant integer 8, 16, or 24
1740 @item P
1741 Constant integer 1
1743 @item G
1744 A floating point constant 0.0
1746 @item R
1747 Integer constant in the range -6 @dots{} 5.
1749 @item Q
1750 A memory address based on Y or Z pointer with displacement.
1751 @end table
1753 @item CRX Architecture---@file{config/crx/crx.h}
1754 @table @code
1756 @item b
1757 Registers from r0 to r14 (registers without stack pointer)
1759 @item l
1760 Register r16 (64-bit accumulator lo register)
1762 @item h
1763 Register r17 (64-bit accumulator hi register)
1765 @item k
1766 Register pair r16-r17. (64-bit accumulator lo-hi pair)
1768 @item I
1769 Constant that fits in 3 bits
1771 @item J
1772 Constant that fits in 4 bits
1774 @item K
1775 Constant that fits in 5 bits
1777 @item L
1778 Constant that is one of -1, 4, -4, 7, 8, 12, 16, 20, 32, 48
1780 @item G
1781 Floating point constant that is legal for store immediate
1782 @end table
1784 @item Hewlett-Packard PA-RISC---@file{config/pa/pa.h}
1785 @table @code
1786 @item a
1787 General register 1
1789 @item f
1790 Floating point register
1792 @item q
1793 Shift amount register
1795 @item x
1796 Floating point register (deprecated)
1798 @item y
1799 Upper floating point register (32-bit), floating point register (64-bit)
1801 @item Z
1802 Any register
1804 @item I
1805 Signed 11-bit integer constant
1807 @item J
1808 Signed 14-bit integer constant
1810 @item K
1811 Integer constant that can be deposited with a @code{zdepi} instruction
1813 @item L
1814 Signed 5-bit integer constant
1816 @item M
1817 Integer constant 0
1819 @item N
1820 Integer constant that can be loaded with a @code{ldil} instruction
1822 @item O
1823 Integer constant whose value plus one is a power of 2
1825 @item P
1826 Integer constant that can be used for @code{and} operations in @code{depi}
1827 and @code{extru} instructions
1829 @item S
1830 Integer constant 31
1832 @item U
1833 Integer constant 63
1835 @item G
1836 Floating-point constant 0.0
1838 @item A
1839 A @code{lo_sum} data-linkage-table memory operand
1841 @item Q
1842 A memory operand that can be used as the destination operand of an
1843 integer store instruction
1845 @item R
1846 A scaled or unscaled indexed memory operand
1848 @item T
1849 A memory operand for floating-point loads and stores
1851 @item W
1852 A register indirect memory operand
1853 @end table
1855 @item PowerPC and IBM RS6000---@file{config/rs6000/rs6000.h}
1856 @table @code
1857 @item b
1858 Address base register
1860 @item f
1861 Floating point register
1863 @item v
1864 Vector register
1866 @item h
1867 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1869 @item q
1870 @samp{MQ} register
1872 @item c
1873 @samp{CTR} register
1875 @item l
1876 @samp{LINK} register
1878 @item x
1879 @samp{CR} register (condition register) number 0
1881 @item y
1882 @samp{CR} register (condition register)
1884 @item z
1885 @samp{FPMEM} stack memory for FPR-GPR transfers
1887 @item I
1888 Signed 16-bit constant
1890 @item J
1891 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
1892 @code{SImode} constants)
1894 @item K
1895 Unsigned 16-bit constant
1897 @item L
1898 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
1900 @item M
1901 Constant larger than 31
1903 @item N
1904 Exact power of 2
1906 @item O
1907 Zero
1909 @item P
1910 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
1912 @item G
1913 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1914 instruction per word
1916 @item H
1917 Integer/Floating point constant that can be loaded into a register using
1918 three instructions
1920 @item Q
1921 Memory operand that is an offset from a register (@samp{m} is preferable
1922 for @code{asm} statements)
1924 @item Z
1925 Memory operand that is an indexed or indirect from a register (@samp{m} is
1926 preferable for @code{asm} statements)
1928 @item R
1929 AIX TOC entry
1931 @item a
1932 Address operand that is an indexed or indirect from a register (@samp{p} is
1933 preferable for @code{asm} statements)
1935 @item S
1936 Constant suitable as a 64-bit mask operand
1938 @item T
1939 Constant suitable as a 32-bit mask operand
1941 @item U
1942 System V Release 4 small data area reference
1944 @item t
1945 AND masks that can be performed by two rldic@{l, r@} instructions
1947 @item W
1948 Vector constant that does not require memory
1950 @end table
1952 @item MorphoTech family---@file{config/mt/mt.h}
1953 @table @code
1954 @item I
1955 Constant for an arithmetic insn (16-bit signed integer).
1957 @item J
1958 The constant 0.
1960 @item K
1961 Constant for a logical insn (16-bit zero-extended integer).
1963 @item L
1964 A constant that can be loaded with @code{lui} (i.e.@: the bottom 16
1965 bits are zero).
1967 @item M
1968 A constant that takes two words to load (i.e.@: not matched by
1969 @code{I}, @code{K}, or @code{L}).
1971 @item N
1972 Negative 16-bit constants other than -65536.
1974 @item O
1975 A 15-bit signed integer constant.
1977 @item P
1978 A positive 16-bit constant.
1979 @end table
1981 @item Intel 386---@file{config/i386/constraints.md}
1982 @table @code
1983 @item R
1984 Legacy register---the eight integer registers available on all
1985 i386 processors (@code{a}, @code{b}, @code{c}, @code{d},
1986 @code{si}, @code{di}, @code{bp}, @code{sp}).
1988 @item q
1989 Any register accessible as @code{@var{r}l}.  In 32-bit mode, @code{a},
1990 @code{b}, @code{c}, and @code{d}; in 64-bit mode, any integer register.
1992 @item Q
1993 Any register accessible as @code{@var{r}h}: @code{a}, @code{b},
1994 @code{c}, and @code{d}.
1996 @ifset INTERNALS
1997 @item l
1998 Any register that can be used as the index in a base+index memory
1999 access: that is, any general register except the stack pointer.
2000 @end ifset
2002 @item a
2003 The @code{a} register.
2005 @item b
2006 The @code{b} register.
2008 @item c
2009 The @code{c} register.
2011 @item d
2012 The @code{d} register.
2014 @item S
2015 The @code{si} register.
2017 @item D
2018 The @code{di} register.
2020 @item A
2021 The @code{a} and @code{d} registers, as a pair (for instructions that
2022 return half the result in one and half in the other).
2024 @item f
2025 Any 80387 floating-point (stack) register.
2027 @item t
2028 Top of 80387 floating-point stack (@code{%st(0)}).
2030 @item u
2031 Second from top of 80387 floating-point stack (@code{%st(1)}).
2033 @item y
2034 Any MMX register.
2036 @item x
2037 Any SSE register.
2039 @ifset INTERNALS
2040 @item Y
2041 Any SSE2 register.
2042 @end ifset
2044 @item I
2045 Integer constant in the range 0 @dots{} 31, for 32-bit shifts.
2047 @item J
2048 Integer constant in the range 0 @dots{} 63, for 64-bit shifts.
2050 @item K
2051 Signed 8-bit integer constant.
2053 @item L
2054 @code{0xFF} or @code{0xFFFF}, for andsi as a zero-extending move.
2056 @item M
2057 0, 1, 2, or 3 (shifts for the @code{lea} instruction).
2059 @item N
2060 Unsigned 8-bit integer constant (for @code{in} and @code{out} 
2061 instructions).
2063 @ifset INTERNALS
2064 @item O
2065 Integer constant in the range 0 @dots{} 127, for 128-bit shifts.
2066 @end ifset
2068 @item G
2069 Standard 80387 floating point constant.
2071 @item C
2072 Standard SSE floating point constant.
2074 @item e
2075 32-bit signed integer constant, or a symbolic reference known
2076 to fit that range (for immediate operands in sign-extending x86-64
2077 instructions).
2079 @item Z
2080 32-bit unsigned integer constant, or a symbolic reference known
2081 to fit that range (for immediate operands in zero-extending x86-64
2082 instructions).
2084 @end table
2086 @item Intel IA-64---@file{config/ia64/ia64.h}
2087 @table @code
2088 @item a
2089 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
2091 @item b
2092 Branch register
2094 @item c
2095 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
2097 @item d
2098 Application register residing in M-unit
2100 @item e
2101 Application register residing in I-unit
2103 @item f
2104 Floating-point register
2106 @item m
2107 Memory operand.
2108 Remember that @samp{m} allows postincrement and postdecrement which
2109 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
2110 Use @samp{S} to disallow postincrement and postdecrement.
2112 @item G
2113 Floating-point constant 0.0 or 1.0
2115 @item I
2116 14-bit signed integer constant
2118 @item J
2119 22-bit signed integer constant
2121 @item K
2122 8-bit signed integer constant for logical instructions
2124 @item L
2125 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
2127 @item M
2128 6-bit unsigned integer constant for shift counts
2130 @item N
2131 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
2133 @item O
2134 The constant zero
2136 @item P
2137 0 or @minus{}1 for @code{dep} instruction
2139 @item Q
2140 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
2142 @item R
2143 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
2145 @item S
2146 Memory operand except postincrement and postdecrement
2147 @end table
2149 @item FRV---@file{config/frv/frv.h}
2150 @table @code
2151 @item a
2152 Register in the class @code{ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2154 @item b
2155 Register in the class @code{EVEN_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2157 @item c
2158 Register in the class @code{CC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3} and
2159 @code{icc0} to @code{icc3}).
2161 @item d
2162 Register in the class @code{GPR_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2164 @item e
2165 Register in the class @code{EVEN_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2166 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2167 mode larger than 4 bytes.
2169 @item f
2170 Register in the class @code{FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2172 @item h
2173 Register in the class @code{FEVEN_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2174 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2175 mode larger than 4 bytes.
2177 @item l
2178 Register in the class @code{LR_REG} (the @code{lr} register).
2180 @item q
2181 Register in the class @code{QUAD_REGS} (@code{gr2} to @code{gr63}).
2182 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2183 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2185 @item t
2186 Register in the class @code{ICC_REGS} (@code{icc0} to @code{icc3}).
2188 @item u
2189 Register in the class @code{FCC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3}).
2191 @item v
2192 Register in the class @code{ICR_REGS} (@code{cc4} to @code{cc7}).
2194 @item w
2195 Register in the class @code{FCR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc3}).
2197 @item x
2198 Register in the class @code{QUAD_FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2199 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2200 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2202 @item z
2203 Register in the class @code{SPR_REGS} (@code{lcr} and @code{lr}).
2205 @item A
2206 Register in the class @code{QUAD_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2208 @item B
2209 Register in the class @code{ACCG_REGS} (@code{accg0} to @code{accg7}).
2211 @item C
2212 Register in the class @code{CR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc7}).
2214 @item G
2215 Floating point constant zero
2217 @item I
2218 6-bit signed integer constant
2220 @item J
2221 10-bit signed integer constant
2223 @item L
2224 16-bit signed integer constant
2226 @item M
2227 16-bit unsigned integer constant
2229 @item N
2230 12-bit signed integer constant that is negative---i.e.@: in the
2231 range of @minus{}2048 to @minus{}1
2233 @item O
2234 Constant zero
2236 @item P
2237 12-bit signed integer constant that is greater than zero---i.e.@: in the
2238 range of 1 to 2047.
2240 @end table
2242 @item Blackfin family---@file{config/bfin/bfin.h}
2243 @table @code
2244 @item a
2245 P register
2247 @item d
2248 D register
2250 @item z
2251 A call clobbered P register.
2253 @item q@var{n}
2254 A single register.  If @var{n} is in the range 0 to 7, the corresponding D
2255 register.  If it is @code{A}, then the register P0.
2257 @item D
2258 Even-numbered D register
2260 @item W
2261 Odd-numbered D register
2263 @item e
2264 Accumulator register.
2266 @item A
2267 Even-numbered accumulator register.
2269 @item B
2270 Odd-numbered accumulator register.
2272 @item b
2273 I register
2275 @item v
2276 B register
2278 @item f
2279 M register
2281 @item c
2282 Registers used for circular buffering, i.e. I, B, or L registers.
2284 @item C
2285 The CC register.
2287 @item t
2288 LT0 or LT1.
2290 @item k
2291 LC0 or LC1.
2293 @item u
2294 LB0 or LB1.
2296 @item x
2297 Any D, P, B, M, I or L register.
2299 @item y
2300 Additional registers typically used only in prologues and epilogues: RETS,
2301 RETN, RETI, RETX, RETE, ASTAT, SEQSTAT and USP.
2303 @item w
2304 Any register except accumulators or CC.
2306 @item Ksh
2307 Signed 16 bit integer (in the range -32768 to 32767)
2309 @item Kuh
2310 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535)
2312 @item Ks7
2313 Signed 7 bit integer (in the range -64 to 63)
2315 @item Ku7
2316 Unsigned 7 bit integer (in the range 0 to 127)
2318 @item Ku5
2319 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31)
2321 @item Ks4
2322 Signed 4 bit integer (in the range -8 to 7)
2324 @item Ks3
2325 Signed 3 bit integer (in the range -3 to 4)
2327 @item Ku3
2328 Unsigned 3 bit integer (in the range 0 to 7)
2330 @item P@var{n}
2331 Constant @var{n}, where @var{n} is a single-digit constant in the range 0 to 4.
2333 @item PA
2334 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2335 use with either accumulator.
2337 @item PB
2338 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2339 use only with accumulator A1.
2341 @item M1
2342 Constant 255.
2344 @item M2
2345 Constant 65535.
2347 @item J
2348 An integer constant with exactly a single bit set.
2350 @item L
2351 An integer constant with all bits set except exactly one.
2353 @item H
2355 @item Q
2356 Any SYMBOL_REF.
2357 @end table
2359 @item M32C---@file{config/m32c/m32c.c}
2360 @table @code
2361 @item Rsp
2362 @itemx Rfb
2363 @itemx Rsb
2364 @samp{$sp}, @samp{$fb}, @samp{$sb}.
2366 @item Rcr
2367 Any control register, when they're 16 bits wide (nothing if control
2368 registers are 24 bits wide)
2370 @item Rcl
2371 Any control register, when they're 24 bits wide.
2373 @item R0w
2374 @itemx R1w
2375 @itemx R2w
2376 @itemx R3w
2377 $r0, $r1, $r2, $r3.
2379 @item R02
2380 $r0 or $r2, or $r2r0 for 32 bit values.
2382 @item R13
2383 $r1 or $r3, or $r3r1 for 32 bit values.
2385 @item Rdi
2386 A register that can hold a 64 bit value.
2388 @item Rhl
2389 $r0 or $r1 (registers with addressable high/low bytes)
2391 @item R23
2392 $r2 or $r3
2394 @item Raa
2395 Address registers
2397 @item Raw
2398 Address registers when they're 16 bits wide.
2400 @item Ral
2401 Address registers when they're 24 bits wide.
2403 @item Rqi
2404 Registers that can hold QI values.
2406 @item Rad
2407 Registers that can be used with displacements ($a0, $a1, $sb).
2409 @item Rsi
2410 Registers that can hold 32 bit values.
2412 @item Rhi
2413 Registers that can hold 16 bit values.
2415 @item Rhc
2416 Registers chat can hold 16 bit values, including all control
2417 registers.
2419 @item Rra
2420 $r0 through R1, plus $a0 and $a1.
2422 @item Rfl
2423 The flags register.
2425 @item Rmm
2426 The memory-based pseudo-registers $mem0 through $mem15.
2428 @item Rpi
2429 Registers that can hold pointers (16 bit registers for r8c, m16c; 24
2430 bit registers for m32cm, m32c).
2432 @item Rpa
2433 Matches multiple registers in a PARALLEL to form a larger register.
2434 Used to match function return values.
2436 @item Is3
2437 -8 @dots{} 7
2439 @item IS1
2440 -128 @dots{} 127
2442 @item IS2
2443 -32768 @dots{} 32767
2445 @item IU2
2446 0 @dots{} 65535
2448 @item In4
2449 -8 @dots{} -1 or 1 @dots{} 8
2451 @item In5
2452 -16 @dots{} -1 or 1 @dots{} 16
2454 @item In6
2455 -32 @dots{} -1 or 1 @dots{} 32
2457 @item IM2
2458 -65536 @dots{} -1
2460 @item Ilb
2461 An 8 bit value with exactly one bit set.
2463 @item Ilw
2464 A 16 bit value with exactly one bit set.
2466 @item Sd
2467 The common src/dest memory addressing modes.
2469 @item Sa
2470 Memory addressed using $a0 or $a1.
2472 @item Si
2473 Memory addressed with immediate addresses.
2475 @item Ss
2476 Memory addressed using the stack pointer ($sp).
2478 @item Sf
2479 Memory addressed using the frame base register ($fb).
2481 @item Ss
2482 Memory addressed using the small base register ($sb).
2484 @item S1
2485 $r1h
2486 @end table
2488 @item MIPS---@file{config/mips/constraints.md}
2489 @table @code
2490 @item d
2491 An address register.  This is equivalent to @code{r} unless
2492 generating MIPS16 code.
2494 @item f
2495 A floating-point register (if available).
2497 @item h
2498 The @code{hi} register.
2500 @item l
2501 The @code{lo} register.
2503 @item x
2504 The @code{hi} and @code{lo} registers.
2506 @item c
2507 A register suitable for use in an indirect jump.  This will always be
2508 @code{$25} for @option{-mabicalls}.
2510 @item y
2511 Equivalent to @code{r}; retained for backwards compatibility.
2513 @item z
2514 A floating-point condition code register.
2516 @item I
2517 A signed 16-bit constant (for arithmetic instructions).
2519 @item J
2520 Integer zero.
2522 @item K
2523 An unsigned 16-bit constant (for logic instructions).
2525 @item L
2526 A signed 32-bit constant in which the lower 16 bits are zero.
2527 Such constants can be loaded using @code{lui}.
2529 @item M
2530 A constant that cannot be loaded using @code{lui}, @code{addiu}
2531 or @code{ori}.
2533 @item N
2534 A constant in the range -65535 to -1 (inclusive).
2536 @item O
2537 A signed 15-bit constant.
2539 @item P
2540 A constant in the range 1 to 65535 (inclusive).
2542 @item G
2543 Floating-point zero.
2545 @item R
2546 An address that can be used in a non-macro load or store.
2547 @end table
2549 @item Motorola 680x0---@file{config/m68k/constraints.md}
2550 @table @code
2551 @item a
2552 Address register
2554 @item d
2555 Data register
2557 @item f
2558 68881 floating-point register, if available
2560 @item I
2561 Integer in the range 1 to 8
2563 @item J
2564 16-bit signed number
2566 @item K
2567 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
2569 @item L
2570 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
2572 @item M
2573 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
2575 @item N
2576 Range 24 to 31, rotatert:SI 8 to 1 expressed as rotate
2578 @item O
2579 16 (for rotate using swap)
2581 @item P
2582 Range 8 to 15, rotatert:HI 8 to 1 expressed as rotate
2584 @item R
2585 Numbers that mov3q can handle
2587 @item G
2588 Floating point constant that is not a 68881 constant
2590 @item S
2591 Operands that satisfy 'm' when -mpcrel is in effect
2593 @item T
2594 Operands that satisfy 's' when -mpcrel is not in effect
2596 @item Q
2597 Address register indirect addressing mode
2599 @item U
2600 Register offset addressing
2602 @item W
2603 const_call_operand
2605 @item Cs
2606 symbol_ref or const
2608 @item Ci
2609 const_int
2611 @item C0
2612 const_int 0
2614 @item Cj
2615 Range of signed numbers that don't fit in 16 bits
2617 @item Cmvq
2618 Integers valid for mvq
2620 @item Capsw
2621 Integers valid for a moveq followed by a swap
2623 @item Cmvz
2624 Integers valid for mvz
2626 @item Cmvs
2627 Integers valid for mvs
2629 @item Ap
2630 push_operand
2632 @item Ac
2633 Non-register operands allowed in clr
2635 @end table
2637 @item Motorola 68HC11 & 68HC12 families---@file{config/m68hc11/m68hc11.h}
2638 @table @code
2639 @item a
2640 Register `a'
2642 @item b
2643 Register `b'
2645 @item d
2646 Register `d'
2648 @item q
2649 An 8-bit register
2651 @item t
2652 Temporary soft register _.tmp
2654 @item u
2655 A soft register _.d1 to _.d31
2657 @item w
2658 Stack pointer register
2660 @item x
2661 Register `x'
2663 @item y
2664 Register `y'
2666 @item z
2667 Pseudo register `z' (replaced by `x' or `y' at the end)
2669 @item A
2670 An address register: x, y or z
2672 @item B
2673 An address register: x or y
2675 @item D
2676 Register pair (x:d) to form a 32-bit value
2678 @item L
2679 Constants in the range @minus{}65536 to 65535
2681 @item M
2682 Constants whose 16-bit low part is zero
2684 @item N
2685 Constant integer 1 or @minus{}1
2687 @item O
2688 Constant integer 16
2690 @item P
2691 Constants in the range @minus{}8 to 2
2693 @end table
2695 @need 1000
2696 @item SPARC---@file{config/sparc/sparc.h}
2697 @table @code
2698 @item f
2699 Floating-point register on the SPARC-V8 architecture and
2700 lower floating-point register on the SPARC-V9 architecture.
2702 @item e
2703 Floating-point register.  It is equivalent to @samp{f} on the
2704 SPARC-V8 architecture and contains both lower and upper
2705 floating-point registers on the SPARC-V9 architecture.
2707 @item c
2708 Floating-point condition code register.
2710 @item d
2711 Lower floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9
2712 architecture when the Visual Instruction Set is available.
2714 @item b
2715 Floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9 architecture
2716 when the Visual Instruction Set is available.
2718 @item h
2719 64-bit global or out register for the SPARC-V8+ architecture.
2721 @item I
2722 Signed 13-bit constant
2724 @item J
2725 Zero
2727 @item K
2728 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
2729 loaded with the @code{sethi} instruction)
2731 @item L
2732 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions
2734 @item M
2735 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions
2737 @item N
2738 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
2739 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
2740 modes wider than @code{SImode}
2742 @item O
2743 The constant 4096
2745 @item G
2746 Floating-point zero
2748 @item H
2749 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
2751 @item Q
2752 Floating-point constant whose integral representation can
2753 be moved into an integer register using a single sethi
2754 instruction
2756 @item R
2757 Floating-point constant whose integral representation can
2758 be moved into an integer register using a single mov
2759 instruction
2761 @item S
2762 Floating-point constant whose integral representation can
2763 be moved into an integer register using a high/lo_sum
2764 instruction sequence
2766 @item T
2767 Memory address aligned to an 8-byte boundary
2769 @item U
2770 Even register
2772 @item W
2773 Memory address for @samp{e} constraint registers
2775 @item Y
2776 Vector zero
2778 @end table
2780 @item SPU---@file{config/spu/spu.h}
2781 @table @code
2782 @item a
2783 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.  
2785 @item c
2786 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.  
2788 @item d
2789 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 64 bit value.  
2791 @item f
2792 An immediate which can be loaded with @code{fsmbi}.  
2794 @item A
2795 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
2797 @item B
2798 An immediate for most arithmetic instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
2800 @item C
2801 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
2803 @item D
2804 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 32 bit value.  
2806 @item I
2807 A constant in the range [-64, 63] for shift/rotate instructions.  
2809 @item J
2810 An unsigned 7-bit constant for conversion/nop/channel instructions.  
2812 @item K
2813 A signed 10-bit constant for most arithmetic instructions.  
2815 @item M
2816 A signed 16 bit immediate for @code{stop}.  
2818 @item N
2819 An unsigned 16-bit constant for @code{iohl} and @code{fsmbi}.  
2821 @item O
2822 An unsigned 7-bit constant whose 3 least significant bits are 0.  
2824 @item P
2825 An unsigned 3-bit constant for 16-byte rotates and shifts 
2827 @item R
2828 Call operand, reg, for indirect calls 
2830 @item S
2831 Call operand, symbol, for relative calls.  
2833 @item T
2834 Call operand, const_int, for absolute calls.  
2836 @item U
2837 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is sign extended to 128 bit.  
2839 @item W
2840 An immediate for shift and rotate instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
2842 @item Y
2843 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is sign extended as a 128 bit.  
2845 @item Z
2846 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is sign extended to 128 bit.  
2848 @end table
2850 @item TMS320C3x/C4x---@file{config/c4x/c4x.h}
2851 @table @code
2852 @item a
2853 Auxiliary (address) register (ar0-ar7)
2855 @item b
2856 Stack pointer register (sp)
2858 @item c
2859 Standard (32-bit) precision integer register
2861 @item f
2862 Extended (40-bit) precision register (r0-r11)
2864 @item k
2865 Block count register (bk)
2867 @item q
2868 Extended (40-bit) precision low register (r0-r7)
2870 @item t
2871 Extended (40-bit) precision register (r0-r1)
2873 @item u
2874 Extended (40-bit) precision register (r2-r3)
2876 @item v
2877 Repeat count register (rc)
2879 @item x
2880 Index register (ir0-ir1)
2882 @item y
2883 Status (condition code) register (st)
2885 @item z
2886 Data page register (dp)
2888 @item G
2889 Floating-point zero
2891 @item H
2892 Immediate 16-bit floating-point constant
2894 @item I
2895 Signed 16-bit constant
2897 @item J
2898 Signed 8-bit constant
2900 @item K
2901 Signed 5-bit constant
2903 @item L
2904 Unsigned 16-bit constant
2906 @item M
2907 Unsigned 8-bit constant
2909 @item N
2910 Ones complement of unsigned 16-bit constant
2912 @item O
2913 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero)
2915 @item Q
2916 Indirect memory reference with signed 8-bit or index register displacement
2918 @item R
2919 Indirect memory reference with unsigned 5-bit displacement
2921 @item S
2922 Indirect memory reference with 1 bit or index register displacement
2924 @item T
2925 Direct memory reference
2927 @item U
2928 Symbolic address
2930 @end table
2932 @item S/390 and zSeries---@file{config/s390/s390.h}
2933 @table @code
2934 @item a
2935 Address register (general purpose register except r0)
2937 @item c
2938 Condition code register
2940 @item d
2941 Data register (arbitrary general purpose register)
2943 @item f
2944 Floating-point register
2946 @item I
2947 Unsigned 8-bit constant (0--255)
2949 @item J
2950 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
2952 @item K
2953 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
2955 @item L
2956 Value appropriate as displacement.
2957 @table @code
2958        @item (0..4095)
2959        for short displacement
2960        @item (-524288..524287)
2961        for long displacement
2962 @end table
2964 @item M
2965 Constant integer with a value of 0x7fffffff.
2967 @item N
2968 Multiple letter constraint followed by 4 parameter letters.
2969 @table @code
2970          @item 0..9:
2971          number of the part counting from most to least significant
2972          @item H,Q:
2973          mode of the part
2974          @item D,S,H:
2975          mode of the containing operand
2976          @item 0,F:
2977          value of the other parts (F---all bits set)
2978 @end table
2979 The constraint matches if the specified part of a constant
2980 has a value different from it's other parts.
2982 @item Q
2983 Memory reference without index register and with short displacement.
2985 @item R
2986 Memory reference with index register and short displacement.
2988 @item S
2989 Memory reference without index register but with long displacement.
2991 @item T
2992 Memory reference with index register and long displacement.
2994 @item U
2995 Pointer with short displacement.
2997 @item W
2998 Pointer with long displacement.
3000 @item Y
3001 Shift count operand.
3003 @end table
3005 @item Score family---@file{config/score/score.h}
3006 @table @code
3007 @item d
3008 Registers from r0 to r32.
3010 @item e
3011 Registers from r0 to r16.
3013 @item t
3014 r8---r11 or r22---r27 registers.
3016 @item h
3017 hi register.
3019 @item l
3020 lo register.
3022 @item x
3023 hi + lo register.
3025 @item q
3026 cnt register.
3028 @item y
3029 lcb register.
3031 @item z
3032 scb register.
3034 @item a
3035 cnt + lcb + scb register.
3037 @item c
3038 cr0---cr15 register.
3040 @item b
3041 cp1 registers.
3043 @item f
3044 cp2 registers.
3046 @item i
3047 cp3 registers.
3049 @item j
3050 cp1 + cp2 + cp3 registers.
3052 @item I
3053 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero).
3055 @item J
3056 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31).
3058 @item K
3059 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535).
3061 @item L
3062 Signed 16 bit integer (in the range @minus{}32768 to 32767).
3064 @item M
3065 Unsigned 14 bit integer (in the range 0 to 16383).
3067 @item N
3068 Signed 14 bit integer (in the range @minus{}8192 to 8191).
3070 @item Z
3071 Any SYMBOL_REF.
3072 @end table
3074 @item Xstormy16---@file{config/stormy16/stormy16.h}
3075 @table @code
3076 @item a
3077 Register r0.
3079 @item b
3080 Register r1.
3082 @item c
3083 Register r2.
3085 @item d
3086 Register r8.
3088 @item e
3089 Registers r0 through r7.
3091 @item t
3092 Registers r0 and r1.
3094 @item y
3095 The carry register.
3097 @item z
3098 Registers r8 and r9.
3100 @item I
3101 A constant between 0 and 3 inclusive.
3103 @item J
3104 A constant that has exactly one bit set.
3106 @item K
3107 A constant that has exactly one bit clear.
3109 @item L
3110 A constant between 0 and 255 inclusive.
3112 @item M
3113 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
3115 @item N
3116 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
3118 @item O
3119 A constant between 1 and 4 inclusive.
3121 @item P
3122 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
3124 @item Q
3125 A memory reference that is a stack push.
3127 @item R
3128 A memory reference that is a stack pop.
3130 @item S
3131 A memory reference that refers to a constant address of known value.
3133 @item T
3134 The register indicated by Rx (not implemented yet).
3136 @item U
3137 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
3139 @item Z
3140 The constant 0.
3142 @end table
3144 @item Xtensa---@file{config/xtensa/constraints.md}
3145 @table @code
3146 @item a
3147 General-purpose 32-bit register
3149 @item b
3150 One-bit boolean register
3152 @item A
3153 MAC16 40-bit accumulator register
3155 @item I
3156 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
3158 @item J
3159 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
3161 @item K
3162 Integer constant valid for BccI instructions
3164 @item L
3165 Unsigned constant valid for BccUI instructions
3167 @end table
3169 @end table
3171 @ifset INTERNALS
3172 @node Define Constraints
3173 @subsection Defining Machine-Specific Constraints
3174 @cindex defining constraints
3175 @cindex constraints, defining
3177 Machine-specific constraints fall into two categories: register and
3178 non-register constraints.  Within the latter category, constraints
3179 which allow subsets of all possible memory or address operands should
3180 be specially marked, to give @code{reload} more information.
3182 Machine-specific constraints can be given names of arbitrary length,
3183 but they must be entirely composed of letters, digits, underscores
3184 (@samp{_}), and angle brackets (@samp{< >}).  Like C identifiers, they
3185 must begin with a letter or underscore. 
3187 In order to avoid ambiguity in operand constraint strings, no
3188 constraint can have a name that begins with any other constraint's
3189 name.  For example, if @code{x} is defined as a constraint name,
3190 @code{xy} may not be, and vice versa.  As a consequence of this rule,
3191 no constraint may begin with one of the generic constraint letters:
3192 @samp{E F V X g i m n o p r s}.
3194 Register constraints correspond directly to register classes.
3195 @xref{Register Classes}.  There is thus not much flexibility in their
3196 definitions.
3198 @deffn {MD Expression} define_register_constraint name regclass docstring
3199 All three arguments are string constants.
3200 @var{name} is the name of the constraint, as it will appear in
3201 @code{match_operand} expressions.  If @var{name} is a multi-letter
3202 constraint its length shall be the same for all constraints starting
3203 with the same letter.  @var{regclass} can be either the
3204 name of the corresponding register class (@pxref{Register Classes}),
3205 or a C expression which evaluates to the appropriate register class.
3206 If it is an expression, it must have no side effects, and it cannot
3207 look at the operand.  The usual use of expressions is to map some
3208 register constraints to @code{NO_REGS} when the register class
3209 is not available on a given subarchitecture.
3211 @var{docstring} is a sentence documenting the meaning of the
3212 constraint.  Docstrings are explained further below.
3213 @end deffn
3215 Non-register constraints are more like predicates: the constraint
3216 definition gives a Boolean expression which indicates whether the
3217 constraint matches.
3219 @deffn {MD Expression} define_constraint name docstring exp
3220 The @var{name} and @var{docstring} arguments are the same as for
3221 @code{define_register_constraint}, but note that the docstring comes
3222 immediately after the name for these expressions.  @var{exp} is an RTL
3223 expression, obeying the same rules as the RTL expressions in predicate
3224 definitions.  @xref{Defining Predicates}, for details.  If it
3225 evaluates true, the constraint matches; if it evaluates false, it
3226 doesn't. Constraint expressions should indicate which RTL codes they
3227 might match, just like predicate expressions.
3229 @code{match_test} C expressions have access to the
3230 following variables:
3232 @table @var
3233 @item op
3234 The RTL object defining the operand.
3235 @item mode
3236 The machine mode of @var{op}.
3237 @item ival
3238 @samp{INTVAL (@var{op})}, if @var{op} is a @code{const_int}.
3239 @item hval
3240 @samp{CONST_DOUBLE_HIGH (@var{op})}, if @var{op} is an integer
3241 @code{const_double}.
3242 @item lval
3243 @samp{CONST_DOUBLE_LOW (@var{op})}, if @var{op} is an integer
3244 @code{const_double}.
3245 @item rval
3246 @samp{CONST_DOUBLE_REAL_VALUE (@var{op})}, if @var{op} is a floating-point
3247 @code{const_double}.
3248 @end table
3250 The @var{*val} variables should only be used once another piece of the
3251 expression has verified that @var{op} is the appropriate kind of RTL
3252 object.
3253 @end deffn
3255 Most non-register constraints should be defined with
3256 @code{define_constraint}.  The remaining two definition expressions
3257 are only appropriate for constraints that should be handled specially
3258 by @code{reload} if they fail to match.
3260 @deffn {MD Expression} define_memory_constraint name docstring exp
3261 Use this expression for constraints that match a subset of all memory
3262 operands: that is, @code{reload} can make them match by converting the
3263 operand to the form @samp{@w{(mem (reg @var{X}))}}, where @var{X} is a
3264 base register (from the register class specified by
3265 @code{BASE_REG_CLASS}, @pxref{Register Classes}).
3267 For example, on the S/390, some instructions do not accept arbitrary
3268 memory references, but only those that do not make use of an index
3269 register.  The constraint letter @samp{Q} is defined to represent a
3270 memory address of this type.  If @samp{Q} is defined with
3271 @code{define_memory_constraint}, a @samp{Q} constraint can handle any
3272 memory operand, because @code{reload} knows it can simply copy the
3273 memory address into a base register if required.  This is analogous to
3274 the way a @samp{o} constraint can handle any memory operand.
3276 The syntax and semantics are otherwise identical to
3277 @code{define_constraint}.
3278 @end deffn
3280 @deffn {MD Expression} define_address_constraint name docstring exp
3281 Use this expression for constraints that match a subset of all address
3282 operands: that is, @code{reload} can make the constraint match by
3283 converting the operand to the form @samp{@w{(reg @var{X})}}, again
3284 with @var{X} a base register.
3286 Constraints defined with @code{define_address_constraint} can only be
3287 used with the @code{address_operand} predicate, or machine-specific
3288 predicates that work the same way.  They are treated analogously to
3289 the generic @samp{p} constraint.
3291 The syntax and semantics are otherwise identical to
3292 @code{define_constraint}.
3293 @end deffn
3295 For historical reasons, names beginning with the letters @samp{G H}
3296 are reserved for constraints that match only @code{const_double}s, and
3297 names beginning with the letters @samp{I J K L M N O P} are reserved
3298 for constraints that match only @code{const_int}s.  This may change in
3299 the future.  For the time being, constraints with these names must be
3300 written in a stylized form, so that @code{genpreds} can tell you did
3301 it correctly:
3303 @smallexample
3304 @group
3305 (define_constraint "[@var{GHIJKLMNOP}]@dots{}"
3306   "@var{doc}@dots{}"
3307   (and (match_code "const_int")  ; @r{@code{const_double} for G/H}
3308        @var{condition}@dots{}))            ; @r{usually a @code{match_test}}
3309 @end group
3310 @end smallexample
3311 @c the semicolons line up in the formatted manual
3313 It is fine to use names beginning with other letters for constraints
3314 that match @code{const_double}s or @code{const_int}s.
3316 Each docstring in a constraint definition should be one or more complete
3317 sentences, marked up in Texinfo format.  @emph{They are currently unused.}
3318 In the future they will be copied into the GCC manual, in @ref{Machine
3319 Constraints}, replacing the hand-maintained tables currently found in
3320 that section.  Also, in the future the compiler may use this to give
3321 more helpful diagnostics when poor choice of @code{asm} constraints
3322 causes a reload failure.
3324 If you put the pseudo-Texinfo directive @samp{@@internal} at the
3325 beginning of a docstring, then (in the future) it will appear only in
3326 the internals manual's version of the machine-specific constraint tables.
3327 Use this for constraints that should not appear in @code{asm} statements.
3329 @node C Constraint Interface
3330 @subsection Testing constraints from C
3331 @cindex testing constraints
3332 @cindex constraints, testing
3334 It is occasionally useful to test a constraint from C code rather than
3335 implicitly via the constraint string in a @code{match_operand}.  The
3336 generated file @file{tm_p.h} declares a few interfaces for working
3337 with machine-specific constraints.  None of these interfaces work with
3338 the generic constraints described in @ref{Simple Constraints}.  This
3339 may change in the future.
3341 @strong{Warning:} @file{tm_p.h} may declare other functions that
3342 operate on constraints, besides the ones documented here.  Do not use
3343 those functions from machine-dependent code.  They exist to implement
3344 the old constraint interface that machine-independent components of
3345 the compiler still expect.  They will change or disappear in the
3346 future.
3348 Some valid constraint names are not valid C identifiers, so there is a
3349 mangling scheme for referring to them from C@.  Constraint names that
3350 do not contain angle brackets or underscores are left unchanged.
3351 Underscores are doubled, each @samp{<} is replaced with @samp{_l}, and
3352 each @samp{>} with @samp{_g}.  Here are some examples:
3354 @c the @c's prevent double blank lines in the printed manual.
3355 @example
3356 @multitable {Original} {Mangled}
3357 @item @strong{Original} @tab @strong{Mangled}  @c
3358 @item @code{x}     @tab @code{x}       @c
3359 @item @code{P42x}  @tab @code{P42x}    @c
3360 @item @code{P4_x}  @tab @code{P4__x}   @c
3361 @item @code{P4>x}  @tab @code{P4_gx}   @c
3362 @item @code{P4>>}  @tab @code{P4_g_g}  @c
3363 @item @code{P4_g>} @tab @code{P4__g_g} @c
3364 @end multitable
3365 @end example
3367 Throughout this section, the variable @var{c} is either a constraint
3368 in the abstract sense, or a constant from @code{enum constraint_num};
3369 the variable @var{m} is a mangled constraint name (usually as part of
3370 a larger identifier).
3372 @deftp Enum constraint_num
3373 For each machine-specific constraint, there is a corresponding
3374 enumeration constant: @samp{CONSTRAINT_} plus the mangled name of the
3375 constraint.  Functions that take an @code{enum constraint_num} as an
3376 argument expect one of these constants.
3378 Machine-independent constraints do not have associated constants.
3379 This may change in the future.
3380 @end deftp
3382 @deftypefun {inline bool} satisfies_constraint_@var{m} (rtx @var{exp})
3383 For each machine-specific, non-register constraint @var{m}, there is
3384 one of these functions; it returns @code{true} if @var{exp} satisfies the
3385 constraint.  These functions are only visible if @file{rtl.h} was included
3386 before @file{tm_p.h}.
3387 @end deftypefun
3389 @deftypefun bool constraint_satisfied_p (rtx @var{exp}, enum constraint_num @var{c})
3390 Like the @code{satisfies_constraint_@var{m}} functions, but the
3391 constraint to test is given as an argument, @var{c}.  If @var{c}
3392 specifies a register constraint, this function will always return
3393 @code{false}.
3394 @end deftypefun
3396 @deftypefun {enum reg_class} regclass_for_constraint (enum constraint_num @var{c})
3397 Returns the register class associated with @var{c}.  If @var{c} is not
3398 a register constraint, or those registers are not available for the
3399 currently selected subtarget, returns @code{NO_REGS}.
3400 @end deftypefun
3402 Here is an example use of @code{satisfies_constraint_@var{m}}.  In
3403 peephole optimizations (@pxref{Peephole Definitions}), operand
3404 constraint strings are ignored, so if there are relevant constraints,
3405 they must be tested in the C condition.  In the example, the
3406 optimization is applied if operand 2 does @emph{not} satisfy the
3407 @samp{K} constraint.  (This is a simplified version of a peephole
3408 definition from the i386 machine description.)
3410 @smallexample
3411 (define_peephole2
3412   [(match_scratch:SI 3 "r")
3413    (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3414         (mult:SI (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")
3415                  (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "")))]
3417   "!satisfies_constraint_K (operands[2])"
3419   [(set (match_dup 3) (match_dup 1))
3420    (set (match_dup 0) (mult:SI (match_dup 3) (match_dup 2)))]
3422   "")
3423 @end smallexample
3425 @node Standard Names
3426 @section Standard Pattern Names For Generation
3427 @cindex standard pattern names
3428 @cindex pattern names
3429 @cindex names, pattern
3431 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
3432 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
3433 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
3434 pattern to accomplish a certain task.
3436 @table @asis
3437 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
3438 @item @samp{mov@var{m}}
3439 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lowercase.
3440 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
3441 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
3443 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
3444 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
3445 to store the specified value in the part of the register that corresponds
3446 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
3447 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
3448 outside the target word are left unchanged.
3450 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
3451 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
3452 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
3453 If there are patterns accepting operands in larger modes,
3454 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
3456 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
3457 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
3458 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
3459 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
3460 into a register.
3462 @findex force_reg
3463 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
3464 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
3465 registers other than the operands.  For example, if you support the
3466 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
3467 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
3468 function which might generate new pseudo registers.
3470 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
3471 fetching those modes from memory normally requires several insns and
3472 some temporary registers.
3474 @findex change_address
3475 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
3476 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
3477 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
3478 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
3479 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
3480 an address into a valid address and no routine (such as
3481 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
3482 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
3484 @findex reload_in_progress
3485 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
3486 declared if required) can be used to determine whether such special
3487 handling is required.
3489 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
3490 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
3491 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
3492 machines explicit memory references will get optional reloads.
3494 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
3495 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
3497 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
3498 you must provide an appropriate secondary_reload target hook.
3500 @findex can_create_pseudo_p
3501 The macro @code{can_create_pseudo_p} can be used to determine if it
3502 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
3503 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
3505 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
3506 register to any other hard register provided that
3507 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
3508 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
3510 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
3511 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
3512 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
3513 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
3514 point members.
3516 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
3517 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
3518 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
3519 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
3520 floating point registers, then the constraints of the fixed point
3521 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
3522 reload into a floating point register.
3524 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
3525 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
3526 @item @samp{reload_in@var{m}}
3527 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
3528 These named patterns have been obsoleted by the target hook
3529 @code{secondary_reload}.
3531 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
3532 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
3533 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
3534 macro in @pxref{Register Classes}.
3536 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
3537 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
3538 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
3539 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
3540 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
3541 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
3542 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
3543 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
3544 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
3545 for these patterns.
3547 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
3548 @item @samp{movstrict@var{m}}
3549 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
3550 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
3551 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
3552 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
3554 @cindex @code{movmisalign@var{m}} instruction pattern
3555 @item @samp{movmisalign@var{m}}
3556 This variant of a move pattern is designed to load or store a value
3557 from a memory address that is not naturally aligned for its mode.
3558 For a store, the memory will be in operand 0; for a load, the memory
3559 will be in operand 1.  The other operand is guaranteed not to be a
3560 memory, so that it's easy to tell whether this is a load or store.
3562 This pattern is used by the autovectorizer, and when expanding a
3563 @code{MISALIGNED_INDIRECT_REF} expression.
3565 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
3566 @item @samp{load_multiple}
3567 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
3568 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
3569 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
3570 number of consecutive registers.
3572 Define this only if the target machine really has such an instruction;
3573 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
3574 registers from memory is to do them one at a time.
3576 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
3577 registers can be stored into memory, such as particular starting or
3578 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
3579 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3580 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
3582 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
3583 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
3584 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
3585 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
3586 @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn pattern.
3588 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
3589 @item @samp{store_multiple}
3590 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
3591 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
3592 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
3593 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
3595 @cindex @code{vec_set@var{m}} instruction pattern
3596 @item @samp{vec_set@var{m}}
3597 Set given field in the vector value.  Operand 0 is the vector to modify,
3598 operand 1 is new value of field and operand 2 specify the field index.
3600 @cindex @code{vec_extract@var{m}} instruction pattern
3601 @item @samp{vec_extract@var{m}}
3602 Extract given field from the vector value.  Operand 1 is the vector, operand 2
3603 specify field index and operand 0 place to store value into.
3605 @cindex @code{vec_extract_even@var{m}} instruction pattern
3606 @item @samp{vec_extract_even@var{m}}
3607 Extract even elements from the input vectors (operand 1 and operand 2). 
3608 The even elements of operand 2 are concatenated to the even elements of operand
3609 1 in their original order. The result is stored in operand 0. 
3610 The output and input vectors should have the same modes. 
3612 @cindex @code{vec_extract_odd@var{m}} instruction pattern
3613 @item @samp{vec_extract_odd@var{m}}
3614 Extract odd elements from the input vectors (operand 1 and operand 2). 
3615 The odd elements of operand 2 are concatenated to the odd elements of operand 
3616 1 in their original order. The result is stored in operand 0.
3617 The output and input vectors should have the same modes.
3619 @cindex @code{vec_interleave_high@var{m}} instruction pattern
3620 @item @samp{vec_interleave_high@var{m}}
3621 Merge high elements of the two input vectors into the output vector. The output
3622 and input vectors should have the same modes (@code{N} elements). The high
3623 @code{N/2} elements of the first input vector are interleaved with the high
3624 @code{N/2} elements of the second input vector.
3626 @cindex @code{vec_interleave_low@var{m}} instruction pattern
3627 @item @samp{vec_interleave_low@var{m}}
3628 Merge low elements of the two input vectors into the output vector. The output
3629 and input vectors should have the same modes (@code{N} elements). The low
3630 @code{N/2} elements of the first input vector are interleaved with the low 
3631 @code{N/2} elements of the second input vector.
3633 @cindex @code{vec_init@var{m}} instruction pattern
3634 @item @samp{vec_init@var{m}}
3635 Initialize the vector to given values.  Operand 0 is the vector to initialize
3636 and operand 1 is parallel containing values for individual fields.
3638 @cindex @code{push@var{m}1} instruction pattern
3639 @item @samp{push@var{m}1}
3640 Output a push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
3641 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
3642 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
3643 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
3644 method is deprecated.
3646 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
3647 @item @samp{add@var{m}3}
3648 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
3649 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
3650 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
3652 @cindex @code{ssadd@var{m}3} instruction pattern
3653 @cindex @code{usadd@var{m}3} instruction pattern
3654 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
3655 @cindex @code{sssub@var{m}3} instruction pattern
3656 @cindex @code{ussub@var{m}3} instruction pattern
3657 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
3658 @cindex @code{ssmul@var{m}3} instruction pattern
3659 @cindex @code{usmul@var{m}3} instruction pattern
3660 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
3661 @cindex @code{ssdiv@var{m}3} instruction pattern
3662 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
3663 @cindex @code{usdiv@var{m}3} instruction pattern
3664 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
3665 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
3666 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
3667 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
3668 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
3669 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
3670 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
3671 @item @samp{ssadd@var{m}3}, @samp{usadd@var{m}3}
3672 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{sssub@var{m}3}, @samp{ussub@var{m}3}
3673 @item @samp{mul@var{m}3}, @samp{ssmul@var{m}3}, @samp{usmul@var{m}3}
3674 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{ssdiv@var{m}3}
3675 @itemx @samp{udiv@var{m}3}, @samp{usdiv@var{m}3}
3676 @itemx @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
3677 @itemx @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
3678 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
3679 Similar, for other arithmetic operations.
3681 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
3682 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
3683 @item @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}
3684 Signed minimum and maximum operations.  When used with floating point,
3685 if both operands are zeros, or if either operand is @code{NaN}, then
3686 it is unspecified which of the two operands is returned as the result.
3688 @cindex @code{reduc_smin_@var{m}} instruction pattern
3689 @cindex @code{reduc_smax_@var{m}} instruction pattern
3690 @item @samp{reduc_smin_@var{m}}, @samp{reduc_smax_@var{m}}
3691 Find the signed minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
3692 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
3693 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
3694 modes.
3696 @cindex @code{reduc_umin_@var{m}} instruction pattern
3697 @cindex @code{reduc_umax_@var{m}} instruction pattern
3698 @item @samp{reduc_umin_@var{m}}, @samp{reduc_umax_@var{m}}
3699 Find the unsigned minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
3700 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
3701 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
3702 modes.
3704 @cindex @code{reduc_splus_@var{m}} instruction pattern
3705 @item @samp{reduc_splus_@var{m}}
3706 Compute the sum of the signed elements of a vector. The vector is operand 1,
3707 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
3708 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
3710 @cindex @code{reduc_uplus_@var{m}} instruction pattern
3711 @item @samp{reduc_uplus_@var{m}}
3712 Compute the sum of the unsigned elements of a vector. The vector is operand 1,
3713 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
3714 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
3716 @cindex @code{sdot_prod@var{m}} instruction pattern
3717 @item @samp{sdot_prod@var{m}}
3718 @cindex @code{udot_prod@var{m}} instruction pattern
3719 @item @samp{udot_prod@var{m}}
3720 Compute the sum of the products of two signed/unsigned elements. 
3721 Operand 1 and operand 2 are of the same mode. Their product, which is of a 
3722 wider mode, is computed and added to operand 3. Operand 3 is of a mode equal or 
3723 wider than the mode of the product. The result is placed in operand 0, which
3724 is of the same mode as operand 3. 
3726 @cindex @code{ssum_widen@var{m3}} instruction pattern
3727 @item @samp{ssum_widen@var{m3}}
3728 @cindex @code{usum_widen@var{m3}} instruction pattern
3729 @item @samp{usum_widen@var{m3}}
3730 Operands 0 and 2 are of the same mode, which is wider than the mode of 
3731 operand 1. Add operand 1 to operand 2 and place the widened result in
3732 operand 0. (This is used express accumulation of elements into an accumulator
3733 of a wider mode.)
3735 @cindex @code{vec_shl_@var{m}} instruction pattern
3736 @cindex @code{vec_shr_@var{m}} instruction pattern
3737 @item @samp{vec_shl_@var{m}}, @samp{vec_shr_@var{m}}
3738 Whole vector left/right shift in bits.
3739 Operand 1 is a vector to be shifted.
3740 Operand 2 is an integer shift amount in bits.
3741 Operand 0 is where the resulting shifted vector is stored.
3742 The output and input vectors should have the same modes.
3744 @cindex @code{vec_pack_trunc_@var{m}} instruction pattern
3745 @item @samp{vec_pack_trunc_@var{m}}
3746 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors. Operands 1 and 2
3747 are vectors of the same mode having N integral or floating point elements
3748 of size S.  Operand 0 is the resulting vector in which 2*N elements of
3749 size N/2 are concatenated after narrowing them down using truncation.
3751 @cindex @code{vec_pack_ssat_@var{m}} instruction pattern
3752 @cindex @code{vec_pack_usat_@var{m}} instruction pattern
3753 @item @samp{vec_pack_ssat_@var{m}}, @samp{vec_pack_usat_@var{m}}
3754 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors.  Operands 1 and 2
3755 are vectors of the same mode having N integral elements of size S.
3756 Operand 0 is the resulting vector in which the elements of the two input
3757 vectors are concatenated after narrowing them down using signed/unsigned
3758 saturating arithmetic.
3760 @cindex @code{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}} instruction pattern
3761 @cindex @code{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}} instruction pattern
3762 @item @samp{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}}, @samp{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}}
3763 Narrow, convert to signed/unsigned integral type and merge the elements
3764 of two vectors.  Operands 1 and 2 are vectors of the same mode having N
3765 floating point elements of size S.  Operand 0 is the resulting vector
3766 in which 2*N elements of size N/2 are concatenated.
3768 @cindex @code{vec_unpacks_hi_@var{m}} instruction pattern
3769 @cindex @code{vec_unpacks_lo_@var{m}} instruction pattern
3770 @item @samp{vec_unpacks_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_lo_@var{m}}
3771 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of signed
3772 integral or floating point elements.  The input vector (operand 1) has N
3773 elements of size S.  Widen (promote) the high/low elements of the vector
3774 using signed or floating point extension and place the resulting N/2
3775 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
3777 @cindex @code{vec_unpacku_hi_@var{m}} instruction pattern
3778 @cindex @code{vec_unpacku_lo_@var{m}} instruction pattern
3779 @item @samp{vec_unpacku_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_lo_@var{m}}
3780 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of unsigned
3781 integral elements.  The input vector (operand 1) has N elements of size S.
3782 Widen (promote) the high/low elements of the vector using zero extension and
3783 place the resulting N/2 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
3785 @cindex @code{vec_unpacks_float_hi_@var{m}} instruction pattern
3786 @cindex @code{vec_unpacks_float_lo_@var{m}} instruction pattern
3787 @cindex @code{vec_unpacku_float_hi_@var{m}} instruction pattern
3788 @cindex @code{vec_unpacku_float_lo_@var{m}} instruction pattern
3789 @item @samp{vec_unpacks_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_float_lo_@var{m}}
3790 @itemx @samp{vec_unpacku_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_float_lo_@var{m}}
3791 Extract, convert to floating point type and widen the high/low part of a
3792 vector of signed/unsigned integral elements.  The input vector (operand 1)
3793 has N elements of size S.  Convert the high/low elements of the vector using
3794 floating point conversion and place the resulting N/2 values of size 2*S in
3795 the output vector (operand 0).
3797 @cindex @code{vec_widen_umult_hi_@var{m}} instruction pattern
3798 @cindex @code{vec_widen_umult_lo__@var{m}} instruction pattern
3799 @cindex @code{vec_widen_smult_hi_@var{m}} instruction pattern
3800 @cindex @code{vec_widen_smult_lo_@var{m}} instruction pattern
3801 @item @samp{vec_widen_umult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_umult_lo_@var{m}}
3802 @itemx @samp{vec_widen_smult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_smult_lo_@var{m}}
3803 Signed/Unsigned widening multiplication.  The two inputs (operands 1 and 2)
3804 are vectors with N signed/unsigned elements of size S.  Multiply the high/low
3805 elements of the two vectors, and put the N/2 products of size 2*S in the
3806 output vector (operand 0).
3808 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
3809 @item @samp{mulhisi3}
3810 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
3811 a @code{SImode} product in operand 0.
3813 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
3814 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
3815 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
3816 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
3818 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
3819 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
3820 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
3821 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
3822 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
3823 multiplication.
3825 @cindex @code{usmulqihi3} instruction pattern
3826 @cindex @code{usmulhisi3} instruction pattern
3827 @cindex @code{usmulsidi3} instruction pattern
3828 @item @samp{usmulqihi3}, @samp{usmulhisi3}, @samp{usmulsidi3}
3829 Similar widening-multiplication instructions that interpret the first
3830 operand as unsigned and the second operand as signed, then do a signed
3831 multiplication.
3833 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
3834 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
3835 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
3836 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
3837 The least significant half of the product is discarded.
3839 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
3840 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
3841 Similar, but the multiplication is unsigned.
3843 @cindex @code{madd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
3844 @item @samp{madd@var{m}@var{n}4}
3845 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, add
3846 operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
3847 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
3848 Both modes must be integer or fixed-point modes and @var{n} must be twice
3849 the size of @var{m}.
3851 In other words, @code{madd@var{m}@var{n}4} is like
3852 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also adds operand 3.
3854 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
3856 @cindex @code{umadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
3857 @item @samp{umadd@var{m}@var{n}4}
3858 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
3859 operands instead of sign-extending them.
3861 @cindex @code{ssmadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
3862 @item @samp{ssmadd@var{m}@var{n}4}
3863 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
3864 signed-saturating.
3866 @cindex @code{usmadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
3867 @item @samp{usmadd@var{m}@var{n}4}
3868 Like @code{umadd@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
3869 unsigned-saturating.
3871 @cindex @code{msub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
3872 @item @samp{msub@var{m}@var{n}4}
3873 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, subtract the
3874 result from operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
3875 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
3876 Both modes must be integer or fixed-point modes and @var{n} must be twice
3877 the size of @var{m}.
3879 In other words, @code{msub@var{m}@var{n}4} is like
3880 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also subtracts the result
3881 from operand 3.
3883 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
3885 @cindex @code{umsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
3886 @item @samp{umsub@var{m}@var{n}4}
3887 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
3888 operands instead of sign-extending them.
3890 @cindex @code{ssmsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
3891 @item @samp{ssmsub@var{m}@var{n}4}
3892 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
3893 signed-saturating.
3895 @cindex @code{usmsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
3896 @item @samp{usmsub@var{m}@var{n}4}
3897 Like @code{umsub@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
3898 unsigned-saturating.
3900 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
3901 @item @samp{divmod@var{m}4}
3902 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
3903 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
3904 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
3906 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
3907 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
3908 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
3909 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
3910 and remainder are computed.
3912 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
3913 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
3914 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
3915 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
3916 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
3918 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
3919 @item @samp{udivmod@var{m}4}
3920 Similar, but does unsigned division.
3922 @anchor{shift patterns}
3923 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
3924 @cindex @code{ssashl@var{m}3} instruction pattern
3925 @cindex @code{usashl@var{m}3} instruction pattern
3926 @item @samp{ashl@var{m}3}, @samp{ssashl@var{m}3}, @samp{usashl@var{m}3}
3927 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
3928 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
3929 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
3930 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
3931 mode before generating the instruction.  The meaning of out-of-range shift
3932 counts can optionally be specified by @code{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
3933 @xref{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
3935 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
3936 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
3937 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
3938 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
3939 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
3940 Other shift and rotate instructions, analogous to the
3941 @code{ashl@var{m}3} instructions.
3943 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
3944 @cindex @code{ssneg@var{m}2} instruction pattern
3945 @cindex @code{usneg@var{m}2} instruction pattern
3946 @item @samp{neg@var{m}2}, @samp{ssneg@var{m}2}, @samp{usneg@var{m}2}
3947 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
3949 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
3950 @item @samp{abs@var{m}2}
3951 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
3953 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
3954 @item @samp{sqrt@var{m}2}
3955 Store the square root of operand 1 into operand 0.
3957 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
3958 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sqrtf}
3959 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3960 type @code{float}.
3962 @cindex @code{fmod@var{m}3} instruction pattern
3963 @item @samp{fmod@var{m}3}
3964 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
3965 operand 0, rounded towards zero to an integer.
3967 The @code{fmod} built-in function of C always uses the mode which
3968 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{fmodf}
3969 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3970 type @code{float}.
3972 @cindex @code{remainder@var{m}3} instruction pattern
3973 @item @samp{remainder@var{m}3}
3974 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
3975 operand 0, rounded to the nearest integer.
3977 The @code{remainder} built-in function of C always uses the mode
3978 which corresponds to the C data type @code{double} and the
3979 @code{remainderf} built-in function uses the mode which corresponds
3980 to the C data type @code{float}.
3982 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
3983 @item @samp{cos@var{m}2}
3984 Store the cosine of operand 1 into operand 0.
3986 The @code{cos} built-in function of C always uses the mode which
3987 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{cosf}
3988 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3989 type @code{float}.
3991 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
3992 @item @samp{sin@var{m}2}
3993 Store the sine of operand 1 into operand 0.
3995 The @code{sin} built-in function of C always uses the mode which
3996 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sinf}
3997 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3998 type @code{float}.
4000 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
4001 @item @samp{exp@var{m}2}
4002 Store the exponential of operand 1 into operand 0.
4004 The @code{exp} built-in function of C always uses the mode which
4005 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{expf}
4006 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4007 type @code{float}.
4009 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
4010 @item @samp{log@var{m}2}
4011 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.
4013 The @code{log} built-in function of C always uses the mode which
4014 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{logf}
4015 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4016 type @code{float}.
4018 @cindex @code{pow@var{m}3} instruction pattern
4019 @item @samp{pow@var{m}3}
4020 Store the value of operand 1 raised to the exponent operand 2
4021 into operand 0.
4023 The @code{pow} built-in function of C always uses the mode which
4024 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{powf}
4025 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4026 type @code{float}.
4028 @cindex @code{atan2@var{m}3} instruction pattern
4029 @item @samp{atan2@var{m}3}
4030 Store the arc tangent (inverse tangent) of operand 1 divided by
4031 operand 2 into operand 0, using the signs of both arguments to
4032 determine the quadrant of the result.
4034 The @code{atan2} built-in function of C always uses the mode which
4035 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{atan2f}
4036 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4037 type @code{float}.
4039 @cindex @code{floor@var{m}2} instruction pattern
4040 @item @samp{floor@var{m}2}
4041 Store the largest integral value not greater than argument.
4043 The @code{floor} built-in function of C always uses the mode which
4044 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{floorf}
4045 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4046 type @code{float}.
4048 @cindex @code{btrunc@var{m}2} instruction pattern
4049 @item @samp{btrunc@var{m}2}
4050 Store the argument rounded to integer towards zero.
4052 The @code{trunc} built-in function of C always uses the mode which
4053 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{truncf}
4054 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4055 type @code{float}.
4057 @cindex @code{round@var{m}2} instruction pattern
4058 @item @samp{round@var{m}2}
4059 Store the argument rounded to integer away from zero.
4061 The @code{round} built-in function of C always uses the mode which
4062 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{roundf}
4063 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4064 type @code{float}.
4066 @cindex @code{ceil@var{m}2} instruction pattern
4067 @item @samp{ceil@var{m}2}
4068 Store the argument rounded to integer away from zero.
4070 The @code{ceil} built-in function of C always uses the mode which
4071 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{ceilf}
4072 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4073 type @code{float}.
4075 @cindex @code{nearbyint@var{m}2} instruction pattern
4076 @item @samp{nearbyint@var{m}2}
4077 Store the argument rounded according to the default rounding mode
4079 The @code{nearbyint} built-in function of C always uses the mode which
4080 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{nearbyintf}
4081 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4082 type @code{float}.
4084 @cindex @code{rint@var{m}2} instruction pattern
4085 @item @samp{rint@var{m}2}
4086 Store the argument rounded according to the default rounding mode and
4087 raise the inexact exception when the result differs in value from
4088 the argument
4090 The @code{rint} built-in function of C always uses the mode which
4091 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{rintf}
4092 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4093 type @code{float}.
4095 @cindex @code{lrint@var{m}@var{n}2}
4096 @item @samp{lrint@var{m}@var{n}2}
4097 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4098 point mode @var{n} as a signed number according to the current
4099 rounding mode and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
4101 @cindex @code{lround@var{m}@var{n}2}
4102 @item @samp{lround@var{m}2}
4103 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4104 point mode @var{n} as a signed number rounding to nearest and away
4105 from zero and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
4107 @cindex @code{lfloor@var{m}@var{n}2}
4108 @item @samp{lfloor@var{m}2}
4109 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4110 point mode @var{n} as a signed number rounding down and store in
4111 operand 0 (which has mode @var{n}).
4113 @cindex @code{lceil@var{m}@var{n}2}
4114 @item @samp{lceil@var{m}2}
4115 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4116 point mode @var{n} as a signed number rounding up and store in
4117 operand 0 (which has mode @var{n}).
4119 @cindex @code{copysign@var{m}3} instruction pattern
4120 @item @samp{copysign@var{m}3}
4121 Store a value with the magnitude of operand 1 and the sign of operand
4122 2 into operand 0.
4124 The @code{copysign} built-in function of C always uses the mode which
4125 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{copysignf}
4126 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4127 type @code{float}.
4129 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
4130 @item @samp{ffs@var{m}2}
4131 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
4132 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
4133 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
4134 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
4135 generating the instruction.
4137 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
4138 corresponds to the C data type @code{int}.
4140 @cindex @code{clz@var{m}2} instruction pattern
4141 @item @samp{clz@var{m}2}
4142 Store into operand 0 the number of leading 0-bits in @var{x}, starting
4143 at the most significant bit position.  If @var{x} is 0, the result is
4144 undefined.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
4145 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
4146 operand to that mode before generating the instruction.
4148 @cindex @code{ctz@var{m}2} instruction pattern
4149 @item @samp{ctz@var{m}2}
4150 Store into operand 0 the number of trailing 0-bits in @var{x}, starting
4151 at the least significant bit position.  If @var{x} is 0, the result is
4152 undefined.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
4153 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
4154 operand to that mode before generating the instruction.
4156 @cindex @code{popcount@var{m}2} instruction pattern
4157 @item @samp{popcount@var{m}2}
4158 Store into operand 0 the number of 1-bits in @var{x}.  @var{m} is the
4159 mode of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
4160 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
4161 generating the instruction.
4163 @cindex @code{parity@var{m}2} instruction pattern
4164 @item @samp{parity@var{m}2}
4165 Store into operand 0 the parity of @var{x}, i.e.@: the number of 1-bits
4166 in @var{x} modulo 2.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode
4167 is specified by the instruction pattern, and the compiler will convert
4168 the operand to that mode before generating the instruction.
4170 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
4171 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
4172 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
4174 @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
4175 @item @samp{cmp@var{m}}
4176 Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
4177 The RTL pattern should look like this:
4179 @smallexample
4180 (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
4181                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
4182 @end smallexample
4184 @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
4185 @item @samp{tst@var{m}}
4186 Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
4187 The RTL pattern should look like this:
4189 @smallexample
4190 (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
4191 @end smallexample
4193 @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
4194 not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
4195 would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
4196 The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
4198 @cindex @code{movmem@var{m}} instruction pattern
4199 @item @samp{movmem@var{m}}
4200 Block move instruction.  The destination and source blocks of memory
4201 are the first two operands, and both are @code{mem:BLK}s with an
4202 address in mode @code{Pmode}.
4204 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
4205 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
4206 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
4207 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
4208 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
4209 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
4210 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
4212 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
4213 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
4214 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
4215 it may provide the value 4 for this operand.
4217 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
4218 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
4219 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
4220 all cases. Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
4222 Descriptions of multiple @code{movmem@var{m}} patterns can only be
4223 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
4224 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
4225 in @code{movmem@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
4226 individually moved data units in the block.
4228 These patterns need not give special consideration to the possibility
4229 that the source and destination strings might overlap.
4231 @cindex @code{movstr} instruction pattern
4232 @item @samp{movstr}
4233 String copy instruction, with @code{stpcpy} semantics.  Operand 0 is
4234 an output operand in mode @code{Pmode}.  The addresses of the
4235 destination and source strings are operands 1 and 2, and both are
4236 @code{mem:BLK}s with addresses in mode @code{Pmode}.  The execution of
4237 the expansion of this pattern should store in operand 0 the address in
4238 which the @code{NUL} terminator was stored in the destination string.
4240 @cindex @code{setmem@var{m}} instruction pattern
4241 @item @samp{setmem@var{m}}
4242 Block set instruction.  The destination string is the first operand,
4243 given as a @code{mem:BLK} whose address is in mode @code{Pmode}.  The
4244 number of bytes to set is the second operand, in mode @var{m}.  The value to
4245 initialize the memory with is the third operand. Targets that only support the
4246 clearing of memory should reject any value that is not the constant 0.  See
4247 @samp{movmem@var{m}} for a discussion of the choice of mode.
4249 The fourth operand is the known alignment of the destination, in the form
4250 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
4251 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
4252 operand.
4254 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
4255 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
4256 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
4257 all cases. Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
4259 The use for multiple @code{setmem@var{m}} is as for @code{movmem@var{m}}.
4261 @cindex @code{cmpstrn@var{m}} instruction pattern
4262 @item @samp{cmpstrn@var{m}}
4263 String compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
4264 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
4265 of @samp{movmem@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
4266 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
4267 string.  The instruction is not allowed to prefetch more than one byte
4268 at a time since either string may end in the first byte and reading past
4269 that may access an invalid page or segment and cause a fault.  The
4270 effect of the instruction is to store a value in operand 0 whose sign
4271 indicates the result of the comparison.
4273 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
4274 @item @samp{cmpstr@var{m}}
4275 String compare instruction, without known maximum length.  Operand 0 is the
4276 output; it has mode @var{m}.  The second and third operand are the blocks of
4277 memory to be compared; both are @code{mem:BLK} with an address in mode
4278 @code{Pmode}.
4280 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
4281 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
4282 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
4283 it may provide the value 4 for this operand.
4285 The two memory blocks specified are compared byte by byte in lexicographic
4286 order starting at the beginning of each string.  The instruction is not allowed
4287 to prefetch more than one byte at a time since either string may end in the
4288 first byte and reading past that may access an invalid page or segment and
4289 cause a fault.  The effect of the instruction is to store a value in operand 0
4290 whose sign indicates the result of the comparison.
4292 @cindex @code{cmpmem@var{m}} instruction pattern
4293 @item @samp{cmpmem@var{m}}
4294 Block compare instruction, with five operands like the operands
4295 of @samp{cmpstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
4296 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
4297 block.  Unlike @samp{cmpstr@var{m}} the instruction can prefetch
4298 any bytes in the two memory blocks.  The effect of the instruction is
4299 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
4300 comparison.
4302 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
4303 @item @samp{strlen@var{m}}
4304 Compute the length of a string, with three operands.
4305 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
4306 a @code{mem} referring to the first character of the string,
4307 operand 2 is the character to search for (normally zero),
4308 and operand 3 is a constant describing the known alignment
4309 of the beginning of the string.
4311 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
4312 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
4313 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
4314 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
4315 @var{n}).
4317 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
4318 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
4319 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
4320 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
4321 @var{n}).
4323 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
4324 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
4325 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4326 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
4327 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
4328 the value of operand 1 is an integer.
4330 If the machine description defines this pattern, it also needs to
4331 define the @code{ftrunc} pattern.
4333 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
4334 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
4335 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4336 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
4337 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
4338 value of operand 1 is an integer.
4340 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
4341 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
4342 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
4343 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
4344 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
4346 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
4347 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
4348 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
4349 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
4351 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
4352 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
4353 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
4354 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
4356 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
4357 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
4358 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4359 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4360 point or both floating point.
4362 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
4363 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
4364 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4365 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4366 point or both floating point.
4368 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
4369 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
4370 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4371 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4372 point.
4374 @cindex @code{fract@var{mn}2} instruction pattern
4375 @item @samp{fract@var{m}@var{n}2}
4376 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
4377 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
4378 could be fixed-point to fixed-point, signed integer to fixed-point,
4379 fixed-point to signed integer, floating-point to fixed-point,
4380 or fixed-point to floating-point.
4381 When overflows or underflows happen, the results are undefined.
4383 @cindex @code{satfract@var{mn}2} instruction pattern
4384 @item @samp{satfract@var{m}@var{n}2}
4385 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
4386 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
4387 could be fixed-point to fixed-point, signed integer to fixed-point,
4388 or floating-point to fixed-point.
4389 When overflows or underflows happen, the instruction saturates the
4390 results to the maximum or the minimum.
4392 @cindex @code{fractuns@var{mn}2} instruction pattern
4393 @item @samp{fractuns@var{m}@var{n}2}
4394 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
4395 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
4396 could be unsigned integer to fixed-point, or
4397 fixed-point to unsigned integer.
4398 When overflows or underflows happen, the results are undefined.
4400 @cindex @code{satfractuns@var{mn}2} instruction pattern
4401 @item @samp{satfractuns@var{m}@var{n}2}
4402 Convert unsigned integer operand 1 of mode @var{m} to fixed-point mode
4403 @var{n} and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
4404 When overflows or underflows happen, the instruction saturates the
4405 results to the maximum or the minimum.
4407 @cindex @code{extv} instruction pattern
4408 @item @samp{extv}
4409 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
4410 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
4411 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
4412 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
4413 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
4414 be valid for @code{word_mode}.
4416 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
4417 for operands 2 and 3 and the constant is never zero for operand 2.
4419 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
4420 before it is stored in operand 0.
4422 @cindex @code{extzv} instruction pattern
4423 @item @samp{extzv}
4424 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
4426 @cindex @code{insv} instruction pattern
4427 @item @samp{insv}
4428 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
4429 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
4430 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
4431 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
4432 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
4434 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
4435 for operands 1 and 2 and the constant is never zero for operand 1.
4437 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
4438 @item @samp{mov@var{mode}cc}
4439 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
4440 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
4441 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
4443 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
4444 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
4445 conditionally move an integer value based on the floating point condition
4446 codes and vice versa.
4448 If the machine does not have conditional move instructions, do not
4449 define these patterns.
4451 @cindex @code{add@var{mode}cc} instruction pattern
4452 @item @samp{add@var{mode}cc}
4453 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional addition.  Conditionally
4454 move operand 2 or (operands 2 + operand 3) into operand 0 according to the
4455 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved into
4456 operand 0, otherwise (operand 2 + operand 3) is moved.
4458 @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
4459 @item @samp{s@var{cond}}
4460 Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
4461 Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
4462 @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
4463 as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
4465 You specify the mode that the operand must have when you write the
4466 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
4467 which mode you have used and supplies an operand of that mode.
4469 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
4470 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
4471 you should omit it from the machine description.  You describe to the
4472 compiler exactly which value is stored by defining the macro
4473 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
4474 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
4475 should omit those operations from the machine description.
4477 These operations may fail, but should do so only in relatively
4478 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
4479 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
4481 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
4482 that copies the constant one to the target and branches around an
4483 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
4484 the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
4485 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
4486 @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
4487 the machine description.
4489 @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
4490 @item @samp{b@var{cond}}
4491 Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
4492 refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
4493 condition @var{cond}.
4495 Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
4496 instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
4497 case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
4498 simply store the operands away and generate all the required insns in a
4499 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
4500 branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
4501 immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
4502 pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
4504 Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
4505 where the mode used for the comparison depends on the condition being
4506 tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}.
4508 The above discussion also applies to the @samp{mov@var{mode}cc} and
4509 @samp{s@var{cond}} patterns.
4511 @cindex @code{cbranch@var{mode}4} instruction pattern
4512 @item @samp{cbranch@var{mode}4}
4513 Conditional branch instruction combined with a compare instruction.
4514 Operand 0 is a comparison operator.  Operand 1 and operand 2 are the
4515 first and second operands of the comparison, respectively.  Operand 3
4516 is a @code{label_ref} that refers to the label to jump to.
4518 @cindex @code{jump} instruction pattern
4519 @item @samp{jump}
4520 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
4521 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
4522 on all machines.
4524 @cindex @code{call} instruction pattern
4525 @item @samp{call}
4526 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
4527 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
4528 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
4529 operands.
4531 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
4532 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
4533 to put this information into the assembler code; they can put it in
4534 the RTL instead of operand 1.
4536 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
4537 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
4538 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
4539 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
4540 instruction, the pattern for this operation should be a
4541 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
4542 address into a register and uses that register in the call instruction.
4544 @cindex @code{call_value} instruction pattern
4545 @item @samp{call_value}
4546 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
4547 register in which the value is returned.  There are three more
4548 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
4549 instruction (but with numbers increased by one).
4551 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
4552 insn.
4554 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
4555 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
4556 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
4557 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
4558 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
4559 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
4560 adjustment made to the frame pointer.
4562 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
4563 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
4564 can be eliminated, if desired.
4566 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
4567 @item @samp{untyped_call}
4568 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
4569 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
4570 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
4571 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
4572 the saving of a function return value into the result block.
4574 This instruction pattern should be defined to support
4575 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
4576 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
4577 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
4578 multiple registers that can hold a return value
4579 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
4581 @cindex @code{return} instruction pattern
4582 @item @samp{return}
4583 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
4584 defined only if a single instruction can do all the work of returning
4585 from a function.
4587 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
4588 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
4589 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
4590 some class of functions only requires one instruction to implement a
4591 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
4592 to save any registers or allocate stack space.
4594 @findex reload_completed
4595 @findex leaf_function_p
4596 For such machines, the condition specified in this pattern should only
4597 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
4598 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
4599 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
4600 a register window push is required.
4602 Machines that have conditional return instructions should define patterns
4603 such as
4605 @smallexample
4606 (define_insn ""
4607   [(set (pc)
4608         (if_then_else (match_operator
4609                          0 "comparison_operator"
4610                          [(cc0) (const_int 0)])
4611                       (return)
4612                       (pc)))]
4613   "@var{condition}"
4614   "@dots{}")
4615 @end smallexample
4617 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
4618 named @samp{return} pattern.
4620 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
4621 @item @samp{untyped_return}
4622 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
4623 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
4624 instructions are needed to return a value of any type.
4626 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
4627 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
4628 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
4629 the restoring of a function return value from the result block.
4631 @cindex @code{nop} instruction pattern
4632 @item @samp{nop}
4633 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
4634 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
4635 RTL pattern.
4637 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
4638 @item @samp{indirect_jump}
4639 An instruction to jump to an address which is operand zero.
4640 This pattern name is mandatory on all machines.
4642 @cindex @code{casesi} instruction pattern
4643 @item @samp{casesi}
4644 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
4645 This instruction takes five operands:
4647 @enumerate
4648 @item
4649 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
4651 @item
4652 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
4654 @item
4655 The total range of indices in the table---the largest index
4656 minus the smallest one (both inclusive).
4658 @item
4659 A label that precedes the table itself.
4661 @item
4662 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
4663 @end enumerate
4665 The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
4666 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
4667 difference between the upper bound and the lower bound.
4669 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
4670 @item @samp{tablejump}
4671 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
4672 capability which can be used to implement a dispatch table when there
4673 is no @samp{casesi} pattern.
4675 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
4676 which should immediately precede the jump table.  If the macro
4677 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
4678 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
4679 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
4680 mode @code{Pmode}.
4682 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
4683 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
4684 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
4685 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
4688 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
4689 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
4690 Conditional branch instruction that decrements a register and
4691 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
4692 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
4693 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
4695 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
4696 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
4697 reduction is enabled.
4699 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
4700 @item @samp{doloop_end}
4701 Conditional branch instruction that decrements a register and jumps if
4702 the register is nonzero.  This instruction takes five operands: Operand
4703 0 is the register to decrement and test; operand 1 is the number of loop
4704 iterations as a @code{const_int} or @code{const0_rtx} if this cannot be
4705 determined until run-time; operand 2 is the actual or estimated maximum
4706 number of iterations as a @code{const_int}; operand 3 is the number of
4707 enclosed loops as a @code{const_int} (an innermost loop has a value of
4708 1); operand 4 is the label to jump to if the register is nonzero.
4709 @xref{Looping Patterns}.
4711 This optional instruction pattern should be defined for machines with
4712 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
4713 modify suitable loops to utilize it.  If nested low-overhead looping is
4714 not supported, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
4715 and make the pattern fail if operand 3 is not @code{const1_rtx}.
4716 Similarly, if the actual or estimated maximum number of iterations is
4717 too large for this instruction, make it fail.
4719 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
4720 @item @samp{doloop_begin}
4721 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
4722 need to perform some initialization, such as loading special registers
4723 used by a low-overhead looping instruction.  If initialization insns do
4724 not always need to be emitted, use a @code{define_expand}
4725 (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
4728 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
4729 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
4730 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
4731 into operand 0.
4733 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
4734 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
4735 and also has mode @code{Pmode}.
4737 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
4738 the address of the function which would be called if the function
4739 pointer were used in an indirect call.
4741 Only define this pattern if function pointers on the target machine
4742 can have different values but still call the same function when
4743 used in an indirect call.
4745 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
4746 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
4747 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
4748 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
4749 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
4750 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
4751 @item @samp{save_stack_block}
4752 @itemx @samp{save_stack_function}
4753 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
4754 @itemx @samp{restore_stack_block}
4755 @itemx @samp{restore_stack_function}
4756 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
4757 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
4758 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
4759 such machines.
4761 Some machines require special handling for stack pointer saves and
4762 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
4763 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
4764 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
4765 saves and restores are:
4767 @enumerate
4768 @item
4769 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
4770 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
4771 restores the stack pointer when the block is exited.
4773 @item
4774 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
4775 similar job for the outermost block of a function and are used when the
4776 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
4777 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
4778 restore sequence on some machines.
4780 @item
4781 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
4782 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
4783 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
4784 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
4785 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
4786 and restoring additional data such as register window information or
4787 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
4788 such required data.
4789 @end enumerate
4791 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
4792 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
4793 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
4794 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
4795 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
4796 for a particular type of save (either because no save is needed or
4797 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
4798 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
4799 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
4800 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
4802 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
4803 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
4804 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
4806 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
4807 @item @samp{allocate_stack}
4808 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
4809 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
4811 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
4812 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
4813 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
4814 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
4815 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
4816 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
4817 stack is free.
4819 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
4820 Some machines require other operations such as stack probes or
4821 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
4822 operations in addition to updating the stack pointer.
4824 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
4825 @item @samp{check_stack}
4826 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
4827 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
4828 to perform the needed check and signaling an error if the stack
4829 has overflowed.  The single operand is the location in the stack furthest
4830 from the current stack pointer that you need to validate.  Normally,
4831 on machines where this pattern is needed, you would obtain the stack
4832 limit from a global or thread-specific variable or register.
4834 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
4835 @item @samp{nonlocal_goto}
4836 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
4837 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
4838 each representing a value to be used in the jump.  The first
4839 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
4840 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
4841 the third is the address of a location where the stack is saved,
4842 and the last is the address of the label, to be placed in the
4843 location for the incoming static chain.
4845 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
4846 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
4847 and static chain, restore the stack (using the
4848 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
4849 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
4850 not work on your machine.
4852 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
4853 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
4854 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
4855 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
4856 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
4857 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
4858 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
4859 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
4860 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
4861 There are no arguments.
4863 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
4864 @item @samp{exception_receiver}
4865 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
4866 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
4867 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
4868 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
4869 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
4870 an exception.  There are no arguments.
4872 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
4873 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
4874 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
4875 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
4876 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
4877 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
4878 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
4879 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
4880 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
4881 the first three are normally used by the generic mechanism.
4883 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
4884 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
4885 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
4886 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
4887 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
4888 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
4889 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
4890 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
4891 at a small offset from that label.
4893 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
4894 @item @samp{builtin_longjmp}
4895 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
4896 You will not normally need to define this pattern unless you also define
4897 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
4898 @code{jmp_buf}.
4900 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
4901 @item @samp{eh_return}
4902 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
4903 and thence the call frame exception handling library routines, are
4904 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
4905 the abnormal return path.
4907 The address of the exception handler to which the function should return
4908 is passed as operand to this pattern.  It will normally need to copied by
4909 the pattern to some special register or memory location.
4910 If the pattern needs to determine the location of the target call
4911 frame in order to do so, it may use @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX},
4912 if defined; it will have already been assigned.
4914 If this pattern is not defined, the default action will be to simply
4915 copy the return address to @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX}.  Either
4916 that macro or this pattern needs to be defined if call frame exception
4917 handling is to be used.
4919 @cindex @code{prologue} instruction pattern
4920 @anchor{prologue instruction pattern}
4921 @item @samp{prologue}
4922 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
4923 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
4924 pointer register, saving callee saved registers, etc.
4926 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
4927 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
4929 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
4930 instruction scheduling.
4932 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
4933 @anchor{epilogue instruction pattern}
4934 @item @samp{epilogue}
4935 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
4936 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
4937 registers and emitting the return instruction.
4939 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
4940 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
4942 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
4943 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
4945 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
4946 @item @samp{sibcall_epilogue}
4947 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
4948 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
4949 sibling call (aka tail call) sites.
4951 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
4952 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
4953 function.
4955 @cindex @code{trap} instruction pattern
4956 @item @samp{trap}
4957 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
4958 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
4959 front end to signal `invalid array index' exceptions.
4961 @cindex @code{conditional_trap} instruction pattern
4962 @item @samp{conditional_trap}
4963 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
4964 performs a comparison.  Operand 1 is the trap code, an integer.
4966 A typical @code{conditional_trap} pattern looks like
4968 @smallexample
4969 (define_insn "conditional_trap"
4970   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
4971              [(cc0) (const_int 0)])
4972             (match_operand 1 "const_int_operand" "i"))]
4973   ""
4974   "@dots{}")
4975 @end smallexample
4977 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
4978 @item @samp{prefetch}
4980 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
4981 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
4982 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
4983 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
4984 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
4985 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
4986 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
4987 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
4988 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
4990 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
4991 the values of operands 1 and 2.
4993 @cindex @code{blockage} instruction pattern
4994 @item @samp{blockage}
4996 This pattern defines a pseudo insn that prevents the instruction
4997 scheduler from moving instructions across the boundary defined by the
4998 blockage insn.  Normally an UNSPEC_VOLATILE pattern.
5000 @cindex @code{memory_barrier} instruction pattern
5001 @item @samp{memory_barrier}
5003 If the target memory model is not fully synchronous, then this pattern
5004 should be defined to an instruction that orders both loads and stores
5005 before the instruction with respect to loads and stores after the instruction.
5006 This pattern has no operands.
5008 @cindex @code{sync_compare_and_swap@var{mode}} instruction pattern
5009 @item @samp{sync_compare_and_swap@var{mode}}
5011 This pattern, if defined, emits code for an atomic compare-and-swap
5012 operation.  Operand 1 is the memory on which the atomic operation is
5013 performed.  Operand 2 is the ``old'' value to be compared against the
5014 current contents of the memory location.  Operand 3 is the ``new'' value
5015 to store in the memory if the compare succeeds.  Operand 0 is the result
5016 of the operation; it should contain the contents of the memory
5017 before the operation.  If the compare succeeds, this should obviously be
5018 a copy of operand 2.
5020 This pattern must show that both operand 0 and operand 1 are modified.
5022 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
5023 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
5024 operation and all memory operations after the atomic operation occur
5025 after the atomic operation.
5027 @cindex @code{sync_compare_and_swap_cc@var{mode}} instruction pattern
5028 @item @samp{sync_compare_and_swap_cc@var{mode}}
5030 This pattern is just like @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}, except
5031 it should act as if compare part of the compare-and-swap were issued via
5032 @code{cmp@var{m}}.  This comparison will only be used with @code{EQ} and
5033 @code{NE} branches and @code{setcc} operations.
5035 Some targets do expose the success or failure of the compare-and-swap
5036 operation via the status flags.  Ideally we wouldn't need a separate
5037 named pattern in order to take advantage of this, but the combine pass
5038 does not handle patterns with multiple sets, which is required by
5039 definition for @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}.
5041 @cindex @code{sync_add@var{mode}} instruction pattern
5042 @cindex @code{sync_sub@var{mode}} instruction pattern
5043 @cindex @code{sync_ior@var{mode}} instruction pattern
5044 @cindex @code{sync_and@var{mode}} instruction pattern
5045 @cindex @code{sync_xor@var{mode}} instruction pattern
5046 @cindex @code{sync_nand@var{mode}} instruction pattern
5047 @item @samp{sync_add@var{mode}}, @samp{sync_sub@var{mode}}
5048 @itemx @samp{sync_ior@var{mode}}, @samp{sync_and@var{mode}}
5049 @itemx @samp{sync_xor@var{mode}}, @samp{sync_nand@var{mode}}
5051 These patterns emit code for an atomic operation on memory.
5052 Operand 0 is the memory on which the atomic operation is performed.
5053 Operand 1 is the second operand to the binary operator.
5055 The ``nand'' operation is @code{~op0 & op1}.
5057 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
5058 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
5059 operation and all memory operations after the atomic operation occur
5060 after the atomic operation.
5062 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
5063 from a compare-and-swap operation, if defined.
5065 @cindex @code{sync_old_add@var{mode}} instruction pattern
5066 @cindex @code{sync_old_sub@var{mode}} instruction pattern
5067 @cindex @code{sync_old_ior@var{mode}} instruction pattern
5068 @cindex @code{sync_old_and@var{mode}} instruction pattern
5069 @cindex @code{sync_old_xor@var{mode}} instruction pattern
5070 @cindex @code{sync_old_nand@var{mode}} instruction pattern
5071 @item @samp{sync_old_add@var{mode}}, @samp{sync_old_sub@var{mode}}
5072 @itemx @samp{sync_old_ior@var{mode}}, @samp{sync_old_and@var{mode}}
5073 @itemx @samp{sync_old_xor@var{mode}}, @samp{sync_old_nand@var{mode}}
5075 These patterns are emit code for an atomic operation on memory,
5076 and return the value that the memory contained before the operation.
5077 Operand 0 is the result value, operand 1 is the memory on which the
5078 atomic operation is performed, and operand 2 is the second operand
5079 to the binary operator.
5081 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
5082 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
5083 operation and all memory operations after the atomic operation occur
5084 after the atomic operation.
5086 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
5087 from a compare-and-swap operation, if defined.
5089 @cindex @code{sync_new_add@var{mode}} instruction pattern
5090 @cindex @code{sync_new_sub@var{mode}} instruction pattern
5091 @cindex @code{sync_new_ior@var{mode}} instruction pattern
5092 @cindex @code{sync_new_and@var{mode}} instruction pattern
5093 @cindex @code{sync_new_xor@var{mode}} instruction pattern
5094 @cindex @code{sync_new_nand@var{mode}} instruction pattern
5095 @item @samp{sync_new_add@var{mode}}, @samp{sync_new_sub@var{mode}}
5096 @itemx @samp{sync_new_ior@var{mode}}, @samp{sync_new_and@var{mode}}
5097 @itemx @samp{sync_new_xor@var{mode}}, @samp{sync_new_nand@var{mode}}
5099 These patterns are like their @code{sync_old_@var{op}} counterparts,
5100 except that they return the value that exists in the memory location
5101 after the operation, rather than before the operation.
5103 @cindex @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}} instruction pattern
5104 @item @samp{sync_lock_test_and_set@var{mode}}
5106 This pattern takes two forms, based on the capabilities of the target.
5107 In either case, operand 0 is the result of the operand, operand 1 is
5108 the memory on which the atomic operation is performed, and operand 2
5109 is the value to set in the lock.
5111 In the ideal case, this operation is an atomic exchange operation, in
5112 which the previous value in memory operand is copied into the result
5113 operand, and the value operand is stored in the memory operand.
5115 For less capable targets, any value operand that is not the constant 1
5116 should be rejected with @code{FAIL}.  In this case the target may use
5117 an atomic test-and-set bit operation.  The result operand should contain
5118 1 if the bit was previously set and 0 if the bit was previously clear.
5119 The true contents of the memory operand are implementation defined.
5121 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
5122 pattern as a whole acts as an acquire barrier, that is all memory
5123 operations after the pattern do not occur until the lock is acquired.
5125 If this pattern is not defined, the operation will be constructed from
5126 a compare-and-swap operation, if defined.
5128 @cindex @code{sync_lock_release@var{mode}} instruction pattern
5129 @item @samp{sync_lock_release@var{mode}}
5131 This pattern, if defined, releases a lock set by
5132 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}.  Operand 0 is the memory
5133 that contains the lock; operand 1 is the value to store in the lock.
5135 If the target doesn't implement full semantics for
5136 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}, any value operand which is not
5137 the constant 0 should be rejected with @code{FAIL}, and the true contents
5138 of the memory operand are implementation defined.
5140 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
5141 pattern as a whole acts as a release barrier, that is the lock is
5142 released only after all previous memory operations have completed.
5144 If this pattern is not defined, then a @code{memory_barrier} pattern
5145 will be emitted, followed by a store of the value to the memory operand.
5147 @cindex @code{stack_protect_set} instruction pattern
5148 @item @samp{stack_protect_set}
5150 This pattern, if defined, moves a @code{Pmode} value from the memory
5151 in operand 1 to the memory in operand 0 without leaving the value in
5152 a register afterward.  This is to avoid leaking the value some place
5153 that an attacker might use to rewrite the stack guard slot after
5154 having clobbered it.
5156 If this pattern is not defined, then a plain move pattern is generated.
5158 @cindex @code{stack_protect_test} instruction pattern
5159 @item @samp{stack_protect_test}
5161 This pattern, if defined, compares a @code{Pmode} value from the
5162 memory in operand 1 with the memory in operand 0 without leaving the
5163 value in a register afterward and branches to operand 2 if the values
5164 weren't equal.
5166 If this pattern is not defined, then a plain compare pattern and
5167 conditional branch pattern is used.
5169 @cindex @code{clear_cache} instruction pattern
5170 @item @samp{clear_cache}
5172 This pattern, if defined, flushes the instruction cache for a region of
5173 memory.  The region is bounded to by the Pmode pointers in operand 0
5174 inclusive and operand 1 exclusive.
5176 If this pattern is not defined, a call to the library function
5177 @code{__clear_cache} is used.
5179 @end table
5181 @end ifset
5182 @c Each of the following nodes are wrapped in separate
5183 @c "@ifset INTERNALS" to work around memory limits for the default
5184 @c configuration in older tetex distributions.  Known to not work:
5185 @c tetex-1.0.7, known to work: tetex-2.0.2.
5186 @ifset INTERNALS
5187 @node Pattern Ordering
5188 @section When the Order of Patterns Matters
5189 @cindex Pattern Ordering
5190 @cindex Ordering of Patterns
5192 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
5193 pattern that appears first in the machine description is the one used.
5194 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
5195 and faster instructions (those that will produce better code when they
5196 do match) should usually go first in the description.
5198 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
5199 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
5200 instruction for converting a fullword to floating point and another
5201 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
5202 an integer to floating point could match either one.  We put the
5203 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
5204 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
5205 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
5206 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
5207 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
5208 constant value.
5210 @end ifset
5211 @ifset INTERNALS
5212 @node Dependent Patterns
5213 @section Interdependence of Patterns
5214 @cindex Dependent Patterns
5215 @cindex Interdependence of Patterns
5217 Every machine description must have a named pattern for each of the
5218 conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
5219 must always have the form
5221 @smallexample
5222 (set (pc)
5223      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
5224                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
5225                    (pc)))
5226 @end smallexample
5228 @noindent
5229 In addition, every machine description must have an anonymous pattern
5230 for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
5231 look like
5233 @smallexample
5234 (set (pc)
5235      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
5236                    (pc)
5237                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
5238 @end smallexample
5240 @noindent
5241 They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
5242 branches into reverse-conditional branches.
5244 It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
5245 reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
5246 example,
5248 @smallexample
5249 (define_insn ""
5250   [(set (pc)
5251         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
5252                                       [(cc0) (const_int 0)])
5253                       (pc)
5254                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
5255   "@var{condition}"
5256   "@dots{}")
5257 @end smallexample
5259 In some cases machines support instructions identical except for the
5260 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
5261 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
5262 patterns are
5264 @smallexample
5265 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
5266      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
5268 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
5269      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
5270 @end smallexample
5272 @noindent
5273 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
5274 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
5275 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
5276 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
5277 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
5278 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
5280 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
5281 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
5282 compilations.
5284 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
5285 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
5286 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
5287 you should not provide separate patterns for increment and decrement
5288 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
5289 that supports register-register add insns by examining the operands and
5290 generating the appropriate machine instruction.
5292 @end ifset
5293 @ifset INTERNALS
5294 @node Jump Patterns
5295 @section Defining Jump Instruction Patterns
5296 @cindex jump instruction patterns
5297 @cindex defining jump instruction patterns
5299 For most machines, GCC assumes that the machine has a condition code.
5300 A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
5301 signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
5302 insn tests the condition code and branches or not according its value.
5303 The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
5304 common machines, such as the VAX, the 68000 and the 32000, work this
5305 way.
5307 Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
5308 only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
5309 these machines is to treat them just like the others until the final stage
5310 where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
5311 compare instruction, peek ahead at the following branch using
5312 @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
5313 being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
5314 the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
5315 otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
5316 can treat signed and unsigned branches identically.
5318 The reason you can do this is that GCC always generates a pair of
5319 consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
5320 set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
5321 until the end.
5323 To go with this technique, you must define the machine-description macro
5324 @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
5325 compare instruction is superfluous.
5327 Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
5328 A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
5329 compare instruction, record its operands in two static variables.  When
5330 outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
5331 output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
5333 It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
5334 In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
5335 will be combined according to these patterns.  But this does not happen
5336 if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
5337 above in addition to any special patterns you define.
5339 In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
5340 code and there may not even be a separate condition code register.  On
5341 these machines, the restriction that the definition and use of the
5342 condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
5343 important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
5344 delay for taken branches unless the condition code register is set three
5345 instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
5346 scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
5347 separate the definition and use of the condition code register.
5349 On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
5350 to represent the condition code.  If there is a specific condition code
5351 register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
5352 comparison result can be placed in any general register, or if there are
5353 multiple condition registers, use a pseudo register.
5355 @findex prev_cc0_setter
5356 @findex next_cc0_user
5357 On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
5358 the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
5359 SPARC, setting the condition code directly from an add or subtract
5360 instruction does not clear the overflow bit the way that a test
5361 instruction does, so a different branch instruction must be used for
5362 some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
5363 and use of the condition code must be adjacent (separated only by
5364 @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
5365 (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
5366 located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
5367 and @code{next_cc0_user}.
5369 However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
5370 those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
5371 compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
5372 we use the machine mode of the condition code register to record
5373 different formats of the condition code register.
5375 Registers used to store the condition code value should have a mode that
5376 is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
5377 additional modes are required (as for the add example mentioned above in
5378 the SPARC), define them in @file{@var{machine}-modes.def}
5379 (@pxref{Condition Code}).  Also define @code{SELECT_CC_MODE} to choose
5380 a mode given an operand of a compare.
5382 If it is known during RTL generation that a different mode will be
5383 required (for example, if the machine has separate compare instructions
5384 for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
5385 be specified at that time.
5387 If the cases that require different modes would be made by instruction
5388 combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
5389 mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
5390 written using that mode.  To support the case of the add on the SPARC
5391 discussed above, we have the pattern
5393 @smallexample
5394 (define_insn ""
5395   [(set (reg:CC_NOOV 0)
5396         (compare:CC_NOOV
5397           (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
5398                    (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
5399           (const_int 0)))]
5400   ""
5401   "@dots{}")
5402 @end smallexample
5404 The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the SPARC returns @code{CC_NOOVmode}
5405 for comparisons whose argument is a @code{plus}.
5407 @end ifset
5408 @ifset INTERNALS
5409 @node Looping Patterns
5410 @section Defining Looping Instruction Patterns
5411 @cindex looping instruction patterns
5412 @cindex defining looping instruction patterns
5414 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
5415 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
5416 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
5417 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
5418 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
5419 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
5420 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
5421 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
5422 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
5423 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
5424 the jump.
5426 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
5427 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
5428 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
5429 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
5430 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
5431 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
5432 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
5433 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
5434 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
5435 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
5436 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
5437 following for its @code{dbra} instruction:
5439 @smallexample
5440 @group
5441 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
5442   [(set (pc)
5443         (if_then_else
5444           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
5445                        (const_int -1))
5446               (const_int 0))
5447           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
5448           (pc)))
5449    (set (match_dup 0)
5450         (plus:SI (match_dup 0)
5451                  (const_int -1)))]
5452   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
5453   "@dots{}")
5454 @end group
5455 @end smallexample
5457 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
5458 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
5459 since this insn is generated by the instruction combination phase
5460 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
5461 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
5462 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
5463 pattern will not be matched by the combiner.
5465 @smallexample
5466 @group
5467 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
5468   [(set (pc)
5469         (if_then_else
5470           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
5471               (const_int 1))
5472           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
5473           (pc)))
5474    (set (match_dup 0)
5475         (plus:SI (match_dup 0)
5476                  (const_int -1)))]
5477   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
5478   "@dots{}")
5479 @end group
5480 @end smallexample
5482 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
5483 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
5484 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
5485 information collected during strength reduction.
5487 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
5488 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
5489 is an optional companion pattern that can be used for initialization
5490 needed for some low-overhead looping instructions.
5492 Note that some machines require the actual looping instruction to be
5493 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
5494 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
5495 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
5496 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
5497 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
5498 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
5499 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
5500 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
5501 desired special iteration counter register was not allocated, this
5502 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
5503 instruction pair.
5505 The essential difference between the
5506 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
5507 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
5508 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
5509 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
5510 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
5511 may become redundant and removed by the flow pass.
5514 @end ifset
5515 @ifset INTERNALS
5516 @node Insn Canonicalizations
5517 @section Canonicalization of Instructions
5518 @cindex canonicalization of instructions
5519 @cindex insn canonicalization
5521 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
5522 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
5523 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
5524 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
5525 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
5526 number of insn patterns required.
5528 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
5529 are performed:
5531 @itemize @bullet
5532 @item
5533 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
5534 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
5535 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
5536 be supplied.
5538 @item
5539 For associative operators, a sequence of operators will always chain
5540 to the left; for instance, only the left operand of an integer @code{plus}
5541 can itself be a @code{plus}.  @code{and}, @code{ior}, @code{xor},
5542 @code{plus}, @code{mult}, @code{smin}, @code{smax}, @code{umin}, and
5543 @code{umax} are associative when applied to integers, and sometimes to
5544 floating-point.
5546 @item
5547 @cindex @code{neg}, canonicalization of
5548 @cindex @code{not}, canonicalization of
5549 @cindex @code{mult}, canonicalization of
5550 @cindex @code{plus}, canonicalization of
5551 @cindex @code{minus}, canonicalization of
5552 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
5553 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
5554 first operand.
5556 @item
5557 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
5558 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
5559 the operations as far as possible.  For instance,
5560 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
5561 @code{(plus (mult (neg A) B) C)} is canonicalized as
5562 @code{(minus A (mult B C))}.
5564 @cindex @code{compare}, canonicalization of
5565 @item
5566 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
5567 on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
5568 machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
5569 a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
5570 cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
5571 matching a constant as the first operand unless the machine actually has
5572 such an instruction.
5574 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
5575 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
5576 above.
5578 @item
5579 @code{(ltu (plus @var{a} @var{b}) @var{b})} is converted to
5580 @code{(ltu (plus @var{a} @var{b}) @var{a})}. Likewise with @code{geu} instead
5581 of @code{ltu}.
5583 @item
5584 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
5585 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
5587 @item
5588 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
5589 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
5591 @cindex @code{ior}, canonicalization of
5592 @cindex @code{and}, canonicalization of
5593 @cindex De Morgan's law
5594 @item
5595 De Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
5596 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
5597 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
5599 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
5600 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
5601 for that instruction as
5603 @smallexample
5604 (define_insn ""
5605   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
5606         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
5607                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
5608   "@dots{}"
5609   "@dots{}")
5610 @end smallexample
5612 @noindent
5613 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
5615 @smallexample
5616 (define_insn ""
5617   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
5618         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
5619                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
5620   "@dots{}"
5621   "@dots{}")
5622 @end smallexample
5624 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
5625 logically equivalent RTL expressions.
5627 @cindex @code{xor}, canonicalization of
5628 @item
5629 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
5630 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
5631 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
5633 @item
5634 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
5635 the form
5637 @smallexample
5638 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
5639 @end smallexample
5641 @item
5642 On machines that do not use @code{cc0},
5643 @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
5644 @var{x}.
5646 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
5647 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
5648 @item
5649 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
5650 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
5651 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
5653 @end itemize
5655 Further canonicalization rules are defined in the function
5656 @code{commutative_operand_precedence} in @file{gcc/rtlanal.c}.
5658 @end ifset
5659 @ifset INTERNALS
5660 @node Expander Definitions
5661 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
5662 @cindex expander definitions
5663 @cindex code generation RTL sequences
5664 @cindex defining RTL sequences for code generation
5666 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
5667 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
5668 represent them.  For these target machines, you can write a
5669 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
5671 @findex define_expand
5672 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
5673 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
5674 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
5676 A @code{define_expand} RTX has four operands:
5678 @itemize @bullet
5679 @item
5680 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
5681 use for it is to refer to it by name.
5683 @item
5684 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
5685 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
5686 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
5688 @item
5689 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
5690 used to express how the availability of this pattern depends on
5691 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
5692 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
5693 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
5694 depend on the data in the insn being matched, but only the
5695 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
5696 during initialization in order to learn exactly which named instructions
5697 are available in a particular run.
5699 @item
5700 The preparation statements, a string containing zero or more C
5701 statements which are to be executed before RTL code is generated from
5702 the RTL template.
5704 Usually these statements prepare temporary registers for use as
5705 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
5706 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
5707 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
5708 @end itemize
5710 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
5711 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
5712 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
5715 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
5716 also describes the operands that need to be specified when this pattern
5717 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
5719 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
5720 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
5721 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
5722 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
5723 information to preload the operand into a register if that is required for
5724 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
5725 references should use @code{match_dup}.
5727 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
5728 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
5729 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
5730 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
5731 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
5732 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
5733 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
5734 compute the values and store them into the appropriate elements of
5735 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
5737 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
5738 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
5739 as a statement.
5741 @table @code
5743 @findex DONE
5744 @item DONE
5745 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
5746 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
5747 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
5748 preparation statements; the RTL template will not be generated.
5750 @findex FAIL
5751 @item FAIL
5752 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
5753 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
5754 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
5756 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
5757 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
5758 operations.
5759 @end table
5761 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
5762 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
5763 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
5764 insn.
5766 The RTL template is not used for matching, only for generating the
5767 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
5768 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
5769 list of operands, such as this example:
5771 @smallexample
5772 @group
5773 (define_expand "addsi3"
5774   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5775    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
5776    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
5777 @end group
5778 @group
5779   ""
5780   "
5782   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
5783   DONE;
5784 @}")
5785 @end group
5786 @end smallexample
5788 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
5790 @smallexample
5791 @group
5792 (define_expand "ashlsi3"
5793   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5794         (ashift:SI
5795 @end group
5796 @group
5797           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
5798           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
5799   ""
5800   "
5801 @end group
5802 @end smallexample
5804 @smallexample
5805 @group
5807   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
5808       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
5809     FAIL;
5810 @}")
5811 @end group
5812 @end smallexample
5814 @noindent
5815 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
5816 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
5817 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
5818 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
5819 library call).
5821 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
5822 patterns with names, then it would be possible to use a
5823 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
5824 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
5826 @smallexample
5827 (define_expand "zero_extendhisi2"
5828   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
5829         (const_int 0))
5830    (set (strict_low_part
5831           (subreg:HI
5832             (match_dup 0)
5833             0))
5834         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
5835   ""
5836   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
5837 @end smallexample
5839 @noindent
5840 @findex make_safe_from
5841 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
5842 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
5843 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
5844 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
5845 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
5846 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
5847 by emitting another RTL insn.
5849 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
5850 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
5851 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
5852 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
5853 on this machine.  So it must be copied into a register with
5854 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
5856 @smallexample
5857 (define_expand "zero_extendhisi2"
5858   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5859         (and:SI (subreg:SI
5860                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
5861                   0)
5862                 (match_dup 2)))]
5863   ""
5864   "operands[2]
5865      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
5866 @end smallexample
5868 @emph{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
5869 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
5870 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
5871 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
5872 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
5873 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
5874 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
5875 in the compiler.
5877 @end ifset
5878 @ifset INTERNALS
5879 @node Insn Splitting
5880 @section Defining How to Split Instructions
5881 @cindex insn splitting
5882 @cindex instruction splitting
5883 @cindex splitting instructions
5885 There are two cases where you should specify how to split a pattern
5886 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
5887 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
5888 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
5889 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
5890 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
5891 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
5892 cannot be placed into a delay slot.
5894 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
5895 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
5896 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
5897 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
5898 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
5899 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
5900 scheduling.
5902 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
5903 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
5904 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
5905 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
5906 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
5907 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
5908 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
5909 split the addition into two insns is machine-dependent.
5911 @findex define_split
5912 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
5913 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
5915 @smallexample
5916 (define_split
5917   [@var{insn-pattern}]
5918   "@var{condition}"
5919   [@var{new-insn-pattern-1}
5920    @var{new-insn-pattern-2}
5921    @dots{}]
5922   "@var{preparation-statements}")
5923 @end smallexample
5925 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
5926 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
5927 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
5928 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
5929 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
5930 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
5932 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
5933 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
5934 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
5935 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
5936 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
5937 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
5938 must not allocate any space in the stack frame.
5940 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
5941 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
5942 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
5943 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
5944 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
5945 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
5946 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
5947 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
5948 of those definitions.
5950 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
5951 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
5952 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
5954 @smallexample
5955 (define_split
5956   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
5957         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
5958   ""
5959   [(set (match_dup 0)
5960         (ashift:SI (match_dup 1)
5961                    (const_int 16)))
5962    (set (match_dup 0)
5963         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
5964                      (const_int 16)))]
5965   "
5966 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
5967 @end smallexample
5969 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
5970 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
5971 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
5972 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
5973 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
5974 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
5975 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
5976 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
5977 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
5978 @code{define_split} that will never produce insns that match).
5980 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
5981 @file{rs6000.md}:
5983 @smallexample
5984 (define_split
5985   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
5986         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
5987                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
5988   ""
5989   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
5990    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
5993   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
5994   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
5996   if (low & 0x8000)
5997     high++, low |= 0xffff0000;
5999   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
6000   operands[4] = GEN_INT (low);
6001 @}")
6002 @end smallexample
6004 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
6005 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
6006 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
6007 can be substituted into the address of a subsequent operation.
6009 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
6010 an equality comparison of a register and a large constant:
6012 @smallexample
6013 (define_split
6014   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
6015         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
6016                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
6017    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
6018   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
6019    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
6020        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
6021   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
6022    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
6023   "
6025   /* @r{Get the constant we are comparing against, C, and see what it
6026      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
6027      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.}  */
6029   int c = INTVAL (operands[2]);
6030   int sextc = (c << 16) >> 16;
6031   int xorv = c ^ sextc;
6033   operands[4] = GEN_INT (xorv);
6034   operands[5] = GEN_INT (sextc);
6035 @}")
6036 @end smallexample
6038 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
6039 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
6040 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
6041 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
6042 are not valid.
6044 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
6045 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
6046 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
6047 several restriction apply.
6049 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
6050 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
6051 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
6052 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
6053 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
6054 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump.  A global variable
6055 @code{split_branch_probability} holds the probability of the original branch in case
6056 it was an simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
6057 recomputing of edge frequencies, the new sequence is required to have only
6058 forward jumps to the newly created labels.
6060 @findex define_insn_and_split
6061 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
6062 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
6063 this:
6065 @smallexample
6066 (define_insn_and_split
6067   [@var{insn-pattern}]
6068   "@var{condition}"
6069   "@var{output-template}"
6070   "@var{split-condition}"
6071   [@var{new-insn-pattern-1}
6072    @var{new-insn-pattern-2}
6073    @dots{}]
6074   "@var{preparation-statements}"
6075   [@var{insn-attributes}])
6077 @end smallexample
6079 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
6080 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
6081 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
6082 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
6083 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
6084 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
6085 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
6086 from i386.md:
6088 @smallexample
6089 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
6090   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
6091      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
6092    (clobber (reg:CC 17))]
6093   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
6094   "#"
6095   "&& reload_completed"
6096   [(parallel [(set (match_dup 0)
6097                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
6098               (clobber (reg:CC 17))])]
6099   ""
6100   [(set_attr "type" "alu1")])
6102 @end smallexample
6104 In this case, the actual split condition will be
6105 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
6107 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
6108 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
6109 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
6110 having to ensure the two patterns' templates match.
6112 @end ifset
6113 @ifset INTERNALS
6114 @node Including Patterns
6115 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
6116 @cindex insn includes
6118 @findex include
6119 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
6120 look for patterns that are in files other than in the file
6121 @file{.md}.  This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
6123 It looks like:
6125 @smallexample
6127 (include
6128   @var{pathname})
6129 @end smallexample
6131 For example:
6133 @smallexample
6135 (include "filestuff")
6137 @end smallexample
6139 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
6140 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}.  The
6141 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
6144 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
6145 and placed into subdirectories.
6147 By specifying:
6149 @smallexample
6151 (include "BOGUS/filestuff")
6153 @end smallexample
6155 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
6157 Specifying an absolute path for the include file such as;
6158 @smallexample
6160 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
6162 @end smallexample
6163 is permitted but is not encouraged.
6165 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
6166 @cindex directory options .md
6167 @cindex options, directory search
6168 @cindex search options
6170 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
6171 For example:
6173 @smallexample
6175 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
6177 @end smallexample
6180 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
6181 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
6182 file, substituting your own version, since these directories are
6183 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
6184 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
6185 order; the standard default directory come after.
6188 @end ifset
6189 @ifset INTERNALS
6190 @node Peephole Definitions
6191 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
6192 @cindex peephole optimizer definitions
6193 @cindex defining peephole optimizers
6195 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
6196 definitions of machine-specific peephole optimizations.
6198 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
6199 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
6200 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
6201 though the second one does not appear to use a register computed in the
6202 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
6203 opportunities.
6205 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
6206 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
6207 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
6208 is deprecated.
6210 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
6211 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
6212 but before scheduling, which may result in much better code for
6213 targets that do scheduling.
6215 @menu
6216 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
6217 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
6218 @end menu
6220 @end ifset
6221 @ifset INTERNALS
6222 @node define_peephole
6223 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
6224 @findex define_peephole
6226 @need 1000
6227 A definition looks like this:
6229 @smallexample
6230 (define_peephole
6231   [@var{insn-pattern-1}
6232    @var{insn-pattern-2}
6233    @dots{}]
6234   "@var{condition}"
6235   "@var{template}"
6236   "@var{optional-insn-attributes}")
6237 @end smallexample
6239 @noindent
6240 The last string operand may be omitted if you are not using any
6241 machine-specific information in this machine description.  If present,
6242 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
6244 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
6245 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
6246 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
6247 the next, and so on.
6249 Each of the insns matched by a peephole must also match a
6250 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
6251 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
6252 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
6253 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
6254 stages.
6256 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
6257 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
6258 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
6259 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
6260 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
6261 other.
6263 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
6264 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
6265 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
6266 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
6267 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
6269 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
6270 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
6271 previously tested.
6273 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
6274 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
6275 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
6276 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
6277 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
6278 patterns.
6280 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
6281 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
6282 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
6283 the operands.
6285 @findex prev_active_insn
6286 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
6287 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
6288 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
6289 to refer to the last of the insns being matched; use
6290 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
6292 @findex dead_or_set_p
6293 When optimizing computations with intermediate results, you can use
6294 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
6295 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
6296 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
6297 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
6298 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
6299 value (from @code{operands[@var{i}]}).
6301 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
6302 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
6303 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
6304 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
6305 used in matching the original sequence of insns.
6307 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
6308 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
6309 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
6310 as the insn pattern to control how the insn is output.
6312 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
6313 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
6315 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
6317 @smallexample
6318 (define_peephole
6319   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
6320    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
6321         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
6322   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
6324   rtx xoperands[2];
6325   xoperands[1] = gen_rtx_REG (SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
6326 #ifdef MOTOROLA
6327   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
6328   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
6329   return "fmove.d (sp)+,%0";
6330 #else
6331   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
6332   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
6333   return "fmoved sp@@+,%0";
6334 #endif
6336 @end smallexample
6338 @need 1000
6339 The effect of this optimization is to change
6341 @smallexample
6342 @group
6343 jbsr _foobar
6344 addql #4,sp
6345 movel d1,sp@@-
6346 movel d0,sp@@-
6347 fmoved sp@@+,fp0
6348 @end group
6349 @end smallexample
6351 @noindent
6352 into
6354 @smallexample
6355 @group
6356 jbsr _foobar
6357 movel d1,sp@@
6358 movel d0,sp@@-
6359 fmoved sp@@+,fp0
6360 @end group
6361 @end smallexample
6363 @ignore
6364 @findex CC_REVERSED
6365 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
6366 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
6367 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
6368 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
6369 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
6370 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
6371 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
6372 and in this C code check the condition code status flags and change the
6373 assembler code as appropriate.
6374 @end ignore
6376 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
6377 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
6378 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
6379 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
6380 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
6381 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
6382 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
6383 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
6384 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
6386 @smallexample
6387 (define_insn "divmodsi4"
6388   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
6389         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
6390                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
6391    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
6392         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
6393   "TARGET_68020"
6394   "divsl%.l %2,%3:%0")
6395 @end smallexample
6397 @noindent
6398 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
6400 @smallexample
6401 (define_peephole
6402   [@dots{}
6403    (parallel
6404     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
6405           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
6406                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
6407      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
6408           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
6409    @dots{}]
6410   @dots{})
6411 @end smallexample
6413 @end ifset
6414 @ifset INTERNALS
6415 @node define_peephole2
6416 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
6417 @findex define_peephole2
6419 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
6420 substitute one sequence of instructions for another sequence,
6421 what additional scratch registers may be needed and what their
6422 lifetimes must be.
6424 @smallexample
6425 (define_peephole2
6426   [@var{insn-pattern-1}
6427    @var{insn-pattern-2}
6428    @dots{}]
6429   "@var{condition}"
6430   [@var{new-insn-pattern-1}
6431    @var{new-insn-pattern-2}
6432    @dots{}]
6433   "@var{preparation-statements}")
6434 @end smallexample
6436 The definition is almost identical to @code{define_split}
6437 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
6438 single instruction, but a sequence of instructions.
6440 It is possible to request additional scratch registers for use in the
6441 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
6442 will simply not match.
6444 @findex match_scratch
6445 @findex match_dup
6446 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
6447 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
6448 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
6449 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
6450 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
6451 at which the register must be available.
6453 Here is an example from the IA-32 machine description:
6455 @smallexample
6456 (define_peephole2
6457   [(match_scratch:SI 2 "r")
6458    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
6459                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
6460                      [(match_dup 0)
6461                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
6462               (clobber (reg:CC 17))])]
6463   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
6464   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
6465    (parallel [(set (match_dup 0)
6466                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
6467               (clobber (reg:CC 17))])]
6468   "")
6469 @end smallexample
6471 @noindent
6472 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
6473 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
6474 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
6475 to be live only at the point just before the arithmetic.
6477 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
6478 so here's a silly made-up example:
6480 @smallexample
6481 (define_peephole2
6482   [(match_scratch:SI 4 "r")
6483    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
6484    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
6485    (match_dup 4)
6486    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
6487   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
6488   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
6489    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
6490    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
6491    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
6492   "")
6493 @end smallexample
6495 @noindent
6496 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
6497 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
6498 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
6500 @end ifset
6501 @ifset INTERNALS
6502 @node Insn Attributes
6503 @section Instruction Attributes
6504 @cindex insn attributes
6505 @cindex instruction attributes
6507 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
6508 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
6509 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
6510 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
6511 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
6512 to track the condition codes.
6514 @menu
6515 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
6516 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
6517 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
6518 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
6519 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
6520 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
6521 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
6522 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
6523 @end menu
6525 @end ifset
6526 @ifset INTERNALS
6527 @node Defining Attributes
6528 @subsection Defining Attributes and their Values
6529 @cindex defining attributes and their values
6530 @cindex attributes, defining
6532 @findex define_attr
6533 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
6534 by the target machine.  It looks like:
6536 @smallexample
6537 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
6538 @end smallexample
6540 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
6542 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
6543 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
6544 indicate that the attribute takes numeric values.
6546 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
6547 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
6548 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
6549 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
6550 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
6552 @findex insn-attr.h
6553 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
6554 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
6555 specified for an attribute, the following are defined:
6557 @itemize @bullet
6558 @item
6559 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
6561 @item
6562 An enumerated class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
6563 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
6564 the attribute name and value are first converted to uppercase.
6566 @item
6567 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
6568 returns the attribute value for that insn.
6569 @end itemize
6571 For example, if the following is present in the @file{md} file:
6573 @smallexample
6574 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
6575 @end smallexample
6577 @noindent
6578 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
6580 @smallexample
6581 #define HAVE_ATTR_type
6582 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
6583                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
6584 extern enum attr_type get_attr_type ();
6585 @end smallexample
6587 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
6588 defined and the function to obtain the attribute's value will return
6589 @code{int}.
6591 @end ifset
6592 @ifset INTERNALS
6593 @node Expressions
6594 @subsection Attribute Expressions
6595 @cindex attribute expressions
6597 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
6598 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
6599 Attribute value expressions must have one of the following forms:
6601 @table @code
6602 @cindex @code{const_int} and attributes
6603 @item (const_int @var{i})
6604 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
6605 must be non-negative.
6607 The value of a numeric attribute can be specified either with a
6608 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
6609 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
6610 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
6611 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
6613 @cindex @code{const_string} and attributes
6614 @item (const_string @var{value})
6615 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
6616 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
6617 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
6618 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
6619 of a @code{define_attr}.
6621 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
6622 must be a string containing a non-negative integer (normally
6623 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
6624 contain one of the valid values for the attribute.
6626 @cindex @code{if_then_else} and attributes
6627 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
6628 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
6629 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
6630 otherwise it is @var{false-value}.
6632 @cindex @code{cond} and attributes
6633 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
6634 The first operand of this expression is a vector containing an even
6635 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
6636 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
6637 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
6638 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
6639 expression is that of the @var{default} expression.
6640 @end table
6642 @var{test} expressions can have one of the following forms:
6644 @table @code
6645 @cindex @code{const_int} and attribute tests
6646 @item (const_int @var{i})
6647 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
6649 @cindex @code{not} and attributes
6650 @cindex @code{ior} and attributes
6651 @cindex @code{and} and attributes
6652 @item (not @var{test})
6653 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
6654 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
6655 These tests are true if the indicated logical function is true.
6657 @cindex @code{match_operand} and attributes
6658 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
6659 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
6660 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
6661 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
6662 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
6663 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
6664 string).
6666 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
6668 @cindex @code{le} and attributes
6669 @cindex @code{leu} and attributes
6670 @cindex @code{lt} and attributes
6671 @cindex @code{gt} and attributes
6672 @cindex @code{gtu} and attributes
6673 @cindex @code{ge} and attributes
6674 @cindex @code{geu} and attributes
6675 @cindex @code{ne} and attributes
6676 @cindex @code{eq} and attributes
6677 @cindex @code{plus} and attributes
6678 @cindex @code{minus} and attributes
6679 @cindex @code{mult} and attributes
6680 @cindex @code{div} and attributes
6681 @cindex @code{mod} and attributes
6682 @cindex @code{abs} and attributes
6683 @cindex @code{neg} and attributes
6684 @cindex @code{ashift} and attributes
6685 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
6686 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
6687 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
6688 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
6689 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
6690 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
6691 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
6692 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
6693 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
6694 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
6695 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
6696 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
6697 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
6698 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
6699 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
6700 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
6701 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
6703 @findex get_attr
6704 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
6705 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
6706 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
6707 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
6708 variable.
6710 @findex eq_attr
6711 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
6712 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
6714 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
6715 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
6716 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
6717 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
6718 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
6719 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
6720 @emph{not} in the specified list.
6722 For example,
6724 @smallexample
6725 (eq_attr "type" "load,store")
6726 @end smallexample
6728 @noindent
6729 is equivalent to
6731 @smallexample
6732 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
6733 @end smallexample
6735 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
6736 value of the compiler variable @code{which_alternative}
6737 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
6738 example,
6740 @smallexample
6741 (eq_attr "alternative" "2,3")
6742 @end smallexample
6744 @noindent
6745 is equivalent to
6747 @smallexample
6748 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
6749      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
6750 @end smallexample
6752 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
6753 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
6754 a particular pattern.  This is by far the most common case.
6756 @findex attr_flag
6757 @item (attr_flag @var{name})
6758 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
6759 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
6760 scheduled.
6762 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
6763 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
6764 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
6765 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
6766 if a conditional branch is expected to be taken.
6768 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
6769 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
6771 This example describes a conditional branch delay slot which
6772 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
6773 for backward branches which are not taken (annul-false).
6775 @smallexample
6776 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
6777   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
6778    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
6779         (attr_flag "forward"))
6780    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
6781         (attr_flag "backward"))])
6782 @end smallexample
6784 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
6785 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
6787 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
6788 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
6789 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
6790 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
6792 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
6793 meaning to other passes of the compiler.
6795 @findex attr
6796 @item (attr @var{name})
6797 The value of another attribute is returned.  This is most useful
6798 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
6799 produce more efficient code for non-numeric attributes.
6800 @end table
6802 @end ifset
6803 @ifset INTERNALS
6804 @node Tagging Insns
6805 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
6806 @cindex tagging insns
6807 @cindex assigning attribute values to insns
6809 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
6810 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
6811 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
6812 have an optional last argument to specify the values of attributes for
6813 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
6814 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
6815 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
6816 permits the specification of the values for only one or two attributes
6817 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
6818 next section.
6820 The optional last argument of @code{define_insn} and
6821 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
6822 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
6823 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
6824 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
6825 second operand of the @code{set} is an attribute expression
6826 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
6828 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
6829 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
6830 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
6831 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
6832 each alternative.
6834 @findex set_attr
6835 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
6836 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
6837 specifying a string giving either a single attribute value or a list
6838 of attribute values, one for each alternative.
6840 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
6841 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
6843 @table @code
6844 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
6845 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
6846 or a string containing a comma-separated list giving the values for
6847 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
6848 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
6850 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
6851 which case the attribute will assume its default value for insns matching
6852 that alternative.
6854 @findex set_attr_alternative
6855 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
6856 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
6857 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
6858 tests on the @samp{alternative} attribute.
6860 @findex attr
6861 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
6862 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
6863 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
6864 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
6865 @end table
6867 The following shows three different ways of representing the same
6868 attribute value specification:
6870 @smallexample
6871 (set_attr "type" "load,store,arith")
6873 (set_attr_alternative "type"
6874                       [(const_string "load") (const_string "store")
6875                        (const_string "arith")])
6877 (set (attr "type")
6878      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
6879             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
6880            (const_string "arith")))
6881 @end smallexample
6883 @need 1000
6884 @findex define_asm_attributes
6885 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
6886 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
6887 statement.  It has the form:
6889 @smallexample
6890 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
6891 @end smallexample
6893 @noindent
6894 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
6895 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
6897 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
6898 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
6900 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
6901 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
6902 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
6903 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
6904 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
6905 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
6906 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
6907 of a single machine instruction.
6909 @end ifset
6910 @ifset INTERNALS
6911 @node Attr Example
6912 @subsection Example of Attribute Specifications
6913 @cindex attribute specifications example
6914 @cindex attribute specifications
6916 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
6917 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
6918 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
6919 value.  This attribute is normally used only to define the default value
6920 for other attributes.  An example will clarify this usage.
6922 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
6923 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
6924 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
6925 operations, floating point operations, and branches.
6927 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
6928 the condition code and will limit ourselves to the following possible
6929 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
6930 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
6931 changed if the item previously set into the condition code has been
6932 modified.
6934 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
6936 @smallexample
6937 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
6939 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
6940              (cond [(eq_attr "type" "load")
6941                         (const_string "change0")
6942                     (eq_attr "type" "store,branch")
6943                         (const_string "unchanged")
6944                     (eq_attr "type" "arith")
6945                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
6946                                       (const_string "set")
6947                                       (const_string "clobber"))]
6948                    (const_string "clobber")))
6950 (define_insn ""
6951   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
6952         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
6953   ""
6954   "@@
6955    move %0,%1
6956    load %0,%1
6957    store %0,%1"
6958   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
6959 @end smallexample
6961 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
6962 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
6963 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
6964 full-word result.
6966 @end ifset
6967 @ifset INTERNALS
6968 @node Insn Lengths
6969 @subsection Computing the Length of an Insn
6970 @cindex insn lengths, computing
6971 @cindex computing the length of an insn
6973 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
6974 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
6975 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
6976 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @code{length}
6977 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
6978 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
6980 In the case of the @code{length} attribute, two additional forms of
6981 arithmetic terms are allowed in test expressions:
6983 @table @code
6984 @cindex @code{match_dup} and attributes
6985 @item (match_dup @var{n})
6986 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
6987 must be a @code{label_ref}.
6989 @cindex @code{pc} and attributes
6990 @item (pc)
6991 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
6992 been more consistent with other usage to make this the address of the
6993 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
6994 current insn is to be computed.
6995 @end table
6997 @cindex @code{addr_vec}, length of
6998 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
6999 For normal insns, the length will be determined by value of the
7000 @code{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
7001 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
7002 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
7004 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
7006 The following macros can be used to refine the length computation:
7008 @table @code
7009 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
7010 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
7011 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
7012 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
7013 that contains the initially computed length of the insn and should be
7014 updated with the correct length of the insn.
7016 This macro will normally not be required.  A case in which it is
7017 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
7018 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
7019 may be required.
7020 @end table
7022 @findex get_attr_length
7023 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
7024 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
7025 determine the form of the branch instruction to be written, as the
7026 example below illustrates.
7028 As an example of the specification of variable-length branches, consider
7029 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
7030 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
7031 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
7032 sequence to load the address from memory and then branch to it.
7034 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
7035 as follows:
7037 @smallexample
7038 (define_insn "jump"
7039   [(set (pc)
7040         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
7041   ""
7043    return (get_attr_length (insn) == 4
7044            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
7046   [(set (attr "length")
7047         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
7048                       (const_int 4)
7049                       (const_int 6)))])
7050 @end smallexample
7052 @end ifset
7053 @ifset INTERNALS
7054 @node Constant Attributes
7055 @subsection Constant Attributes
7056 @cindex constant attributes
7058 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
7059 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
7060 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
7061 used to specify which variety of processor is used.  For example,
7063 @smallexample
7064 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
7065  (const
7066   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
7067          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
7068         (const_string "m88000"))))
7070 (define_attr "memory" "fast,slow"
7071  (const
7072   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
7073                 (const_string "fast")
7074                 (const_string "slow"))))
7075 @end smallexample
7077 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
7078 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
7079 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
7080 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
7081 forms involving insn attributes.
7083 @end ifset
7084 @ifset INTERNALS
7085 @node Delay Slots
7086 @subsection Delay Slot Scheduling
7087 @cindex delay slots, defining
7089 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
7090 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
7091 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
7092 after the instruction are executed as if they were located before it.
7093 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
7094 the following instruction before the branch or call is performed.
7096 On some machines, conditional branch instructions can optionally
7097 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
7098 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
7099 instructions that annul if the branch is true and instructions that
7100 annul if the branch is false are supported.
7102 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
7103 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
7104 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
7105 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
7106 instruction scheduling.
7108 @findex define_delay
7109 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
7110 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
7112 @smallexample
7113 (define_delay @var{test}
7114               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
7115                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
7116                @dots{}])
7117 @end smallexample
7119 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
7120 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
7121 required delay slots is determined by the length of the vector specified
7122 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
7123 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
7124 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
7125 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
7126 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
7127 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
7129 For example, in the common case where branch and call insns require
7130 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
7131 call, the following would be placed in the @file{md} file:
7133 @smallexample
7134 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
7135               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
7136 @end smallexample
7138 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
7139 case, each such expression specifies different delay slot requirements
7140 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
7141 expressions are both true.
7143 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
7144 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
7145 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
7146 branch is true, we might represent this as follows:
7148 @smallexample
7149 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
7150    [(eq_attr "type" "!branch,call")
7151     (eq_attr "type" "!branch,call")
7152     (nil)])
7154 (define_delay (eq_attr "type" "call")
7155               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
7156                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
7157 @end smallexample
7158 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
7160 @end ifset
7161 @ifset INTERNALS
7162 @node Processor pipeline description
7163 @subsection Specifying processor pipeline description
7164 @cindex processor pipeline description
7165 @cindex processor functional units
7166 @cindex instruction latency time
7167 @cindex interlock delays
7168 @cindex data dependence delays
7169 @cindex reservation delays
7170 @cindex pipeline hazard recognizer
7171 @cindex automaton based pipeline description
7172 @cindex regular expressions
7173 @cindex deterministic finite state automaton
7174 @cindex automaton based scheduler
7175 @cindex RISC
7176 @cindex VLIW
7178 To achieve better performance, most modern processors
7179 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
7180 processors) have many @dfn{functional units} on which several
7181 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
7182 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
7183 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
7184 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
7185 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g.@: for some
7186 MIPS processors).
7188 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
7189 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
7190 latency time}.  The instruction execution is not started until all
7191 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
7192 complex cases when the instruction execution starts even when the data
7193 are not available but will be ready in given time after the
7194 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
7195 account is simple.  The data dependence (true, output, and
7196 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
7197 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
7198 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
7199 means that two instructions under execution will be in need of shared
7200 processors resources, i.e.@: buses, internal registers, and/or
7201 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
7202 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
7203 processors.
7205 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
7206 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
7207 instruction scheduler has to have an adequate description of the
7208 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  GCC
7209 machine descriptions describe processor parallelism and functional
7210 unit reservations for groups of instructions with the aid of
7211 @dfn{regular expressions}.
7213 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
7214 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
7215 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
7216 automatically generated from the processor pipeline description.  The
7217 pipeline hazard recognizer generated from the machine description
7218 is based on a deterministic finite state automaton (@acronym{DFA}):
7219 the instruction issue is possible if there is a transition from one
7220 automaton state to another one.  This algorithm is very fast, and
7221 furthermore, its speed is not dependent on processor
7222 complexity@footnote{However, the size of the automaton depends on
7223   processor complexity.  To limit this effect, machine descriptions
7224   can split orthogonal parts of the machine description among several
7225   automata: but then, since each of these must be stepped independently,
7226   this does cause a small decrease in the algorithm's performance.}.
7228 @cindex automaton based pipeline description
7229 The rest of this section describes the directives that constitute
7230 an automaton-based processor pipeline description.  The order of
7231 these constructions within the machine description file is not
7232 important.
7234 @findex define_automaton
7235 @cindex pipeline hazard recognizer
7236 The following optional construction describes names of automata
7237 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
7238 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
7239 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
7240 units to the automata, the total size of the automata is usually
7241 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
7242 construction, only one finite state automaton is generated.
7244 @smallexample
7245 (define_automaton @var{automata-names})
7246 @end smallexample
7248 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
7249 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
7250 The automaton name is used in the constructions @code{define_cpu_unit} and
7251 @code{define_query_cpu_unit}.
7253 @findex define_cpu_unit
7254 @cindex processor functional units
7255 Each processor functional unit used in the description of instruction
7256 reservations should be described by the following construction.
7258 @smallexample
7259 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
7260 @end smallexample
7262 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
7263 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
7264 for other goals.
7266 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
7267 which the unit is bound.  The automaton should be described in
7268 construction @code{define_automaton}.  You should give
7269 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
7271 The assignment of units to automata are constrained by the uses of the
7272 units in insn reservations.  The most important constraint is: if a
7273 unit reservation is present on a particular cycle of an alternative
7274 for an insn reservation, then some unit from the same automaton must
7275 be present on the same cycle for the other alternatives of the insn
7276 reservation.  The rest of the constraints are mentioned in the
7277 description of the subsequent constructions.
7279 @findex define_query_cpu_unit
7280 @cindex querying function unit reservations
7281 The following construction describes CPU functional units analogously
7282 to @code{define_cpu_unit}.  The reservation of such units can be
7283 queried for an automaton state.  The instruction scheduler never
7284 queries reservation of functional units for given automaton state.  So
7285 as a rule, you don't need this construction.  This construction could
7286 be used for future code generation goals (e.g.@: to generate
7287 @acronym{VLIW} insn templates).
7289 @smallexample
7290 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
7291 @end smallexample
7293 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
7294 separated by commas.
7296 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
7297 which the unit is bound.
7299 @findex define_insn_reservation
7300 @cindex instruction latency time
7301 @cindex regular expressions
7302 @cindex data bypass
7303 The following construction is the major one to describe pipeline
7304 characteristics of an instruction.
7306 @smallexample
7307 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
7308                          @var{condition} @var{regexp})
7309 @end smallexample
7311 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
7312 instruction.  There is an important difference between the old
7313 description and the automaton based pipeline description.  The latency
7314 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
7315 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
7316 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
7317 zero and the cost of output dependencies is the difference between
7318 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
7319 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
7320 change the default costs for any description by using the target hook
7321 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
7323 @var{insn-name} is a string giving the internal name of the insn.  The
7324 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
7325 the automaton description file generated for debugging.  The internal
7326 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
7327 good practice to use insn classes described in the processor manual.
7329 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
7330 construction.  You should remember that you will be in trouble if
7331 @var{condition} for two or more different
7332 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
7333 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
7334 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
7335 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
7336 the same value is quite difficult (especially if the conditions
7337 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
7338 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
7339 recognizer considerably.
7341 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
7342 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
7343 expression according to the following syntax:
7345 @smallexample
7346        regexp = regexp "," oneof
7347               | oneof
7349        oneof = oneof "|" allof
7350              | allof
7352        allof = allof "+" repeat
7353              | repeat
7355        repeat = element "*" number
7356               | element
7358        element = cpu_function_unit_name
7359                | reservation_name
7360                | result_name
7361                | "nothing"
7362                | "(" regexp ")"
7363 @end smallexample
7365 @itemize @bullet
7366 @item
7367 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
7368 the reservation.
7370 @item
7371 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
7372 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
7373 regular expression @strong{or} etc.
7375 @item
7376 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
7377 regular expression @strong{and} a reservation described by the
7378 second regular expression @strong{and} etc.
7380 @item
7381 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
7382 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
7383 advancing (see @samp{,}).
7385 @item
7386 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
7387 functional unit.
7389 @item
7390 @samp{reservation_name} --- see description of construction
7391 @samp{define_reservation}.
7393 @item
7394 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
7395 @end itemize
7397 @findex define_reservation
7398 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
7399 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
7400 the common part by the following construction
7402 @smallexample
7403 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
7404 @end smallexample
7406 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
7407 Functional unit names and reservation names are in the same name
7408 space.  So the reservation names should be different from the
7409 functional unit names and can not be the reserved name @samp{nothing}.
7411 @findex define_bypass
7412 @cindex instruction latency time
7413 @cindex data bypass
7414 The following construction is used to describe exceptions in the
7415 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
7417 @smallexample
7418 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
7419                [@var{guard}])
7420 @end smallexample
7422 @var{number} defines when the result generated by the instructions
7423 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
7424 instructions given in string @var{in_insn_names}.  The instructions in
7425 the string are separated by commas.
7427 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
7428 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
7429 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
7430 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
7431 recognize complicated bypasses, e.g.@: when the consumer is only an address
7432 of insn @samp{store} (not a stored value).
7434 @findex exclusion_set
7435 @findex presence_set
7436 @findex final_presence_set
7437 @findex absence_set
7438 @findex final_absence_set
7439 @cindex VLIW
7440 @cindex RISC
7441 The following five constructions are usually used to describe
7442 @acronym{VLIW} processors, or more precisely, to describe a placement
7443 of small instructions into @acronym{VLIW} instruction slots.  They
7444 can be used for @acronym{RISC} processors, too.
7446 @smallexample
7447 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
7448 (presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7449 (final_presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7450 (absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7451 (final_absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7452 @end smallexample
7454 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
7455 separated by commas.
7457 @var{patterns} is a string giving patterns of functional units
7458 separated by comma.  Currently pattern is one unit or units
7459 separated by white-spaces.
7461 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
7462 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
7463 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
7464 example, the construction is useful for describing processors
7465 (e.g.@: some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
7466 functional unit which can execute simultaneously only single floating
7467 point insns or only double floating point insns.
7469 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
7470 functional unit in the first string can not be reserved unless at
7471 least one of pattern of units whose names are in the second string is
7472 reserved.  This is an asymmetric relation.  For example, it is useful
7473 for description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
7474 @samp{slot0} reservation.  We could describe it by the following
7475 construction
7477 @smallexample
7478 (presence_set "slot1" "slot0")
7479 @end smallexample
7481 Or @samp{slot1} is reserved only after @samp{slot0} and unit @samp{b0}
7482 reservation.  In this case we could write
7484 @smallexample
7485 (presence_set "slot1" "slot0 b0")
7486 @end smallexample
7488 The third construction (@samp{final_presence_set}) is analogous to
7489 @samp{presence_set}.  The difference between them is when checking is
7490 done.  When an instruction is issued in given automaton state
7491 reflecting all current and planned unit reservations, the automaton
7492 state is changed.  The first state is a source state, the second one
7493 is a result state.  Checking for @samp{presence_set} is done on the
7494 source state reservation, checking for @samp{final_presence_set} is
7495 done on the result reservation.  This construction is useful to
7496 describe a reservation which is actually two subsequent reservations.
7497 For example, if we use
7499 @smallexample
7500 (presence_set "slot1" "slot0")
7501 @end smallexample
7503 the following insn will be never issued (because @samp{slot1} requires
7504 @samp{slot0} which is absent in the source state).
7506 @smallexample
7507 (define_reservation "insn_and_nop" "slot0 + slot1")
7508 @end smallexample
7510 but it can be issued if we use analogous @samp{final_presence_set}.
7512 The forth construction (@samp{absence_set}) means that each functional
7513 unit in the first string can be reserved only if each pattern of units
7514 whose names are in the second string is not reserved.  This is an
7515 asymmetric relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to
7516 this one but it is symmetric).  For example it might be useful in a 
7517 @acronym{VLIW} description to say that @samp{slot0} cannot be reserved
7518 after either @samp{slot1} or @samp{slot2} have been reserved.  This
7519 can be described as:
7521 @smallexample
7522 (absence_set "slot0" "slot1, slot2")
7523 @end smallexample
7525 Or @samp{slot2} can not be reserved if @samp{slot0} and unit @samp{b0}
7526 are reserved or @samp{slot1} and unit @samp{b1} are reserved.  In
7527 this case we could write
7529 @smallexample
7530 (absence_set "slot2" "slot0 b0, slot1 b1")
7531 @end smallexample
7533 All functional units mentioned in a set should belong to the same
7534 automaton.
7536 The last construction (@samp{final_absence_set}) is analogous to
7537 @samp{absence_set} but checking is done on the result (state)
7538 reservation.  See comments for @samp{final_presence_set}.
7540 @findex automata_option
7541 @cindex deterministic finite state automaton
7542 @cindex nondeterministic finite state automaton
7543 @cindex finite state automaton minimization
7544 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
7545 the following construction.
7547 @smallexample
7548 (automata_option @var{options})
7549 @end smallexample
7551 @var{options} is a string giving options which affect the generated
7552 code.  Currently there are the following options:
7554 @itemize @bullet
7555 @item
7556 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
7557 only worth to do when we are debugging the description and need to
7558 look more accurately at reservations of states.
7560 @item
7561 @dfn{time} means printing time statistics about the generation of
7562 automata.
7564 @item
7565 @dfn{stats} means printing statistics about the generated automata
7566 such as the number of DFA states, NDFA states and arcs.
7568 @item
7569 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
7570 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
7571 verification and debugging.
7573 @item
7574 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
7575 non-critical errors.
7577 @item
7578 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
7579 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
7580 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
7581 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
7582 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
7583 may be rejected by reservations in the subsequent insns.
7585 @item
7586 @dfn{progress} means output of a progress bar showing how many states
7587 were generated so far for automaton being processed.  This is useful
7588 during debugging a @acronym{DFA} description.  If you see too many
7589 generated states, you could interrupt the generator of the pipeline
7590 hazard recognizer and try to figure out a reason for generation of the
7591 huge automaton.
7592 @end itemize
7594 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
7595 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
7596 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
7597 the following functional units.
7599 @smallexample
7600 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
7601 (define_cpu_unit "port0, port1")
7602 @end smallexample
7604 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
7605 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
7606 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
7607 are issued into the second pipeline.  Integer division and
7608 multiplication insns can be executed only in the second integer
7609 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
7610 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e.@: the subsequent
7611 integer division insn can not be issued until the current division
7612 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
7613 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
7614 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
7615 incurred.  To describe all of this we could specify
7617 @smallexample
7618 (define_cpu_unit "div")
7620 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
7621                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
7623 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "type" "mult")
7624                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
7626 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "type" "div")
7627                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
7629 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "type" "float")
7630                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
7632 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
7633 @end smallexample
7635 To simplify the description we could describe the following reservation
7637 @smallexample
7638 (define_reservation "finish" "port0|port1")
7639 @end smallexample
7641 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
7642 construction
7644 @smallexample
7645 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
7646                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
7647 @end smallexample
7650 @end ifset
7651 @ifset INTERNALS
7652 @node Conditional Execution
7653 @section Conditional Execution
7654 @cindex conditional execution
7655 @cindex predication
7657 A number of architectures provide for some form of conditional
7658 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
7659 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
7660 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
7661 can be quite tedious to describe these forms directly in the
7662 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
7664 @findex define_cond_exec
7665 @smallexample
7666 (define_cond_exec
7667   [@var{predicate-pattern}]
7668   "@var{condition}"
7669   "@var{output-template}")
7670 @end smallexample
7672 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
7673 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
7674 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
7675 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
7676 alternative.
7678 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
7679 pattern to match.
7681 @findex current_insn_predicate
7682 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
7683 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
7684 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
7685 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
7686 In order to handle the general case, there is a global variable
7687 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
7688 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
7690 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
7691 the @code{predicable} instruction attribute is made.
7692 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be boolean (i.e.@: have
7693 exactly two elements in its @var{list-of-values}).  Further, it must
7694 not be used with complex expressions.  That is, the default and all
7695 uses in the insns must be a simple constant, not dependent on the
7696 alternative or anything else.
7698 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
7699 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
7700 generated that matches a predicated version of the instruction.
7701 For example,
7703 @smallexample
7704 (define_insn "addsi"
7705   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
7706         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
7707                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
7708   "@var{test1}"
7709   "add %2,%1,%0")
7711 (define_cond_exec
7712   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
7713        (const_int 0))]
7714   "@var{test2}"
7715   "(%0)")
7716 @end smallexample
7718 @noindent
7719 generates a new pattern
7721 @smallexample
7722 (define_insn ""
7723   [(cond_exec
7724      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
7725      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
7726           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
7727                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
7728   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
7729   "(%3) add %2,%1,%0")
7730 @end smallexample
7732 @end ifset
7733 @ifset INTERNALS
7734 @node Constant Definitions
7735 @section Constant Definitions
7736 @cindex constant definitions
7737 @findex define_constants
7739 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
7740 can be a maintenance problem.
7742 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
7743 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
7744 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
7745 if the corresponding value had been written instead.  You may use
7746 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
7747 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
7748 a different value.
7750 To come back to the a29k load multiple example, instead of
7752 @smallexample
7753 (define_insn ""
7754   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
7755      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
7756            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
7757       (use (reg:SI 179))
7758       (clobber (reg:SI 179))])]
7759   ""
7760   "loadm 0,0,%1,%2")
7761 @end smallexample
7763 You could write:
7765 @smallexample
7766 (define_constants [
7767     (R_BP 177)
7768     (R_FC 178)
7769     (R_CR 179)
7770     (R_Q  180)
7773 (define_insn ""
7774   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
7775      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
7776            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
7777       (use (reg:SI R_CR))
7778       (clobber (reg:SI R_CR))])]
7779   ""
7780   "loadm 0,0,%1,%2")
7781 @end smallexample
7783 The constants that are defined with a define_constant are also output
7784 in the insn-codes.h header file as #defines.
7785 @end ifset
7786 @ifset INTERNALS
7787 @node Iterators
7788 @section Iterators
7789 @cindex iterators in @file{.md} files
7791 Ports often need to define similar patterns for more than one machine
7792 mode or for more than one rtx code.  GCC provides some simple iterator
7793 facilities to make this process easier.
7795 @menu
7796 * Mode Iterators::         Generating variations of patterns for different modes.
7797 * Code Iterators::         Doing the same for codes.
7798 @end menu
7800 @node Mode Iterators
7801 @subsection Mode Iterators
7802 @cindex mode iterators in @file{.md} files
7804 Ports often need to define similar patterns for two or more different modes.
7805 For example:
7807 @itemize @bullet
7808 @item
7809 If a processor has hardware support for both single and double
7810 floating-point arithmetic, the @code{SFmode} patterns tend to be
7811 very similar to the @code{DFmode} ones.
7813 @item
7814 If a port uses @code{SImode} pointers in one configuration and
7815 @code{DImode} pointers in another, it will usually have very similar
7816 @code{SImode} and @code{DImode} patterns for manipulating pointers.
7817 @end itemize
7819 Mode iterators allow several patterns to be instantiated from one
7820 @file{.md} file template.  They can be used with any type of
7821 rtx-based construct, such as a @code{define_insn},
7822 @code{define_split}, or @code{define_peephole2}.
7824 @menu
7825 * Defining Mode Iterators:: Defining a new mode iterator.
7826 * Substitutions::           Combining mode iterators with substitutions
7827 * Examples::                Examples
7828 @end menu
7830 @node Defining Mode Iterators
7831 @subsubsection Defining Mode Iterators
7832 @findex define_mode_iterator
7834 The syntax for defining a mode iterator is:
7836 @smallexample
7837 (define_mode_iterator @var{name} [(@var{mode1} "@var{cond1}") ... (@var{moden} "@var{condn}")])
7838 @end smallexample
7840 This allows subsequent @file{.md} file constructs to use the mode suffix
7841 @code{:@var{name}}.  Every construct that does so will be expanded
7842 @var{n} times, once with every use of @code{:@var{name}} replaced by
7843 @code{:@var{mode1}}, once with every use replaced by @code{:@var{mode2}},
7844 and so on.  In the expansion for a particular @var{modei}, every
7845 C condition will also require that @var{condi} be true.
7847 For example:
7849 @smallexample
7850 (define_mode_iterator P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
7851 @end smallexample
7853 defines a new mode suffix @code{:P}.  Every construct that uses
7854 @code{:P} will be expanded twice, once with every @code{:P} replaced
7855 by @code{:SI} and once with every @code{:P} replaced by @code{:DI}.
7856 The @code{:SI} version will only apply if @code{Pmode == SImode} and
7857 the @code{:DI} version will only apply if @code{Pmode == DImode}.
7859 As with other @file{.md} conditions, an empty string is treated
7860 as ``always true''.  @code{(@var{mode} "")} can also be abbreviated
7861 to @code{@var{mode}}.  For example:
7863 @smallexample
7864 (define_mode_iterator GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
7865 @end smallexample
7867 means that the @code{:DI} expansion only applies if @code{TARGET_64BIT}
7868 but that the @code{:SI} expansion has no such constraint.
7870 Iterators are applied in the order they are defined.  This can be
7871 significant if two iterators are used in a construct that requires
7872 substitutions.  @xref{Substitutions}.
7874 @node Substitutions
7875 @subsubsection Substitution in Mode Iterators
7876 @findex define_mode_attr
7878 If an @file{.md} file construct uses mode iterators, each version of the
7879 construct will often need slightly different strings or modes.  For
7880 example:
7882 @itemize @bullet
7883 @item
7884 When a @code{define_expand} defines several @code{add@var{m}3} patterns
7885 (@pxref{Standard Names}), each expander will need to use the
7886 appropriate mode name for @var{m}.
7888 @item
7889 When a @code{define_insn} defines several instruction patterns,
7890 each instruction will often use a different assembler mnemonic.
7892 @item
7893 When a @code{define_insn} requires operands with different modes,
7894 using an iterator for one of the operand modes usually requires a specific
7895 mode for the other operand(s).
7896 @end itemize
7898 GCC supports such variations through a system of ``mode attributes''.
7899 There are two standard attributes: @code{mode}, which is the name of
7900 the mode in lower case, and @code{MODE}, which is the same thing in
7901 upper case.  You can define other attributes using:
7903 @smallexample
7904 (define_mode_attr @var{name} [(@var{mode1} "@var{value1}") ... (@var{moden} "@var{valuen}")])
7905 @end smallexample
7907 where @var{name} is the name of the attribute and @var{valuei}
7908 is the value associated with @var{modei}.
7910 When GCC replaces some @var{:iterator} with @var{:mode}, it will scan
7911 each string and mode in the pattern for sequences of the form
7912 @code{<@var{iterator}:@var{attr}>}, where @var{attr} is the name of a
7913 mode attribute.  If the attribute is defined for @var{mode}, the whole
7914 @code{<...>} sequence will be replaced by the appropriate attribute
7915 value.
7917 For example, suppose an @file{.md} file has:
7919 @smallexample
7920 (define_mode_iterator P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
7921 (define_mode_attr load [(SI "lw") (DI "ld")])
7922 @end smallexample
7924 If one of the patterns that uses @code{:P} contains the string
7925 @code{"<P:load>\t%0,%1"}, the @code{SI} version of that pattern
7926 will use @code{"lw\t%0,%1"} and the @code{DI} version will use
7927 @code{"ld\t%0,%1"}.
7929 Here is an example of using an attribute for a mode:
7931 @smallexample
7932 (define_mode_iterator LONG [SI DI])
7933 (define_mode_attr SHORT [(SI "HI") (DI "SI")])
7934 (define_insn ...
7935   (sign_extend:LONG (match_operand:<LONG:SHORT> ...)) ...)
7936 @end smallexample
7938 The @code{@var{iterator}:} prefix may be omitted, in which case the
7939 substitution will be attempted for every iterator expansion.
7941 @node Examples
7942 @subsubsection Mode Iterator Examples
7944 Here is an example from the MIPS port.  It defines the following
7945 modes and attributes (among others):
7947 @smallexample
7948 (define_mode_iterator GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
7949 (define_mode_attr d [(SI "") (DI "d")])
7950 @end smallexample
7952 and uses the following template to define both @code{subsi3}
7953 and @code{subdi3}:
7955 @smallexample
7956 (define_insn "sub<mode>3"
7957   [(set (match_operand:GPR 0 "register_operand" "=d")
7958         (minus:GPR (match_operand:GPR 1 "register_operand" "d")
7959                    (match_operand:GPR 2 "register_operand" "d")))]
7960   ""
7961   "<d>subu\t%0,%1,%2"
7962   [(set_attr "type" "arith")
7963    (set_attr "mode" "<MODE>")])
7964 @end smallexample
7966 This is exactly equivalent to:
7968 @smallexample
7969 (define_insn "subsi3"
7970   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=d")
7971         (minus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "d")
7972                   (match_operand:SI 2 "register_operand" "d")))]
7973   ""
7974   "subu\t%0,%1,%2"
7975   [(set_attr "type" "arith")
7976    (set_attr "mode" "SI")])
7978 (define_insn "subdi3"
7979   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
7980         (minus:DI (match_operand:DI 1 "register_operand" "d")
7981                   (match_operand:DI 2 "register_operand" "d")))]
7982   ""
7983   "dsubu\t%0,%1,%2"
7984   [(set_attr "type" "arith")
7985    (set_attr "mode" "DI")])
7986 @end smallexample
7988 @node Code Iterators
7989 @subsection Code Iterators
7990 @cindex code iterators in @file{.md} files
7991 @findex define_code_iterator
7992 @findex define_code_attr
7994 Code iterators operate in a similar way to mode iterators.  @xref{Mode Iterators}.
7996 The construct:
7998 @smallexample
7999 (define_code_iterator @var{name} [(@var{code1} "@var{cond1}") ... (@var{coden} "@var{condn}")])
8000 @end smallexample
8002 defines a pseudo rtx code @var{name} that can be instantiated as
8003 @var{codei} if condition @var{condi} is true.  Each @var{codei}
8004 must have the same rtx format.  @xref{RTL Classes}.
8006 As with mode iterators, each pattern that uses @var{name} will be
8007 expanded @var{n} times, once with all uses of @var{name} replaced by
8008 @var{code1}, once with all uses replaced by @var{code2}, and so on.
8009 @xref{Defining Mode Iterators}.
8011 It is possible to define attributes for codes as well as for modes.
8012 There are two standard code attributes: @code{code}, the name of the
8013 code in lower case, and @code{CODE}, the name of the code in upper case.
8014 Other attributes are defined using:
8016 @smallexample
8017 (define_code_attr @var{name} [(@var{code1} "@var{value1}") ... (@var{coden} "@var{valuen}")])
8018 @end smallexample
8020 Here's an example of code iterators in action, taken from the MIPS port:
8022 @smallexample
8023 (define_code_iterator any_cond [unordered ordered unlt unge uneq ltgt unle ungt
8024                                 eq ne gt ge lt le gtu geu ltu leu])
8026 (define_expand "b<code>"
8027   [(set (pc)
8028         (if_then_else (any_cond:CC (cc0)
8029                                    (const_int 0))
8030                       (label_ref (match_operand 0 ""))
8031                       (pc)))]
8032   ""
8034   gen_conditional_branch (operands, <CODE>);
8035   DONE;
8037 @end smallexample
8039 This is equivalent to:
8041 @smallexample
8042 (define_expand "bunordered"
8043   [(set (pc)
8044         (if_then_else (unordered:CC (cc0)
8045                                     (const_int 0))
8046                       (label_ref (match_operand 0 ""))
8047                       (pc)))]
8048   ""
8050   gen_conditional_branch (operands, UNORDERED);
8051   DONE;
8054 (define_expand "bordered"
8055   [(set (pc)
8056         (if_then_else (ordered:CC (cc0)
8057                                   (const_int 0))
8058                       (label_ref (match_operand 0 ""))
8059                       (pc)))]
8060   ""
8062   gen_conditional_branch (operands, ORDERED);
8063   DONE;
8067 @end smallexample
8069 @end ifset