2017-02-17 Vladimir Makarov <vmakarov@redhat.com>
[official-gcc.git] / gcc / doc / md.texi
blob3f710740b220f01e13dc031d4b02eb800805150c
1 @c Copyright (C) 1988-2017 Free Software Foundation, Inc.
2 @c This is part of the GCC manual.
3 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
5 @ifset INTERNALS
6 @node Machine Desc
7 @chapter Machine Descriptions
8 @cindex machine descriptions
10 A machine description has two parts: a file of instruction patterns
11 (@file{.md} file) and a C header file of macro definitions.
13 The @file{.md} file for a target machine contains a pattern for each
14 instruction that the target machine supports (or at least each instruction
15 that is worth telling the compiler about).  It may also contain comments.
16 A semicolon causes the rest of the line to be a comment, unless the semicolon
17 is inside a quoted string.
19 See the next chapter for information on the C header file.
21 @menu
22 * Overview::            How the machine description is used.
23 * Patterns::            How to write instruction patterns.
24 * Example::             An explained example of a @code{define_insn} pattern.
25 * RTL Template::        The RTL template defines what insns match a pattern.
26 * Output Template::     The output template says how to make assembler code
27                         from such an insn.
28 * Output Statement::    For more generality, write C code to output
29                         the assembler code.
30 * Predicates::          Controlling what kinds of operands can be used
31                         for an insn.
32 * Constraints::         Fine-tuning operand selection.
33 * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
34 * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
35 * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
36 * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
37 * Looping Patterns::    How to define patterns for special looping insns.
38 * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
39 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
40                         for a standard operation.
41 * Insn Splitting::      Splitting Instructions into Multiple Instructions.
42 * Including Patterns::  Including Patterns in Machine Descriptions.
43 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
44 * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
45 * Conditional Execution::Generating @code{define_insn} patterns for
46                          predication.
47 * Define Subst::        Generating @code{define_insn} and @code{define_expand}
48                         patterns from other patterns.
49 * Constant Definitions::Defining symbolic constants that can be used in the
50                         md file.
51 * Iterators::           Using iterators to generate patterns from a template.
52 @end menu
54 @node Overview
55 @section Overview of How the Machine Description is Used
57 There are three main conversions that happen in the compiler:
59 @enumerate
61 @item
62 The front end reads the source code and builds a parse tree.
64 @item
65 The parse tree is used to generate an RTL insn list based on named
66 instruction patterns.
68 @item
69 The insn list is matched against the RTL templates to produce assembler
70 code.
72 @end enumerate
74 For the generate pass, only the names of the insns matter, from either a
75 named @code{define_insn} or a @code{define_expand}.  The compiler will
76 choose the pattern with the right name and apply the operands according
77 to the documentation later in this chapter, without regard for the RTL
78 template or operand constraints.  Note that the names the compiler looks
79 for are hard-coded in the compiler---it will ignore unnamed patterns and
80 patterns with names it doesn't know about, but if you don't provide a
81 named pattern it needs, it will abort.
83 If a @code{define_insn} is used, the template given is inserted into the
84 insn list.  If a @code{define_expand} is used, one of three things
85 happens, based on the condition logic.  The condition logic may manually
86 create new insns for the insn list, say via @code{emit_insn()}, and
87 invoke @code{DONE}.  For certain named patterns, it may invoke @code{FAIL} to tell the
88 compiler to use an alternate way of performing that task.  If it invokes
89 neither @code{DONE} nor @code{FAIL}, the template given in the pattern
90 is inserted, as if the @code{define_expand} were a @code{define_insn}.
92 Once the insn list is generated, various optimization passes convert,
93 replace, and rearrange the insns in the insn list.  This is where the
94 @code{define_split} and @code{define_peephole} patterns get used, for
95 example.
97 Finally, the insn list's RTL is matched up with the RTL templates in the
98 @code{define_insn} patterns, and those patterns are used to emit the
99 final assembly code.  For this purpose, each named @code{define_insn}
100 acts like it's unnamed, since the names are ignored.
102 @node Patterns
103 @section Everything about Instruction Patterns
104 @cindex patterns
105 @cindex instruction patterns
107 @findex define_insn
108 A @code{define_insn} expression is used to define instruction patterns
109 to which insns may be matched.  A @code{define_insn} expression contains
110 an incomplete RTL expression, with pieces to be filled in later, operand
111 constraints that restrict how the pieces can be filled in, and an output
112 template or C code to generate the assembler output.
114 A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
116 @enumerate
117 @item
118 An optional name.  The presence of a name indicate that this instruction
119 pattern can perform a certain standard job for the RTL-generation
120 pass of the compiler.  This pass knows certain names and will use
121 the instruction patterns with those names, if the names are defined
122 in the machine description.
124 The absence of a name is indicated by writing an empty string
125 where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
126 used for generating RTL code, but they may permit several simpler insns
127 to be combined later on.
129 Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
130 effect; they are equivalent to no name at all.
132 For the purpose of debugging the compiler, you may also specify a
133 name beginning with the @samp{*} character.  Such a name is used only
134 for identifying the instruction in RTL dumps; it is equivalent to having
135 a nameless pattern for all other purposes.  Names beginning with the
136 @samp{*} character are not required to be unique.
138 @item
139 The @dfn{RTL template}: This is a vector of incomplete RTL expressions
140 which describe the semantics of the instruction (@pxref{RTL Template}).
141 It is incomplete because it may contain @code{match_operand},
142 @code{match_operator}, and @code{match_dup} expressions that stand for
143 operands of the instruction.
145 If the vector has multiple elements, the RTL template is treated as a
146 @code{parallel} expression.
148 @item
149 @cindex pattern conditions
150 @cindex conditions, in patterns
151 The condition: This is a string which contains a C expression.  When the
152 compiler attempts to match RTL against a pattern, the condition is
153 evaluated.  If the condition evaluates to @code{true}, the match is
154 permitted.  The condition may be an empty string, which is treated
155 as always @code{true}.
157 @cindex named patterns and conditions
158 For a named pattern, the condition may not depend on the data in the
159 insn being matched, but only the target-machine-type flags.  The compiler
160 needs to test these conditions during initialization in order to learn
161 exactly which named instructions are available in a particular run.
163 @findex operands
164 For nameless patterns, the condition is applied only when matching an
165 individual insn, and only after the insn has matched the pattern's
166 recognition template.  The insn's operands may be found in the vector
167 @code{operands}.
169 For an insn where the condition has once matched, it
170 cannot later be used to control register allocation by excluding
171 certain register or value combinations.
173 @item
174 The @dfn{output template} or @dfn{output statement}: This is either
175 a string, or a fragment of C code which returns a string.
177 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
178 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
180 @item
181 The @dfn{insn attributes}: This is an optional vector containing the values of
182 attributes for insns matching this pattern (@pxref{Insn Attributes}).
183 @end enumerate
185 @node Example
186 @section Example of @code{define_insn}
187 @cindex @code{define_insn} example
189 Here is an example of an instruction pattern, taken from the machine
190 description for the 68000/68020.
192 @smallexample
193 (define_insn "tstsi"
194   [(set (cc0)
195         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
196   ""
197   "*
199   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
200     return \"tstl %0\";
201   return \"cmpl #0,%0\";
202 @}")
203 @end smallexample
205 @noindent
206 This can also be written using braced strings:
208 @smallexample
209 (define_insn "tstsi"
210   [(set (cc0)
211         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
212   ""
214   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
215     return "tstl %0";
216   return "cmpl #0,%0";
218 @end smallexample
220 This describes an instruction which sets the condition codes based on the
221 value of a general operand.  It has no condition, so any insn with an RTL
222 description of the form shown may be matched to this pattern.  The name
223 @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL
224 generation pass that, when it is necessary to test such a value, an insn
225 to do so can be constructed using this pattern.
227 The output control string is a piece of C code which chooses which
228 output template to return based on the kind of operand and the specific
229 type of CPU for which code is being generated.
231 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
233 @node RTL Template
234 @section RTL Template
235 @cindex RTL insn template
236 @cindex generating insns
237 @cindex insns, generating
238 @cindex recognizing insns
239 @cindex insns, recognizing
241 The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
242 and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
243 says how to construct an insn from specified operands.
245 Construction involves substituting specified operands into a copy of the
246 template.  Matching involves determining the values that serve as the
247 operands in the insn being matched.  Both of these activities are
248 controlled by special expression types that direct matching and
249 substitution of the operands.
251 @table @code
252 @findex match_operand
253 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
254 This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
255 the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
256 will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
257 appears at this position in the insn will be taken as operand
258 number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
259 pattern will not match at all.
261 Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
262 each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
263 expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
264 are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
265 expressions.  In the case of a @code{define_expand}, any operand numbers
266 used only in @code{match_dup} expressions have higher values than all
267 other operand numbers.
269 @var{predicate} is a string that is the name of a function that
270 accepts two arguments, an expression and a machine mode.
271 @xref{Predicates}.  During matching, the function will be called with
272 the putative operand as the expression and @var{m} as the mode
273 argument (if @var{m} is not specified, @code{VOIDmode} will be used,
274 which normally causes @var{predicate} to accept any mode).  If it
275 returns zero, this instruction pattern fails to match.
276 @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be
277 done on the operand, so anything which occurs in this position is
278 valid.
280 Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
281 not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
282 @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
283 Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
284 @code{VOIDmode}.
286 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
287 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
288 If the constraint would be an empty string, it can be omitted.
290 People are often unclear on the difference between the constraint and the
291 predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
292 pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
293 controls various decisions in the case of an insn which does match.
295 @findex match_scratch
296 @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
297 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
298 and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
299 expression.
301 When matching patterns, this is equivalent to
303 @smallexample
304 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{constraint})
305 @end smallexample
307 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
308 expression.
310 If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
311 expressions whose operands are either a hard register or
312 @code{match_scratch}, the combiner can add or delete them when
313 necessary.  @xref{Side Effects}.
315 @findex match_dup
316 @item (match_dup @var{n})
317 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
318 It is used when the operand needs to appear more than once in the
319 insn.
321 In construction, @code{match_dup} acts just like @code{match_operand}:
322 the operand is substituted into the insn being constructed.  But in
323 matching, @code{match_dup} behaves differently.  It assumes that operand
324 number @var{n} has already been determined by a @code{match_operand}
325 appearing earlier in the recognition template, and it matches only an
326 identical-looking expression.
328 Note that @code{match_dup} should not be used to tell the compiler that
329 a particular register is being used for two operands (example:
330 @code{add} that adds one register to another; the second register is
331 both an input operand and the output operand).  Use a matching
332 constraint (@pxref{Simple Constraints}) for those.  @code{match_dup} is for the cases where one
333 operand is used in two places in the template, such as an instruction
334 that computes both a quotient and a remainder, where the opcode takes
335 two input operands but the RTL template has to refer to each of those
336 twice; once for the quotient pattern and once for the remainder pattern.
338 @findex match_operator
339 @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
340 This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
341 code.
343 When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
344 expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
345 operands are constructed from the patterns @var{operands}.
347 When matching an expression, it matches an expression if the function
348 @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
349 patterns @var{operands} match the operands of the expression.
351 Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
352 follows, to match any expression whose operator is one of the
353 commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
355 @smallexample
357 commutative_integer_operator (x, mode)
358      rtx x;
359      machine_mode mode;
361   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
362   if (GET_MODE (x) != mode)
363     return 0;
364   return (GET_RTX_CLASS (code) == RTX_COMM_ARITH
365           || code == EQ || code == NE);
367 @end smallexample
369 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
370 of a commutative operator applied to two general operands:
372 @smallexample
373 (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
374   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
375    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
376 @end smallexample
378 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
379 because the expressions to be matched all contain two operands.
381 When this pattern does match, the two operands of the commutative
382 operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
383 by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
384 will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
385 (operands[3])} to see which commutative operator was used.
387 The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
388 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
389 predicate function, and that function is solely responsible for
390 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
392 When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
393 the operation (i.e.@: the expression code) for the expression to be
394 made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
395 into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
396 gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
397 only its expression code matters.
399 When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
400 it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
401 is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
402 register allocation because the register allocator often looks at
403 operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
405 There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
406 operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
407 never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
408 However, if parts of its @var{operands} are matched by
409 @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
410 their own.
412 @findex match_op_dup
413 @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
414 Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
415 operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
416 substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
417 differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
418 determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
419 recognition template, and it matches only an identical-looking
420 expression.
422 @findex match_parallel
423 @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
424 This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
425 @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
426 expression should only appear at the top level of an insn pattern.
428 When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
429 this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
430 is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
431 vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
432 @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
433 @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
434 @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
435 of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
436 those listed in the @code{match_parallel}.
438 A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
439 multiple expressions, which can contain a variable number of elements
440 in a @code{parallel}.  For example,
442 @smallexample
443 (define_insn ""
444   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
445      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
446            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
447       (use (reg:SI 179))
448       (clobber (reg:SI 179))])]
449   ""
450   "loadm 0,0,%1,%2")
451 @end smallexample
453 This example comes from @file{a29k.md}.  The function
454 @code{load_multiple_operation} is defined in @file{a29k.c} and checks
455 that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
456 @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
457 registers and memory locations.
459 An insn that matches this pattern might look like:
461 @smallexample
462 (parallel
463  [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
464   (use (reg:SI 179))
465   (clobber (reg:SI 179))
466   (set (reg:SI 21)
467        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
468                         (const_int 4))))
469   (set (reg:SI 22)
470        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
471                         (const_int 8))))])
472 @end smallexample
474 @findex match_par_dup
475 @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
476 Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
477 @code{match_operator}.
479 @end table
481 @node Output Template
482 @section Output Templates and Operand Substitution
483 @cindex output templates
484 @cindex operand substitution
486 @cindex @samp{%} in template
487 @cindex percent sign
488 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
489 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
490 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
491 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
492 identify places where different variants of the assembler require
493 different syntax.
495 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
496 operand @var{n} at that point in the string.
498 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
499 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
500 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
501 additional letters with nonstandard meanings.
503 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
504 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
505 operand.
507 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
508 the constant is negated before printing.
510 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
511 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
512 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
513 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
514 as if it were a memory reference.
516 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
517 instruction.
519 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
520 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
521 referred to more than once in a single template that generates multiple
522 assembler instructions.
524 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
525 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
526 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
527 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
528 which punctuation characters are valid with the
529 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
531 @cindex \
532 @cindex backslash
533 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
534 for the instructions, with @samp{\;} between them.
536 @cindex matching operands
537 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
538 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
539 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
540 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
541 operand.
543 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
544 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
545 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
546 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
547 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
548 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
549 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
550 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
551 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
552 it to do nothing.
554 @cindex @code{#} in template
555 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
556 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
557 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
558 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
559 multiple assembler instructions, and there is a matching @code{define_split}
560 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
561 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
562 instructions.
564 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
565 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
566 describe multiple variants of assembler language syntax.
567 @xref{Instruction Output}.
569 @node Output Statement
570 @section C Statements for Assembler Output
571 @cindex output statements
572 @cindex C statements for assembler output
573 @cindex generating assembler output
575 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
576 assembler code for all the cases that are recognized by a single
577 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
578 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
579 machine instructions.
581 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
582 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
583 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
584 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
585 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
586 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
587 might write this pattern:
589 @smallexample
590 (define_insn "addsi3"
591   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
592         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
593                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
594   ""
595   "@@
596    addr %2,%0
597    addm %2,%0")
598 @end smallexample
600 @cindex @code{*} in template
601 @cindex asterisk in template
602 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
603 output template but rather a piece of C program that should compute a
604 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
605 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
606 require doublequote characters to delimit them.  To include these
607 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
609 If the output control string is written as a brace block instead of a
610 double-quoted string, it is automatically assumed to be C code.  In that
611 case, it is not necessary to put in a leading asterisk, or to escape the
612 doublequotes surrounding C string literals.
614 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
615 is @code{rtx []}.
617 It is very common to select different ways of generating assembler code
618 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
619 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
620 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
621 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
622 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
623 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
624 values of those bits.
626 @findex output_asm_insn
627 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
628 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
629 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
630 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
631 that you declare locally and initialize yourself.
633 @findex which_alternative
634 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
635 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
636 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
637 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
638 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
639 etc.).
641 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
642 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
643 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
645 @smallexample
646 (define_insn ""
647   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
648         (const_int 0))]
649   ""
650   @{
651   return (which_alternative == 0
652           ? "clrreg %0" : "clrmem %0");
653   @})
654 @end smallexample
656 The example above, where the assembler code to generate was
657 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
658 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
660 @smallexample
661 @group
662 (define_insn ""
663   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
664         (const_int 0))]
665   ""
666   "@@
667    clrreg %0
668    clrmem %0")
669 @end group
670 @end smallexample
672 If you just need a little bit of C code in one (or a few) alternatives,
673 you can use @samp{*} inside of a @samp{@@} multi-alternative template:
675 @smallexample
676 @group
677 (define_insn ""
678   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,<,m")
679         (const_int 0))]
680   ""
681   "@@
682    clrreg %0
683    * return stack_mem_p (operands[0]) ? \"push 0\" : \"clrmem %0\";
684    clrmem %0")
685 @end group
686 @end smallexample
688 @node Predicates
689 @section Predicates
690 @cindex predicates
691 @cindex operand predicates
692 @cindex operator predicates
694 A predicate determines whether a @code{match_operand} or
695 @code{match_operator} expression matches, and therefore whether the
696 surrounding instruction pattern will be used for that combination of
697 operands.  GCC has a number of machine-independent predicates, and you
698 can define machine-specific predicates as needed.  By convention,
699 predicates used with @code{match_operand} have names that end in
700 @samp{_operand}, and those used with @code{match_operator} have names
701 that end in @samp{_operator}.
703 All predicates are boolean functions (in the mathematical sense) of
704 two arguments: the RTL expression that is being considered at that
705 position in the instruction pattern, and the machine mode that the
706 @code{match_operand} or @code{match_operator} specifies.  In this
707 section, the first argument is called @var{op} and the second argument
708 @var{mode}.  Predicates can be called from C as ordinary two-argument
709 functions; this can be useful in output templates or other
710 machine-specific code.
712 Operand predicates can allow operands that are not actually acceptable
713 to the hardware, as long as the constraints give reload the ability to
714 fix them up (@pxref{Constraints}).  However, GCC will usually generate
715 better code if the predicates specify the requirements of the machine
716 instructions as closely as possible.  Reload cannot fix up operands
717 that must be constants (``immediate operands''); you must use a
718 predicate that allows only constants, or else enforce the requirement
719 in the extra condition.
721 @cindex predicates and machine modes
722 @cindex normal predicates
723 @cindex special predicates
724 Most predicates handle their @var{mode} argument in a uniform manner.
725 If @var{mode} is @code{VOIDmode} (unspecified), then @var{op} can have
726 any mode.  If @var{mode} is anything else, then @var{op} must have the
727 same mode, unless @var{op} is a @code{CONST_INT} or integer
728 @code{CONST_DOUBLE}.  These RTL expressions always have
729 @code{VOIDmode}, so it would be counterproductive to check that their
730 mode matches.  Instead, predicates that accept @code{CONST_INT} and/or
731 integer @code{CONST_DOUBLE} check that the value stored in the
732 constant will fit in the requested mode.
734 Predicates with this behavior are called @dfn{normal}.
735 @command{genrecog} can optimize the instruction recognizer based on
736 knowledge of how normal predicates treat modes.  It can also diagnose
737 certain kinds of common errors in the use of normal predicates; for
738 instance, it is almost always an error to use a normal predicate
739 without specifying a mode.
741 Predicates that do something different with their @var{mode} argument
742 are called @dfn{special}.  The generic predicates
743 @code{address_operand} and @code{pmode_register_operand} are special
744 predicates.  @command{genrecog} does not do any optimizations or
745 diagnosis when special predicates are used.
747 @menu
748 * Machine-Independent Predicates::  Predicates available to all back ends.
749 * Defining Predicates::             How to write machine-specific predicate
750                                     functions.
751 @end menu
753 @node Machine-Independent Predicates
754 @subsection Machine-Independent Predicates
755 @cindex machine-independent predicates
756 @cindex generic predicates
758 These are the generic predicates available to all back ends.  They are
759 defined in @file{recog.c}.  The first category of predicates allow
760 only constant, or @dfn{immediate}, operands.
762 @defun immediate_operand
763 This predicate allows any sort of constant that fits in @var{mode}.
764 It is an appropriate choice for instructions that take operands that
765 must be constant.
766 @end defun
768 @defun const_int_operand
769 This predicate allows any @code{CONST_INT} expression that fits in
770 @var{mode}.  It is an appropriate choice for an immediate operand that
771 does not allow a symbol or label.
772 @end defun
774 @defun const_double_operand
775 This predicate accepts any @code{CONST_DOUBLE} expression that has
776 exactly @var{mode}.  If @var{mode} is @code{VOIDmode}, it will also
777 accept @code{CONST_INT}.  It is intended for immediate floating point
778 constants.
779 @end defun
781 @noindent
782 The second category of predicates allow only some kind of machine
783 register.
785 @defun register_operand
786 This predicate allows any @code{REG} or @code{SUBREG} expression that
787 is valid for @var{mode}.  It is often suitable for arithmetic
788 instruction operands on a RISC machine.
789 @end defun
791 @defun pmode_register_operand
792 This is a slight variant on @code{register_operand} which works around
793 a limitation in the machine-description reader.
795 @smallexample
796 (match_operand @var{n} "pmode_register_operand" @var{constraint})
797 @end smallexample
799 @noindent
800 means exactly what
802 @smallexample
803 (match_operand:P @var{n} "register_operand" @var{constraint})
804 @end smallexample
806 @noindent
807 would mean, if the machine-description reader accepted @samp{:P}
808 mode suffixes.  Unfortunately, it cannot, because @code{Pmode} is an
809 alias for some other mode, and might vary with machine-specific
810 options.  @xref{Misc}.
811 @end defun
813 @defun scratch_operand
814 This predicate allows hard registers and @code{SCRATCH} expressions,
815 but not pseudo-registers.  It is used internally by @code{match_scratch};
816 it should not be used directly.
817 @end defun
819 @noindent
820 The third category of predicates allow only some kind of memory reference.
822 @defun memory_operand
823 This predicate allows any valid reference to a quantity of mode
824 @var{mode} in memory, as determined by the weak form of
825 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS} (@pxref{Addressing Modes}).
826 @end defun
828 @defun address_operand
829 This predicate is a little unusual; it allows any operand that is a
830 valid expression for the @emph{address} of a quantity of mode
831 @var{mode}, again determined by the weak form of
832 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS}.  To first order, if
833 @samp{@w{(mem:@var{mode} (@var{exp}))}} is acceptable to
834 @code{memory_operand}, then @var{exp} is acceptable to
835 @code{address_operand}.  Note that @var{exp} does not necessarily have
836 the mode @var{mode}.
837 @end defun
839 @defun indirect_operand
840 This is a stricter form of @code{memory_operand} which allows only
841 memory references with a @code{general_operand} as the address
842 expression.  New uses of this predicate are discouraged, because
843 @code{general_operand} is very permissive, so it's hard to tell what
844 an @code{indirect_operand} does or does not allow.  If a target has
845 different requirements for memory operands for different instructions,
846 it is better to define target-specific predicates which enforce the
847 hardware's requirements explicitly.
848 @end defun
850 @defun push_operand
851 This predicate allows a memory reference suitable for pushing a value
852 onto the stack.  This will be a @code{MEM} which refers to
853 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address expression
854 (@pxref{Incdec}); which one is determined by the
855 @code{STACK_PUSH_CODE} macro (@pxref{Frame Layout}).
856 @end defun
858 @defun pop_operand
859 This predicate allows a memory reference suitable for popping a value
860 off the stack.  Again, this will be a @code{MEM} referring to
861 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address
862 expression.  However, this time @code{STACK_POP_CODE} is expected.
863 @end defun
865 @noindent
866 The fourth category of predicates allow some combination of the above
867 operands.
869 @defun nonmemory_operand
870 This predicate allows any immediate or register operand valid for @var{mode}.
871 @end defun
873 @defun nonimmediate_operand
874 This predicate allows any register or memory operand valid for @var{mode}.
875 @end defun
877 @defun general_operand
878 This predicate allows any immediate, register, or memory operand
879 valid for @var{mode}.
880 @end defun
882 @noindent
883 Finally, there are two generic operator predicates.
885 @defun comparison_operator
886 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
887 comparison in @var{mode}; that is, @code{COMPARISON_P} is true for the
888 expression code.
889 @end defun
891 @defun ordered_comparison_operator
892 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
893 comparison in @var{mode} and whose expression code is valid for integer
894 modes; that is, the expression code will be one of @code{eq}, @code{ne},
895 @code{lt}, @code{ltu}, @code{le}, @code{leu}, @code{gt}, @code{gtu},
896 @code{ge}, @code{geu}.
897 @end defun
899 @node Defining Predicates
900 @subsection Defining Machine-Specific Predicates
901 @cindex defining predicates
902 @findex define_predicate
903 @findex define_special_predicate
905 Many machines have requirements for their operands that cannot be
906 expressed precisely using the generic predicates.  You can define
907 additional predicates using @code{define_predicate} and
908 @code{define_special_predicate} expressions.  These expressions have
909 three operands:
911 @itemize @bullet
912 @item
913 The name of the predicate, as it will be referred to in
914 @code{match_operand} or @code{match_operator} expressions.
916 @item
917 An RTL expression which evaluates to true if the predicate allows the
918 operand @var{op}, false if it does not.  This expression can only use
919 the following RTL codes:
921 @table @code
922 @item MATCH_OPERAND
923 When written inside a predicate expression, a @code{MATCH_OPERAND}
924 expression evaluates to true if the predicate it names would allow
925 @var{op}.  The operand number and constraint are ignored.  Due to
926 limitations in @command{genrecog}, you can only refer to generic
927 predicates and predicates that have already been defined.
929 @item MATCH_CODE
930 This expression evaluates to true if @var{op} or a specified
931 subexpression of @var{op} has one of a given list of RTX codes.
933 The first operand of this expression is a string constant containing a
934 comma-separated list of RTX code names (in lower case).  These are the
935 codes for which the @code{MATCH_CODE} will be true.
937 The second operand is a string constant which indicates what
938 subexpression of @var{op} to examine.  If it is absent or the empty
939 string, @var{op} itself is examined.  Otherwise, the string constant
940 must be a sequence of digits and/or lowercase letters.  Each character
941 indicates a subexpression to extract from the current expression; for
942 the first character this is @var{op}, for the second and subsequent
943 characters it is the result of the previous character.  A digit
944 @var{n} extracts @samp{@w{XEXP (@var{e}, @var{n})}}; a letter @var{l}
945 extracts @samp{@w{XVECEXP (@var{e}, 0, @var{n})}} where @var{n} is the
946 alphabetic ordinal of @var{l} (0 for `a', 1 for 'b', and so on).  The
947 @code{MATCH_CODE} then examines the RTX code of the subexpression
948 extracted by the complete string.  It is not possible to extract
949 components of an @code{rtvec} that is not at position 0 within its RTX
950 object.
952 @item MATCH_TEST
953 This expression has one operand, a string constant containing a C
954 expression.  The predicate's arguments, @var{op} and @var{mode}, are
955 available with those names in the C expression.  The @code{MATCH_TEST}
956 evaluates to true if the C expression evaluates to a nonzero value.
957 @code{MATCH_TEST} expressions must not have side effects.
959 @item  AND
960 @itemx IOR
961 @itemx NOT
962 @itemx IF_THEN_ELSE
963 The basic @samp{MATCH_} expressions can be combined using these
964 logical operators, which have the semantics of the C operators
965 @samp{&&}, @samp{||}, @samp{!}, and @samp{@w{? :}} respectively.  As
966 in Common Lisp, you may give an @code{AND} or @code{IOR} expression an
967 arbitrary number of arguments; this has exactly the same effect as
968 writing a chain of two-argument @code{AND} or @code{IOR} expressions.
969 @end table
971 @item
972 An optional block of C code, which should execute
973 @samp{@w{return true}} if the predicate is found to match and
974 @samp{@w{return false}} if it does not.  It must not have any side
975 effects.  The predicate arguments, @var{op} and @var{mode}, are
976 available with those names.
978 If a code block is present in a predicate definition, then the RTL
979 expression must evaluate to true @emph{and} the code block must
980 execute @samp{@w{return true}} for the predicate to allow the operand.
981 The RTL expression is evaluated first; do not re-check anything in the
982 code block that was checked in the RTL expression.
983 @end itemize
985 The program @command{genrecog} scans @code{define_predicate} and
986 @code{define_special_predicate} expressions to determine which RTX
987 codes are possibly allowed.  You should always make this explicit in
988 the RTL predicate expression, using @code{MATCH_OPERAND} and
989 @code{MATCH_CODE}.
991 Here is an example of a simple predicate definition, from the IA64
992 machine description:
994 @smallexample
995 @group
996 ;; @r{True if @var{op} is a @code{SYMBOL_REF} which refers to the sdata section.}
997 (define_predicate "small_addr_symbolic_operand"
998   (and (match_code "symbol_ref")
999        (match_test "SYMBOL_REF_SMALL_ADDR_P (op)")))
1000 @end group
1001 @end smallexample
1003 @noindent
1004 And here is another, showing the use of the C block.
1006 @smallexample
1007 @group
1008 ;; @r{True if @var{op} is a register operand that is (or could be) a GR reg.}
1009 (define_predicate "gr_register_operand"
1010   (match_operand 0 "register_operand")
1012   unsigned int regno;
1013   if (GET_CODE (op) == SUBREG)
1014     op = SUBREG_REG (op);
1016   regno = REGNO (op);
1017   return (regno >= FIRST_PSEUDO_REGISTER || GENERAL_REGNO_P (regno));
1019 @end group
1020 @end smallexample
1022 Predicates written with @code{define_predicate} automatically include
1023 a test that @var{mode} is @code{VOIDmode}, or @var{op} has the same
1024 mode as @var{mode}, or @var{op} is a @code{CONST_INT} or
1025 @code{CONST_DOUBLE}.  They do @emph{not} check specifically for
1026 integer @code{CONST_DOUBLE}, nor do they test that the value of either
1027 kind of constant fits in the requested mode.  This is because
1028 target-specific predicates that take constants usually have to do more
1029 stringent value checks anyway.  If you need the exact same treatment
1030 of @code{CONST_INT} or @code{CONST_DOUBLE} that the generic predicates
1031 provide, use a @code{MATCH_OPERAND} subexpression to call
1032 @code{const_int_operand}, @code{const_double_operand}, or
1033 @code{immediate_operand}.
1035 Predicates written with @code{define_special_predicate} do not get any
1036 automatic mode checks, and are treated as having special mode handling
1037 by @command{genrecog}.
1039 The program @command{genpreds} is responsible for generating code to
1040 test predicates.  It also writes a header file containing function
1041 declarations for all machine-specific predicates.  It is not necessary
1042 to declare these predicates in @file{@var{cpu}-protos.h}.
1043 @end ifset
1045 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
1046 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the internals
1047 @c manual's context are conditionalized to appear only in the internals manual.
1048 @ifset INTERNALS
1049 @node Constraints
1050 @section Operand Constraints
1051 @cindex operand constraints
1052 @cindex constraints
1054 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify
1055 constraints for the operands allowed.  The constraints allow you to
1056 fine-tune matching within the set of operands allowed by the
1057 predicate.
1059 @end ifset
1060 @ifclear INTERNALS
1061 @node Constraints
1062 @section Constraints for @code{asm} Operands
1063 @cindex operand constraints, @code{asm}
1064 @cindex constraints, @code{asm}
1065 @cindex @code{asm} constraints
1067 Here are specific details on what constraint letters you can use with
1068 @code{asm} operands.
1069 @end ifclear
1070 Constraints can say whether
1071 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
1072 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
1073 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
1074 have.  Constraints can also require two operands to match.
1075 Side-effects aren't allowed in operands of inline @code{asm}, unless
1076 @samp{<} or @samp{>} constraints are used, because there is no guarantee
1077 that the side-effects will happen exactly once in an instruction that can update
1078 the addressing register.
1080 @ifset INTERNALS
1081 @menu
1082 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1083 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1084 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
1085 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1086 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
1087 * Disable Insn Alternatives:: Disable insn alternatives using attributes.
1088 * Define Constraints::  How to define machine-specific constraints.
1089 * C Constraint Interface:: How to test constraints from C code.
1090 @end menu
1091 @end ifset
1093 @ifclear INTERNALS
1094 @menu
1095 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1096 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1097 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1098 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
1099 @end menu
1100 @end ifclear
1102 @node Simple Constraints
1103 @subsection Simple Constraints
1104 @cindex simple constraints
1106 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
1107 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
1108 the letters that are allowed:
1110 @table @asis
1111 @item whitespace
1112 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
1113 except the first.  This enables each alternative for different operands to
1114 be visually aligned in the machine description even if they have different
1115 number of constraints and modifiers.
1117 @cindex @samp{m} in constraint
1118 @cindex memory references in constraints
1119 @item @samp{m}
1120 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
1121 supports in general.
1122 Note that the letter used for the general memory constraint can be
1123 re-defined by a back end using the @code{TARGET_MEM_CONSTRAINT} macro.
1125 @cindex offsettable address
1126 @cindex @samp{o} in constraint
1127 @item @samp{o}
1128 A memory operand is allowed, but only if the address is
1129 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
1130 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
1131 may be added to the address and the result is also a valid memory
1132 address.
1134 @cindex autoincrement/decrement addressing
1135 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
1136 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
1137 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
1138 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
1139 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
1140 addresses may or may not be offsettable depending on the other
1141 addressing modes that the machine supports.
1143 Note that in an output operand which can be matched by another
1144 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
1145 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
1146 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
1148 @cindex @samp{V} in constraint
1149 @item @samp{V}
1150 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
1151 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
1153 @cindex @samp{<} in constraint
1154 @item @samp{<}
1155 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
1156 postdecrement) is allowed.  In inline @code{asm} this constraint is only
1157 allowed if the operand is used exactly once in an instruction that can
1158 handle the side-effects.  Not using an operand with @samp{<} in constraint
1159 string in the inline @code{asm} pattern at all or using it in multiple
1160 instructions isn't valid, because the side-effects wouldn't be performed
1161 or would be performed more than once.  Furthermore, on some targets
1162 the operand with @samp{<} in constraint string must be accompanied by
1163 special instruction suffixes like @code{%U0} instruction suffix on PowerPC
1164 or @code{%P0} on IA-64.
1166 @cindex @samp{>} in constraint
1167 @item @samp{>}
1168 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
1169 postincrement) is allowed.  In inline @code{asm} the same restrictions
1170 as for @samp{<} apply.
1172 @cindex @samp{r} in constraint
1173 @cindex registers in constraints
1174 @item @samp{r}
1175 A register operand is allowed provided that it is in a general
1176 register.
1178 @cindex constants in constraints
1179 @cindex @samp{i} in constraint
1180 @item @samp{i}
1181 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
1182 This includes symbolic constants whose values will be known only at
1183 assembly time or later.
1185 @cindex @samp{n} in constraint
1186 @item @samp{n}
1187 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
1188 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
1189 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
1190 rather than @samp{i}.
1192 @cindex @samp{I} in constraint
1193 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
1194 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
1195 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
1196 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
1197 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
1198 This is the range permitted as a shift count in the shift
1199 instructions.
1201 @cindex @samp{E} in constraint
1202 @item @samp{E}
1203 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
1204 allowed, but only if the target floating point format is the same as
1205 that of the host machine (on which the compiler is running).
1207 @cindex @samp{F} in constraint
1208 @item @samp{F}
1209 An immediate floating operand (expression code @code{const_double} or
1210 @code{const_vector}) is allowed.
1212 @cindex @samp{G} in constraint
1213 @cindex @samp{H} in constraint
1214 @item @samp{G}, @samp{H}
1215 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
1216 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
1218 @cindex @samp{s} in constraint
1219 @item @samp{s}
1220 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
1221 allowed.
1223 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
1224 value not known at compile time, it certainly must allow any known
1225 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
1226 better code to be generated.
1228 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
1229 use an immediate operand; but if the immediate value is between @minus{}128
1230 and 127, better code results from loading the value into a register and
1231 using the register.  This is because the load into the register can be
1232 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
1233 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
1234 range @minus{}128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
1235 constraints.
1237 @cindex @samp{g} in constraint
1238 @item @samp{g}
1239 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
1240 registers that are not general registers.
1242 @cindex @samp{X} in constraint
1243 @item @samp{X}
1244 @ifset INTERNALS
1245 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
1246 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
1247 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
1248 require a scratch register.
1249 @end ifset
1250 @ifclear INTERNALS
1251 Any operand whatsoever is allowed.
1252 @end ifclear
1254 @cindex @samp{0} in constraint
1255 @cindex digits in constraint
1256 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
1257 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
1258 digit is used together with letters within the same alternative, the
1259 digit should come last.
1261 This number is allowed to be more than a single digit.  If multiple
1262 digits are encountered consecutively, they are interpreted as a single
1263 decimal integer.  There is scant chance for ambiguity, since to-date
1264 it has never been desirable that @samp{10} be interpreted as matching
1265 either operand 1 @emph{or} operand 0.  Should this be desired, one
1266 can use multiple alternatives instead.
1268 @cindex matching constraint
1269 @cindex constraint, matching
1270 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
1271 that the assembler has only a single operand that fills two roles
1272 @ifset INTERNALS
1273 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
1274 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
1275 @end ifset
1276 @ifclear INTERNALS
1277 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
1278 two input operands and an output operand, but on most CISC
1279 @end ifclear
1280 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
1281 input-output operand:
1283 @smallexample
1284 addl #35,r12
1285 @end smallexample
1287 Matching constraints are used in these circumstances.
1288 More precisely, the two operands that match must include one input-only
1289 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
1290 smaller number than the number of the operand that uses it in the
1291 constraint.
1293 @ifset INTERNALS
1294 For operands to match in a particular case usually means that they
1295 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
1296 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
1297 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
1298 For proper results in such cases, the output template should always
1299 use the output-operand's number when printing the operand.
1300 @end ifset
1302 @cindex load address instruction
1303 @cindex push address instruction
1304 @cindex address constraints
1305 @cindex @samp{p} in constraint
1306 @item @samp{p}
1307 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
1308 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
1310 @findex address_operand
1311 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
1312 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
1313 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
1314 reference for which the address would be valid.
1316 @cindex other register constraints
1317 @cindex extensible constraints
1318 @item @var{other-letters}
1319 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
1320 particular classes of registers or other arbitrary operand types.
1321 @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are defined on the 68000/68020 to stand
1322 for data, address and floating point registers.
1323 @end table
1325 @ifset INTERNALS
1326 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
1327 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
1328 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
1329 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
1330 done by copying an operand into a register.
1332 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
1334 @smallexample
1335 (define_insn ""
1336   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1337         (plus:SI (match_dup 0)
1338                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
1339   ""
1340   "@dots{}")
1341 @end smallexample
1343 @noindent
1344 which has two operands, one of which must appear in two places, and
1346 @smallexample
1347 (define_insn ""
1348   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1349         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
1350                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
1351   ""
1352   "@dots{}")
1353 @end smallexample
1355 @noindent
1356 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
1357 identical.  If we are considering an insn of the form
1359 @smallexample
1360 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
1361   (set (reg:SI 3)
1362        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
1363   @dots{})
1364 @end smallexample
1366 @noindent
1367 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
1368 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
1369 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns''.
1370 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
1371 is something wrong with it''.  It would direct the reload pass of the
1372 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
1373 results might look like this:
1375 @smallexample
1376 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
1377   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
1378   @dots{})
1380 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
1381   (set (reg:SI 3)
1382        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
1383   @dots{})
1384 @end smallexample
1386 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
1387 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
1388 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
1389 for each possible combination of operand expressions, have at least one
1390 alternative which can handle that combination of operands.)  The
1391 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
1392 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
1393 reloading any possible operand so that it will fit.
1395 @itemize @bullet
1396 @item
1397 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
1398 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
1400 For example, an operand whose constraints permit everything except
1401 registers is safe provided its predicate rejects registers.
1403 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
1404 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
1405 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
1406 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
1407 more selective.
1409 @item
1410 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
1411 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
1412 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
1413 compiler knows how to copy a register into another register of the
1414 proper class in order to make an instruction valid.
1416 @cindex nonoffsettable memory reference
1417 @cindex memory reference, nonoffsettable
1418 @item
1419 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
1420 address into a register.  So if the constraint uses the letter
1421 @samp{o}, all memory references are taken care of.
1423 @item
1424 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
1425 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1426 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1427 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1429 @item
1430 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1431 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1432 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1433 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1434 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1435 objects allowed by the constraint.
1436 @end itemize
1438 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1439 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1440 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1441 how to copy a register temporarily into memory.
1443 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1444 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1445 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1446 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1447 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1448 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1449 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1450 @code{sign_extend}.
1451 @end ifset
1453 @node Multi-Alternative
1454 @subsection Multiple Alternative Constraints
1455 @cindex multiple alternative constraints
1457 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1458 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1459 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1460 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1461 another.
1463 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1464 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1465 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1466 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1467 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1468 All operands for a single instruction must have the same number of 
1469 alternatives.
1470 @ifset INTERNALS
1471 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1473 @smallexample
1474 (define_insn "iorsi3"
1475   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1476         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1477                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1478   @dots{})
1479 @end smallexample
1481 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1482 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1483 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1484 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1485 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1486 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1488 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1489 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1490 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1491 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1492 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1493 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1495 @table @code
1496 @cindex @samp{?} in constraint
1497 @cindex question mark
1498 @item ?
1499 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1500 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1501 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1502 in it.
1504 @cindex @samp{!} in constraint
1505 @cindex exclamation point
1506 @item !
1507 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1508 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1509 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1511 @cindex @samp{^} in constraint
1512 @cindex caret
1513 @item ^
1514 This constraint is analogous to @samp{?} but it disparages slightly
1515 the alternative only if the operand with the @samp{^} needs a reload.
1517 @cindex @samp{$} in constraint
1518 @cindex dollar sign
1519 @item $
1520 This constraint is analogous to @samp{!} but it disparages severely
1521 the alternative only if the operand with the @samp{$} needs a reload.
1522 @end table
1524 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1525 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1526 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1527 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1528 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1529 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1530 @end ifset
1531 @ifclear INTERNALS
1533 So the first alternative for the 68000's logical-or could be written as 
1534 @code{"+m" (output) : "ir" (input)}.  The second could be @code{"+r" 
1535 (output): "irm" (input)}.  However, the fact that two memory locations 
1536 cannot be used in a single instruction prevents simply using @code{"+rm" 
1537 (output) : "irm" (input)}.  Using multi-alternatives, this might be 
1538 written as @code{"+m,r" (output) : "ir,irm" (input)}.  This describes
1539 all the available alternatives to the compiler, allowing it to choose 
1540 the most efficient one for the current conditions.
1542 There is no way within the template to determine which alternative was 
1543 chosen.  However you may be able to wrap your @code{asm} statements with 
1544 builtins such as @code{__builtin_constant_p} to achieve the desired results.
1545 @end ifclear
1547 @ifset INTERNALS
1548 @node Class Preferences
1549 @subsection Register Class Preferences
1550 @cindex class preference constraints
1551 @cindex register class preference constraints
1553 @cindex voting between constraint alternatives
1554 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1555 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1556 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1557 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1558 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1559 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1560 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1561 favor of a general register.  The machine description says which registers
1562 are considered general.
1564 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1565 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1566 @end ifset
1568 @node Modifiers
1569 @subsection Constraint Modifier Characters
1570 @cindex modifiers in constraints
1571 @cindex constraint modifier characters
1573 @c prevent bad page break with this line
1574 Here are constraint modifier characters.
1576 @table @samp
1577 @cindex @samp{=} in constraint
1578 @item =
1579 Means that this operand is written to by this instruction:
1580 the previous value is discarded and replaced by new data.
1582 @cindex @samp{+} in constraint
1583 @item +
1584 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1586 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1587 it needs to know which operands are read by the instruction and
1588 which are written by it.  @samp{=} identifies an operand which is only
1589 written; @samp{+} identifies an operand that is both read and written; all
1590 other operands are assumed to only be read.
1592 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1593 first character of the constraint string.
1595 @cindex @samp{&} in constraint
1596 @cindex earlyclobber operand
1597 @item &
1598 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1599 @dfn{earlyclobber} operand, which is written before the instruction is
1600 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1601 in a register that is read by the instruction or as part of any memory
1602 address.
1604 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1605 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1606 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1607 @samp{movdf} insn of the 68000.
1609 A operand which is read by the instruction can be tied to an earlyclobber
1610 operand if its only use as an input occurs before the early result is
1611 written.  Adding alternatives of this form often allows GCC to produce
1612 better code when only some of the read operands can be affected by the
1613 earlyclobber. See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM@.
1615 Furthermore, if the @dfn{earlyclobber} operand is also a read/write
1616 operand, then that operand is written only after it's used.
1618 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=} or @samp{+}.  As
1619 @dfn{earlyclobber} operands are always written, a read-only
1620 @dfn{earlyclobber} operand is ill-formed and will be rejected by the
1621 compiler.
1623 @cindex @samp{%} in constraint
1624 @item %
1625 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1626 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1627 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1628 constraints.  @samp{%} applies to all alternatives and must appear as
1629 the first character in the constraint.  Only read-only operands can use
1630 @samp{%}.
1632 @ifset INTERNALS
1633 This is often used in patterns for addition instructions
1634 that really have only two operands: the result must go in one of the
1635 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1636 instruction is defined:
1638 @smallexample
1639 (define_insn "addhi3"
1640   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1641      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1642               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1643   @dots{})
1644 @end smallexample
1645 @end ifset
1646 GCC can only handle one commutative pair in an asm; if you use more,
1647 the compiler may fail.  Note that you need not use the modifier if
1648 the two alternatives are strictly identical; this would only waste
1649 time in the reload pass.
1650 @ifset INTERNALS
1651 The modifier is not operational after
1652 register allocation, so the result of @code{define_peephole2}
1653 and @code{define_split}s performed after reload cannot rely on
1654 @samp{%} to make the intended insn match.
1656 @cindex @samp{#} in constraint
1657 @item #
1658 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1659 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1660 register preferences.
1662 @cindex @samp{*} in constraint
1663 @item *
1664 Says that the following character should be ignored when choosing
1665 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1666 constraint as a constraint, and no effect on reloading.  For LRA
1667 @samp{*} additionally disparages slightly the alternative if the
1668 following character matches the operand.
1670 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1671 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1672 copying it into an address register.  While either kind of register is
1673 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1674 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1675 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1676 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1677 register preferences.
1679 @smallexample
1680 (define_insn "extendhisi2"
1681   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1682         (sign_extend:SI
1683          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1684   @dots{})
1685 @end smallexample
1686 @end ifset
1687 @end table
1689 @node Machine Constraints
1690 @subsection Constraints for Particular Machines
1691 @cindex machine specific constraints
1692 @cindex constraints, machine specific
1694 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1695 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1696 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1697 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1698 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1699 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1700 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1701 immediate-constant format.
1703 Each architecture defines additional constraints.  These constraints
1704 are used by the compiler itself for instruction generation, as well as
1705 for @code{asm} statements; therefore, some of the constraints are not
1706 particularly useful for @code{asm}.  Here is a summary of some of the
1707 machine-dependent constraints available on some particular machines;
1708 it includes both constraints that are useful for @code{asm} and
1709 constraints that aren't.  The compiler source file mentioned in the
1710 table heading for each architecture is the definitive reference for
1711 the meanings of that architecture's constraints.
1713 @c Please keep this table alphabetized by target!
1714 @table @emph
1715 @item AArch64 family---@file{config/aarch64/constraints.md}
1716 @table @code
1717 @item k
1718 The stack pointer register (@code{SP})
1720 @item w
1721 Floating point or SIMD vector register
1723 @item I
1724 Integer constant that is valid as an immediate operand in an @code{ADD}
1725 instruction
1727 @item J
1728 Integer constant that is valid as an immediate operand in a @code{SUB}
1729 instruction (once negated)
1731 @item K
1732 Integer constant that can be used with a 32-bit logical instruction
1734 @item L
1735 Integer constant that can be used with a 64-bit logical instruction
1737 @item M
1738 Integer constant that is valid as an immediate operand in a 32-bit @code{MOV}
1739 pseudo instruction. The @code{MOV} may be assembled to one of several different
1740 machine instructions depending on the value
1742 @item N
1743 Integer constant that is valid as an immediate operand in a 64-bit @code{MOV}
1744 pseudo instruction
1746 @item S
1747 An absolute symbolic address or a label reference
1749 @item Y
1750 Floating point constant zero
1752 @item Z
1753 Integer constant zero
1755 @item Ush
1756 The high part (bits 12 and upwards) of the pc-relative address of a symbol
1757 within 4GB of the instruction
1759 @item Q
1760 A memory address which uses a single base register with no offset
1762 @item Ump
1763 A memory address suitable for a load/store pair instruction in SI, DI, SF and
1764 DF modes
1766 @end table
1769 @item ARC ---@file{config/arc/constraints.md}
1770 @table @code
1771 @item q
1772 Registers usable in ARCompact 16-bit instructions: @code{r0}-@code{r3},
1773 @code{r12}-@code{r15}.  This constraint can only match when the @option{-mq}
1774 option is in effect.
1776 @item e
1777 Registers usable as base-regs of memory addresses in ARCompact 16-bit memory
1778 instructions: @code{r0}-@code{r3}, @code{r12}-@code{r15}, @code{sp}.
1779 This constraint can only match when the @option{-mq}
1780 option is in effect.
1781 @item D
1782 ARC FPX (dpfp) 64-bit registers. @code{D0}, @code{D1}.
1784 @item I
1785 A signed 12-bit integer constant.
1787 @item Cal
1788 constant for arithmetic/logical operations.  This might be any constant
1789 that can be put into a long immediate by the assmbler or linker without
1790 involving a PIC relocation.
1792 @item K
1793 A 3-bit unsigned integer constant.
1795 @item L
1796 A 6-bit unsigned integer constant.
1798 @item CnL
1799 One's complement of a 6-bit unsigned integer constant.
1801 @item CmL
1802 Two's complement of a 6-bit unsigned integer constant.
1804 @item M
1805 A 5-bit unsigned integer constant.
1807 @item O
1808 A 7-bit unsigned integer constant.
1810 @item P
1811 A 8-bit unsigned integer constant.
1813 @item H
1814 Any const_double value.
1815 @end table
1817 @item ARM family---@file{config/arm/constraints.md}
1818 @table @code
1820 @item h
1821 In Thumb state, the core registers @code{r8}-@code{r15}.
1823 @item k
1824 The stack pointer register.
1826 @item l
1827 In Thumb State the core registers @code{r0}-@code{r7}.  In ARM state this
1828 is an alias for the @code{r} constraint.
1830 @item t
1831 VFP floating-point registers @code{s0}-@code{s31}.  Used for 32 bit values.
1833 @item w
1834 VFP floating-point registers @code{d0}-@code{d31} and the appropriate
1835 subset @code{d0}-@code{d15} based on command line options.
1836 Used for 64 bit values only.  Not valid for Thumb1.
1838 @item y
1839 The iWMMX co-processor registers.
1841 @item z
1842 The iWMMX GR registers.
1844 @item G
1845 The floating-point constant 0.0
1847 @item I
1848 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1849 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1850 multiple of 2
1852 @item J
1853 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1855 @item K
1856 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1858 @item L
1859 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1861 @item M
1862 Integer in the range 0 to 32
1864 @item Q
1865 A memory reference where the exact address is in a single register
1866 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1868 @item R
1869 An item in the constant pool
1871 @item S
1872 A symbol in the text segment of the current file
1874 @item Uv
1875 A memory reference suitable for VFP load/store insns (reg+constant offset)
1877 @item Uy
1878 A memory reference suitable for iWMMXt load/store instructions.
1880 @item Uq
1881 A memory reference suitable for the ARMv4 ldrsb instruction.
1882 @end table
1884 @item AVR family---@file{config/avr/constraints.md}
1885 @table @code
1886 @item l
1887 Registers from r0 to r15
1889 @item a
1890 Registers from r16 to r23
1892 @item d
1893 Registers from r16 to r31
1895 @item w
1896 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1898 @item e
1899 Pointer register (r26--r31)
1901 @item b
1902 Base pointer register (r28--r31)
1904 @item q
1905 Stack pointer register (SPH:SPL)
1907 @item t
1908 Temporary register r0
1910 @item x
1911 Register pair X (r27:r26)
1913 @item y
1914 Register pair Y (r29:r28)
1916 @item z
1917 Register pair Z (r31:r30)
1919 @item I
1920 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1922 @item J
1923 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1925 @item K
1926 Constant integer 2
1928 @item L
1929 Constant integer 0
1931 @item M
1932 Constant that fits in 8 bits
1934 @item N
1935 Constant integer @minus{}1
1937 @item O
1938 Constant integer 8, 16, or 24
1940 @item P
1941 Constant integer 1
1943 @item G
1944 A floating point constant 0.0
1946 @item Q
1947 A memory address based on Y or Z pointer with displacement.
1948 @end table
1950 @item Blackfin family---@file{config/bfin/constraints.md}
1951 @table @code
1952 @item a
1953 P register
1955 @item d
1956 D register
1958 @item z
1959 A call clobbered P register.
1961 @item q@var{n}
1962 A single register.  If @var{n} is in the range 0 to 7, the corresponding D
1963 register.  If it is @code{A}, then the register P0.
1965 @item D
1966 Even-numbered D register
1968 @item W
1969 Odd-numbered D register
1971 @item e
1972 Accumulator register.
1974 @item A
1975 Even-numbered accumulator register.
1977 @item B
1978 Odd-numbered accumulator register.
1980 @item b
1981 I register
1983 @item v
1984 B register
1986 @item f
1987 M register
1989 @item c
1990 Registers used for circular buffering, i.e. I, B, or L registers.
1992 @item C
1993 The CC register.
1995 @item t
1996 LT0 or LT1.
1998 @item k
1999 LC0 or LC1.
2001 @item u
2002 LB0 or LB1.
2004 @item x
2005 Any D, P, B, M, I or L register.
2007 @item y
2008 Additional registers typically used only in prologues and epilogues: RETS,
2009 RETN, RETI, RETX, RETE, ASTAT, SEQSTAT and USP.
2011 @item w
2012 Any register except accumulators or CC.
2014 @item Ksh
2015 Signed 16 bit integer (in the range @minus{}32768 to 32767)
2017 @item Kuh
2018 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535)
2020 @item Ks7
2021 Signed 7 bit integer (in the range @minus{}64 to 63)
2023 @item Ku7
2024 Unsigned 7 bit integer (in the range 0 to 127)
2026 @item Ku5
2027 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31)
2029 @item Ks4
2030 Signed 4 bit integer (in the range @minus{}8 to 7)
2032 @item Ks3
2033 Signed 3 bit integer (in the range @minus{}3 to 4)
2035 @item Ku3
2036 Unsigned 3 bit integer (in the range 0 to 7)
2038 @item P@var{n}
2039 Constant @var{n}, where @var{n} is a single-digit constant in the range 0 to 4.
2041 @item PA
2042 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2043 use with either accumulator.
2045 @item PB
2046 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2047 use only with accumulator A1.
2049 @item M1
2050 Constant 255.
2052 @item M2
2053 Constant 65535.
2055 @item J
2056 An integer constant with exactly a single bit set.
2058 @item L
2059 An integer constant with all bits set except exactly one.
2061 @item H
2063 @item Q
2064 Any SYMBOL_REF.
2065 @end table
2067 @item CR16 Architecture---@file{config/cr16/cr16.h}
2068 @table @code
2070 @item b
2071 Registers from r0 to r14 (registers without stack pointer)
2073 @item t
2074 Register from r0 to r11 (all 16-bit registers)
2076 @item p
2077 Register from r12 to r15 (all 32-bit registers)
2079 @item I
2080 Signed constant that fits in 4 bits
2082 @item J
2083 Signed constant that fits in 5 bits
2085 @item K
2086 Signed constant that fits in 6 bits
2088 @item L
2089 Unsigned constant that fits in 4 bits
2091 @item M
2092 Signed constant that fits in 32 bits
2094 @item N
2095 Check for 64 bits wide constants for add/sub instructions
2097 @item G
2098 Floating point constant that is legal for store immediate
2099 @end table
2101 @item Epiphany---@file{config/epiphany/constraints.md}
2102 @table @code
2103 @item U16
2104 An unsigned 16-bit constant.
2106 @item K
2107 An unsigned 5-bit constant.
2109 @item L
2110 A signed 11-bit constant.
2112 @item Cm1
2113 A signed 11-bit constant added to @minus{}1.
2114 Can only match when the @option{-m1reg-@var{reg}} option is active.
2116 @item Cl1
2117 Left-shift of @minus{}1, i.e., a bit mask with a block of leading ones, the rest
2118 being a block of trailing zeroes.
2119 Can only match when the @option{-m1reg-@var{reg}} option is active.
2121 @item Cr1
2122 Right-shift of @minus{}1, i.e., a bit mask with a trailing block of ones, the
2123 rest being zeroes.  Or to put it another way, one less than a power of two.
2124 Can only match when the @option{-m1reg-@var{reg}} option is active.
2126 @item Cal
2127 Constant for arithmetic/logical operations.
2128 This is like @code{i}, except that for position independent code,
2129 no symbols / expressions needing relocations are allowed.
2131 @item Csy
2132 Symbolic constant for call/jump instruction.
2134 @item Rcs
2135 The register class usable in short insns.  This is a register class
2136 constraint, and can thus drive register allocation.
2137 This constraint won't match unless @option{-mprefer-short-insn-regs} is
2138 in effect.
2140 @item Rsc
2141 The the register class of registers that can be used to hold a
2142 sibcall call address.  I.e., a caller-saved register.
2144 @item Rct
2145 Core control register class.
2147 @item Rgs
2148 The register group usable in short insns.
2149 This constraint does not use a register class, so that it only
2150 passively matches suitable registers, and doesn't drive register allocation.
2152 @ifset INTERNALS
2153 @item Car
2154 Constant suitable for the addsi3_r pattern.  This is a valid offset
2155 For byte, halfword, or word addressing.
2156 @end ifset
2158 @item Rra
2159 Matches the return address if it can be replaced with the link register.
2161 @item Rcc
2162 Matches the integer condition code register.
2164 @item Sra
2165 Matches the return address if it is in a stack slot.
2167 @item Cfm
2168 Matches control register values to switch fp mode, which are encapsulated in
2169 @code{UNSPEC_FP_MODE}.
2170 @end table
2172 @item FRV---@file{config/frv/frv.h}
2173 @table @code
2174 @item a
2175 Register in the class @code{ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2177 @item b
2178 Register in the class @code{EVEN_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2180 @item c
2181 Register in the class @code{CC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3} and
2182 @code{icc0} to @code{icc3}).
2184 @item d
2185 Register in the class @code{GPR_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2187 @item e
2188 Register in the class @code{EVEN_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2189 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2190 mode larger than 4 bytes.
2192 @item f
2193 Register in the class @code{FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2195 @item h
2196 Register in the class @code{FEVEN_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2197 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2198 mode larger than 4 bytes.
2200 @item l
2201 Register in the class @code{LR_REG} (the @code{lr} register).
2203 @item q
2204 Register in the class @code{QUAD_REGS} (@code{gr2} to @code{gr63}).
2205 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2206 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2208 @item t
2209 Register in the class @code{ICC_REGS} (@code{icc0} to @code{icc3}).
2211 @item u
2212 Register in the class @code{FCC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3}).
2214 @item v
2215 Register in the class @code{ICR_REGS} (@code{cc4} to @code{cc7}).
2217 @item w
2218 Register in the class @code{FCR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc3}).
2220 @item x
2221 Register in the class @code{QUAD_FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2222 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2223 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2225 @item z
2226 Register in the class @code{SPR_REGS} (@code{lcr} and @code{lr}).
2228 @item A
2229 Register in the class @code{QUAD_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2231 @item B
2232 Register in the class @code{ACCG_REGS} (@code{accg0} to @code{accg7}).
2234 @item C
2235 Register in the class @code{CR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc7}).
2237 @item G
2238 Floating point constant zero
2240 @item I
2241 6-bit signed integer constant
2243 @item J
2244 10-bit signed integer constant
2246 @item L
2247 16-bit signed integer constant
2249 @item M
2250 16-bit unsigned integer constant
2252 @item N
2253 12-bit signed integer constant that is negative---i.e.@: in the
2254 range of @minus{}2048 to @minus{}1
2256 @item O
2257 Constant zero
2259 @item P
2260 12-bit signed integer constant that is greater than zero---i.e.@: in the
2261 range of 1 to 2047.
2263 @end table
2265 @item FT32---@file{config/ft32/constraints.md}
2266 @table @code
2267 @item A
2268 An absolute address
2270 @item B
2271 An offset address
2273 @item W
2274 A register indirect memory operand
2276 @item e
2277 An offset address.
2279 @item f
2280 An offset address.
2282 @item O
2283 The constant zero or one
2285 @item I
2286 A 16-bit signed constant (@minus{}32768 @dots{} 32767)
2288 @item w
2289 A bitfield mask suitable for bext or bins
2291 @item x
2292 An inverted bitfield mask suitable for bext or bins
2294 @item L
2295 A 16-bit unsigned constant, multiple of 4 (0 @dots{} 65532)
2297 @item S
2298 A 20-bit signed constant (@minus{}524288 @dots{} 524287)
2300 @item b
2301 A constant for a bitfield width (1 @dots{} 16)
2303 @item KA
2304 A 10-bit signed constant (@minus{}512 @dots{} 511)
2306 @end table
2308 @item Hewlett-Packard PA-RISC---@file{config/pa/pa.h}
2309 @table @code
2310 @item a
2311 General register 1
2313 @item f
2314 Floating point register
2316 @item q
2317 Shift amount register
2319 @item x
2320 Floating point register (deprecated)
2322 @item y
2323 Upper floating point register (32-bit), floating point register (64-bit)
2325 @item Z
2326 Any register
2328 @item I
2329 Signed 11-bit integer constant
2331 @item J
2332 Signed 14-bit integer constant
2334 @item K
2335 Integer constant that can be deposited with a @code{zdepi} instruction
2337 @item L
2338 Signed 5-bit integer constant
2340 @item M
2341 Integer constant 0
2343 @item N
2344 Integer constant that can be loaded with a @code{ldil} instruction
2346 @item O
2347 Integer constant whose value plus one is a power of 2
2349 @item P
2350 Integer constant that can be used for @code{and} operations in @code{depi}
2351 and @code{extru} instructions
2353 @item S
2354 Integer constant 31
2356 @item U
2357 Integer constant 63
2359 @item G
2360 Floating-point constant 0.0
2362 @item A
2363 A @code{lo_sum} data-linkage-table memory operand
2365 @item Q
2366 A memory operand that can be used as the destination operand of an
2367 integer store instruction
2369 @item R
2370 A scaled or unscaled indexed memory operand
2372 @item T
2373 A memory operand for floating-point loads and stores
2375 @item W
2376 A register indirect memory operand
2377 @end table
2379 @item Intel IA-64---@file{config/ia64/ia64.h}
2380 @table @code
2381 @item a
2382 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
2384 @item b
2385 Branch register
2387 @item c
2388 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
2390 @item d
2391 Application register residing in M-unit
2393 @item e
2394 Application register residing in I-unit
2396 @item f
2397 Floating-point register
2399 @item m
2400 Memory operand.  If used together with @samp{<} or @samp{>},
2401 the operand can have postincrement and postdecrement which
2402 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
2404 @item G
2405 Floating-point constant 0.0 or 1.0
2407 @item I
2408 14-bit signed integer constant
2410 @item J
2411 22-bit signed integer constant
2413 @item K
2414 8-bit signed integer constant for logical instructions
2416 @item L
2417 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
2419 @item M
2420 6-bit unsigned integer constant for shift counts
2422 @item N
2423 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
2425 @item O
2426 The constant zero
2428 @item P
2429 0 or @minus{}1 for @code{dep} instruction
2431 @item Q
2432 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
2434 @item R
2435 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
2437 @item S
2438 Memory operand except postincrement and postdecrement.  This is
2439 now roughly the same as @samp{m} when not used together with @samp{<}
2440 or @samp{>}.
2441 @end table
2443 @item M32C---@file{config/m32c/m32c.c}
2444 @table @code
2445 @item Rsp
2446 @itemx Rfb
2447 @itemx Rsb
2448 @samp{$sp}, @samp{$fb}, @samp{$sb}.
2450 @item Rcr
2451 Any control register, when they're 16 bits wide (nothing if control
2452 registers are 24 bits wide)
2454 @item Rcl
2455 Any control register, when they're 24 bits wide.
2457 @item R0w
2458 @itemx R1w
2459 @itemx R2w
2460 @itemx R3w
2461 $r0, $r1, $r2, $r3.
2463 @item R02
2464 $r0 or $r2, or $r2r0 for 32 bit values.
2466 @item R13
2467 $r1 or $r3, or $r3r1 for 32 bit values.
2469 @item Rdi
2470 A register that can hold a 64 bit value.
2472 @item Rhl
2473 $r0 or $r1 (registers with addressable high/low bytes)
2475 @item R23
2476 $r2 or $r3
2478 @item Raa
2479 Address registers
2481 @item Raw
2482 Address registers when they're 16 bits wide.
2484 @item Ral
2485 Address registers when they're 24 bits wide.
2487 @item Rqi
2488 Registers that can hold QI values.
2490 @item Rad
2491 Registers that can be used with displacements ($a0, $a1, $sb).
2493 @item Rsi
2494 Registers that can hold 32 bit values.
2496 @item Rhi
2497 Registers that can hold 16 bit values.
2499 @item Rhc
2500 Registers chat can hold 16 bit values, including all control
2501 registers.
2503 @item Rra
2504 $r0 through R1, plus $a0 and $a1.
2506 @item Rfl
2507 The flags register.
2509 @item Rmm
2510 The memory-based pseudo-registers $mem0 through $mem15.
2512 @item Rpi
2513 Registers that can hold pointers (16 bit registers for r8c, m16c; 24
2514 bit registers for m32cm, m32c).
2516 @item Rpa
2517 Matches multiple registers in a PARALLEL to form a larger register.
2518 Used to match function return values.
2520 @item Is3
2521 @minus{}8 @dots{} 7
2523 @item IS1
2524 @minus{}128 @dots{} 127
2526 @item IS2
2527 @minus{}32768 @dots{} 32767
2529 @item IU2
2530 0 @dots{} 65535
2532 @item In4
2533 @minus{}8 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 8
2535 @item In5
2536 @minus{}16 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 16
2538 @item In6
2539 @minus{}32 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 32
2541 @item IM2
2542 @minus{}65536 @dots{} @minus{}1
2544 @item Ilb
2545 An 8 bit value with exactly one bit set.
2547 @item Ilw
2548 A 16 bit value with exactly one bit set.
2550 @item Sd
2551 The common src/dest memory addressing modes.
2553 @item Sa
2554 Memory addressed using $a0 or $a1.
2556 @item Si
2557 Memory addressed with immediate addresses.
2559 @item Ss
2560 Memory addressed using the stack pointer ($sp).
2562 @item Sf
2563 Memory addressed using the frame base register ($fb).
2565 @item Ss
2566 Memory addressed using the small base register ($sb).
2568 @item S1
2569 $r1h
2570 @end table
2572 @item MicroBlaze---@file{config/microblaze/constraints.md}
2573 @table @code
2574 @item d
2575 A general register (@code{r0} to @code{r31}).
2577 @item z
2578 A status register (@code{rmsr}, @code{$fcc1} to @code{$fcc7}).
2580 @end table
2582 @item MIPS---@file{config/mips/constraints.md}
2583 @table @code
2584 @item d
2585 A general-purpose register.  This is equivalent to @code{r} unless
2586 generating MIPS16 code, in which case the MIPS16 register set is used.
2588 @item f
2589 A floating-point register (if available).
2591 @item h
2592 Formerly the @code{hi} register.  This constraint is no longer supported.
2594 @item l
2595 The @code{lo} register.  Use this register to store values that are
2596 no bigger than a word.
2598 @item x
2599 The concatenated @code{hi} and @code{lo} registers.  Use this register
2600 to store doubleword values.
2602 @item c
2603 A register suitable for use in an indirect jump.  This will always be
2604 @code{$25} for @option{-mabicalls}.
2606 @item v
2607 Register @code{$3}.  Do not use this constraint in new code;
2608 it is retained only for compatibility with glibc.
2610 @item y
2611 Equivalent to @code{r}; retained for backwards compatibility.
2613 @item z
2614 A floating-point condition code register.
2616 @item I
2617 A signed 16-bit constant (for arithmetic instructions).
2619 @item J
2620 Integer zero.
2622 @item K
2623 An unsigned 16-bit constant (for logic instructions).
2625 @item L
2626 A signed 32-bit constant in which the lower 16 bits are zero.
2627 Such constants can be loaded using @code{lui}.
2629 @item M
2630 A constant that cannot be loaded using @code{lui}, @code{addiu}
2631 or @code{ori}.
2633 @item N
2634 A constant in the range @minus{}65535 to @minus{}1 (inclusive).
2636 @item O
2637 A signed 15-bit constant.
2639 @item P
2640 A constant in the range 1 to 65535 (inclusive).
2642 @item G
2643 Floating-point zero.
2645 @item R
2646 An address that can be used in a non-macro load or store.
2648 @item ZC
2649 A memory operand whose address is formed by a base register and offset
2650 that is suitable for use in instructions with the same addressing mode
2651 as @code{ll} and @code{sc}.
2653 @item ZD
2654 An address suitable for a @code{prefetch} instruction, or for any other
2655 instruction with the same addressing mode as @code{prefetch}.
2656 @end table
2658 @item Motorola 680x0---@file{config/m68k/constraints.md}
2659 @table @code
2660 @item a
2661 Address register
2663 @item d
2664 Data register
2666 @item f
2667 68881 floating-point register, if available
2669 @item I
2670 Integer in the range 1 to 8
2672 @item J
2673 16-bit signed number
2675 @item K
2676 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
2678 @item L
2679 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
2681 @item M
2682 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
2684 @item N
2685 Range 24 to 31, rotatert:SI 8 to 1 expressed as rotate
2687 @item O
2688 16 (for rotate using swap)
2690 @item P
2691 Range 8 to 15, rotatert:HI 8 to 1 expressed as rotate
2693 @item R
2694 Numbers that mov3q can handle
2696 @item G
2697 Floating point constant that is not a 68881 constant
2699 @item S
2700 Operands that satisfy 'm' when -mpcrel is in effect
2702 @item T
2703 Operands that satisfy 's' when -mpcrel is not in effect
2705 @item Q
2706 Address register indirect addressing mode
2708 @item U
2709 Register offset addressing
2711 @item W
2712 const_call_operand
2714 @item Cs
2715 symbol_ref or const
2717 @item Ci
2718 const_int
2720 @item C0
2721 const_int 0
2723 @item Cj
2724 Range of signed numbers that don't fit in 16 bits
2726 @item Cmvq
2727 Integers valid for mvq
2729 @item Capsw
2730 Integers valid for a moveq followed by a swap
2732 @item Cmvz
2733 Integers valid for mvz
2735 @item Cmvs
2736 Integers valid for mvs
2738 @item Ap
2739 push_operand
2741 @item Ac
2742 Non-register operands allowed in clr
2744 @end table
2746 @item Moxie---@file{config/moxie/constraints.md}
2747 @table @code
2748 @item A
2749 An absolute address
2751 @item B
2752 An offset address
2754 @item W
2755 A register indirect memory operand
2757 @item I
2758 A constant in the range of 0 to 255.
2760 @item N
2761 A constant in the range of 0 to @minus{}255.
2763 @end table
2765 @item MSP430--@file{config/msp430/constraints.md}
2766 @table @code
2768 @item R12
2769 Register R12.
2771 @item R13
2772 Register R13.
2774 @item K
2775 Integer constant 1.
2777 @item L
2778 Integer constant -1^20..1^19.
2780 @item M
2781 Integer constant 1-4.
2783 @item Ya
2784 Memory references which do not require an extended MOVX instruction.
2786 @item Yl
2787 Memory reference, labels only.
2789 @item Ys
2790 Memory reference, stack only.
2792 @end table
2794 @item NDS32---@file{config/nds32/constraints.md}
2795 @table @code
2796 @item w
2797 LOW register class $r0 to $r7 constraint for V3/V3M ISA.
2798 @item l
2799 LOW register class $r0 to $r7.
2800 @item d
2801 MIDDLE register class $r0 to $r11, $r16 to $r19.
2802 @item h
2803 HIGH register class $r12 to $r14, $r20 to $r31.
2804 @item t
2805 Temporary assist register $ta (i.e.@: $r15).
2806 @item k
2807 Stack register $sp.
2808 @item Iu03
2809 Unsigned immediate 3-bit value.
2810 @item In03
2811 Negative immediate 3-bit value in the range of @minus{}7--0.
2812 @item Iu04
2813 Unsigned immediate 4-bit value.
2814 @item Is05
2815 Signed immediate 5-bit value.
2816 @item Iu05
2817 Unsigned immediate 5-bit value.
2818 @item In05
2819 Negative immediate 5-bit value in the range of @minus{}31--0.
2820 @item Ip05
2821 Unsigned immediate 5-bit value for movpi45 instruction with range 16--47.
2822 @item Iu06
2823 Unsigned immediate 6-bit value constraint for addri36.sp instruction.
2824 @item Iu08
2825 Unsigned immediate 8-bit value.
2826 @item Iu09
2827 Unsigned immediate 9-bit value.
2828 @item Is10
2829 Signed immediate 10-bit value.
2830 @item Is11
2831 Signed immediate 11-bit value.
2832 @item Is15
2833 Signed immediate 15-bit value.
2834 @item Iu15
2835 Unsigned immediate 15-bit value.
2836 @item Ic15
2837 A constant which is not in the range of imm15u but ok for bclr instruction.
2838 @item Ie15
2839 A constant which is not in the range of imm15u but ok for bset instruction.
2840 @item It15
2841 A constant which is not in the range of imm15u but ok for btgl instruction.
2842 @item Ii15
2843 A constant whose compliment value is in the range of imm15u
2844 and ok for bitci instruction.
2845 @item Is16
2846 Signed immediate 16-bit value.
2847 @item Is17
2848 Signed immediate 17-bit value.
2849 @item Is19
2850 Signed immediate 19-bit value.
2851 @item Is20
2852 Signed immediate 20-bit value.
2853 @item Ihig
2854 The immediate value that can be simply set high 20-bit.
2855 @item Izeb
2856 The immediate value 0xff.
2857 @item Izeh
2858 The immediate value 0xffff.
2859 @item Ixls
2860 The immediate value 0x01.
2861 @item Ix11
2862 The immediate value 0x7ff.
2863 @item Ibms
2864 The immediate value with power of 2.
2865 @item Ifex
2866 The immediate value with power of 2 minus 1.
2867 @item U33
2868 Memory constraint for 333 format.
2869 @item U45
2870 Memory constraint for 45 format.
2871 @item U37
2872 Memory constraint for 37 format.
2873 @end table
2875 @item Nios II family---@file{config/nios2/constraints.md}
2876 @table @code
2878 @item I
2879 Integer that is valid as an immediate operand in an
2880 instruction taking a signed 16-bit number. Range
2881 @minus{}32768 to 32767.
2883 @item J
2884 Integer that is valid as an immediate operand in an
2885 instruction taking an unsigned 16-bit number. Range
2886 0 to 65535.
2888 @item K
2889 Integer that is valid as an immediate operand in an
2890 instruction taking only the upper 16-bits of a
2891 32-bit number. Range 32-bit numbers with the lower
2892 16-bits being 0.
2894 @item L
2895 Integer that is valid as an immediate operand for a 
2896 shift instruction. Range 0 to 31.
2898 @item M
2899 Integer that is valid as an immediate operand for
2900 only the value 0. Can be used in conjunction with
2901 the format modifier @code{z} to use @code{r0}
2902 instead of @code{0} in the assembly output.
2904 @item N
2905 Integer that is valid as an immediate operand for
2906 a custom instruction opcode. Range 0 to 255.
2908 @item P
2909 An immediate operand for R2 andchi/andci instructions. 
2911 @item S
2912 Matches immediates which are addresses in the small
2913 data section and therefore can be added to @code{gp}
2914 as a 16-bit immediate to re-create their 32-bit value.
2916 @item U
2917 Matches constants suitable as an operand for the rdprs and
2918 cache instructions.
2920 @item v
2921 A memory operand suitable for Nios II R2 load/store
2922 exclusive instructions.
2924 @item w
2925 A memory operand suitable for load/store IO and cache
2926 instructions.
2928 @ifset INTERNALS
2929 @item T
2930 A @code{const} wrapped @code{UNSPEC} expression,
2931 representing a supported PIC or TLS relocation.
2932 @end ifset
2934 @end table
2936 @item PDP-11---@file{config/pdp11/constraints.md}
2937 @table @code
2938 @item a
2939 Floating point registers AC0 through AC3.  These can be loaded from/to
2940 memory with a single instruction.
2942 @item d
2943 Odd numbered general registers (R1, R3, R5).  These are used for
2944 16-bit multiply operations.
2946 @item f
2947 Any of the floating point registers (AC0 through AC5).
2949 @item G
2950 Floating point constant 0.
2952 @item I
2953 An integer constant that fits in 16 bits.
2955 @item J
2956 An integer constant whose low order 16 bits are zero.
2958 @item K
2959 An integer constant that does not meet the constraints for codes
2960 @samp{I} or @samp{J}.
2962 @item L
2963 The integer constant 1.
2965 @item M
2966 The integer constant @minus{}1.
2968 @item N
2969 The integer constant 0.
2971 @item O
2972 Integer constants @minus{}4 through @minus{}1 and 1 through 4; shifts by these
2973 amounts are handled as multiple single-bit shifts rather than a single
2974 variable-length shift.
2976 @item Q
2977 A memory reference which requires an additional word (address or
2978 offset) after the opcode.
2980 @item R
2981 A memory reference that is encoded within the opcode.
2983 @end table
2985 @item PowerPC and IBM RS6000---@file{config/rs6000/constraints.md}
2986 @table @code
2987 @item b
2988 Address base register
2990 @item d
2991 Floating point register (containing 64-bit value)
2993 @item f
2994 Floating point register (containing 32-bit value)
2996 @item v
2997 Altivec vector register
2999 @item wa
3000 Any VSX register if the @option{-mvsx} option was used or NO_REGS.
3002 When using any of the register constraints (@code{wa}, @code{wd},
3003 @code{wf}, @code{wg}, @code{wh}, @code{wi}, @code{wj}, @code{wk},
3004 @code{wl}, @code{wm}, @code{wo}, @code{wp}, @code{wq}, @code{ws},
3005 @code{wt}, @code{wu}, @code{wv}, @code{ww}, or @code{wy})
3006 that take VSX registers, you must use @code{%x<n>} in the template so
3007 that the correct register is used.  Otherwise the register number
3008 output in the assembly file will be incorrect if an Altivec register
3009 is an operand of a VSX instruction that expects VSX register
3010 numbering.
3012 @smallexample
3013 asm ("xvadddp %x0,%x1,%x2"
3014      : "=wa" (v1)
3015      : "wa" (v2), "wa" (v3));
3016 @end smallexample
3018 @noindent
3019 is correct, but:
3021 @smallexample
3022 asm ("xvadddp %0,%1,%2" 
3023      : "=wa" (v1) 
3024      : "wa" (v2), "wa" (v3));
3025 @end smallexample
3027 @noindent
3028 is not correct.
3030 If an instruction only takes Altivec registers, you do not want to use
3031 @code{%x<n>}.
3033 @smallexample
3034 asm ("xsaddqp %0,%1,%2"
3035      : "=v" (v1)
3036      : "v" (v2), "v" (v3));
3037 @end smallexample
3039 @noindent
3040 is correct because the @code{xsaddqp} instruction only takes Altivec
3041 registers, while:
3043 @smallexample
3044 asm ("xsaddqp %x0,%x1,%x2" 
3045      : "=v" (v1) 
3046      : "v" (v2), "v" (v3));
3047 @end smallexample
3049 @noindent
3050 is incorrect.
3052 @item wb
3053 Altivec register if @option{-mcpu=power9} is used or NO_REGS.
3055 @item wd
3056 VSX vector register to hold vector double data or NO_REGS.
3058 @item we
3059 VSX register if the @option{-mcpu=power9} and @option{-m64} options
3060 were used or NO_REGS.
3062 @item wf
3063 VSX vector register to hold vector float data or NO_REGS.
3065 @item wg
3066 If @option{-mmfpgpr} was used, a floating point register or NO_REGS.
3068 @item wh
3069 Floating point register if direct moves are available, or NO_REGS.
3071 @item wi
3072 FP or VSX register to hold 64-bit integers for VSX insns or NO_REGS.
3074 @item wj
3075 FP or VSX register to hold 64-bit integers for direct moves or NO_REGS.
3077 @item wk
3078 FP or VSX register to hold 64-bit doubles for direct moves or NO_REGS.
3080 @item wl
3081 Floating point register if the LFIWAX instruction is enabled or NO_REGS.
3083 @item wm
3084 VSX register if direct move instructions are enabled, or NO_REGS.
3086 @item wn
3087 No register (NO_REGS).
3089 @item wo
3090 VSX register to use for ISA 3.0 vector instructions, or NO_REGS.
3092 @item wp
3093 VSX register to use for IEEE 128-bit floating point TFmode, or NO_REGS.
3095 @item wq
3096 VSX register to use for IEEE 128-bit floating point, or NO_REGS.
3098 @item wr
3099 General purpose register if 64-bit instructions are enabled or NO_REGS.
3101 @item ws
3102 VSX vector register to hold scalar double values or NO_REGS.
3104 @item wt
3105 VSX vector register to hold 128 bit integer or NO_REGS.
3107 @item wu
3108 Altivec register to use for float/32-bit int loads/stores  or NO_REGS.
3110 @item wv
3111 Altivec register to use for double loads/stores  or NO_REGS.
3113 @item ww
3114 FP or VSX register to perform float operations under @option{-mvsx} or NO_REGS.
3116 @item wx
3117 Floating point register if the STFIWX instruction is enabled or NO_REGS.
3119 @item wy
3120 FP or VSX register to perform ISA 2.07 float ops or NO_REGS.
3122 @item wz
3123 Floating point register if the LFIWZX instruction is enabled or NO_REGS.
3125 @item wB
3126 Signed 5-bit constant integer that can be loaded into an altivec register.
3128 @item wD
3129 Int constant that is the element number of the 64-bit scalar in a vector.
3131 @item wE
3132 Vector constant that can be loaded with the XXSPLTIB instruction.
3134 @item wF
3135 Memory operand suitable for power9 fusion load/stores.
3137 @item wG
3138 Memory operand suitable for TOC fusion memory references.
3140 @item wH
3141 Altivec register if @option{-mvsx-small-integer}.
3143 @item wI
3144 Floating point register if @option{-mvsx-small-integer}.
3146 @item wJ
3147 FP register if @option{-mvsx-small-integer} and @option{-mpower9-vector}.
3149 @item wK
3150 Altivec register if @option{-mvsx-small-integer} and @option{-mpower9-vector}.
3152 @item wL
3153 Int constant that is the element number that the MFVSRLD instruction.
3154 targets.
3156 @item wM
3157 Match vector constant with all 1's if the XXLORC instruction is available.
3159 @item wO
3160 A memory operand suitable for the ISA 3.0 vector d-form instructions.
3162 @item wQ
3163 A memory address that will work with the @code{lq} and @code{stq}
3164 instructions.
3166 @item wS
3167 Vector constant that can be loaded with XXSPLTIB & sign extension.
3169 @item h
3170 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
3172 @item c
3173 @samp{CTR} register
3175 @item l
3176 @samp{LINK} register
3178 @item x
3179 @samp{CR} register (condition register) number 0
3181 @item y
3182 @samp{CR} register (condition register)
3184 @item z
3185 @samp{XER[CA]} carry bit (part of the XER register)
3187 @item I
3188 Signed 16-bit constant
3190 @item J
3191 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
3192 @code{SImode} constants)
3194 @item K
3195 Unsigned 16-bit constant
3197 @item L
3198 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
3200 @item M
3201 Constant larger than 31
3203 @item N
3204 Exact power of 2
3206 @item O
3207 Zero
3209 @item P
3210 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
3212 @item G
3213 Floating point constant that can be loaded into a register with one
3214 instruction per word
3216 @item H
3217 Integer/Floating point constant that can be loaded into a register using
3218 three instructions
3220 @item m
3221 Memory operand.
3222 Normally, @code{m} does not allow addresses that update the base register.
3223 If @samp{<} or @samp{>} constraint is also used, they are allowed and
3224 therefore on PowerPC targets in that case it is only safe
3225 to use @samp{m<>} in an @code{asm} statement if that @code{asm} statement
3226 accesses the operand exactly once.  The @code{asm} statement must also
3227 use @samp{%U@var{<opno>}} as a placeholder for the ``update'' flag in the
3228 corresponding load or store instruction.  For example:
3230 @smallexample
3231 asm ("st%U0 %1,%0" : "=m<>" (mem) : "r" (val));
3232 @end smallexample
3234 is correct but:
3236 @smallexample
3237 asm ("st %1,%0" : "=m<>" (mem) : "r" (val));
3238 @end smallexample
3240 is not.
3242 @item es
3243 A ``stable'' memory operand; that is, one which does not include any
3244 automodification of the base register.  This used to be useful when
3245 @samp{m} allowed automodification of the base register, but as those are now only
3246 allowed when @samp{<} or @samp{>} is used, @samp{es} is basically the same
3247 as @samp{m} without @samp{<} and @samp{>}.
3249 @item Q
3250 Memory operand that is an offset from a register (it is usually better
3251 to use @samp{m} or @samp{es} in @code{asm} statements)
3253 @item Z
3254 Memory operand that is an indexed or indirect from a register (it is
3255 usually better to use @samp{m} or @samp{es} in @code{asm} statements)
3257 @item R
3258 AIX TOC entry
3260 @item a
3261 Address operand that is an indexed or indirect from a register (@samp{p} is
3262 preferable for @code{asm} statements)
3264 @item U
3265 System V Release 4 small data area reference
3267 @item W
3268 Vector constant that does not require memory
3270 @item j
3271 Vector constant that is all zeros.
3273 @end table
3275 @item RL78---@file{config/rl78/constraints.md}
3276 @table @code
3278 @item Int3
3279 An integer constant in the range 1 @dots{} 7.
3280 @item Int8
3281 An integer constant in the range 0 @dots{} 255.
3282 @item J
3283 An integer constant in the range @minus{}255 @dots{} 0
3284 @item K
3285 The integer constant 1.
3286 @item L
3287 The integer constant -1.
3288 @item M
3289 The integer constant 0.
3290 @item N
3291 The integer constant 2.
3292 @item O
3293 The integer constant -2.
3294 @item P
3295 An integer constant in the range 1 @dots{} 15.
3296 @item Qbi
3297 The built-in compare types--eq, ne, gtu, ltu, geu, and leu.
3298 @item Qsc
3299 The synthetic compare types--gt, lt, ge, and le.
3300 @item Wab
3301 A memory reference with an absolute address.
3302 @item Wbc
3303 A memory reference using @code{BC} as a base register, with an optional offset.
3304 @item Wca
3305 A memory reference using @code{AX}, @code{BC}, @code{DE}, or @code{HL} for the address, for calls.
3306 @item Wcv
3307 A memory reference using any 16-bit register pair for the address, for calls.
3308 @item Wd2
3309 A memory reference using @code{DE} as a base register, with an optional offset.
3310 @item Wde
3311 A memory reference using @code{DE} as a base register, without any offset.
3312 @item Wfr
3313 Any memory reference to an address in the far address space.
3314 @item Wh1
3315 A memory reference using @code{HL} as a base register, with an optional one-byte offset.
3316 @item Whb
3317 A memory reference using @code{HL} as a base register, with @code{B} or @code{C} as the index register.
3318 @item Whl
3319 A memory reference using @code{HL} as a base register, without any offset.
3320 @item Ws1
3321 A memory reference using @code{SP} as a base register, with an optional one-byte offset.
3322 @item Y
3323 Any memory reference to an address in the near address space.
3324 @item A
3325 The @code{AX} register.
3326 @item B
3327 The @code{BC} register.
3328 @item D
3329 The @code{DE} register.
3330 @item R
3331 @code{A} through @code{L} registers.
3332 @item S
3333 The @code{SP} register.
3334 @item T
3335 The @code{HL} register.
3336 @item Z08W
3337 The 16-bit @code{R8} register.
3338 @item Z10W
3339 The 16-bit @code{R10} register.
3340 @item Zint
3341 The registers reserved for interrupts (@code{R24} to @code{R31}).
3342 @item a
3343 The @code{A} register.
3344 @item b
3345 The @code{B} register.
3346 @item c
3347 The @code{C} register.
3348 @item d
3349 The @code{D} register.
3350 @item e
3351 The @code{E} register.
3352 @item h
3353 The @code{H} register.
3354 @item l
3355 The @code{L} register.
3356 @item v
3357 The virtual registers.
3358 @item w
3359 The @code{PSW} register.
3360 @item x
3361 The @code{X} register.
3363 @end table
3365 @item RISC-V---@file{config/riscv/constraints.md}
3366 @table @code
3368 @item f
3369 A floating-point register (if availiable).
3371 @item I
3372 An I-type 12-bit signed immediate.
3374 @item J
3375 Integer zero.
3377 @item K
3378 A 5-bit unsigned immediate for CSR access instructions.
3380 @item A
3381 An address that is held in a general-purpose register.
3383 @end table
3385 @item RX---@file{config/rx/constraints.md}
3386 @table @code
3387 @item Q
3388 An address which does not involve register indirect addressing or
3389 pre/post increment/decrement addressing.
3391 @item Symbol
3392 A symbol reference.
3394 @item Int08
3395 A constant in the range @minus{}256 to 255, inclusive.
3397 @item Sint08
3398 A constant in the range @minus{}128 to 127, inclusive.
3400 @item Sint16
3401 A constant in the range @minus{}32768 to 32767, inclusive.
3403 @item Sint24
3404 A constant in the range @minus{}8388608 to 8388607, inclusive.
3406 @item Uint04
3407 A constant in the range 0 to 15, inclusive.
3409 @end table
3411 @item S/390 and zSeries---@file{config/s390/s390.h}
3412 @table @code
3413 @item a
3414 Address register (general purpose register except r0)
3416 @item c
3417 Condition code register
3419 @item d
3420 Data register (arbitrary general purpose register)
3422 @item f
3423 Floating-point register
3425 @item I
3426 Unsigned 8-bit constant (0--255)
3428 @item J
3429 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
3431 @item K
3432 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
3434 @item L
3435 Value appropriate as displacement.
3436 @table @code
3437 @item (0..4095)
3438 for short displacement
3439 @item (@minus{}524288..524287)
3440 for long displacement
3441 @end table
3443 @item M
3444 Constant integer with a value of 0x7fffffff.
3446 @item N
3447 Multiple letter constraint followed by 4 parameter letters.
3448 @table @code
3449 @item 0..9:
3450 number of the part counting from most to least significant
3451 @item H,Q:
3452 mode of the part
3453 @item D,S,H:
3454 mode of the containing operand
3455 @item 0,F:
3456 value of the other parts (F---all bits set)
3457 @end table
3458 The constraint matches if the specified part of a constant
3459 has a value different from its other parts.
3461 @item Q
3462 Memory reference without index register and with short displacement.
3464 @item R
3465 Memory reference with index register and short displacement.
3467 @item S
3468 Memory reference without index register but with long displacement.
3470 @item T
3471 Memory reference with index register and long displacement.
3473 @item U
3474 Pointer with short displacement.
3476 @item W
3477 Pointer with long displacement.
3479 @item Y
3480 Shift count operand.
3482 @end table
3484 @need 1000
3485 @item SPARC---@file{config/sparc/sparc.h}
3486 @table @code
3487 @item f
3488 Floating-point register on the SPARC-V8 architecture and
3489 lower floating-point register on the SPARC-V9 architecture.
3491 @item e
3492 Floating-point register.  It is equivalent to @samp{f} on the
3493 SPARC-V8 architecture and contains both lower and upper
3494 floating-point registers on the SPARC-V9 architecture.
3496 @item c
3497 Floating-point condition code register.
3499 @item d
3500 Lower floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9
3501 architecture when the Visual Instruction Set is available.
3503 @item b
3504 Floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9 architecture
3505 when the Visual Instruction Set is available.
3507 @item h
3508 64-bit global or out register for the SPARC-V8+ architecture.
3510 @item C
3511 The constant all-ones, for floating-point.
3513 @item A
3514 Signed 5-bit constant
3516 @item D
3517 A vector constant
3519 @item I
3520 Signed 13-bit constant
3522 @item J
3523 Zero
3525 @item K
3526 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
3527 loaded with the @code{sethi} instruction)
3529 @item L
3530 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions (11-bit
3531 signed immediate)
3533 @item M
3534 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions (10-bit
3535 signed immediate)
3537 @item N
3538 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
3539 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
3540 modes wider than @code{SImode}
3542 @item O
3543 The constant 4096
3545 @item G
3546 Floating-point zero
3548 @item H
3549 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
3551 @item P
3552 The constant -1
3554 @item Q
3555 Floating-point constant whose integral representation can
3556 be moved into an integer register using a single sethi
3557 instruction
3559 @item R
3560 Floating-point constant whose integral representation can
3561 be moved into an integer register using a single mov
3562 instruction
3564 @item S
3565 Floating-point constant whose integral representation can
3566 be moved into an integer register using a high/lo_sum
3567 instruction sequence
3569 @item T
3570 Memory address aligned to an 8-byte boundary
3572 @item U
3573 Even register
3575 @item W
3576 Memory address for @samp{e} constraint registers
3578 @item w
3579 Memory address with only a base register
3581 @item Y
3582 Vector zero
3584 @end table
3586 @item SPU---@file{config/spu/spu.h}
3587 @table @code
3588 @item a
3589 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.
3591 @item c
3592 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.
3594 @item d
3595 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 64 bit value.
3597 @item f
3598 An immediate which can be loaded with @code{fsmbi}.
3600 @item A
3601 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3603 @item B
3604 An immediate for most arithmetic instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3606 @item C
3607 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3609 @item D
3610 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 32 bit value.
3612 @item I
3613 A constant in the range [@minus{}64, 63] for shift/rotate instructions.
3615 @item J
3616 An unsigned 7-bit constant for conversion/nop/channel instructions.
3618 @item K
3619 A signed 10-bit constant for most arithmetic instructions.
3621 @item M
3622 A signed 16 bit immediate for @code{stop}.
3624 @item N
3625 An unsigned 16-bit constant for @code{iohl} and @code{fsmbi}.
3627 @item O
3628 An unsigned 7-bit constant whose 3 least significant bits are 0.
3630 @item P
3631 An unsigned 3-bit constant for 16-byte rotates and shifts
3633 @item R
3634 Call operand, reg, for indirect calls
3636 @item S
3637 Call operand, symbol, for relative calls.
3639 @item T
3640 Call operand, const_int, for absolute calls.
3642 @item U
3643 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is sign extended to 128 bit.
3645 @item W
3646 An immediate for shift and rotate instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3648 @item Y
3649 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is sign extended as a 128 bit.
3651 @item Z
3652 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is sign extended to 128 bit.
3654 @end table
3656 @item TI C6X family---@file{config/c6x/constraints.md}
3657 @table @code
3658 @item a
3659 Register file A (A0--A31).
3661 @item b
3662 Register file B (B0--B31).
3664 @item A
3665 Predicate registers in register file A (A0--A2 on C64X and
3666 higher, A1 and A2 otherwise).
3668 @item B
3669 Predicate registers in register file B (B0--B2).
3671 @item C
3672 A call-used register in register file B (B0--B9, B16--B31).
3674 @item Da
3675 Register file A, excluding predicate registers (A3--A31,
3676 plus A0 if not C64X or higher).
3678 @item Db
3679 Register file B, excluding predicate registers (B3--B31).
3681 @item Iu4
3682 Integer constant in the range 0 @dots{} 15.
3684 @item Iu5
3685 Integer constant in the range 0 @dots{} 31.
3687 @item In5
3688 Integer constant in the range @minus{}31 @dots{} 0.
3690 @item Is5
3691 Integer constant in the range @minus{}16 @dots{} 15.
3693 @item I5x
3694 Integer constant that can be the operand of an ADDA or a SUBA insn.
3696 @item IuB
3697 Integer constant in the range 0 @dots{} 65535.
3699 @item IsB
3700 Integer constant in the range @minus{}32768 @dots{} 32767.
3702 @item IsC
3703 Integer constant in the range @math{-2^{20}} @dots{} @math{2^{20} - 1}.
3705 @item Jc
3706 Integer constant that is a valid mask for the clr instruction.
3708 @item Js
3709 Integer constant that is a valid mask for the set instruction.
3711 @item Q
3712 Memory location with A base register.
3714 @item R
3715 Memory location with B base register.
3717 @ifset INTERNALS
3718 @item S0
3719 On C64x+ targets, a GP-relative small data reference.
3721 @item S1
3722 Any kind of @code{SYMBOL_REF}, for use in a call address.
3724 @item Si
3725 Any kind of immediate operand, unless it matches the S0 constraint.
3727 @item T
3728 Memory location with B base register, but not using a long offset.
3730 @item W
3731 A memory operand with an address that can't be used in an unaligned access.
3733 @end ifset
3734 @item Z
3735 Register B14 (aka DP).
3737 @end table
3739 @item TILE-Gx---@file{config/tilegx/constraints.md}
3740 @table @code
3741 @item R00
3742 @itemx R01
3743 @itemx R02
3744 @itemx R03
3745 @itemx R04
3746 @itemx R05
3747 @itemx R06
3748 @itemx R07
3749 @itemx R08
3750 @itemx R09
3751 @itemx R10
3752 Each of these represents a register constraint for an individual
3753 register, from r0 to r10.
3755 @item I
3756 Signed 8-bit integer constant.
3758 @item J
3759 Signed 16-bit integer constant.
3761 @item K
3762 Unsigned 16-bit integer constant.
3764 @item L
3765 Integer constant that fits in one signed byte when incremented by one
3766 (@minus{}129 @dots{} 126).
3768 @item m
3769 Memory operand.  If used together with @samp{<} or @samp{>}, the
3770 operand can have postincrement which requires printing with @samp{%In}
3771 and @samp{%in} on TILE-Gx.  For example:
3773 @smallexample
3774 asm ("st_add %I0,%1,%i0" : "=m<>" (*mem) : "r" (val));
3775 @end smallexample
3777 @item M
3778 A bit mask suitable for the BFINS instruction.
3780 @item N
3781 Integer constant that is a byte tiled out eight times.
3783 @item O
3784 The integer zero constant.
3786 @item P
3787 Integer constant that is a sign-extended byte tiled out as four shorts.
3789 @item Q
3790 Integer constant that fits in one signed byte when incremented
3791 (@minus{}129 @dots{} 126), but excluding -1.
3793 @item S
3794 Integer constant that has all 1 bits consecutive and starting at bit 0.
3796 @item T
3797 A 16-bit fragment of a got, tls, or pc-relative reference.
3799 @item U
3800 Memory operand except postincrement.  This is roughly the same as
3801 @samp{m} when not used together with @samp{<} or @samp{>}.
3803 @item W
3804 An 8-element vector constant with identical elements.
3806 @item Y
3807 A 4-element vector constant with identical elements.
3809 @item Z0
3810 The integer constant 0xffffffff.
3812 @item Z1
3813 The integer constant 0xffffffff00000000.
3815 @end table
3817 @item TILEPro---@file{config/tilepro/constraints.md}
3818 @table @code
3819 @item R00
3820 @itemx R01
3821 @itemx R02
3822 @itemx R03
3823 @itemx R04
3824 @itemx R05
3825 @itemx R06
3826 @itemx R07
3827 @itemx R08
3828 @itemx R09
3829 @itemx R10
3830 Each of these represents a register constraint for an individual
3831 register, from r0 to r10.
3833 @item I
3834 Signed 8-bit integer constant.
3836 @item J
3837 Signed 16-bit integer constant.
3839 @item K
3840 Nonzero integer constant with low 16 bits zero.
3842 @item L
3843 Integer constant that fits in one signed byte when incremented by one
3844 (@minus{}129 @dots{} 126).
3846 @item m
3847 Memory operand.  If used together with @samp{<} or @samp{>}, the
3848 operand can have postincrement which requires printing with @samp{%In}
3849 and @samp{%in} on TILEPro.  For example:
3851 @smallexample
3852 asm ("swadd %I0,%1,%i0" : "=m<>" (mem) : "r" (val));
3853 @end smallexample
3855 @item M
3856 A bit mask suitable for the MM instruction.
3858 @item N
3859 Integer constant that is a byte tiled out four times.
3861 @item O
3862 The integer zero constant.
3864 @item P
3865 Integer constant that is a sign-extended byte tiled out as two shorts.
3867 @item Q
3868 Integer constant that fits in one signed byte when incremented
3869 (@minus{}129 @dots{} 126), but excluding -1.
3871 @item T
3872 A symbolic operand, or a 16-bit fragment of a got, tls, or pc-relative
3873 reference.
3875 @item U
3876 Memory operand except postincrement.  This is roughly the same as
3877 @samp{m} when not used together with @samp{<} or @samp{>}.
3879 @item W
3880 A 4-element vector constant with identical elements.
3882 @item Y
3883 A 2-element vector constant with identical elements.
3885 @end table
3887 @item Visium---@file{config/visium/constraints.md}
3888 @table @code
3889 @item b
3890 EAM register @code{mdb}
3892 @item c
3893 EAM register @code{mdc}
3895 @item f
3896 Floating point register
3898 @ifset INTERNALS
3899 @item k
3900 Register for sibcall optimization
3901 @end ifset
3903 @item l
3904 General register, but not @code{r29}, @code{r30} and @code{r31}
3906 @item t
3907 Register @code{r1}
3909 @item u
3910 Register @code{r2}
3912 @item v
3913 Register @code{r3}
3915 @item G
3916 Floating-point constant 0.0
3918 @item J
3919 Integer constant in the range 0 .. 65535 (16-bit immediate)
3921 @item K
3922 Integer constant in the range 1 .. 31 (5-bit immediate)
3924 @item L
3925 Integer constant in the range @minus{}65535 .. @minus{}1 (16-bit negative immediate)
3927 @item M
3928 Integer constant @minus{}1
3930 @item O
3931 Integer constant 0
3933 @item P
3934 Integer constant 32
3935 @end table
3937 @item x86 family---@file{config/i386/constraints.md}
3938 @table @code
3939 @item R
3940 Legacy register---the eight integer registers available on all
3941 i386 processors (@code{a}, @code{b}, @code{c}, @code{d},
3942 @code{si}, @code{di}, @code{bp}, @code{sp}).
3944 @item q
3945 Any register accessible as @code{@var{r}l}.  In 32-bit mode, @code{a},
3946 @code{b}, @code{c}, and @code{d}; in 64-bit mode, any integer register.
3948 @item Q
3949 Any register accessible as @code{@var{r}h}: @code{a}, @code{b},
3950 @code{c}, and @code{d}.
3952 @ifset INTERNALS
3953 @item l
3954 Any register that can be used as the index in a base+index memory
3955 access: that is, any general register except the stack pointer.
3956 @end ifset
3958 @item a
3959 The @code{a} register.
3961 @item b
3962 The @code{b} register.
3964 @item c
3965 The @code{c} register.
3967 @item d
3968 The @code{d} register.
3970 @item S
3971 The @code{si} register.
3973 @item D
3974 The @code{di} register.
3976 @item A
3977 The @code{a} and @code{d} registers.  This class is used for instructions
3978 that return double word results in the @code{ax:dx} register pair.  Single
3979 word values will be allocated either in @code{ax} or @code{dx}.
3980 For example on i386 the following implements @code{rdtsc}:
3982 @smallexample
3983 unsigned long long rdtsc (void)
3985   unsigned long long tick;
3986   __asm__ __volatile__("rdtsc":"=A"(tick));
3987   return tick;
3989 @end smallexample
3991 This is not correct on x86-64 as it would allocate tick in either @code{ax}
3992 or @code{dx}.  You have to use the following variant instead:
3994 @smallexample
3995 unsigned long long rdtsc (void)
3997   unsigned int tickl, tickh;
3998   __asm__ __volatile__("rdtsc":"=a"(tickl),"=d"(tickh));
3999   return ((unsigned long long)tickh << 32)|tickl;
4001 @end smallexample
4004 @item f
4005 Any 80387 floating-point (stack) register.
4007 @item t
4008 Top of 80387 floating-point stack (@code{%st(0)}).
4010 @item u
4011 Second from top of 80387 floating-point stack (@code{%st(1)}).
4013 @item y
4014 Any MMX register.
4016 @item x
4017 Any SSE register.
4019 @item Yz
4020 First SSE register (@code{%xmm0}).
4022 @ifset INTERNALS
4023 @item Y2
4024 Any SSE register, when SSE2 is enabled.
4026 @item Yi
4027 Any SSE register, when SSE2 and inter-unit moves are enabled.
4029 @item Ym
4030 Any MMX register, when inter-unit moves are enabled.
4031 @end ifset
4033 @item I
4034 Integer constant in the range 0 @dots{} 31, for 32-bit shifts.
4036 @item J
4037 Integer constant in the range 0 @dots{} 63, for 64-bit shifts.
4039 @item K
4040 Signed 8-bit integer constant.
4042 @item L
4043 @code{0xFF} or @code{0xFFFF}, for andsi as a zero-extending move.
4045 @item M
4046 0, 1, 2, or 3 (shifts for the @code{lea} instruction).
4048 @item N
4049 Unsigned 8-bit integer constant (for @code{in} and @code{out}
4050 instructions).
4052 @ifset INTERNALS
4053 @item O
4054 Integer constant in the range 0 @dots{} 127, for 128-bit shifts.
4055 @end ifset
4057 @item G
4058 Standard 80387 floating point constant.
4060 @item C
4061 SSE constant zero operand.
4063 @item e
4064 32-bit signed integer constant, or a symbolic reference known
4065 to fit that range (for immediate operands in sign-extending x86-64
4066 instructions).
4068 @item Z
4069 32-bit unsigned integer constant, or a symbolic reference known
4070 to fit that range (for immediate operands in zero-extending x86-64
4071 instructions).
4073 @end table
4075 @item Xstormy16---@file{config/stormy16/stormy16.h}
4076 @table @code
4077 @item a
4078 Register r0.
4080 @item b
4081 Register r1.
4083 @item c
4084 Register r2.
4086 @item d
4087 Register r8.
4089 @item e
4090 Registers r0 through r7.
4092 @item t
4093 Registers r0 and r1.
4095 @item y
4096 The carry register.
4098 @item z
4099 Registers r8 and r9.
4101 @item I
4102 A constant between 0 and 3 inclusive.
4104 @item J
4105 A constant that has exactly one bit set.
4107 @item K
4108 A constant that has exactly one bit clear.
4110 @item L
4111 A constant between 0 and 255 inclusive.
4113 @item M
4114 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
4116 @item N
4117 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
4119 @item O
4120 A constant between 1 and 4 inclusive.
4122 @item P
4123 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
4125 @item Q
4126 A memory reference that is a stack push.
4128 @item R
4129 A memory reference that is a stack pop.
4131 @item S
4132 A memory reference that refers to a constant address of known value.
4134 @item T
4135 The register indicated by Rx (not implemented yet).
4137 @item U
4138 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
4140 @item Z
4141 The constant 0.
4143 @end table
4145 @item Xtensa---@file{config/xtensa/constraints.md}
4146 @table @code
4147 @item a
4148 General-purpose 32-bit register
4150 @item b
4151 One-bit boolean register
4153 @item A
4154 MAC16 40-bit accumulator register
4156 @item I
4157 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
4159 @item J
4160 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
4162 @item K
4163 Integer constant valid for BccI instructions
4165 @item L
4166 Unsigned constant valid for BccUI instructions
4168 @end table
4170 @end table
4172 @ifset INTERNALS
4173 @node Disable Insn Alternatives
4174 @subsection Disable insn alternatives using the @code{enabled} attribute
4175 @cindex enabled
4177 There are three insn attributes that may be used to selectively disable
4178 instruction alternatives:
4180 @table @code
4181 @item enabled
4182 Says whether an alternative is available on the current subtarget.
4184 @item preferred_for_size
4185 Says whether an enabled alternative should be used in code that is
4186 optimized for size.
4188 @item preferred_for_speed
4189 Says whether an enabled alternative should be used in code that is
4190 optimized for speed.
4191 @end table
4193 All these attributes should use @code{(const_int 1)} to allow an alternative
4194 or @code{(const_int 0)} to disallow it.  The attributes must be a static
4195 property of the subtarget; they cannot for example depend on the
4196 current operands, on the current optimization level, on the location
4197 of the insn within the body of a loop, on whether register allocation
4198 has finished, or on the current compiler pass.
4200 The @code{enabled} attribute is a correctness property.  It tells GCC to act
4201 as though the disabled alternatives were never defined in the first place.
4202 This is useful when adding new instructions to an existing pattern in
4203 cases where the new instructions are only available for certain cpu
4204 architecture levels (typically mapped to the @code{-march=} command-line
4205 option).
4207 In contrast, the @code{preferred_for_size} and @code{preferred_for_speed}
4208 attributes are strong optimization hints rather than correctness properties.
4209 @code{preferred_for_size} tells GCC which alternatives to consider when
4210 adding or modifying an instruction that GCC wants to optimize for size.
4211 @code{preferred_for_speed} does the same thing for speed.  Note that things
4212 like code motion can lead to cases where code optimized for size uses
4213 alternatives that are not preferred for size, and similarly for speed.
4215 Although @code{define_insn}s can in principle specify the @code{enabled}
4216 attribute directly, it is often clearer to have subsiduary attributes
4217 for each architectural feature of interest.  The @code{define_insn}s
4218 can then use these subsiduary attributes to say which alternatives
4219 require which features.  The example below does this for @code{cpu_facility}.
4221 E.g. the following two patterns could easily be merged using the @code{enabled}
4222 attribute:
4224 @smallexample
4226 (define_insn "*movdi_old"
4227   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
4228         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d"))]
4229   "!TARGET_NEW"
4230   "lgr %0,%1")
4232 (define_insn "*movdi_new"
4233   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d,f,d")
4234         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d,d,f"))]
4235   "TARGET_NEW"
4236   "@@
4237    lgr  %0,%1
4238    ldgr %0,%1
4239    lgdr %0,%1")
4241 @end smallexample
4245 @smallexample
4247 (define_insn "*movdi_combined"
4248   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d,f,d")
4249         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d,d,f"))]
4250   ""
4251   "@@
4252    lgr  %0,%1
4253    ldgr %0,%1
4254    lgdr %0,%1"
4255   [(set_attr "cpu_facility" "*,new,new")])
4257 @end smallexample
4259 with the @code{enabled} attribute defined like this:
4261 @smallexample
4263 (define_attr "cpu_facility" "standard,new" (const_string "standard"))
4265 (define_attr "enabled" ""
4266   (cond [(eq_attr "cpu_facility" "standard") (const_int 1)
4267          (and (eq_attr "cpu_facility" "new")
4268               (ne (symbol_ref "TARGET_NEW") (const_int 0)))
4269          (const_int 1)]
4270         (const_int 0)))
4272 @end smallexample
4274 @end ifset
4276 @ifset INTERNALS
4277 @node Define Constraints
4278 @subsection Defining Machine-Specific Constraints
4279 @cindex defining constraints
4280 @cindex constraints, defining
4282 Machine-specific constraints fall into two categories: register and
4283 non-register constraints.  Within the latter category, constraints
4284 which allow subsets of all possible memory or address operands should
4285 be specially marked, to give @code{reload} more information.
4287 Machine-specific constraints can be given names of arbitrary length,
4288 but they must be entirely composed of letters, digits, underscores
4289 (@samp{_}), and angle brackets (@samp{< >}).  Like C identifiers, they
4290 must begin with a letter or underscore.
4292 In order to avoid ambiguity in operand constraint strings, no
4293 constraint can have a name that begins with any other constraint's
4294 name.  For example, if @code{x} is defined as a constraint name,
4295 @code{xy} may not be, and vice versa.  As a consequence of this rule,
4296 no constraint may begin with one of the generic constraint letters:
4297 @samp{E F V X g i m n o p r s}.
4299 Register constraints correspond directly to register classes.
4300 @xref{Register Classes}.  There is thus not much flexibility in their
4301 definitions.
4303 @deffn {MD Expression} define_register_constraint name regclass docstring
4304 All three arguments are string constants.
4305 @var{name} is the name of the constraint, as it will appear in
4306 @code{match_operand} expressions.  If @var{name} is a multi-letter
4307 constraint its length shall be the same for all constraints starting
4308 with the same letter.  @var{regclass} can be either the
4309 name of the corresponding register class (@pxref{Register Classes}),
4310 or a C expression which evaluates to the appropriate register class.
4311 If it is an expression, it must have no side effects, and it cannot
4312 look at the operand.  The usual use of expressions is to map some
4313 register constraints to @code{NO_REGS} when the register class
4314 is not available on a given subarchitecture.
4316 @var{docstring} is a sentence documenting the meaning of the
4317 constraint.  Docstrings are explained further below.
4318 @end deffn
4320 Non-register constraints are more like predicates: the constraint
4321 definition gives a boolean expression which indicates whether the
4322 constraint matches.
4324 @deffn {MD Expression} define_constraint name docstring exp
4325 The @var{name} and @var{docstring} arguments are the same as for
4326 @code{define_register_constraint}, but note that the docstring comes
4327 immediately after the name for these expressions.  @var{exp} is an RTL
4328 expression, obeying the same rules as the RTL expressions in predicate
4329 definitions.  @xref{Defining Predicates}, for details.  If it
4330 evaluates true, the constraint matches; if it evaluates false, it
4331 doesn't. Constraint expressions should indicate which RTL codes they
4332 might match, just like predicate expressions.
4334 @code{match_test} C expressions have access to the
4335 following variables:
4337 @table @var
4338 @item op
4339 The RTL object defining the operand.
4340 @item mode
4341 The machine mode of @var{op}.
4342 @item ival
4343 @samp{INTVAL (@var{op})}, if @var{op} is a @code{const_int}.
4344 @item hval
4345 @samp{CONST_DOUBLE_HIGH (@var{op})}, if @var{op} is an integer
4346 @code{const_double}.
4347 @item lval
4348 @samp{CONST_DOUBLE_LOW (@var{op})}, if @var{op} is an integer
4349 @code{const_double}.
4350 @item rval
4351 @samp{CONST_DOUBLE_REAL_VALUE (@var{op})}, if @var{op} is a floating-point
4352 @code{const_double}.
4353 @end table
4355 The @var{*val} variables should only be used once another piece of the
4356 expression has verified that @var{op} is the appropriate kind of RTL
4357 object.
4358 @end deffn
4360 Most non-register constraints should be defined with
4361 @code{define_constraint}.  The remaining two definition expressions
4362 are only appropriate for constraints that should be handled specially
4363 by @code{reload} if they fail to match.
4365 @deffn {MD Expression} define_memory_constraint name docstring exp
4366 Use this expression for constraints that match a subset of all memory
4367 operands: that is, @code{reload} can make them match by converting the
4368 operand to the form @samp{@w{(mem (reg @var{X}))}}, where @var{X} is a
4369 base register (from the register class specified by
4370 @code{BASE_REG_CLASS}, @pxref{Register Classes}).
4372 For example, on the S/390, some instructions do not accept arbitrary
4373 memory references, but only those that do not make use of an index
4374 register.  The constraint letter @samp{Q} is defined to represent a
4375 memory address of this type.  If @samp{Q} is defined with
4376 @code{define_memory_constraint}, a @samp{Q} constraint can handle any
4377 memory operand, because @code{reload} knows it can simply copy the
4378 memory address into a base register if required.  This is analogous to
4379 the way an @samp{o} constraint can handle any memory operand.
4381 The syntax and semantics are otherwise identical to
4382 @code{define_constraint}.
4383 @end deffn
4385 @deffn {MD Expression} define_special_memory_constraint name docstring exp
4386 Use this expression for constraints that match a subset of all memory
4387 operands: that is, @code{reload} can not make them match by reloading
4388 the address as it is described for @code{define_memory_constraint} or
4389 such address reload is undesirable with the performance point of view.
4391 For example, @code{define_special_memory_constraint} can be useful if
4392 specifically aligned memory is necessary or desirable for some insn
4393 operand.
4395 The syntax and semantics are otherwise identical to
4396 @code{define_constraint}.
4397 @end deffn
4399 @deffn {MD Expression} define_address_constraint name docstring exp
4400 Use this expression for constraints that match a subset of all address
4401 operands: that is, @code{reload} can make the constraint match by
4402 converting the operand to the form @samp{@w{(reg @var{X})}}, again
4403 with @var{X} a base register.
4405 Constraints defined with @code{define_address_constraint} can only be
4406 used with the @code{address_operand} predicate, or machine-specific
4407 predicates that work the same way.  They are treated analogously to
4408 the generic @samp{p} constraint.
4410 The syntax and semantics are otherwise identical to
4411 @code{define_constraint}.
4412 @end deffn
4414 For historical reasons, names beginning with the letters @samp{G H}
4415 are reserved for constraints that match only @code{const_double}s, and
4416 names beginning with the letters @samp{I J K L M N O P} are reserved
4417 for constraints that match only @code{const_int}s.  This may change in
4418 the future.  For the time being, constraints with these names must be
4419 written in a stylized form, so that @code{genpreds} can tell you did
4420 it correctly:
4422 @smallexample
4423 @group
4424 (define_constraint "[@var{GHIJKLMNOP}]@dots{}"
4425   "@var{doc}@dots{}"
4426   (and (match_code "const_int")  ; @r{@code{const_double} for G/H}
4427        @var{condition}@dots{}))            ; @r{usually a @code{match_test}}
4428 @end group
4429 @end smallexample
4430 @c the semicolons line up in the formatted manual
4432 It is fine to use names beginning with other letters for constraints
4433 that match @code{const_double}s or @code{const_int}s.
4435 Each docstring in a constraint definition should be one or more complete
4436 sentences, marked up in Texinfo format.  @emph{They are currently unused.}
4437 In the future they will be copied into the GCC manual, in @ref{Machine
4438 Constraints}, replacing the hand-maintained tables currently found in
4439 that section.  Also, in the future the compiler may use this to give
4440 more helpful diagnostics when poor choice of @code{asm} constraints
4441 causes a reload failure.
4443 If you put the pseudo-Texinfo directive @samp{@@internal} at the
4444 beginning of a docstring, then (in the future) it will appear only in
4445 the internals manual's version of the machine-specific constraint tables.
4446 Use this for constraints that should not appear in @code{asm} statements.
4448 @node C Constraint Interface
4449 @subsection Testing constraints from C
4450 @cindex testing constraints
4451 @cindex constraints, testing
4453 It is occasionally useful to test a constraint from C code rather than
4454 implicitly via the constraint string in a @code{match_operand}.  The
4455 generated file @file{tm_p.h} declares a few interfaces for working
4456 with constraints.  At present these are defined for all constraints
4457 except @code{g} (which is equivalent to @code{general_operand}).
4459 Some valid constraint names are not valid C identifiers, so there is a
4460 mangling scheme for referring to them from C@.  Constraint names that
4461 do not contain angle brackets or underscores are left unchanged.
4462 Underscores are doubled, each @samp{<} is replaced with @samp{_l}, and
4463 each @samp{>} with @samp{_g}.  Here are some examples:
4465 @c the @c's prevent double blank lines in the printed manual.
4466 @example
4467 @multitable {Original} {Mangled}
4468 @item @strong{Original} @tab @strong{Mangled}  @c
4469 @item @code{x}     @tab @code{x}       @c
4470 @item @code{P42x}  @tab @code{P42x}    @c
4471 @item @code{P4_x}  @tab @code{P4__x}   @c
4472 @item @code{P4>x}  @tab @code{P4_gx}   @c
4473 @item @code{P4>>}  @tab @code{P4_g_g}  @c
4474 @item @code{P4_g>} @tab @code{P4__g_g} @c
4475 @end multitable
4476 @end example
4478 Throughout this section, the variable @var{c} is either a constraint
4479 in the abstract sense, or a constant from @code{enum constraint_num};
4480 the variable @var{m} is a mangled constraint name (usually as part of
4481 a larger identifier).
4483 @deftp Enum constraint_num
4484 For each constraint except @code{g}, there is a corresponding
4485 enumeration constant: @samp{CONSTRAINT_} plus the mangled name of the
4486 constraint.  Functions that take an @code{enum constraint_num} as an
4487 argument expect one of these constants.
4488 @end deftp
4490 @deftypefun {inline bool} satisfies_constraint_@var{m} (rtx @var{exp})
4491 For each non-register constraint @var{m} except @code{g}, there is
4492 one of these functions; it returns @code{true} if @var{exp} satisfies the
4493 constraint.  These functions are only visible if @file{rtl.h} was included
4494 before @file{tm_p.h}.
4495 @end deftypefun
4497 @deftypefun bool constraint_satisfied_p (rtx @var{exp}, enum constraint_num @var{c})
4498 Like the @code{satisfies_constraint_@var{m}} functions, but the
4499 constraint to test is given as an argument, @var{c}.  If @var{c}
4500 specifies a register constraint, this function will always return
4501 @code{false}.
4502 @end deftypefun
4504 @deftypefun {enum reg_class} reg_class_for_constraint (enum constraint_num @var{c})
4505 Returns the register class associated with @var{c}.  If @var{c} is not
4506 a register constraint, or those registers are not available for the
4507 currently selected subtarget, returns @code{NO_REGS}.
4508 @end deftypefun
4510 Here is an example use of @code{satisfies_constraint_@var{m}}.  In
4511 peephole optimizations (@pxref{Peephole Definitions}), operand
4512 constraint strings are ignored, so if there are relevant constraints,
4513 they must be tested in the C condition.  In the example, the
4514 optimization is applied if operand 2 does @emph{not} satisfy the
4515 @samp{K} constraint.  (This is a simplified version of a peephole
4516 definition from the i386 machine description.)
4518 @smallexample
4519 (define_peephole2
4520   [(match_scratch:SI 3 "r")
4521    (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4522         (mult:SI (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")
4523                  (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "")))]
4525   "!satisfies_constraint_K (operands[2])"
4527   [(set (match_dup 3) (match_dup 1))
4528    (set (match_dup 0) (mult:SI (match_dup 3) (match_dup 2)))]
4530   "")
4531 @end smallexample
4533 @node Standard Names
4534 @section Standard Pattern Names For Generation
4535 @cindex standard pattern names
4536 @cindex pattern names
4537 @cindex names, pattern
4539 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
4540 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
4541 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
4542 pattern to accomplish a certain task.
4544 @table @asis
4545 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
4546 @item @samp{mov@var{m}}
4547 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lowercase.
4548 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
4549 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
4551 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
4552 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
4553 to store the specified value in the part of the register that corresponds
4554 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
4555 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
4556 outside the target word are left unchanged.
4558 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
4559 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
4560 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
4561 If there are patterns accepting operands in larger modes,
4562 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
4564 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
4565 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
4566 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
4567 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
4568 into a register.
4570 @findex force_reg
4571 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
4572 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
4573 registers other than the operands.  For example, if you support the
4574 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
4575 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
4576 function which might generate new pseudo registers.
4578 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
4579 fetching those modes from memory normally requires several insns and
4580 some temporary registers.
4582 @findex change_address
4583 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
4584 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
4585 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
4586 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
4587 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
4588 an address into a valid address and no routine (such as
4589 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
4590 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
4592 @findex reload_in_progress
4593 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
4594 declared if required) can be used to determine whether such special
4595 handling is required.
4597 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
4598 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
4599 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
4600 machines explicit memory references will get optional reloads.
4602 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
4603 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
4605 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
4606 you must provide an appropriate secondary_reload target hook.
4608 @findex can_create_pseudo_p
4609 The macro @code{can_create_pseudo_p} can be used to determine if it
4610 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
4611 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
4613 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
4614 register to any other hard register provided that
4615 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
4616 @code{TARGET_REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value
4617 of 2.
4619 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
4620 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
4621 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
4622 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
4623 point members.
4625 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
4626 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
4627 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
4628 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
4629 floating point registers, then the constraints of the fixed point
4630 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
4631 reload into a floating point register.
4633 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
4634 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
4635 @item @samp{reload_in@var{m}}
4636 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
4637 These named patterns have been obsoleted by the target hook
4638 @code{secondary_reload}.
4640 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
4641 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
4642 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
4643 macro in @pxref{Register Classes}.
4645 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
4646 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
4647 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
4648 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
4649 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
4650 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
4651 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
4652 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
4653 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
4654 for these patterns.
4656 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
4657 @item @samp{movstrict@var{m}}
4658 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
4659 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
4660 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
4661 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
4663 @cindex @code{movmisalign@var{m}} instruction pattern
4664 @item @samp{movmisalign@var{m}}
4665 This variant of a move pattern is designed to load or store a value
4666 from a memory address that is not naturally aligned for its mode.
4667 For a store, the memory will be in operand 0; for a load, the memory
4668 will be in operand 1.  The other operand is guaranteed not to be a
4669 memory, so that it's easy to tell whether this is a load or store.
4671 This pattern is used by the autovectorizer, and when expanding a
4672 @code{MISALIGNED_INDIRECT_REF} expression.
4674 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
4675 @item @samp{load_multiple}
4676 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
4677 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
4678 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
4679 number of consecutive registers.
4681 Define this only if the target machine really has such an instruction;
4682 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
4683 registers from memory is to do them one at a time.
4685 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
4686 registers can be stored into memory, such as particular starting or
4687 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
4688 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
4689 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
4691 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
4692 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
4693 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
4694 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
4695 @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn pattern.
4697 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
4698 @item @samp{store_multiple}
4699 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
4700 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
4701 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
4702 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
4704 @cindex @code{vec_load_lanes@var{m}@var{n}} instruction pattern
4705 @item @samp{vec_load_lanes@var{m}@var{n}}
4706 Perform an interleaved load of several vectors from memory operand 1
4707 into register operand 0.  Both operands have mode @var{m}.  The register
4708 operand is viewed as holding consecutive vectors of mode @var{n},
4709 while the memory operand is a flat array that contains the same number
4710 of elements.  The operation is equivalent to:
4712 @smallexample
4713 int c = GET_MODE_SIZE (@var{m}) / GET_MODE_SIZE (@var{n});
4714 for (j = 0; j < GET_MODE_NUNITS (@var{n}); j++)
4715   for (i = 0; i < c; i++)
4716     operand0[i][j] = operand1[j * c + i];
4717 @end smallexample
4719 For example, @samp{vec_load_lanestiv4hi} loads 8 16-bit values
4720 from memory into a register of mode @samp{TI}@.  The register
4721 contains two consecutive vectors of mode @samp{V4HI}@.
4723 This pattern can only be used if:
4724 @smallexample
4725 TARGET_ARRAY_MODE_SUPPORTED_P (@var{n}, @var{c})
4726 @end smallexample
4727 is true.  GCC assumes that, if a target supports this kind of
4728 instruction for some mode @var{n}, it also supports unaligned
4729 loads for vectors of mode @var{n}.
4731 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
4733 @cindex @code{vec_store_lanes@var{m}@var{n}} instruction pattern
4734 @item @samp{vec_store_lanes@var{m}@var{n}}
4735 Equivalent to @samp{vec_load_lanes@var{m}@var{n}}, with the memory
4736 and register operands reversed.  That is, the instruction is
4737 equivalent to:
4739 @smallexample
4740 int c = GET_MODE_SIZE (@var{m}) / GET_MODE_SIZE (@var{n});
4741 for (j = 0; j < GET_MODE_NUNITS (@var{n}); j++)
4742   for (i = 0; i < c; i++)
4743     operand0[j * c + i] = operand1[i][j];
4744 @end smallexample
4746 for a memory operand 0 and register operand 1.
4748 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
4750 @cindex @code{vec_set@var{m}} instruction pattern
4751 @item @samp{vec_set@var{m}}
4752 Set given field in the vector value.  Operand 0 is the vector to modify,
4753 operand 1 is new value of field and operand 2 specify the field index.
4755 @cindex @code{vec_extract@var{m}} instruction pattern
4756 @item @samp{vec_extract@var{m}}
4757 Extract given field from the vector value.  Operand 1 is the vector, operand 2
4758 specify field index and operand 0 place to store value into.
4760 @cindex @code{vec_init@var{m}} instruction pattern
4761 @item @samp{vec_init@var{m}}
4762 Initialize the vector to given values.  Operand 0 is the vector to initialize
4763 and operand 1 is parallel containing values for individual fields.
4765 @cindex @code{vec_cmp@var{m}@var{n}} instruction pattern
4766 @item @samp{vec_cmp@var{m}@var{n}}
4767 Output a vector comparison.  Operand 0 of mode @var{n} is the destination for
4768 predicate in operand 1 which is a signed vector comparison with operands of
4769 mode @var{m} in operands 2 and 3.  Predicate is computed by element-wise
4770 evaluation of the vector comparison with a truth value of all-ones and a false
4771 value of all-zeros.
4773 @cindex @code{vec_cmpu@var{m}@var{n}} instruction pattern
4774 @item @samp{vec_cmpu@var{m}@var{n}}
4775 Similar to @code{vec_cmp@var{m}@var{n}} but perform unsigned vector comparison.
4777 @cindex @code{vec_cmpeq@var{m}@var{n}} instruction pattern
4778 @item @samp{vec_cmpeq@var{m}@var{n}}
4779 Similar to @code{vec_cmp@var{m}@var{n}} but perform equality or non-equality
4780 vector comparison only.  If @code{vec_cmp@var{m}@var{n}}
4781 or @code{vec_cmpu@var{m}@var{n}} instruction pattern is supported,
4782 it will be preferred over @code{vec_cmpeq@var{m}@var{n}}, so there is
4783 no need to define this instruction pattern if the others are supported.
4785 @cindex @code{vcond@var{m}@var{n}} instruction pattern
4786 @item @samp{vcond@var{m}@var{n}}
4787 Output a conditional vector move.  Operand 0 is the destination to
4788 receive a combination of operand 1 and operand 2, which are of mode @var{m},
4789 dependent on the outcome of the predicate in operand 3 which is a signed
4790 vector comparison with operands of mode @var{n} in operands 4 and 5.  The
4791 modes @var{m} and @var{n} should have the same size.  Operand 0
4792 will be set to the value @var{op1} & @var{msk} | @var{op2} & ~@var{msk}
4793 where @var{msk} is computed by element-wise evaluation of the vector
4794 comparison with a truth value of all-ones and a false value of all-zeros.
4796 @cindex @code{vcondu@var{m}@var{n}} instruction pattern
4797 @item @samp{vcondu@var{m}@var{n}}
4798 Similar to @code{vcond@var{m}@var{n}} but performs unsigned vector
4799 comparison.
4801 @cindex @code{vcondeq@var{m}@var{n}} instruction pattern
4802 @item @samp{vcondeq@var{m}@var{n}}
4803 Similar to @code{vcond@var{m}@var{n}} but performs equality or
4804 non-equality vector comparison only.  If @code{vcond@var{m}@var{n}}
4805 or @code{vcondu@var{m}@var{n}} instruction pattern is supported,
4806 it will be preferred over @code{vcondeq@var{m}@var{n}}, so there is
4807 no need to define this instruction pattern if the others are supported.
4809 @cindex @code{vcond_mask_@var{m}@var{n}} instruction pattern
4810 @item @samp{vcond_mask_@var{m}@var{n}}
4811 Similar to @code{vcond@var{m}@var{n}} but operand 3 holds a pre-computed
4812 result of vector comparison.
4814 @cindex @code{maskload@var{m}@var{n}} instruction pattern
4815 @item @samp{maskload@var{m}@var{n}}
4816 Perform a masked load of vector from memory operand 1 of mode @var{m}
4817 into register operand 0.  Mask is provided in register operand 2 of
4818 mode @var{n}.
4820 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
4822 @cindex @code{maskstore@var{m}@var{n}} instruction pattern
4823 @item @samp{maskstore@var{m}@var{n}}
4824 Perform a masked store of vector from register operand 1 of mode @var{m}
4825 into memory operand 0.  Mask is provided in register operand 2 of
4826 mode @var{n}.
4828 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
4830 @cindex @code{vec_perm@var{m}} instruction pattern
4831 @item @samp{vec_perm@var{m}}
4832 Output a (variable) vector permutation.  Operand 0 is the destination
4833 to receive elements from operand 1 and operand 2, which are of mode
4834 @var{m}.  Operand 3 is the @dfn{selector}.  It is an integral mode
4835 vector of the same width and number of elements as mode @var{m}.
4837 The input elements are numbered from 0 in operand 1 through
4838 @math{2*@var{N}-1} in operand 2.  The elements of the selector must
4839 be computed modulo @math{2*@var{N}}.  Note that if
4840 @code{rtx_equal_p(operand1, operand2)}, this can be implemented
4841 with just operand 1 and selector elements modulo @var{N}.
4843 In order to make things easy for a number of targets, if there is no
4844 @samp{vec_perm} pattern for mode @var{m}, but there is for mode @var{q}
4845 where @var{q} is a vector of @code{QImode} of the same width as @var{m},
4846 the middle-end will lower the mode @var{m} @code{VEC_PERM_EXPR} to
4847 mode @var{q}.
4849 @cindex @code{vec_perm_const@var{m}} instruction pattern
4850 @item @samp{vec_perm_const@var{m}}
4851 Like @samp{vec_perm} except that the permutation is a compile-time
4852 constant.  That is, operand 3, the @dfn{selector}, is a @code{CONST_VECTOR}.
4854 Some targets cannot perform a permutation with a variable selector,
4855 but can efficiently perform a constant permutation.  Further, the
4856 target hook @code{vec_perm_ok} is queried to determine if the 
4857 specific constant permutation is available efficiently; the named
4858 pattern is never expanded without @code{vec_perm_ok} returning true.
4860 There is no need for a target to supply both @samp{vec_perm@var{m}}
4861 and @samp{vec_perm_const@var{m}} if the former can trivially implement
4862 the operation with, say, the vector constant loaded into a register.
4864 @cindex @code{push@var{m}1} instruction pattern
4865 @item @samp{push@var{m}1}
4866 Output a push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
4867 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
4868 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
4869 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
4870 method is deprecated.
4872 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
4873 @item @samp{add@var{m}3}
4874 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
4875 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
4876 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
4878 @cindex @code{ssadd@var{m}3} instruction pattern
4879 @cindex @code{usadd@var{m}3} instruction pattern
4880 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
4881 @cindex @code{sssub@var{m}3} instruction pattern
4882 @cindex @code{ussub@var{m}3} instruction pattern
4883 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
4884 @cindex @code{ssmul@var{m}3} instruction pattern
4885 @cindex @code{usmul@var{m}3} instruction pattern
4886 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
4887 @cindex @code{ssdiv@var{m}3} instruction pattern
4888 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
4889 @cindex @code{usdiv@var{m}3} instruction pattern
4890 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
4891 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
4892 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
4893 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
4894 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
4895 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
4896 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
4897 @item @samp{ssadd@var{m}3}, @samp{usadd@var{m}3}
4898 @itemx @samp{sub@var{m}3}, @samp{sssub@var{m}3}, @samp{ussub@var{m}3}
4899 @itemx @samp{mul@var{m}3}, @samp{ssmul@var{m}3}, @samp{usmul@var{m}3}
4900 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{ssdiv@var{m}3}
4901 @itemx @samp{udiv@var{m}3}, @samp{usdiv@var{m}3}
4902 @itemx @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
4903 @itemx @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
4904 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
4905 Similar, for other arithmetic operations.
4907 @cindex @code{addv@var{m}4} instruction pattern
4908 @item @samp{addv@var{m}4}
4909 Like @code{add@var{m}3} but takes a @code{code_label} as operand 3 and
4910 emits code to jump to it if signed overflow occurs during the addition.
4911 This pattern is used to implement the built-in functions performing
4912 signed integer addition with overflow checking.
4914 @cindex @code{subv@var{m}4} instruction pattern
4915 @cindex @code{mulv@var{m}4} instruction pattern
4916 @item @samp{subv@var{m}4}, @samp{mulv@var{m}4}
4917 Similar, for other signed arithmetic operations.
4919 @cindex @code{uaddv@var{m}4} instruction pattern
4920 @item @samp{uaddv@var{m}4}
4921 Like @code{addv@var{m}4} but for unsigned addition.  That is to
4922 say, the operation is the same as signed addition but the jump
4923 is taken only on unsigned overflow.
4925 @cindex @code{usubv@var{m}4} instruction pattern
4926 @cindex @code{umulv@var{m}4} instruction pattern
4927 @item @samp{usubv@var{m}4}, @samp{umulv@var{m}4}
4928 Similar, for other unsigned arithmetic operations.
4930 @cindex @code{addptr@var{m}3} instruction pattern
4931 @item @samp{addptr@var{m}3}
4932 Like @code{add@var{m}3} but is guaranteed to only be used for address
4933 calculations.  The expanded code is not allowed to clobber the
4934 condition code.  It only needs to be defined if @code{add@var{m}3}
4935 sets the condition code.  If adds used for address calculations and
4936 normal adds are not compatible it is required to expand a distinct
4937 pattern (e.g. using an unspec).  The pattern is used by LRA to emit
4938 address calculations.  @code{add@var{m}3} is used if
4939 @code{addptr@var{m}3} is not defined.
4941 @cindex @code{fma@var{m}4} instruction pattern
4942 @item @samp{fma@var{m}4}
4943 Multiply operand 2 and operand 1, then add operand 3, storing the
4944 result in operand 0 without doing an intermediate rounding step.  All
4945 operands must have mode @var{m}.  This pattern is used to implement
4946 the @code{fma}, @code{fmaf}, and @code{fmal} builtin functions from
4947 the ISO C99 standard.
4949 @cindex @code{fms@var{m}4} instruction pattern
4950 @item @samp{fms@var{m}4}
4951 Like @code{fma@var{m}4}, except operand 3 subtracted from the
4952 product instead of added to the product.  This is represented
4953 in the rtl as
4955 @smallexample
4956 (fma:@var{m} @var{op1} @var{op2} (neg:@var{m} @var{op3}))
4957 @end smallexample
4959 @cindex @code{fnma@var{m}4} instruction pattern
4960 @item @samp{fnma@var{m}4}
4961 Like @code{fma@var{m}4} except that the intermediate product
4962 is negated before being added to operand 3.  This is represented
4963 in the rtl as
4965 @smallexample
4966 (fma:@var{m} (neg:@var{m} @var{op1}) @var{op2} @var{op3})
4967 @end smallexample
4969 @cindex @code{fnms@var{m}4} instruction pattern
4970 @item @samp{fnms@var{m}4}
4971 Like @code{fms@var{m}4} except that the intermediate product
4972 is negated before subtracting operand 3.  This is represented
4973 in the rtl as
4975 @smallexample
4976 (fma:@var{m} (neg:@var{m} @var{op1}) @var{op2} (neg:@var{m} @var{op3}))
4977 @end smallexample
4979 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
4980 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
4981 @item @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}
4982 Signed minimum and maximum operations.  When used with floating point,
4983 if both operands are zeros, or if either operand is @code{NaN}, then
4984 it is unspecified which of the two operands is returned as the result.
4986 @cindex @code{fmin@var{m}3} instruction pattern
4987 @cindex @code{fmax@var{m}3} instruction pattern
4988 @item @samp{fmin@var{m}3}, @samp{fmax@var{m}3}
4989 IEEE-conformant minimum and maximum operations.  If one operand is a quiet
4990 @code{NaN}, then the other operand is returned.  If both operands are quiet
4991 @code{NaN}, then a quiet @code{NaN} is returned.  In the case when gcc supports
4992 signaling @code{NaN} (-fsignaling-nans) an invalid floating point exception is
4993 raised and a quiet @code{NaN} is returned.
4995 All operands have mode @var{m}, which is a scalar or vector
4996 floating-point mode.  These patterns are not allowed to @code{FAIL}.
4998 @cindex @code{reduc_smin_scal_@var{m}} instruction pattern
4999 @cindex @code{reduc_smax_scal_@var{m}} instruction pattern
5000 @item @samp{reduc_smin_scal_@var{m}}, @samp{reduc_smax_scal_@var{m}}
5001 Find the signed minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
5002 operand 1, and operand 0 is the scalar result, with mode equal to the mode of
5003 the elements of the input vector.
5005 @cindex @code{reduc_umin_scal_@var{m}} instruction pattern
5006 @cindex @code{reduc_umax_scal_@var{m}} instruction pattern
5007 @item @samp{reduc_umin_scal_@var{m}}, @samp{reduc_umax_scal_@var{m}}
5008 Find the unsigned minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
5009 operand 1, and operand 0 is the scalar result, with mode equal to the mode of
5010 the elements of the input vector.
5012 @cindex @code{reduc_plus_scal_@var{m}} instruction pattern
5013 @item @samp{reduc_plus_scal_@var{m}}
5014 Compute the sum of the elements of a vector. The vector is operand 1, and
5015 operand 0 is the scalar result, with mode equal to the mode of the elements of
5016 the input vector.
5018 @cindex @code{sdot_prod@var{m}} instruction pattern
5019 @item @samp{sdot_prod@var{m}}
5020 @cindex @code{udot_prod@var{m}} instruction pattern
5021 @itemx @samp{udot_prod@var{m}}
5022 Compute the sum of the products of two signed/unsigned elements.
5023 Operand 1 and operand 2 are of the same mode. Their product, which is of a
5024 wider mode, is computed and added to operand 3. Operand 3 is of a mode equal or
5025 wider than the mode of the product. The result is placed in operand 0, which
5026 is of the same mode as operand 3.
5028 @cindex @code{ssad@var{m}} instruction pattern
5029 @item @samp{ssad@var{m}}
5030 @cindex @code{usad@var{m}} instruction pattern
5031 @item @samp{usad@var{m}}
5032 Compute the sum of absolute differences of two signed/unsigned elements.
5033 Operand 1 and operand 2 are of the same mode. Their absolute difference, which
5034 is of a wider mode, is computed and added to operand 3. Operand 3 is of a mode
5035 equal or wider than the mode of the absolute difference. The result is placed
5036 in operand 0, which is of the same mode as operand 3.
5038 @cindex @code{widen_ssum@var{m3}} instruction pattern
5039 @item @samp{widen_ssum@var{m3}}
5040 @cindex @code{widen_usum@var{m3}} instruction pattern
5041 @itemx @samp{widen_usum@var{m3}}
5042 Operands 0 and 2 are of the same mode, which is wider than the mode of
5043 operand 1. Add operand 1 to operand 2 and place the widened result in
5044 operand 0. (This is used express accumulation of elements into an accumulator
5045 of a wider mode.)
5047 @cindex @code{vec_shr_@var{m}} instruction pattern
5048 @item @samp{vec_shr_@var{m}}
5049 Whole vector right shift in bits, i.e. towards element 0.
5050 Operand 1 is a vector to be shifted.
5051 Operand 2 is an integer shift amount in bits.
5052 Operand 0 is where the resulting shifted vector is stored.
5053 The output and input vectors should have the same modes.
5055 @cindex @code{vec_pack_trunc_@var{m}} instruction pattern
5056 @item @samp{vec_pack_trunc_@var{m}}
5057 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors. Operands 1 and 2
5058 are vectors of the same mode having N integral or floating point elements
5059 of size S@.  Operand 0 is the resulting vector in which 2*N elements of
5060 size N/2 are concatenated after narrowing them down using truncation.
5062 @cindex @code{vec_pack_ssat_@var{m}} instruction pattern
5063 @cindex @code{vec_pack_usat_@var{m}} instruction pattern
5064 @item @samp{vec_pack_ssat_@var{m}}, @samp{vec_pack_usat_@var{m}}
5065 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors.  Operands 1 and 2
5066 are vectors of the same mode having N integral elements of size S.
5067 Operand 0 is the resulting vector in which the elements of the two input
5068 vectors are concatenated after narrowing them down using signed/unsigned
5069 saturating arithmetic.
5071 @cindex @code{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}} instruction pattern
5072 @cindex @code{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}} instruction pattern
5073 @item @samp{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}}, @samp{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}}
5074 Narrow, convert to signed/unsigned integral type and merge the elements
5075 of two vectors.  Operands 1 and 2 are vectors of the same mode having N
5076 floating point elements of size S@.  Operand 0 is the resulting vector
5077 in which 2*N elements of size N/2 are concatenated.
5079 @cindex @code{vec_unpacks_hi_@var{m}} instruction pattern
5080 @cindex @code{vec_unpacks_lo_@var{m}} instruction pattern
5081 @item @samp{vec_unpacks_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_lo_@var{m}}
5082 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of signed
5083 integral or floating point elements.  The input vector (operand 1) has N
5084 elements of size S@.  Widen (promote) the high/low elements of the vector
5085 using signed or floating point extension and place the resulting N/2
5086 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
5088 @cindex @code{vec_unpacku_hi_@var{m}} instruction pattern
5089 @cindex @code{vec_unpacku_lo_@var{m}} instruction pattern
5090 @item @samp{vec_unpacku_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_lo_@var{m}}
5091 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of unsigned
5092 integral elements.  The input vector (operand 1) has N elements of size S.
5093 Widen (promote) the high/low elements of the vector using zero extension and
5094 place the resulting N/2 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
5096 @cindex @code{vec_unpacks_float_hi_@var{m}} instruction pattern
5097 @cindex @code{vec_unpacks_float_lo_@var{m}} instruction pattern
5098 @cindex @code{vec_unpacku_float_hi_@var{m}} instruction pattern
5099 @cindex @code{vec_unpacku_float_lo_@var{m}} instruction pattern
5100 @item @samp{vec_unpacks_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_float_lo_@var{m}}
5101 @itemx @samp{vec_unpacku_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_float_lo_@var{m}}
5102 Extract, convert to floating point type and widen the high/low part of a
5103 vector of signed/unsigned integral elements.  The input vector (operand 1)
5104 has N elements of size S@.  Convert the high/low elements of the vector using
5105 floating point conversion and place the resulting N/2 values of size 2*S in
5106 the output vector (operand 0).
5108 @cindex @code{vec_widen_umult_hi_@var{m}} instruction pattern
5109 @cindex @code{vec_widen_umult_lo_@var{m}} instruction pattern
5110 @cindex @code{vec_widen_smult_hi_@var{m}} instruction pattern
5111 @cindex @code{vec_widen_smult_lo_@var{m}} instruction pattern
5112 @cindex @code{vec_widen_umult_even_@var{m}} instruction pattern
5113 @cindex @code{vec_widen_umult_odd_@var{m}} instruction pattern
5114 @cindex @code{vec_widen_smult_even_@var{m}} instruction pattern
5115 @cindex @code{vec_widen_smult_odd_@var{m}} instruction pattern
5116 @item @samp{vec_widen_umult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_umult_lo_@var{m}}
5117 @itemx @samp{vec_widen_smult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_smult_lo_@var{m}}
5118 @itemx @samp{vec_widen_umult_even_@var{m}}, @samp{vec_widen_umult_odd_@var{m}}
5119 @itemx @samp{vec_widen_smult_even_@var{m}}, @samp{vec_widen_smult_odd_@var{m}}
5120 Signed/Unsigned widening multiplication.  The two inputs (operands 1 and 2)
5121 are vectors with N signed/unsigned elements of size S@.  Multiply the high/low
5122 or even/odd elements of the two vectors, and put the N/2 products of size 2*S
5123 in the output vector (operand 0). A target shouldn't implement even/odd pattern
5124 pair if it is less efficient than lo/hi one.
5126 @cindex @code{vec_widen_ushiftl_hi_@var{m}} instruction pattern
5127 @cindex @code{vec_widen_ushiftl_lo_@var{m}} instruction pattern
5128 @cindex @code{vec_widen_sshiftl_hi_@var{m}} instruction pattern
5129 @cindex @code{vec_widen_sshiftl_lo_@var{m}} instruction pattern
5130 @item @samp{vec_widen_ushiftl_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_ushiftl_lo_@var{m}}
5131 @itemx @samp{vec_widen_sshiftl_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_sshiftl_lo_@var{m}}
5132 Signed/Unsigned widening shift left.  The first input (operand 1) is a vector
5133 with N signed/unsigned elements of size S@.  Operand 2 is a constant.  Shift
5134 the high/low elements of operand 1, and put the N/2 results of size 2*S in the
5135 output vector (operand 0).
5137 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
5138 @item @samp{mulhisi3}
5139 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
5140 a @code{SImode} product in operand 0.
5142 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
5143 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
5144 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
5145 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
5147 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
5148 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
5149 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
5150 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
5151 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
5152 multiplication.
5154 @cindex @code{usmulqihi3} instruction pattern
5155 @cindex @code{usmulhisi3} instruction pattern
5156 @cindex @code{usmulsidi3} instruction pattern
5157 @item @samp{usmulqihi3}, @samp{usmulhisi3}, @samp{usmulsidi3}
5158 Similar widening-multiplication instructions that interpret the first
5159 operand as unsigned and the second operand as signed, then do a signed
5160 multiplication.
5162 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
5163 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
5164 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
5165 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
5166 The least significant half of the product is discarded.
5168 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
5169 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
5170 Similar, but the multiplication is unsigned.
5172 @cindex @code{madd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5173 @item @samp{madd@var{m}@var{n}4}
5174 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, add
5175 operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
5176 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
5177 Both modes must be integer or fixed-point modes and @var{n} must be twice
5178 the size of @var{m}.
5180 In other words, @code{madd@var{m}@var{n}4} is like
5181 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also adds operand 3.
5183 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
5185 @cindex @code{umadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5186 @item @samp{umadd@var{m}@var{n}4}
5187 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
5188 operands instead of sign-extending them.
5190 @cindex @code{ssmadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5191 @item @samp{ssmadd@var{m}@var{n}4}
5192 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
5193 signed-saturating.
5195 @cindex @code{usmadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5196 @item @samp{usmadd@var{m}@var{n}4}
5197 Like @code{umadd@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
5198 unsigned-saturating.
5200 @cindex @code{msub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5201 @item @samp{msub@var{m}@var{n}4}
5202 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, subtract the
5203 result from operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
5204 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
5205 Both modes must be integer or fixed-point modes and @var{n} must be twice
5206 the size of @var{m}.
5208 In other words, @code{msub@var{m}@var{n}4} is like
5209 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also subtracts the result
5210 from operand 3.
5212 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
5214 @cindex @code{umsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5215 @item @samp{umsub@var{m}@var{n}4}
5216 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
5217 operands instead of sign-extending them.
5219 @cindex @code{ssmsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5220 @item @samp{ssmsub@var{m}@var{n}4}
5221 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
5222 signed-saturating.
5224 @cindex @code{usmsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5225 @item @samp{usmsub@var{m}@var{n}4}
5226 Like @code{umsub@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
5227 unsigned-saturating.
5229 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
5230 @item @samp{divmod@var{m}4}
5231 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
5232 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
5233 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
5235 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
5236 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
5237 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
5238 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
5239 and remainder are computed.
5241 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
5242 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
5243 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
5244 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
5245 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
5247 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
5248 @item @samp{udivmod@var{m}4}
5249 Similar, but does unsigned division.
5251 @anchor{shift patterns}
5252 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
5253 @cindex @code{ssashl@var{m}3} instruction pattern
5254 @cindex @code{usashl@var{m}3} instruction pattern
5255 @item @samp{ashl@var{m}3}, @samp{ssashl@var{m}3}, @samp{usashl@var{m}3}
5256 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
5257 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
5258 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
5259 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
5260 mode before generating the instruction.  The shift or rotate expander
5261 or instruction pattern should explicitly specify the mode of the operand 2,
5262 it should never be @code{VOIDmode}.  The meaning of out-of-range shift
5263 counts can optionally be specified by @code{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
5264 @xref{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.  Operand 2 is always a scalar type.
5266 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
5267 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
5268 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
5269 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
5270 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
5271 Other shift and rotate instructions, analogous to the
5272 @code{ashl@var{m}3} instructions.  Operand 2 is always a scalar type.
5274 @cindex @code{vashl@var{m}3} instruction pattern
5275 @cindex @code{vashr@var{m}3} instruction pattern
5276 @cindex @code{vlshr@var{m}3} instruction pattern
5277 @cindex @code{vrotl@var{m}3} instruction pattern
5278 @cindex @code{vrotr@var{m}3} instruction pattern
5279 @item @samp{vashl@var{m}3}, @samp{vashr@var{m}3}, @samp{vlshr@var{m}3}, @samp{vrotl@var{m}3}, @samp{vrotr@var{m}3}
5280 Vector shift and rotate instructions that take vectors as operand 2
5281 instead of a scalar type.
5283 @cindex @code{bswap@var{m}2} instruction pattern
5284 @item @samp{bswap@var{m}2}
5285 Reverse the order of bytes of operand 1 and store the result in operand 0.
5287 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
5288 @cindex @code{ssneg@var{m}2} instruction pattern
5289 @cindex @code{usneg@var{m}2} instruction pattern
5290 @item @samp{neg@var{m}2}, @samp{ssneg@var{m}2}, @samp{usneg@var{m}2}
5291 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
5293 @cindex @code{negv@var{m}3} instruction pattern
5294 @item @samp{negv@var{m}3}
5295 Like @code{neg@var{m}2} but takes a @code{code_label} as operand 2 and
5296 emits code to jump to it if signed overflow occurs during the negation.
5298 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
5299 @item @samp{abs@var{m}2}
5300 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
5302 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
5303 @item @samp{sqrt@var{m}2}
5304 Store the square root of operand 1 into operand 0.  Both operands have
5305 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5307 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5309 @cindex @code{rsqrt@var{m}2} instruction pattern
5310 @item @samp{rsqrt@var{m}2}
5311 Store the reciprocal of the square root of operand 1 into operand 0.
5312 Both operands have mode @var{m}, which is a scalar or vector
5313 floating-point mode.
5315 On most architectures this pattern is only approximate, so either
5316 its C condition or the @code{TARGET_OPTAB_SUPPORTED_P} hook should
5317 check for the appropriate math flags.  (Using the C condition is
5318 more direct, but using @code{TARGET_OPTAB_SUPPORTED_P} can be useful
5319 if a target-specific built-in also uses the @samp{rsqrt@var{m}2}
5320 pattern.)
5322 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5324 @cindex @code{fmod@var{m}3} instruction pattern
5325 @item @samp{fmod@var{m}3}
5326 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
5327 operand 0, rounded towards zero to an integer.  All operands have
5328 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5330 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5332 @cindex @code{remainder@var{m}3} instruction pattern
5333 @item @samp{remainder@var{m}3}
5334 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
5335 operand 0, rounded to the nearest integer.  All operands have
5336 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5338 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5340 @cindex @code{scalb@var{m}3} instruction pattern
5341 @item @samp{scalb@var{m}3}
5342 Raise @code{FLT_RADIX} to the power of operand 2, multiply it by
5343 operand 1, and store the result in operand 0.  All operands have
5344 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5346 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5348 @cindex @code{ldexp@var{m}3} instruction pattern
5349 @item @samp{ldexp@var{m}3}
5350 Raise 2 to the power of operand 2, multiply it by operand 1, and store
5351 the result in operand 0.  Operands 0 and 1 have mode @var{m}, which is
5352 a scalar or vector floating-point mode.  Operand 2's mode has
5353 the same number of elements as @var{m} and each element is wide
5354 enough to store an @code{int}.  The integers are signed.
5356 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5358 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
5359 @item @samp{cos@var{m}2}
5360 Store the cosine of operand 1 into operand 0.  Both operands have
5361 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5363 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5365 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
5366 @item @samp{sin@var{m}2}
5367 Store the sine of operand 1 into operand 0.  Both operands have
5368 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5370 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5372 @cindex @code{sincos@var{m}3} instruction pattern
5373 @item @samp{sincos@var{m}3}
5374 Store the cosine of operand 2 into operand 0 and the sine of
5375 operand 2 into operand 1.  All operands have mode @var{m},
5376 which is a scalar or vector floating-point mode.
5378 Targets that can calculate the sine and cosine simultaneously can
5379 implement this pattern as opposed to implementing individual
5380 @code{sin@var{m}2} and @code{cos@var{m}2} patterns.  The @code{sin}
5381 and @code{cos} built-in functions will then be expanded to the
5382 @code{sincos@var{m}3} pattern, with one of the output values
5383 left unused.
5385 @cindex @code{tan@var{m}2} instruction pattern
5386 @item @samp{tan@var{m}2}
5387 Store the tangent of operand 1 into operand 0.  Both operands have
5388 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5390 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5392 @cindex @code{asin@var{m}2} instruction pattern
5393 @item @samp{asin@var{m}2}
5394 Store the arc sine of operand 1 into operand 0.  Both operands have
5395 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5397 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5399 @cindex @code{acos@var{m}2} instruction pattern
5400 @item @samp{acos@var{m}2}
5401 Store the arc cosine of operand 1 into operand 0.  Both operands have
5402 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5404 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5406 @cindex @code{atan@var{m}2} instruction pattern
5407 @item @samp{atan@var{m}2}
5408 Store the arc tangent of operand 1 into operand 0.  Both operands have
5409 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5411 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5413 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
5414 @item @samp{exp@var{m}2}
5415 Raise e (the base of natural logarithms) to the power of operand 1
5416 and store the result in operand 0.  Both operands have mode @var{m},
5417 which is a scalar or vector floating-point mode.
5419 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5421 @cindex @code{expm1@var{m}2} instruction pattern
5422 @item @samp{expm1@var{m}2}
5423 Raise e (the base of natural logarithms) to the power of operand 1,
5424 subtract 1, and store the result in operand 0.  Both operands have
5425 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5427 For inputs close to zero, the pattern is expected to be more
5428 accurate than a separate @code{exp@var{m}2} and @code{sub@var{m}3}
5429 would be.
5431 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5433 @cindex @code{exp10@var{m}2} instruction pattern
5434 @item @samp{exp10@var{m}2}
5435 Raise 10 to the power of operand 1 and store the result in operand 0.
5436 Both operands have mode @var{m}, which is a scalar or vector
5437 floating-point mode.
5439 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5441 @cindex @code{exp2@var{m}2} instruction pattern
5442 @item @samp{exp2@var{m}2}
5443 Raise 2 to the power of operand 1 and store the result in operand 0.
5444 Both operands have mode @var{m}, which is a scalar or vector
5445 floating-point mode.
5447 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5449 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
5450 @item @samp{log@var{m}2}
5451 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.  Both operands
5452 have mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5454 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5456 @cindex @code{log1p@var{m}2} instruction pattern
5457 @item @samp{log1p@var{m}2}
5458 Add 1 to operand 1, compute the natural logarithm, and store
5459 the result in operand 0.  Both operands have mode @var{m}, which is
5460 a scalar or vector floating-point mode.
5462 For inputs close to zero, the pattern is expected to be more
5463 accurate than a separate @code{add@var{m}3} and @code{log@var{m}2}
5464 would be.
5466 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5468 @cindex @code{log10@var{m}2} instruction pattern
5469 @item @samp{log10@var{m}2}
5470 Store the base-10 logarithm of operand 1 into operand 0.  Both operands
5471 have mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5473 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5475 @cindex @code{log2@var{m}2} instruction pattern
5476 @item @samp{log2@var{m}2}
5477 Store the base-2 logarithm of operand 1 into operand 0.  Both operands
5478 have mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5480 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5482 @cindex @code{logb@var{m}2} instruction pattern
5483 @item @samp{logb@var{m}2}
5484 Store the base-@code{FLT_RADIX} logarithm of operand 1 into operand 0.
5485 Both operands have mode @var{m}, which is a scalar or vector
5486 floating-point mode.
5488 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5490 @cindex @code{significand@var{m}2} instruction pattern
5491 @item @samp{significand@var{m}2}
5492 Store the significand of floating-point operand 1 in operand 0.
5493 Both operands have mode @var{m}, which is a scalar or vector
5494 floating-point mode.
5496 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5498 @cindex @code{pow@var{m}3} instruction pattern
5499 @item @samp{pow@var{m}3}
5500 Store the value of operand 1 raised to the exponent operand 2
5501 into operand 0.  All operands have mode @var{m}, which is a scalar
5502 or vector floating-point mode.
5504 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5506 @cindex @code{atan2@var{m}3} instruction pattern
5507 @item @samp{atan2@var{m}3}
5508 Store the arc tangent (inverse tangent) of operand 1 divided by
5509 operand 2 into operand 0, using the signs of both arguments to
5510 determine the quadrant of the result.  All operands have mode
5511 @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5513 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5515 @cindex @code{floor@var{m}2} instruction pattern
5516 @item @samp{floor@var{m}2}
5517 Store the largest integral value not greater than operand 1 in operand 0.
5518 Both operands have mode @var{m}, which is a scalar or vector
5519 floating-point mode.  If @option{-ffp-int-builtin-inexact} is in
5520 effect, the ``inexact'' exception may be raised for noninteger
5521 operands; otherwise, it may not.
5523 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5525 @cindex @code{btrunc@var{m}2} instruction pattern
5526 @item @samp{btrunc@var{m}2}
5527 Round operand 1 to an integer, towards zero, and store the result in
5528 operand 0.  Both operands have mode @var{m}, which is a scalar or
5529 vector floating-point mode.  If @option{-ffp-int-builtin-inexact} is
5530 in effect, the ``inexact'' exception may be raised for noninteger
5531 operands; otherwise, it may not.
5533 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5535 @cindex @code{round@var{m}2} instruction pattern
5536 @item @samp{round@var{m}2}
5537 Round operand 1 to the nearest integer, rounding away from zero in the
5538 event of a tie, and store the result in operand 0.  Both operands have
5539 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.  If
5540 @option{-ffp-int-builtin-inexact} is in effect, the ``inexact''
5541 exception may be raised for noninteger operands; otherwise, it may
5542 not.
5544 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5546 @cindex @code{ceil@var{m}2} instruction pattern
5547 @item @samp{ceil@var{m}2}
5548 Store the smallest integral value not less than operand 1 in operand 0.
5549 Both operands have mode @var{m}, which is a scalar or vector
5550 floating-point mode.  If @option{-ffp-int-builtin-inexact} is in
5551 effect, the ``inexact'' exception may be raised for noninteger
5552 operands; otherwise, it may not.
5554 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5556 @cindex @code{nearbyint@var{m}2} instruction pattern
5557 @item @samp{nearbyint@var{m}2}
5558 Round operand 1 to an integer, using the current rounding mode, and
5559 store the result in operand 0.  Do not raise an inexact condition when
5560 the result is different from the argument.  Both operands have mode
5561 @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5563 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5565 @cindex @code{rint@var{m}2} instruction pattern
5566 @item @samp{rint@var{m}2}
5567 Round operand 1 to an integer, using the current rounding mode, and
5568 store the result in operand 0.  Raise an inexact condition when
5569 the result is different from the argument.  Both operands have mode
5570 @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5572 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5574 @cindex @code{lrint@var{m}@var{n}2}
5575 @item @samp{lrint@var{m}@var{n}2}
5576 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5577 point mode @var{n} as a signed number according to the current
5578 rounding mode and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
5580 @cindex @code{lround@var{m}@var{n}2}
5581 @item @samp{lround@var{m}@var{n}2}
5582 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5583 point mode @var{n} as a signed number rounding to nearest and away
5584 from zero and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
5586 @cindex @code{lfloor@var{m}@var{n}2}
5587 @item @samp{lfloor@var{m}@var{n}2}
5588 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5589 point mode @var{n} as a signed number rounding down and store in
5590 operand 0 (which has mode @var{n}).
5592 @cindex @code{lceil@var{m}@var{n}2}
5593 @item @samp{lceil@var{m}@var{n}2}
5594 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5595 point mode @var{n} as a signed number rounding up and store in
5596 operand 0 (which has mode @var{n}).
5598 @cindex @code{copysign@var{m}3} instruction pattern
5599 @item @samp{copysign@var{m}3}
5600 Store a value with the magnitude of operand 1 and the sign of operand
5601 2 into operand 0.  All operands have mode @var{m}, which is a scalar or
5602 vector floating-point mode.
5604 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5606 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
5607 @item @samp{ffs@var{m}2}
5608 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
5609 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.
5611 @var{m} is either a scalar or vector integer mode.  When it is a scalar,
5612 operand 1 has mode @var{m} but operand 0 can have whatever scalar
5613 integer mode is suitable for the target.  The compiler will insert
5614 conversion instructions as necessary (typically to convert the result
5615 to the same width as @code{int}).  When @var{m} is a vector, both
5616 operands must have mode @var{m}.
5618 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5620 @cindex @code{clrsb@var{m}2} instruction pattern
5621 @item @samp{clrsb@var{m}2}
5622 Count leading redundant sign bits.
5623 Store into operand 0 the number of redundant sign bits in operand 1, starting
5624 at the most significant bit position.
5625 A redundant sign bit is defined as any sign bit after the first. As such,
5626 this count will be one less than the count of leading sign bits.
5628 @var{m} is either a scalar or vector integer mode.  When it is a scalar,
5629 operand 1 has mode @var{m} but operand 0 can have whatever scalar
5630 integer mode is suitable for the target.  The compiler will insert
5631 conversion instructions as necessary (typically to convert the result
5632 to the same width as @code{int}).  When @var{m} is a vector, both
5633 operands must have mode @var{m}.
5635 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5637 @cindex @code{clz@var{m}2} instruction pattern
5638 @item @samp{clz@var{m}2}
5639 Store into operand 0 the number of leading 0-bits in operand 1, starting
5640 at the most significant bit position.  If operand 1 is 0, the
5641 @code{CLZ_DEFINED_VALUE_AT_ZERO} (@pxref{Misc}) macro defines if
5642 the result is undefined or has a useful value.
5644 @var{m} is either a scalar or vector integer mode.  When it is a scalar,
5645 operand 1 has mode @var{m} but operand 0 can have whatever scalar
5646 integer mode is suitable for the target.  The compiler will insert
5647 conversion instructions as necessary (typically to convert the result
5648 to the same width as @code{int}).  When @var{m} is a vector, both
5649 operands must have mode @var{m}.
5651 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5653 @cindex @code{ctz@var{m}2} instruction pattern
5654 @item @samp{ctz@var{m}2}
5655 Store into operand 0 the number of trailing 0-bits in operand 1, starting
5656 at the least significant bit position.  If operand 1 is 0, the
5657 @code{CTZ_DEFINED_VALUE_AT_ZERO} (@pxref{Misc}) macro defines if
5658 the result is undefined or has a useful value.
5660 @var{m} is either a scalar or vector integer mode.  When it is a scalar,
5661 operand 1 has mode @var{m} but operand 0 can have whatever scalar
5662 integer mode is suitable for the target.  The compiler will insert
5663 conversion instructions as necessary (typically to convert the result
5664 to the same width as @code{int}).  When @var{m} is a vector, both
5665 operands must have mode @var{m}.
5667 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5669 @cindex @code{popcount@var{m}2} instruction pattern
5670 @item @samp{popcount@var{m}2}
5671 Store into operand 0 the number of 1-bits in operand 1.
5673 @var{m} is either a scalar or vector integer mode.  When it is a scalar,
5674 operand 1 has mode @var{m} but operand 0 can have whatever scalar
5675 integer mode is suitable for the target.  The compiler will insert
5676 conversion instructions as necessary (typically to convert the result
5677 to the same width as @code{int}).  When @var{m} is a vector, both
5678 operands must have mode @var{m}.
5680 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5682 @cindex @code{parity@var{m}2} instruction pattern
5683 @item @samp{parity@var{m}2}
5684 Store into operand 0 the parity of operand 1, i.e.@: the number of 1-bits
5685 in operand 1 modulo 2.
5687 @var{m} is either a scalar or vector integer mode.  When it is a scalar,
5688 operand 1 has mode @var{m} but operand 0 can have whatever scalar
5689 integer mode is suitable for the target.  The compiler will insert
5690 conversion instructions as necessary (typically to convert the result
5691 to the same width as @code{int}).  When @var{m} is a vector, both
5692 operands must have mode @var{m}.
5694 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5696 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
5697 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
5698 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
5700 @cindex @code{movmem@var{m}} instruction pattern
5701 @item @samp{movmem@var{m}}
5702 Block move instruction.  The destination and source blocks of memory
5703 are the first two operands, and both are @code{mem:BLK}s with an
5704 address in mode @code{Pmode}.
5706 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
5707 Usually, you specify @code{Pmode} for @var{m}.  However, if you can
5708 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
5709 those representable in a full Pmode pointer, you should provide
5710 a pattern with a
5711 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
5712 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
5713 that appear negative) and also a pattern with @code{Pmode}.
5715 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
5716 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
5717 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
5718 it may provide the value 4 for this operand.
5720 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
5721 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
5722 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
5723 all cases. This expected alignment is also in bytes, just like operand 4.
5724 Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
5726 Descriptions of multiple @code{movmem@var{m}} patterns can only be
5727 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
5728 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
5729 in @code{movmem@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
5730 individually moved data units in the block.
5732 These patterns need not give special consideration to the possibility
5733 that the source and destination strings might overlap.
5735 @cindex @code{movstr} instruction pattern
5736 @item @samp{movstr}
5737 String copy instruction, with @code{stpcpy} semantics.  Operand 0 is
5738 an output operand in mode @code{Pmode}.  The addresses of the
5739 destination and source strings are operands 1 and 2, and both are
5740 @code{mem:BLK}s with addresses in mode @code{Pmode}.  The execution of
5741 the expansion of this pattern should store in operand 0 the address in
5742 which the @code{NUL} terminator was stored in the destination string.
5744 This patern has also several optional operands that are same as in
5745 @code{setmem}.
5747 @cindex @code{setmem@var{m}} instruction pattern
5748 @item @samp{setmem@var{m}}
5749 Block set instruction.  The destination string is the first operand,
5750 given as a @code{mem:BLK} whose address is in mode @code{Pmode}.  The
5751 number of bytes to set is the second operand, in mode @var{m}.  The value to
5752 initialize the memory with is the third operand. Targets that only support the
5753 clearing of memory should reject any value that is not the constant 0.  See
5754 @samp{movmem@var{m}} for a discussion of the choice of mode.
5756 The fourth operand is the known alignment of the destination, in the form
5757 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
5758 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
5759 operand.
5761 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
5762 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
5763 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
5764 all cases. This expected alignment is also in bytes, just like operand 4.
5765 Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
5766 Operand 7 is the minimal size of the block and operand 8 is the
5767 maximal size of the block (NULL if it can not be represented as CONST_INT).
5768 Operand 9 is the probable maximal size (i.e. we can not rely on it for correctness,
5769 but it can be used for choosing proper code sequence for a given size).
5771 The use for multiple @code{setmem@var{m}} is as for @code{movmem@var{m}}.
5773 @cindex @code{cmpstrn@var{m}} instruction pattern
5774 @item @samp{cmpstrn@var{m}}
5775 String compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
5776 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
5777 of @samp{movmem@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
5778 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
5779 string.  The instruction is not allowed to prefetch more than one byte
5780 at a time since either string may end in the first byte and reading past
5781 that may access an invalid page or segment and cause a fault.  The
5782 comparison terminates early if the fetched bytes are different or if
5783 they are equal to zero.  The effect of the instruction is to store a
5784 value in operand 0 whose sign indicates the result of the comparison.
5786 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
5787 @item @samp{cmpstr@var{m}}
5788 String compare instruction, without known maximum length.  Operand 0 is the
5789 output; it has mode @var{m}.  The second and third operand are the blocks of
5790 memory to be compared; both are @code{mem:BLK} with an address in mode
5791 @code{Pmode}.
5793 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
5794 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
5795 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
5796 it may provide the value 4 for this operand.
5798 The two memory blocks specified are compared byte by byte in lexicographic
5799 order starting at the beginning of each string.  The instruction is not allowed
5800 to prefetch more than one byte at a time since either string may end in the
5801 first byte and reading past that may access an invalid page or segment and
5802 cause a fault.  The comparison will terminate when the fetched bytes
5803 are different or if they are equal to zero.  The effect of the
5804 instruction is to store a value in operand 0 whose sign indicates the
5805 result of the comparison.
5807 @cindex @code{cmpmem@var{m}} instruction pattern
5808 @item @samp{cmpmem@var{m}}
5809 Block compare instruction, with five operands like the operands
5810 of @samp{cmpstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
5811 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
5812 block.  Unlike @samp{cmpstr@var{m}} the instruction can prefetch
5813 any bytes in the two memory blocks.  Also unlike @samp{cmpstr@var{m}}
5814 the comparison will not stop if both bytes are zero.  The effect of
5815 the instruction is to store a value in operand 0 whose sign indicates
5816 the result of the comparison.
5818 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
5819 @item @samp{strlen@var{m}}
5820 Compute the length of a string, with three operands.
5821 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
5822 a @code{mem} referring to the first character of the string,
5823 operand 2 is the character to search for (normally zero),
5824 and operand 3 is a constant describing the known alignment
5825 of the beginning of the string.
5827 @cindex @code{float@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5828 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
5829 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
5830 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
5831 @var{n}).
5833 @cindex @code{floatuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5834 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
5835 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
5836 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
5837 @var{n}).
5839 @cindex @code{fix@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5840 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
5841 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5842 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
5843 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
5844 the value of operand 1 is an integer.
5846 If the machine description defines this pattern, it also needs to
5847 define the @code{ftrunc} pattern.
5849 @cindex @code{fixuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5850 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
5851 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5852 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
5853 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
5854 value of operand 1 is an integer.
5856 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
5857 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
5858 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
5859 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
5860 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
5862 @cindex @code{fix_trunc@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5863 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
5864 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
5865 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
5867 @cindex @code{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5868 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
5869 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
5870 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
5872 @cindex @code{trunc@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5873 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
5874 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
5875 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
5876 point or both floating point.
5878 @cindex @code{extend@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5879 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
5880 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
5881 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
5882 point or both floating point.
5884 @cindex @code{zero_extend@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5885 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
5886 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
5887 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
5888 point.
5890 @cindex @code{fract@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5891 @item @samp{fract@var{m}@var{n}2}
5892 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
5893 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
5894 could be fixed-point to fixed-point, signed integer to fixed-point,
5895 fixed-point to signed integer, floating-point to fixed-point,
5896 or fixed-point to floating-point.
5897 When overflows or underflows happen, the results are undefined.
5899 @cindex @code{satfract@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5900 @item @samp{satfract@var{m}@var{n}2}
5901 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
5902 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
5903 could be fixed-point to fixed-point, signed integer to fixed-point,
5904 or floating-point to fixed-point.
5905 When overflows or underflows happen, the instruction saturates the
5906 results to the maximum or the minimum.
5908 @cindex @code{fractuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5909 @item @samp{fractuns@var{m}@var{n}2}
5910 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
5911 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
5912 could be unsigned integer to fixed-point, or
5913 fixed-point to unsigned integer.
5914 When overflows or underflows happen, the results are undefined.
5916 @cindex @code{satfractuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5917 @item @samp{satfractuns@var{m}@var{n}2}
5918 Convert unsigned integer operand 1 of mode @var{m} to fixed-point mode
5919 @var{n} and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
5920 When overflows or underflows happen, the instruction saturates the
5921 results to the maximum or the minimum.
5923 @cindex @code{extv@var{m}} instruction pattern
5924 @item @samp{extv@var{m}}
5925 Extract a bit-field from register operand 1, sign-extend it, and store
5926 it in operand 0.  Operand 2 specifies the width of the field in bits
5927 and operand 3 the starting bit, which counts from the most significant
5928 bit if @samp{BITS_BIG_ENDIAN} is true and from the least significant bit
5929 otherwise.
5931 Operands 0 and 1 both have mode @var{m}.  Operands 2 and 3 have a
5932 target-specific mode.
5934 @cindex @code{extvmisalign@var{m}} instruction pattern
5935 @item @samp{extvmisalign@var{m}}
5936 Extract a bit-field from memory operand 1, sign extend it, and store
5937 it in operand 0.  Operand 2 specifies the width in bits and operand 3
5938 the starting bit.  The starting bit is always somewhere in the first byte of
5939 operand 1; it counts from the most significant bit if @samp{BITS_BIG_ENDIAN}
5940 is true and from the least significant bit otherwise.
5942 Operand 0 has mode @var{m} while operand 1 has @code{BLK} mode.
5943 Operands 2 and 3 have a target-specific mode.
5945 The instruction must not read beyond the last byte of the bit-field.
5947 @cindex @code{extzv@var{m}} instruction pattern
5948 @item @samp{extzv@var{m}}
5949 Like @samp{extv@var{m}} except that the bit-field value is zero-extended.
5951 @cindex @code{extzvmisalign@var{m}} instruction pattern
5952 @item @samp{extzvmisalign@var{m}}
5953 Like @samp{extvmisalign@var{m}} except that the bit-field value is
5954 zero-extended.
5956 @cindex @code{insv@var{m}} instruction pattern
5957 @item @samp{insv@var{m}}
5958 Insert operand 3 into a bit-field of register operand 0.  Operand 1
5959 specifies the width of the field in bits and operand 2 the starting bit,
5960 which counts from the most significant bit if @samp{BITS_BIG_ENDIAN}
5961 is true and from the least significant bit otherwise.
5963 Operands 0 and 3 both have mode @var{m}.  Operands 1 and 2 have a
5964 target-specific mode.
5966 @cindex @code{insvmisalign@var{m}} instruction pattern
5967 @item @samp{insvmisalign@var{m}}
5968 Insert operand 3 into a bit-field of memory operand 0.  Operand 1
5969 specifies the width of the field in bits and operand 2 the starting bit.
5970 The starting bit is always somewhere in the first byte of operand 0;
5971 it counts from the most significant bit if @samp{BITS_BIG_ENDIAN}
5972 is true and from the least significant bit otherwise.
5974 Operand 3 has mode @var{m} while operand 0 has @code{BLK} mode.
5975 Operands 1 and 2 have a target-specific mode.
5977 The instruction must not read or write beyond the last byte of the bit-field.
5979 @cindex @code{extv} instruction pattern
5980 @item @samp{extv}
5981 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
5982 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
5983 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
5984 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
5985 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
5986 be valid for @code{word_mode}.
5988 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
5989 for operands 2 and 3 and the constant is never zero for operand 2.
5991 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
5992 before it is stored in operand 0.
5994 This pattern is deprecated; please use @samp{extv@var{m}} and
5995 @code{extvmisalign@var{m}} instead.
5997 @cindex @code{extzv} instruction pattern
5998 @item @samp{extzv}
5999 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
6001 This pattern is deprecated; please use @samp{extzv@var{m}} and
6002 @code{extzvmisalign@var{m}} instead.
6004 @cindex @code{insv} instruction pattern
6005 @item @samp{insv}
6006 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
6007 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
6008 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
6009 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
6010 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
6012 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
6013 for operands 1 and 2 and the constant is never zero for operand 1.
6015 This pattern is deprecated; please use @samp{insv@var{m}} and
6016 @code{insvmisalign@var{m}} instead.
6018 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
6019 @item @samp{mov@var{mode}cc}
6020 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
6021 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
6022 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
6024 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
6025 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
6026 conditionally move an integer value based on the floating point condition
6027 codes and vice versa.
6029 If the machine does not have conditional move instructions, do not
6030 define these patterns.
6032 @cindex @code{add@var{mode}cc} instruction pattern
6033 @item @samp{add@var{mode}cc}
6034 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional addition.  Conditionally
6035 move operand 2 or (operands 2 + operand 3) into operand 0 according to the
6036 comparison in operand 1.  If the comparison is false, operand 2 is moved into
6037 operand 0, otherwise (operand 2 + operand 3) is moved.
6039 @cindex @code{neg@var{mode}cc} instruction pattern
6040 @item @samp{neg@var{mode}cc}
6041 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional negation.  Conditionally
6042 move the negation of operand 2 or the unchanged operand 3 into operand 0
6043 according to the comparison in operand 1.  If the comparison is true, the negation
6044 of operand 2 is moved into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
6046 @cindex @code{not@var{mode}cc} instruction pattern
6047 @item @samp{not@var{mode}cc}
6048 Similar to @samp{neg@var{mode}cc} but for conditional complement.
6049 Conditionally move the bitwise complement of operand 2 or the unchanged
6050 operand 3 into operand 0 according to the comparison in operand 1.
6051 If the comparison is true, the complement of operand 2 is moved into
6052 operand 0, otherwise operand 3 is moved.
6054 @cindex @code{cstore@var{mode}4} instruction pattern
6055 @item @samp{cstore@var{mode}4}
6056 Store zero or nonzero in operand 0 according to whether a comparison
6057 is true.  Operand 1 is a comparison operator.  Operand 2 and operand 3
6058 are the first and second operand of the comparison, respectively.
6059 You specify the mode that operand 0 must have when you write the
6060 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees which
6061 mode you have used and supplies an operand of that mode.
6063 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
6064 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
6065 you should omit it from the machine description.  You describe to the
6066 compiler exactly which value is stored by defining the macro
6067 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
6068 found that can be used for all the possible comparison operators, you
6069 should pick one and use a @code{define_expand} to map all results
6070 onto the one you chose.
6072 These operations may @code{FAIL}, but should do so only in relatively
6073 uncommon cases; if they would @code{FAIL} for common cases involving
6074 integer comparisons, it is best to restrict the predicates to not
6075 allow these operands.  Likewise if a given comparison operator will
6076 always fail, independent of the operands (for floating-point modes, the
6077 @code{ordered_comparison_operator} predicate is often useful in this case).
6079 If this pattern is omitted, the compiler will generate a conditional
6080 branch---for example, it may copy a constant one to the target and branching
6081 around an assignment of zero to the target---or a libcall.  If the predicate
6082 for operand 1 only rejects some operators, it will also try reordering the
6083 operands and/or inverting the result value (e.g.@: by an exclusive OR).
6084 These possibilities could be cheaper or equivalent to the instructions
6085 used for the @samp{cstore@var{mode}4} pattern followed by those required
6086 to convert a positive result from @code{STORE_FLAG_VALUE} to 1; in this
6087 case, you can and should make operand 1's predicate reject some operators
6088 in the @samp{cstore@var{mode}4} pattern, or remove the pattern altogether
6089 from the machine description.
6091 @cindex @code{cbranch@var{mode}4} instruction pattern
6092 @item @samp{cbranch@var{mode}4}
6093 Conditional branch instruction combined with a compare instruction.
6094 Operand 0 is a comparison operator.  Operand 1 and operand 2 are the
6095 first and second operands of the comparison, respectively.  Operand 3
6096 is the @code{code_label} to jump to.
6098 @cindex @code{jump} instruction pattern
6099 @item @samp{jump}
6100 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
6101 @code{code_label} to jump to.  This pattern name is mandatory on all
6102 machines.
6104 @cindex @code{call} instruction pattern
6105 @item @samp{call}
6106 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
6107 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
6108 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
6109 operands.
6111 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
6112 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
6113 to put this information into the assembler code; they can put it in
6114 the RTL instead of operand 1.
6116 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
6117 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
6118 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
6119 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
6120 instruction, the pattern for this operation should be a
6121 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
6122 address into a register and uses that register in the call instruction.
6124 @cindex @code{call_value} instruction pattern
6125 @item @samp{call_value}
6126 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
6127 register in which the value is returned.  There are three more
6128 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
6129 instruction (but with numbers increased by one).
6131 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
6132 insn.
6134 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
6135 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
6136 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
6137 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
6138 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
6139 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
6140 adjustment made to the frame pointer.
6142 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
6143 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
6144 can be eliminated, if desired.
6146 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
6147 @item @samp{untyped_call}
6148 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
6149 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
6150 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
6151 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
6152 the saving of a function return value into the result block.
6154 This instruction pattern should be defined to support
6155 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
6156 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
6157 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
6158 multiple registers that can hold a return value
6159 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
6161 @cindex @code{return} instruction pattern
6162 @item @samp{return}
6163 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
6164 defined only if a single instruction can do all the work of returning
6165 from a function.
6167 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
6168 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
6169 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
6170 some class of functions only requires one instruction to implement a
6171 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
6172 to save any registers or allocate stack space.
6174 It is valid for this pattern to expand to an instruction using
6175 @code{simple_return} if no epilogue is required.
6177 @cindex @code{simple_return} instruction pattern
6178 @item @samp{simple_return}
6179 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
6180 defined only if a single instruction can do all the work of returning
6181 from a function on a path where no epilogue is required.  This pattern
6182 is very similar to the @code{return} instruction pattern, but it is emitted
6183 only by the shrink-wrapping optimization on paths where the function
6184 prologue has not been executed, and a function return should occur without
6185 any of the effects of the epilogue.  Additional uses may be introduced on
6186 paths where both the prologue and the epilogue have executed.
6188 @findex reload_completed
6189 @findex leaf_function_p
6190 For such machines, the condition specified in this pattern should only
6191 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
6192 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
6193 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
6194 a register window push is required.
6196 Machines that have conditional return instructions should define patterns
6197 such as
6199 @smallexample
6200 (define_insn ""
6201   [(set (pc)
6202         (if_then_else (match_operator
6203                          0 "comparison_operator"
6204                          [(cc0) (const_int 0)])
6205                       (return)
6206                       (pc)))]
6207   "@var{condition}"
6208   "@dots{}")
6209 @end smallexample
6211 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
6212 named @samp{return} pattern.
6214 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
6215 @item @samp{untyped_return}
6216 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
6217 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
6218 instructions are needed to return a value of any type.
6220 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
6221 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
6222 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
6223 the restoring of a function return value from the result block.
6225 @cindex @code{nop} instruction pattern
6226 @item @samp{nop}
6227 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
6228 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
6229 RTL pattern.
6231 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
6232 @item @samp{indirect_jump}
6233 An instruction to jump to an address which is operand zero.
6234 This pattern name is mandatory on all machines.
6236 @cindex @code{casesi} instruction pattern
6237 @item @samp{casesi}
6238 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
6239 This instruction takes five operands:
6241 @enumerate
6242 @item
6243 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
6245 @item
6246 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
6248 @item
6249 The total range of indices in the table---the largest index
6250 minus the smallest one (both inclusive).
6252 @item
6253 A label that precedes the table itself.
6255 @item
6256 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
6257 @end enumerate
6259 The table is an @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
6260 @code{jump_table_data}.  The number of elements in the table is one plus the
6261 difference between the upper bound and the lower bound.
6263 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
6264 @item @samp{tablejump}
6265 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
6266 capability which can be used to implement a dispatch table when there
6267 is no @samp{casesi} pattern.
6269 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
6270 which should immediately precede the jump table.  If the macro
6271 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
6272 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
6273 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
6274 mode @code{Pmode}.
6276 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
6277 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
6278 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
6279 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
6282 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
6283 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
6284 Conditional branch instruction that decrements a register and
6285 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
6286 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
6287 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
6289 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
6290 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
6291 reduction is enabled.
6293 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
6294 @item @samp{doloop_end}
6295 Conditional branch instruction that decrements a register and
6296 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
6297 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
6298 register is nonzero.
6299 @xref{Looping Patterns}.
6301 This optional instruction pattern should be defined for machines with
6302 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
6303 modify suitable loops to utilize it.  The target hook
6304 @code{TARGET_CAN_USE_DOLOOP_P} controls the conditions under which
6305 low-overhead loops can be used.
6307 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
6308 @item @samp{doloop_begin}
6309 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
6310 need to perform some initialization, such as loading a special counter
6311 register.  Operand 1 is the associated @code{doloop_end} pattern and
6312 operand 0 is the register that it decrements.
6314 If initialization insns do not always need to be emitted, use a
6315 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
6317 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
6318 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
6319 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
6320 into operand 0.
6322 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
6323 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
6324 and also has mode @code{Pmode}.
6326 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
6327 the address of the function which would be called if the function
6328 pointer were used in an indirect call.
6330 Only define this pattern if function pointers on the target machine
6331 can have different values but still call the same function when
6332 used in an indirect call.
6334 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
6335 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
6336 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
6337 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
6338 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
6339 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
6340 @item @samp{save_stack_block}
6341 @itemx @samp{save_stack_function}
6342 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
6343 @itemx @samp{restore_stack_block}
6344 @itemx @samp{restore_stack_function}
6345 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
6346 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
6347 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
6348 such machines.
6350 Some machines require special handling for stack pointer saves and
6351 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
6352 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
6353 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
6354 saves and restores are:
6356 @enumerate
6357 @item
6358 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
6359 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
6360 restores the stack pointer when the block is exited.
6362 @item
6363 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
6364 similar job for the outermost block of a function and are used when the
6365 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
6366 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
6367 restore sequence on some machines.
6369 @item
6370 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
6371 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
6372 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
6373 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
6374 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
6375 and restoring additional data such as register window information or
6376 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
6377 such required data.
6378 @end enumerate
6380 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
6381 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
6382 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
6383 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
6384 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
6385 for a particular type of save (either because no save is needed or
6386 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
6387 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
6388 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
6389 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
6391 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
6392 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
6393 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
6395 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
6396 @item @samp{allocate_stack}
6397 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
6398 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
6400 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
6401 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
6402 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
6403 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
6404 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
6405 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
6406 stack is free.
6408 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
6409 Some machines require other operations such as stack probes or
6410 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
6411 operations in addition to updating the stack pointer.
6413 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
6414 @item @samp{check_stack}
6415 If stack checking (@pxref{Stack Checking}) cannot be done on your system by
6416 probing the stack, define this pattern to perform the needed check and signal
6417 an error if the stack has overflowed.  The single operand is the address in
6418 the stack farthest from the current stack pointer that you need to validate.
6419 Normally, on platforms where this pattern is needed, you would obtain the
6420 stack limit from a global or thread-specific variable or register.
6422 @cindex @code{probe_stack_address} instruction pattern
6423 @item @samp{probe_stack_address}
6424 If stack checking (@pxref{Stack Checking}) can be done on your system by
6425 probing the stack but without the need to actually access it, define this
6426 pattern and signal an error if the stack has overflowed.  The single operand
6427 is the memory address in the stack that needs to be probed.
6429 @cindex @code{probe_stack} instruction pattern
6430 @item @samp{probe_stack}
6431 If stack checking (@pxref{Stack Checking}) can be done on your system by
6432 probing the stack but doing it with a ``store zero'' instruction is not valid
6433 or optimal, define this pattern to do the probing differently and signal an
6434 error if the stack has overflowed.  The single operand is the memory reference
6435 in the stack that needs to be probed.
6437 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
6438 @item @samp{nonlocal_goto}
6439 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
6440 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
6441 each representing a value to be used in the jump.  The first
6442 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
6443 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
6444 the third is the address of a location where the stack is saved,
6445 and the last is the address of the label, to be placed in the
6446 location for the incoming static chain.
6448 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
6449 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
6450 and static chain, restore the stack (using the
6451 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
6452 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
6453 not work on your machine.
6455 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
6456 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
6457 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
6458 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
6459 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
6460 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
6461 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
6462 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
6463 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
6464 There are no arguments.
6466 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
6467 @item @samp{exception_receiver}
6468 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
6469 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
6470 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
6471 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
6472 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
6473 an exception.  There are no arguments.
6475 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
6476 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
6477 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
6478 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
6479 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
6480 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
6481 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
6482 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
6483 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
6484 the first three are normally used by the generic mechanism.
6486 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
6487 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
6488 This pattern, if defined, contains code needed at the site of a
6489 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
6490 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
6491 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
6492 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
6493 to which builtin_longjmp transferred control; this pattern may be emitted
6494 at a small offset from that label.
6496 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
6497 @item @samp{builtin_longjmp}
6498 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
6499 You will not normally need to define this pattern unless you also define
6500 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
6501 @code{jmp_buf}.
6503 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
6504 @item @samp{eh_return}
6505 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
6506 and thence the call frame exception handling library routines, are
6507 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
6508 the abnormal return path.
6510 The address of the exception handler to which the function should return
6511 is passed as operand to this pattern.  It will normally need to copied by
6512 the pattern to some special register or memory location.
6513 If the pattern needs to determine the location of the target call
6514 frame in order to do so, it may use @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX},
6515 if defined; it will have already been assigned.
6517 If this pattern is not defined, the default action will be to simply
6518 copy the return address to @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX}.  Either
6519 that macro or this pattern needs to be defined if call frame exception
6520 handling is to be used.
6522 @cindex @code{prologue} instruction pattern
6523 @anchor{prologue instruction pattern}
6524 @item @samp{prologue}
6525 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
6526 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
6527 pointer register, saving callee saved registers, etc.
6529 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
6530 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
6532 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
6533 instruction scheduling.
6535 @cindex @code{window_save} instruction pattern
6536 @anchor{window_save instruction pattern}
6537 @item @samp{window_save}
6538 This pattern, if defined, emits RTL for a register window save.  It should
6539 be defined if the target machine has register windows but the window events
6540 are decoupled from calls to subroutines.  The canonical example is the SPARC
6541 architecture.
6543 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
6544 @anchor{epilogue instruction pattern}
6545 @item @samp{epilogue}
6546 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
6547 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
6548 registers and emitting the return instruction.
6550 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
6551 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
6553 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
6554 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
6556 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
6557 @item @samp{sibcall_epilogue}
6558 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
6559 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
6560 sibling call (aka tail call) sites.
6562 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
6563 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
6564 function.
6566 @cindex @code{trap} instruction pattern
6567 @item @samp{trap}
6568 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
6569 kind of signal to be raised.
6571 @cindex @code{ctrap@var{MM}4} instruction pattern
6572 @item @samp{ctrap@var{MM}4}
6573 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
6574 performs a comparison, and operands 1 and 2 are the arms of the
6575 comparison.  Operand 3 is the trap code, an integer.
6577 A typical @code{ctrap} pattern looks like
6579 @smallexample
6580 (define_insn "ctrapsi4"
6581   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
6582              [(match_operand 1 "register_operand")
6583               (match_operand 2 "immediate_operand")])
6584             (match_operand 3 "const_int_operand" "i"))]
6585   ""
6586   "@dots{}")
6587 @end smallexample
6589 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
6590 @item @samp{prefetch}
6591 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
6592 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
6593 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
6594 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
6595 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
6596 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
6597 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
6598 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
6599 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
6601 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
6602 the values of operands 1 and 2.
6604 @cindex @code{blockage} instruction pattern
6605 @item @samp{blockage}
6606 This pattern defines a pseudo insn that prevents the instruction
6607 scheduler and other passes from moving instructions and using register
6608 equivalences across the boundary defined by the blockage insn.
6609 This needs to be an UNSPEC_VOLATILE pattern or a volatile ASM.
6611 @cindex @code{memory_barrier} instruction pattern
6612 @item @samp{memory_barrier}
6613 If the target memory model is not fully synchronous, then this pattern
6614 should be defined to an instruction that orders both loads and stores
6615 before the instruction with respect to loads and stores after the instruction.
6616 This pattern has no operands.
6618 @cindex @code{sync_compare_and_swap@var{mode}} instruction pattern
6619 @item @samp{sync_compare_and_swap@var{mode}}
6620 This pattern, if defined, emits code for an atomic compare-and-swap
6621 operation.  Operand 1 is the memory on which the atomic operation is
6622 performed.  Operand 2 is the ``old'' value to be compared against the
6623 current contents of the memory location.  Operand 3 is the ``new'' value
6624 to store in the memory if the compare succeeds.  Operand 0 is the result
6625 of the operation; it should contain the contents of the memory
6626 before the operation.  If the compare succeeds, this should obviously be
6627 a copy of operand 2.
6629 This pattern must show that both operand 0 and operand 1 are modified.
6631 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
6632 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
6633 operation and all memory operations after the atomic operation occur
6634 after the atomic operation.
6636 For targets where the success or failure of the compare-and-swap
6637 operation is available via the status flags, it is possible to
6638 avoid a separate compare operation and issue the subsequent
6639 branch or store-flag operation immediately after the compare-and-swap.
6640 To this end, GCC will look for a @code{MODE_CC} set in the
6641 output of @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}; if the machine
6642 description includes such a set, the target should also define special
6643 @code{cbranchcc4} and/or @code{cstorecc4} instructions.  GCC will then
6644 be able to take the destination of the @code{MODE_CC} set and pass it
6645 to the @code{cbranchcc4} or @code{cstorecc4} pattern as the first
6646 operand of the comparison (the second will be @code{(const_int 0)}).
6648 For targets where the operating system may provide support for this
6649 operation via library calls, the @code{sync_compare_and_swap_optab}
6650 may be initialized to a function with the same interface as the
6651 @code{__sync_val_compare_and_swap_@var{n}} built-in.  If the entire
6652 set of @var{__sync} builtins are supported via library calls, the
6653 target can initialize all of the optabs at once with
6654 @code{init_sync_libfuncs}.
6655 For the purposes of C++11 @code{std::atomic::is_lock_free}, it is
6656 assumed that these library calls do @emph{not} use any kind of
6657 interruptable locking.
6659 @cindex @code{sync_add@var{mode}} instruction pattern
6660 @cindex @code{sync_sub@var{mode}} instruction pattern
6661 @cindex @code{sync_ior@var{mode}} instruction pattern
6662 @cindex @code{sync_and@var{mode}} instruction pattern
6663 @cindex @code{sync_xor@var{mode}} instruction pattern
6664 @cindex @code{sync_nand@var{mode}} instruction pattern
6665 @item @samp{sync_add@var{mode}}, @samp{sync_sub@var{mode}}
6666 @itemx @samp{sync_ior@var{mode}}, @samp{sync_and@var{mode}}
6667 @itemx @samp{sync_xor@var{mode}}, @samp{sync_nand@var{mode}}
6668 These patterns emit code for an atomic operation on memory.
6669 Operand 0 is the memory on which the atomic operation is performed.
6670 Operand 1 is the second operand to the binary operator.
6672 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
6673 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
6674 operation and all memory operations after the atomic operation occur
6675 after the atomic operation.
6677 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
6678 from a compare-and-swap operation, if defined.
6680 @cindex @code{sync_old_add@var{mode}} instruction pattern
6681 @cindex @code{sync_old_sub@var{mode}} instruction pattern
6682 @cindex @code{sync_old_ior@var{mode}} instruction pattern
6683 @cindex @code{sync_old_and@var{mode}} instruction pattern
6684 @cindex @code{sync_old_xor@var{mode}} instruction pattern
6685 @cindex @code{sync_old_nand@var{mode}} instruction pattern
6686 @item @samp{sync_old_add@var{mode}}, @samp{sync_old_sub@var{mode}}
6687 @itemx @samp{sync_old_ior@var{mode}}, @samp{sync_old_and@var{mode}}
6688 @itemx @samp{sync_old_xor@var{mode}}, @samp{sync_old_nand@var{mode}}
6689 These patterns emit code for an atomic operation on memory,
6690 and return the value that the memory contained before the operation.
6691 Operand 0 is the result value, operand 1 is the memory on which the
6692 atomic operation is performed, and operand 2 is the second operand
6693 to the binary operator.
6695 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
6696 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
6697 operation and all memory operations after the atomic operation occur
6698 after the atomic operation.
6700 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
6701 from a compare-and-swap operation, if defined.
6703 @cindex @code{sync_new_add@var{mode}} instruction pattern
6704 @cindex @code{sync_new_sub@var{mode}} instruction pattern
6705 @cindex @code{sync_new_ior@var{mode}} instruction pattern
6706 @cindex @code{sync_new_and@var{mode}} instruction pattern
6707 @cindex @code{sync_new_xor@var{mode}} instruction pattern
6708 @cindex @code{sync_new_nand@var{mode}} instruction pattern
6709 @item @samp{sync_new_add@var{mode}}, @samp{sync_new_sub@var{mode}}
6710 @itemx @samp{sync_new_ior@var{mode}}, @samp{sync_new_and@var{mode}}
6711 @itemx @samp{sync_new_xor@var{mode}}, @samp{sync_new_nand@var{mode}}
6712 These patterns are like their @code{sync_old_@var{op}} counterparts,
6713 except that they return the value that exists in the memory location
6714 after the operation, rather than before the operation.
6716 @cindex @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}} instruction pattern
6717 @item @samp{sync_lock_test_and_set@var{mode}}
6718 This pattern takes two forms, based on the capabilities of the target.
6719 In either case, operand 0 is the result of the operand, operand 1 is
6720 the memory on which the atomic operation is performed, and operand 2
6721 is the value to set in the lock.
6723 In the ideal case, this operation is an atomic exchange operation, in
6724 which the previous value in memory operand is copied into the result
6725 operand, and the value operand is stored in the memory operand.
6727 For less capable targets, any value operand that is not the constant 1
6728 should be rejected with @code{FAIL}.  In this case the target may use
6729 an atomic test-and-set bit operation.  The result operand should contain
6730 1 if the bit was previously set and 0 if the bit was previously clear.
6731 The true contents of the memory operand are implementation defined.
6733 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
6734 pattern as a whole acts as an acquire barrier, that is all memory
6735 operations after the pattern do not occur until the lock is acquired.
6737 If this pattern is not defined, the operation will be constructed from
6738 a compare-and-swap operation, if defined.
6740 @cindex @code{sync_lock_release@var{mode}} instruction pattern
6741 @item @samp{sync_lock_release@var{mode}}
6742 This pattern, if defined, releases a lock set by
6743 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}.  Operand 0 is the memory
6744 that contains the lock; operand 1 is the value to store in the lock.
6746 If the target doesn't implement full semantics for
6747 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}, any value operand which is not
6748 the constant 0 should be rejected with @code{FAIL}, and the true contents
6749 of the memory operand are implementation defined.
6751 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
6752 pattern as a whole acts as a release barrier, that is the lock is
6753 released only after all previous memory operations have completed.
6755 If this pattern is not defined, then a @code{memory_barrier} pattern
6756 will be emitted, followed by a store of the value to the memory operand.
6758 @cindex @code{atomic_compare_and_swap@var{mode}} instruction pattern
6759 @item @samp{atomic_compare_and_swap@var{mode}} 
6760 This pattern, if defined, emits code for an atomic compare-and-swap
6761 operation with memory model semantics.  Operand 2 is the memory on which
6762 the atomic operation is performed.  Operand 0 is an output operand which
6763 is set to true or false based on whether the operation succeeded.  Operand
6764 1 is an output operand which is set to the contents of the memory before
6765 the operation was attempted.  Operand 3 is the value that is expected to
6766 be in memory.  Operand 4 is the value to put in memory if the expected
6767 value is found there.  Operand 5 is set to 1 if this compare and swap is to
6768 be treated as a weak operation.  Operand 6 is the memory model to be used
6769 if the operation is a success.  Operand 7 is the memory model to be used
6770 if the operation fails.
6772 If memory referred to in operand 2 contains the value in operand 3, then
6773 operand 4 is stored in memory pointed to by operand 2 and fencing based on
6774 the memory model in operand 6 is issued.  
6776 If memory referred to in operand 2 does not contain the value in operand 3,
6777 then fencing based on the memory model in operand 7 is issued.
6779 If a target does not support weak compare-and-swap operations, or the port
6780 elects not to implement weak operations, the argument in operand 5 can be
6781 ignored.  Note a strong implementation must be provided.
6783 If this pattern is not provided, the @code{__atomic_compare_exchange}
6784 built-in functions will utilize the legacy @code{sync_compare_and_swap}
6785 pattern with an @code{__ATOMIC_SEQ_CST} memory model.
6787 @cindex @code{atomic_load@var{mode}} instruction pattern
6788 @item @samp{atomic_load@var{mode}}
6789 This pattern implements an atomic load operation with memory model
6790 semantics.  Operand 1 is the memory address being loaded from.  Operand 0
6791 is the result of the load.  Operand 2 is the memory model to be used for
6792 the load operation.
6794 If not present, the @code{__atomic_load} built-in function will either
6795 resort to a normal load with memory barriers, or a compare-and-swap
6796 operation if a normal load would not be atomic.
6798 @cindex @code{atomic_store@var{mode}} instruction pattern
6799 @item @samp{atomic_store@var{mode}}
6800 This pattern implements an atomic store operation with memory model
6801 semantics.  Operand 0 is the memory address being stored to.  Operand 1
6802 is the value to be written.  Operand 2 is the memory model to be used for
6803 the operation.
6805 If not present, the @code{__atomic_store} built-in function will attempt to
6806 perform a normal store and surround it with any required memory fences.  If
6807 the store would not be atomic, then an @code{__atomic_exchange} is
6808 attempted with the result being ignored.
6810 @cindex @code{atomic_exchange@var{mode}} instruction pattern
6811 @item @samp{atomic_exchange@var{mode}}
6812 This pattern implements an atomic exchange operation with memory model
6813 semantics.  Operand 1 is the memory location the operation is performed on.
6814 Operand 0 is an output operand which is set to the original value contained
6815 in the memory pointed to by operand 1.  Operand 2 is the value to be
6816 stored.  Operand 3 is the memory model to be used.
6818 If this pattern is not present, the built-in function
6819 @code{__atomic_exchange} will attempt to preform the operation with a
6820 compare and swap loop.
6822 @cindex @code{atomic_add@var{mode}} instruction pattern
6823 @cindex @code{atomic_sub@var{mode}} instruction pattern
6824 @cindex @code{atomic_or@var{mode}} instruction pattern
6825 @cindex @code{atomic_and@var{mode}} instruction pattern
6826 @cindex @code{atomic_xor@var{mode}} instruction pattern
6827 @cindex @code{atomic_nand@var{mode}} instruction pattern
6828 @item @samp{atomic_add@var{mode}}, @samp{atomic_sub@var{mode}}
6829 @itemx @samp{atomic_or@var{mode}}, @samp{atomic_and@var{mode}}
6830 @itemx @samp{atomic_xor@var{mode}}, @samp{atomic_nand@var{mode}}
6831 These patterns emit code for an atomic operation on memory with memory
6832 model semantics. Operand 0 is the memory on which the atomic operation is
6833 performed.  Operand 1 is the second operand to the binary operator.
6834 Operand 2 is the memory model to be used by the operation.
6836 If these patterns are not defined, attempts will be made to use legacy
6837 @code{sync} patterns, or equivalent patterns which return a result.  If
6838 none of these are available a compare-and-swap loop will be used.
6840 @cindex @code{atomic_fetch_add@var{mode}} instruction pattern
6841 @cindex @code{atomic_fetch_sub@var{mode}} instruction pattern
6842 @cindex @code{atomic_fetch_or@var{mode}} instruction pattern
6843 @cindex @code{atomic_fetch_and@var{mode}} instruction pattern
6844 @cindex @code{atomic_fetch_xor@var{mode}} instruction pattern
6845 @cindex @code{atomic_fetch_nand@var{mode}} instruction pattern
6846 @item @samp{atomic_fetch_add@var{mode}}, @samp{atomic_fetch_sub@var{mode}}
6847 @itemx @samp{atomic_fetch_or@var{mode}}, @samp{atomic_fetch_and@var{mode}}
6848 @itemx @samp{atomic_fetch_xor@var{mode}}, @samp{atomic_fetch_nand@var{mode}}
6849 These patterns emit code for an atomic operation on memory with memory
6850 model semantics, and return the original value. Operand 0 is an output 
6851 operand which contains the value of the memory location before the 
6852 operation was performed.  Operand 1 is the memory on which the atomic 
6853 operation is performed.  Operand 2 is the second operand to the binary
6854 operator.  Operand 3 is the memory model to be used by the operation.
6856 If these patterns are not defined, attempts will be made to use legacy
6857 @code{sync} patterns.  If none of these are available a compare-and-swap
6858 loop will be used.
6860 @cindex @code{atomic_add_fetch@var{mode}} instruction pattern
6861 @cindex @code{atomic_sub_fetch@var{mode}} instruction pattern
6862 @cindex @code{atomic_or_fetch@var{mode}} instruction pattern
6863 @cindex @code{atomic_and_fetch@var{mode}} instruction pattern
6864 @cindex @code{atomic_xor_fetch@var{mode}} instruction pattern
6865 @cindex @code{atomic_nand_fetch@var{mode}} instruction pattern
6866 @item @samp{atomic_add_fetch@var{mode}}, @samp{atomic_sub_fetch@var{mode}}
6867 @itemx @samp{atomic_or_fetch@var{mode}}, @samp{atomic_and_fetch@var{mode}}
6868 @itemx @samp{atomic_xor_fetch@var{mode}}, @samp{atomic_nand_fetch@var{mode}}
6869 These patterns emit code for an atomic operation on memory with memory
6870 model semantics and return the result after the operation is performed.
6871 Operand 0 is an output operand which contains the value after the
6872 operation.  Operand 1 is the memory on which the atomic operation is
6873 performed.  Operand 2 is the second operand to the binary operator.
6874 Operand 3 is the memory model to be used by the operation.
6876 If these patterns are not defined, attempts will be made to use legacy
6877 @code{sync} patterns, or equivalent patterns which return the result before
6878 the operation followed by the arithmetic operation required to produce the
6879 result.  If none of these are available a compare-and-swap loop will be
6880 used.
6882 @cindex @code{atomic_test_and_set} instruction pattern
6883 @item @samp{atomic_test_and_set}
6884 This pattern emits code for @code{__builtin_atomic_test_and_set}.
6885 Operand 0 is an output operand which is set to true if the previous
6886 previous contents of the byte was "set", and false otherwise.  Operand 1
6887 is the @code{QImode} memory to be modified.  Operand 2 is the memory
6888 model to be used.
6890 The specific value that defines "set" is implementation defined, and
6891 is normally based on what is performed by the native atomic test and set
6892 instruction.
6894 @cindex @code{atomic_bit_test_and_set@var{mode}} instruction pattern
6895 @cindex @code{atomic_bit_test_and_complement@var{mode}} instruction pattern
6896 @cindex @code{atomic_bit_test_and_reset@var{mode}} instruction pattern
6897 @item @samp{atomic_bit_test_and_set@var{mode}}
6898 @itemx @samp{atomic_bit_test_and_complement@var{mode}}
6899 @itemx @samp{atomic_bit_test_and_reset@var{mode}}
6900 These patterns emit code for an atomic bitwise operation on memory with memory
6901 model semantics, and return the original value of the specified bit.
6902 Operand 0 is an output operand which contains the value of the specified bit
6903 from the memory location before the operation was performed.  Operand 1 is the
6904 memory on which the atomic operation is performed.  Operand 2 is the bit within
6905 the operand, starting with least significant bit.  Operand 3 is the memory model
6906 to be used by the operation.  Operand 4 is a flag - it is @code{const1_rtx}
6907 if operand 0 should contain the original value of the specified bit in the
6908 least significant bit of the operand, and @code{const0_rtx} if the bit should
6909 be in its original position in the operand.
6910 @code{atomic_bit_test_and_set@var{mode}} atomically sets the specified bit after
6911 remembering its original value, @code{atomic_bit_test_and_complement@var{mode}}
6912 inverts the specified bit and @code{atomic_bit_test_and_reset@var{mode}} clears
6913 the specified bit.
6915 If these patterns are not defined, attempts will be made to use
6916 @code{atomic_fetch_or@var{mode}}, @code{atomic_fetch_xor@var{mode}} or
6917 @code{atomic_fetch_and@var{mode}} instruction patterns, or their @code{sync}
6918 counterparts.  If none of these are available a compare-and-swap
6919 loop will be used.
6921 @cindex @code{mem_thread_fence@var{mode}} instruction pattern
6922 @item @samp{mem_thread_fence@var{mode}}
6923 This pattern emits code required to implement a thread fence with
6924 memory model semantics.  Operand 0 is the memory model to be used.
6926 If this pattern is not specified, all memory models except
6927 @code{__ATOMIC_RELAXED} will result in issuing a @code{sync_synchronize}
6928 barrier pattern.
6930 @cindex @code{mem_signal_fence@var{mode}} instruction pattern
6931 @item @samp{mem_signal_fence@var{mode}}
6932 This pattern emits code required to implement a signal fence with
6933 memory model semantics.  Operand 0 is the memory model to be used.
6935 This pattern should impact the compiler optimizers the same way that
6936 mem_signal_fence does, but it does not need to issue any barrier
6937 instructions.
6939 If this pattern is not specified, all memory models except
6940 @code{__ATOMIC_RELAXED} will result in issuing a @code{sync_synchronize}
6941 barrier pattern.
6943 @cindex @code{get_thread_pointer@var{mode}} instruction pattern
6944 @cindex @code{set_thread_pointer@var{mode}} instruction pattern
6945 @item @samp{get_thread_pointer@var{mode}}
6946 @itemx @samp{set_thread_pointer@var{mode}}
6947 These patterns emit code that reads/sets the TLS thread pointer. Currently,
6948 these are only needed if the target needs to support the
6949 @code{__builtin_thread_pointer} and @code{__builtin_set_thread_pointer}
6950 builtins.
6952 The get/set patterns have a single output/input operand respectively,
6953 with @var{mode} intended to be @code{Pmode}.
6955 @cindex @code{stack_protect_set} instruction pattern
6956 @item @samp{stack_protect_set}
6957 This pattern, if defined, moves a @code{ptr_mode} value from the memory
6958 in operand 1 to the memory in operand 0 without leaving the value in
6959 a register afterward.  This is to avoid leaking the value some place
6960 that an attacker might use to rewrite the stack guard slot after
6961 having clobbered it.
6963 If this pattern is not defined, then a plain move pattern is generated.
6965 @cindex @code{stack_protect_test} instruction pattern
6966 @item @samp{stack_protect_test}
6967 This pattern, if defined, compares a @code{ptr_mode} value from the
6968 memory in operand 1 with the memory in operand 0 without leaving the
6969 value in a register afterward and branches to operand 2 if the values
6970 were equal.
6972 If this pattern is not defined, then a plain compare pattern and
6973 conditional branch pattern is used.
6975 @cindex @code{clear_cache} instruction pattern
6976 @item @samp{clear_cache}
6977 This pattern, if defined, flushes the instruction cache for a region of
6978 memory.  The region is bounded to by the Pmode pointers in operand 0
6979 inclusive and operand 1 exclusive.
6981 If this pattern is not defined, a call to the library function
6982 @code{__clear_cache} is used.
6984 @end table
6986 @end ifset
6987 @c Each of the following nodes are wrapped in separate
6988 @c "@ifset INTERNALS" to work around memory limits for the default
6989 @c configuration in older tetex distributions.  Known to not work:
6990 @c tetex-1.0.7, known to work: tetex-2.0.2.
6991 @ifset INTERNALS
6992 @node Pattern Ordering
6993 @section When the Order of Patterns Matters
6994 @cindex Pattern Ordering
6995 @cindex Ordering of Patterns
6997 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
6998 pattern that appears first in the machine description is the one used.
6999 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
7000 and faster instructions (those that will produce better code when they
7001 do match) should usually go first in the description.
7003 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
7004 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
7005 instruction for converting a fullword to floating point and another
7006 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
7007 an integer to floating point could match either one.  We put the
7008 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
7009 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
7010 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
7011 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
7012 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
7013 constant value.
7015 @end ifset
7016 @ifset INTERNALS
7017 @node Dependent Patterns
7018 @section Interdependence of Patterns
7019 @cindex Dependent Patterns
7020 @cindex Interdependence of Patterns
7022 In some cases machines support instructions identical except for the
7023 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
7024 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
7025 patterns are
7027 @smallexample
7028 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
7029      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
7031 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
7032      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
7033 @end smallexample
7035 @noindent
7036 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
7037 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
7038 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
7039 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
7040 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
7041 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
7043 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
7044 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
7045 compilations.
7047 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
7048 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
7049 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
7050 you should not provide separate patterns for increment and decrement
7051 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
7052 that supports register-register add insns by examining the operands and
7053 generating the appropriate machine instruction.
7055 @end ifset
7056 @ifset INTERNALS
7057 @node Jump Patterns
7058 @section Defining Jump Instruction Patterns
7059 @cindex jump instruction patterns
7060 @cindex defining jump instruction patterns
7062 GCC does not assume anything about how the machine realizes jumps.
7063 The machine description should define a single pattern, usually
7064 a @code{define_expand}, which expands to all the required insns.
7066 Usually, this would be a comparison insn to set the condition code
7067 and a separate branch insn testing the condition code and branching
7068 or not according to its value.  For many machines, however,
7069 separating compares and branches is limiting, which is why the
7070 more flexible approach with one @code{define_expand} is used in GCC.
7071 The machine description becomes clearer for architectures that
7072 have compare-and-branch instructions but no condition code.  It also
7073 works better when different sets of comparison operators are supported
7074 by different kinds of conditional branches (e.g. integer vs. floating-point),
7075 or by conditional branches with respect to conditional stores.
7077 Two separate insns are always used if the machine description represents
7078 a condition code register using the legacy RTL expression @code{(cc0)},
7079 and on most machines that use a separate condition code register
7080 (@pxref{Condition Code}).  For machines that use @code{(cc0)}, in
7081 fact, the set and use of the condition code must be separate and
7082 adjacent@footnote{@code{note} insns can separate them, though.}, thus
7083 allowing flags in @code{cc_status} to be used (@pxref{Condition Code}) and
7084 so that the comparison and branch insns could be located from each other
7085 by using the functions @code{prev_cc0_setter} and @code{next_cc0_user}.
7087 Even in this case having a single entry point for conditional branches
7088 is advantageous, because it handles equally well the case where a single
7089 comparison instruction records the results of both signed and unsigned
7090 comparison of the given operands (with the branch insns coming in distinct
7091 signed and unsigned flavors) as in the x86 or SPARC, and the case where
7092 there are distinct signed and unsigned compare instructions and only
7093 one set of conditional branch instructions as in the PowerPC.
7095 @end ifset
7096 @ifset INTERNALS
7097 @node Looping Patterns
7098 @section Defining Looping Instruction Patterns
7099 @cindex looping instruction patterns
7100 @cindex defining looping instruction patterns
7102 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
7103 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
7104 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
7105 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
7106 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
7107 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
7108 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
7109 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
7110 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
7111 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
7112 the jump.
7114 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
7115 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
7116 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
7117 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
7118 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
7119 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
7120 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
7121 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
7122 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
7123 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
7124 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
7125 following for its @code{dbra} instruction:
7127 @smallexample
7128 @group
7129 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
7130   [(set (pc)
7131         (if_then_else
7132           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
7133                        (const_int -1))
7134               (const_int 0))
7135           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
7136           (pc)))
7137    (set (match_dup 0)
7138         (plus:SI (match_dup 0)
7139                  (const_int -1)))]
7140   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
7141   "@dots{}")
7142 @end group
7143 @end smallexample
7145 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
7146 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
7147 since this insn is generated by the instruction combination phase
7148 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
7149 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
7150 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
7151 pattern will not be matched by the combiner.
7153 @smallexample
7154 @group
7155 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
7156   [(set (pc)
7157         (if_then_else
7158           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
7159               (const_int 1))
7160           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
7161           (pc)))
7162    (set (match_dup 0)
7163         (plus:SI (match_dup 0)
7164                  (const_int -1)))]
7165   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
7166   "@dots{}")
7167 @end group
7168 @end smallexample
7170 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
7171 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
7172 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
7173 information collected during strength reduction.
7175 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
7176 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
7177 is an optional companion pattern that can be used for initialization
7178 needed for some low-overhead looping instructions.
7180 Note that some machines require the actual looping instruction to be
7181 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
7182 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
7183 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
7184 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
7185 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
7186 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
7187 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
7188 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
7189 desired special iteration counter register was not allocated, this
7190 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
7191 instruction pair.
7193 The essential difference between the
7194 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
7195 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
7196 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
7197 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
7198 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
7199 may become redundant and removed by the flow pass.
7202 @end ifset
7203 @ifset INTERNALS
7204 @node Insn Canonicalizations
7205 @section Canonicalization of Instructions
7206 @cindex canonicalization of instructions
7207 @cindex insn canonicalization
7209 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
7210 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
7211 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
7212 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
7213 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
7214 number of insn patterns required.
7216 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
7217 are performed:
7219 @itemize @bullet
7220 @item
7221 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
7222 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
7223 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
7224 be supplied.
7226 @item
7227 For associative operators, a sequence of operators will always chain
7228 to the left; for instance, only the left operand of an integer @code{plus}
7229 can itself be a @code{plus}.  @code{and}, @code{ior}, @code{xor},
7230 @code{plus}, @code{mult}, @code{smin}, @code{smax}, @code{umin}, and
7231 @code{umax} are associative when applied to integers, and sometimes to
7232 floating-point.
7234 @item
7235 @cindex @code{neg}, canonicalization of
7236 @cindex @code{not}, canonicalization of
7237 @cindex @code{mult}, canonicalization of
7238 @cindex @code{plus}, canonicalization of
7239 @cindex @code{minus}, canonicalization of
7240 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
7241 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
7242 first operand.
7244 @item
7245 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
7246 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
7247 the operations as far as possible.  For instance,
7248 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
7249 @code{(plus (mult (neg B) C) A)} is canonicalized as
7250 @code{(minus A (mult B C))}.
7252 @cindex @code{compare}, canonicalization of
7253 @item
7254 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
7255 if the first argument is a condition code register or @code{(cc0)}.
7257 @item
7258 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
7259 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
7260 above.
7262 @item
7263 @code{(ltu (plus @var{a} @var{b}) @var{b})} is converted to
7264 @code{(ltu (plus @var{a} @var{b}) @var{a})}. Likewise with @code{geu} instead
7265 of @code{ltu}.
7267 @item
7268 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
7269 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
7271 @item
7272 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
7273 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
7275 @cindex @code{ior}, canonicalization of
7276 @cindex @code{and}, canonicalization of
7277 @cindex De Morgan's law
7278 @item
7279 De Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
7280 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
7281 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
7283 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
7284 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
7285 for that instruction as
7287 @smallexample
7288 (define_insn ""
7289   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
7290         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
7291                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
7292   "@dots{}"
7293   "@dots{}")
7294 @end smallexample
7296 @noindent
7297 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
7299 @smallexample
7300 (define_insn ""
7301   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
7302         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
7303                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
7304   "@dots{}"
7305   "@dots{}")
7306 @end smallexample
7308 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
7309 logically equivalent RTL expressions.
7311 @cindex @code{xor}, canonicalization of
7312 @item
7313 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
7314 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
7315 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
7317 @item
7318 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
7319 the form
7321 @smallexample
7322 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
7323 @end smallexample
7325 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
7326 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
7327 @item
7328 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
7329 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
7330 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
7332 @cindex @code{mult}, canonicalization of
7333 @item
7334 @code{(sign_extend:@var{m1} (mult:@var{m2} (sign_extend:@var{m2} @var{x})
7335 (sign_extend:@var{m2} @var{y})))} is converted to @code{(mult:@var{m1}
7336 (sign_extend:@var{m1} @var{x}) (sign_extend:@var{m1} @var{y}))}, and likewise
7337 for @code{zero_extend}.
7339 @item
7340 @code{(sign_extend:@var{m1} (mult:@var{m2} (ashiftrt:@var{m2}
7341 @var{x} @var{s}) (sign_extend:@var{m2} @var{y})))} is converted
7342 to @code{(mult:@var{m1} (sign_extend:@var{m1} (ashiftrt:@var{m2}
7343 @var{x} @var{s})) (sign_extend:@var{m1} @var{y}))}, and likewise for
7344 patterns using @code{zero_extend} and @code{lshiftrt}.  If the second
7345 operand of @code{mult} is also a shift, then that is extended also.
7346 This transformation is only applied when it can be proven that the
7347 original operation had sufficient precision to prevent overflow.
7349 @end itemize
7351 Further canonicalization rules are defined in the function
7352 @code{commutative_operand_precedence} in @file{gcc/rtlanal.c}.
7354 @end ifset
7355 @ifset INTERNALS
7356 @node Expander Definitions
7357 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
7358 @cindex expander definitions
7359 @cindex code generation RTL sequences
7360 @cindex defining RTL sequences for code generation
7362 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
7363 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
7364 represent them.  For these target machines, you can write a
7365 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
7367 @findex define_expand
7368 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
7369 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
7370 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
7372 A @code{define_expand} RTX has four operands:
7374 @itemize @bullet
7375 @item
7376 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
7377 use for it is to refer to it by name.
7379 @item
7380 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
7381 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
7382 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
7384 @item
7385 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
7386 used to express how the availability of this pattern depends on
7387 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
7388 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
7389 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
7390 depend on the data in the insn being matched, but only the
7391 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
7392 during initialization in order to learn exactly which named instructions
7393 are available in a particular run.
7395 @item
7396 The preparation statements, a string containing zero or more C
7397 statements which are to be executed before RTL code is generated from
7398 the RTL template.
7400 Usually these statements prepare temporary registers for use as
7401 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
7402 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
7403 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
7405 @item
7406 Optionally, a vector containing the values of attributes. @xref{Insn
7407 Attributes}.
7408 @end itemize
7410 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
7411 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
7412 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
7415 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
7416 also describes the operands that need to be specified when this pattern
7417 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
7419 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
7420 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
7421 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
7422 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
7423 information to preload the operand into a register if that is required for
7424 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
7425 references should use @code{match_dup}.
7427 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
7428 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
7429 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
7430 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
7431 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
7432 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
7433 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
7434 compute the values and store them into the appropriate elements of
7435 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
7437 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
7438 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
7439 as a statement.
7441 @table @code
7443 @findex DONE
7444 @item DONE
7445 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
7446 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
7447 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
7448 preparation statements; the RTL template will not be generated.
7450 @findex FAIL
7451 @item FAIL
7452 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
7453 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
7454 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
7456 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
7457 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
7458 operations.
7459 @end table
7461 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
7462 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
7463 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
7464 insn.
7466 The RTL template is not used for matching, only for generating the
7467 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
7468 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
7469 list of operands, such as this example:
7471 @smallexample
7472 @group
7473 (define_expand "addsi3"
7474   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
7475    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
7476    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
7477 @end group
7478 @group
7479   ""
7480   "
7482   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
7483   DONE;
7484 @}")
7485 @end group
7486 @end smallexample
7488 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
7490 @smallexample
7491 @group
7492 (define_expand "ashlsi3"
7493   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
7494         (ashift:SI
7495 @end group
7496 @group
7497           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
7498           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
7499   ""
7500   "
7501 @end group
7502 @end smallexample
7504 @smallexample
7505 @group
7507   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
7508       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
7509     FAIL;
7510 @}")
7511 @end group
7512 @end smallexample
7514 @noindent
7515 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
7516 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
7517 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
7518 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
7519 library call).
7521 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
7522 patterns with names, then it would be possible to use a
7523 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
7524 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
7526 @smallexample
7527 (define_expand "zero_extendhisi2"
7528   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
7529         (const_int 0))
7530    (set (strict_low_part
7531           (subreg:HI
7532             (match_dup 0)
7533             0))
7534         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
7535   ""
7536   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
7537 @end smallexample
7539 @noindent
7540 @findex make_safe_from
7541 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
7542 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
7543 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
7544 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
7545 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
7546 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
7547 by emitting another RTL insn.
7549 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
7550 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
7551 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
7552 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
7553 on this machine.  So it must be copied into a register with
7554 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
7556 @smallexample
7557 (define_expand "zero_extendhisi2"
7558   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
7559         (and:SI (subreg:SI
7560                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
7561                   0)
7562                 (match_dup 2)))]
7563   ""
7564   "operands[2]
7565      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
7566 @end smallexample
7568 @emph{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
7569 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
7570 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
7571 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
7572 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
7573 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
7574 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
7575 in the compiler.
7577 @end ifset
7578 @ifset INTERNALS
7579 @node Insn Splitting
7580 @section Defining How to Split Instructions
7581 @cindex insn splitting
7582 @cindex instruction splitting
7583 @cindex splitting instructions
7585 There are two cases where you should specify how to split a pattern
7586 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
7587 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
7588 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
7589 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
7590 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
7591 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
7592 cannot be placed into a delay slot.
7594 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
7595 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
7596 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
7597 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
7598 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
7599 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
7600 scheduling.
7602 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
7603 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
7604 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
7605 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
7606 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
7607 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
7608 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
7609 split the addition into two insns is machine-dependent.
7611 @findex define_split
7612 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
7613 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
7615 @smallexample
7616 (define_split
7617   [@var{insn-pattern}]
7618   "@var{condition}"
7619   [@var{new-insn-pattern-1}
7620    @var{new-insn-pattern-2}
7621    @dots{}]
7622   "@var{preparation-statements}")
7623 @end smallexample
7625 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
7626 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
7627 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
7628 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
7629 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
7630 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
7632 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
7633 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
7634 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
7635 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
7636 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
7637 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
7638 must not allocate any space in the stack frame.
7640 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
7641 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
7642 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
7643 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
7644 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
7645 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
7646 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
7647 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
7648 of those definitions.
7650 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
7651 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
7652 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
7654 @smallexample
7655 (define_split
7656   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
7657         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
7658   ""
7659   [(set (match_dup 0)
7660         (ashift:SI (match_dup 1)
7661                    (const_int 16)))
7662    (set (match_dup 0)
7663         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
7664                      (const_int 16)))]
7665   "
7666 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
7667 @end smallexample
7669 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
7670 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
7671 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
7672 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
7673 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
7674 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
7675 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
7676 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
7677 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
7678 @code{define_split} that will never produce insns that match).
7680 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
7681 @file{rs6000.md}:
7683 @smallexample
7684 (define_split
7685   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
7686         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
7687                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
7688   ""
7689   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
7690    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
7693   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
7694   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
7696   if (low & 0x8000)
7697     high++, low |= 0xffff0000;
7699   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
7700   operands[4] = GEN_INT (low);
7701 @}")
7702 @end smallexample
7704 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
7705 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
7706 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
7707 can be substituted into the address of a subsequent operation.
7709 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
7710 an equality comparison of a register and a large constant:
7712 @smallexample
7713 (define_split
7714   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
7715         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
7716                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
7717    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
7718   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
7719    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
7720        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
7721   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
7722    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
7723   "
7725   /* @r{Get the constant we are comparing against, C, and see what it
7726      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
7727      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.}  */
7729   int c = INTVAL (operands[2]);
7730   int sextc = (c << 16) >> 16;
7731   int xorv = c ^ sextc;
7733   operands[4] = GEN_INT (xorv);
7734   operands[5] = GEN_INT (sextc);
7735 @}")
7736 @end smallexample
7738 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
7739 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
7740 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
7741 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
7742 are not valid.
7744 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
7745 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
7746 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
7747 several restriction apply.
7749 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
7750 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
7751 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
7752 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
7753 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
7754 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump.  A global variable
7755 @code{split_branch_probability} holds the probability of the original branch in case
7756 it was a simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
7757 recomputing of edge frequencies, the new sequence is required to have only
7758 forward jumps to the newly created labels.
7760 @findex define_insn_and_split
7761 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
7762 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
7763 this:
7765 @smallexample
7766 (define_insn_and_split
7767   [@var{insn-pattern}]
7768   "@var{condition}"
7769   "@var{output-template}"
7770   "@var{split-condition}"
7771   [@var{new-insn-pattern-1}
7772    @var{new-insn-pattern-2}
7773    @dots{}]
7774   "@var{preparation-statements}"
7775   [@var{insn-attributes}])
7777 @end smallexample
7779 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
7780 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
7781 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
7782 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
7783 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
7784 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
7785 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
7786 from i386.md:
7788 @smallexample
7789 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
7790   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
7791      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
7792    (clobber (reg:CC 17))]
7793   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
7794   "#"
7795   "&& reload_completed"
7796   [(parallel [(set (match_dup 0)
7797                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
7798               (clobber (reg:CC 17))])]
7799   ""
7800   [(set_attr "type" "alu1")])
7802 @end smallexample
7804 In this case, the actual split condition will be
7805 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
7807 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
7808 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
7809 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
7810 having to ensure the two patterns' templates match.
7812 @end ifset
7813 @ifset INTERNALS
7814 @node Including Patterns
7815 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
7816 @cindex insn includes
7818 @findex include
7819 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
7820 look for patterns that are in files other than in the file
7821 @file{.md}.  This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
7823 It looks like:
7825 @smallexample
7827 (include
7828   @var{pathname})
7829 @end smallexample
7831 For example:
7833 @smallexample
7835 (include "filestuff")
7837 @end smallexample
7839 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
7840 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}.  The
7841 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
7844 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
7845 and placed into subdirectories.
7847 By specifying:
7849 @smallexample
7851 (include "BOGUS/filestuff")
7853 @end smallexample
7855 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
7857 Specifying an absolute path for the include file such as;
7858 @smallexample
7860 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
7862 @end smallexample
7863 is permitted but is not encouraged.
7865 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
7866 @cindex directory options .md
7867 @cindex options, directory search
7868 @cindex search options
7870 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
7871 For example:
7873 @smallexample
7875 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
7877 @end smallexample
7880 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
7881 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
7882 file, substituting your own version, since these directories are
7883 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
7884 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
7885 order; the standard default directory come after.
7888 @end ifset
7889 @ifset INTERNALS
7890 @node Peephole Definitions
7891 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
7892 @cindex peephole optimizer definitions
7893 @cindex defining peephole optimizers
7895 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
7896 definitions of machine-specific peephole optimizations.
7898 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
7899 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
7900 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
7901 though the second one does not appear to use a register computed in the
7902 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
7903 opportunities.
7905 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
7906 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
7907 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
7908 is deprecated.
7910 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
7911 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
7912 but before scheduling, which may result in much better code for
7913 targets that do scheduling.
7915 @menu
7916 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
7917 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
7918 @end menu
7920 @end ifset
7921 @ifset INTERNALS
7922 @node define_peephole
7923 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
7924 @findex define_peephole
7926 @need 1000
7927 A definition looks like this:
7929 @smallexample
7930 (define_peephole
7931   [@var{insn-pattern-1}
7932    @var{insn-pattern-2}
7933    @dots{}]
7934   "@var{condition}"
7935   "@var{template}"
7936   "@var{optional-insn-attributes}")
7937 @end smallexample
7939 @noindent
7940 The last string operand may be omitted if you are not using any
7941 machine-specific information in this machine description.  If present,
7942 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
7944 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
7945 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
7946 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
7947 the next, and so on.
7949 Each of the insns matched by a peephole must also match a
7950 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
7951 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
7952 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
7953 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
7954 stages.
7956 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
7957 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
7958 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
7959 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
7960 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
7961 other.
7963 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
7964 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
7965 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
7966 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
7967 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
7969 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
7970 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
7971 previously tested.
7973 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
7974 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
7975 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
7976 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
7977 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
7978 patterns.
7980 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
7981 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
7982 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
7983 the operands.
7985 @findex prev_active_insn
7986 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
7987 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
7988 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
7989 to refer to the last of the insns being matched; use
7990 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
7992 @findex dead_or_set_p
7993 When optimizing computations with intermediate results, you can use
7994 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
7995 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
7996 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
7997 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
7998 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
7999 value (from @code{operands[@var{i}]}).
8001 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
8002 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
8003 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
8004 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
8005 used in matching the original sequence of insns.
8007 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
8008 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
8009 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
8010 as the insn pattern to control how the insn is output.
8012 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
8013 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
8015 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
8017 @smallexample
8018 (define_peephole
8019   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
8020    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
8021         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
8022   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
8024   rtx xoperands[2];
8025   xoperands[1] = gen_rtx_REG (SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
8026 #ifdef MOTOROLA
8027   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
8028   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
8029   return "fmove.d (sp)+,%0";
8030 #else
8031   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
8032   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
8033   return "fmoved sp@@+,%0";
8034 #endif
8036 @end smallexample
8038 @need 1000
8039 The effect of this optimization is to change
8041 @smallexample
8042 @group
8043 jbsr _foobar
8044 addql #4,sp
8045 movel d1,sp@@-
8046 movel d0,sp@@-
8047 fmoved sp@@+,fp0
8048 @end group
8049 @end smallexample
8051 @noindent
8052 into
8054 @smallexample
8055 @group
8056 jbsr _foobar
8057 movel d1,sp@@
8058 movel d0,sp@@-
8059 fmoved sp@@+,fp0
8060 @end group
8061 @end smallexample
8063 @ignore
8064 @findex CC_REVERSED
8065 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
8066 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
8067 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
8068 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
8069 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
8070 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
8071 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
8072 and in this C code check the condition code status flags and change the
8073 assembler code as appropriate.
8074 @end ignore
8076 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
8077 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
8078 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
8079 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
8080 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
8081 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
8082 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
8083 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
8084 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
8086 @smallexample
8087 (define_insn "divmodsi4"
8088   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
8089         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
8090                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
8091    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
8092         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
8093   "TARGET_68020"
8094   "divsl%.l %2,%3:%0")
8095 @end smallexample
8097 @noindent
8098 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
8100 @smallexample
8101 (define_peephole
8102   [@dots{}
8103    (parallel
8104     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
8105           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
8106                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
8107      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
8108           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
8109    @dots{}]
8110   @dots{})
8111 @end smallexample
8113 @end ifset
8114 @ifset INTERNALS
8115 @node define_peephole2
8116 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
8117 @findex define_peephole2
8119 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
8120 substitute one sequence of instructions for another sequence,
8121 what additional scratch registers may be needed and what their
8122 lifetimes must be.
8124 @smallexample
8125 (define_peephole2
8126   [@var{insn-pattern-1}
8127    @var{insn-pattern-2}
8128    @dots{}]
8129   "@var{condition}"
8130   [@var{new-insn-pattern-1}
8131    @var{new-insn-pattern-2}
8132    @dots{}]
8133   "@var{preparation-statements}")
8134 @end smallexample
8136 The definition is almost identical to @code{define_split}
8137 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
8138 single instruction, but a sequence of instructions.
8140 It is possible to request additional scratch registers for use in the
8141 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
8142 will simply not match.
8144 @findex match_scratch
8145 @findex match_dup
8146 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
8147 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
8148 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
8149 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
8150 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
8151 at which the register must be available.
8153 Here is an example from the IA-32 machine description:
8155 @smallexample
8156 (define_peephole2
8157   [(match_scratch:SI 2 "r")
8158    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
8159                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
8160                      [(match_dup 0)
8161                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
8162               (clobber (reg:CC 17))])]
8163   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
8164   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
8165    (parallel [(set (match_dup 0)
8166                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
8167               (clobber (reg:CC 17))])]
8168   "")
8169 @end smallexample
8171 @noindent
8172 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
8173 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
8174 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
8175 to be live only at the point just before the arithmetic.
8177 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
8178 so here's a silly made-up example:
8180 @smallexample
8181 (define_peephole2
8182   [(match_scratch:SI 4 "r")
8183    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
8184    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
8185    (match_dup 4)
8186    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
8187   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
8188   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
8189    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
8190    (set (match_dup 2) (match_dup 4))
8191    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
8192   "")
8193 @end smallexample
8195 @noindent
8196 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
8197 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
8198 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
8200 @end ifset
8201 @ifset INTERNALS
8202 @node Insn Attributes
8203 @section Instruction Attributes
8204 @cindex insn attributes
8205 @cindex instruction attributes
8207 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
8208 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
8209 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
8210 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
8211 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
8212 to track the condition codes.
8214 @menu
8215 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
8216 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
8217 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
8218 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
8219 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
8220 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
8221 * Mnemonic Attribute::  Obtain the instruction mnemonic as attribute value.
8222 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
8223 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
8224 @end menu
8226 @end ifset
8227 @ifset INTERNALS
8228 @node Defining Attributes
8229 @subsection Defining Attributes and their Values
8230 @cindex defining attributes and their values
8231 @cindex attributes, defining
8233 @findex define_attr
8234 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
8235 by the target machine.  It looks like:
8237 @smallexample
8238 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
8239 @end smallexample
8241 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being
8242 defined.  Some attributes are used in a special way by the rest of the
8243 compiler. The @code{enabled} attribute can be used to conditionally
8244 enable or disable insn alternatives (@pxref{Disable Insn
8245 Alternatives}). The @code{predicable} attribute, together with a
8246 suitable @code{define_cond_exec} (@pxref{Conditional Execution}), can
8247 be used to automatically generate conditional variants of instruction
8248 patterns. The @code{mnemonic} attribute can be used to check for the
8249 instruction mnemonic (@pxref{Mnemonic Attribute}).  The compiler
8250 internally uses the names @code{ce_enabled} and @code{nonce_enabled},
8251 so they should not be used elsewhere as alternative names.
8253 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
8254 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
8255 indicate that the attribute takes numeric values.
8257 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
8258 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
8259 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
8260 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
8261 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
8263 @findex insn-attr.h
8264 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
8265 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
8266 specified for an attribute, the following are defined:
8268 @itemize @bullet
8269 @item
8270 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
8272 @item
8273 An enumerated class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
8274 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
8275 the attribute name and value are first converted to uppercase.
8277 @item
8278 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
8279 returns the attribute value for that insn.
8280 @end itemize
8282 For example, if the following is present in the @file{md} file:
8284 @smallexample
8285 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
8286 @end smallexample
8288 @noindent
8289 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
8291 @smallexample
8292 #define HAVE_ATTR_type 1
8293 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
8294                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
8295 extern enum attr_type get_attr_type ();
8296 @end smallexample
8298 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
8299 defined and the function to obtain the attribute's value will return
8300 @code{int}.
8302 There are attributes which are tied to a specific meaning.  These
8303 attributes are not free to use for other purposes:
8305 @table @code
8306 @item length
8307 The @code{length} attribute is used to calculate the length of emitted
8308 code chunks.  This is especially important when verifying branch
8309 distances. @xref{Insn Lengths}.
8311 @item enabled
8312 The @code{enabled} attribute can be defined to prevent certain
8313 alternatives of an insn definition from being used during code
8314 generation. @xref{Disable Insn Alternatives}.
8316 @item mnemonic
8317 The @code{mnemonic} attribute can be defined to implement instruction
8318 specific checks in e.g. the pipeline description.
8319 @xref{Mnemonic Attribute}.
8320 @end table
8322 For each of these special attributes, the corresponding
8323 @samp{HAVE_ATTR_@var{name}} @samp{#define} is also written when the
8324 attribute is not defined; in that case, it is defined as @samp{0}.
8326 @findex define_enum_attr
8327 @anchor{define_enum_attr}
8328 Another way of defining an attribute is to use:
8330 @smallexample
8331 (define_enum_attr "@var{attr}" "@var{enum}" @var{default})
8332 @end smallexample
8334 This works in just the same way as @code{define_attr}, except that
8335 the list of values is taken from a separate enumeration called
8336 @var{enum} (@pxref{define_enum}).  This form allows you to use
8337 the same list of values for several attributes without having to
8338 repeat the list each time.  For example:
8340 @smallexample
8341 (define_enum "processor" [
8342   model_a
8343   model_b
8344   @dots{}
8346 (define_enum_attr "arch" "processor"
8347   (const (symbol_ref "target_arch")))
8348 (define_enum_attr "tune" "processor"
8349   (const (symbol_ref "target_tune")))
8350 @end smallexample
8352 defines the same attributes as:
8354 @smallexample
8355 (define_attr "arch" "model_a,model_b,@dots{}"
8356   (const (symbol_ref "target_arch")))
8357 (define_attr "tune" "model_a,model_b,@dots{}"
8358   (const (symbol_ref "target_tune")))
8359 @end smallexample
8361 but without duplicating the processor list.  The second example defines two
8362 separate C enums (@code{attr_arch} and @code{attr_tune}) whereas the first
8363 defines a single C enum (@code{processor}).
8364 @end ifset
8365 @ifset INTERNALS
8366 @node Expressions
8367 @subsection Attribute Expressions
8368 @cindex attribute expressions
8370 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
8371 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
8372 Attribute value expressions must have one of the following forms:
8374 @table @code
8375 @cindex @code{const_int} and attributes
8376 @item (const_int @var{i})
8377 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
8378 must be non-negative.
8380 The value of a numeric attribute can be specified either with a
8381 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
8382 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
8383 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
8384 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
8386 @cindex @code{const_string} and attributes
8387 @item (const_string @var{value})
8388 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
8389 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
8390 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
8391 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
8392 of a @code{define_attr}.
8394 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
8395 must be a string containing a non-negative integer (normally
8396 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
8397 contain one of the valid values for the attribute.
8399 @cindex @code{if_then_else} and attributes
8400 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
8401 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
8402 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
8403 otherwise it is @var{false-value}.
8405 @cindex @code{cond} and attributes
8406 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
8407 The first operand of this expression is a vector containing an even
8408 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
8409 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
8410 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
8411 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
8412 expression is that of the @var{default} expression.
8413 @end table
8415 @var{test} expressions can have one of the following forms:
8417 @table @code
8418 @cindex @code{const_int} and attribute tests
8419 @item (const_int @var{i})
8420 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
8422 @cindex @code{not} and attributes
8423 @cindex @code{ior} and attributes
8424 @cindex @code{and} and attributes
8425 @item (not @var{test})
8426 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
8427 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
8428 These tests are true if the indicated logical function is true.
8430 @cindex @code{match_operand} and attributes
8431 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
8432 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
8433 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
8434 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
8435 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
8436 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
8437 string).
8439 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
8441 @cindex @code{match_test} and attributes
8442 @item (match_test @var{c-expr})
8443 The test is true if C expression @var{c-expr} is true.  In non-constant
8444 attributes, @var{c-expr} has access to the following variables:
8446 @table @var
8447 @item insn
8448 The rtl instruction under test.
8449 @item which_alternative
8450 The @code{define_insn} alternative that @var{insn} matches.
8451 @xref{Output Statement}.
8452 @item operands
8453 An array of @var{insn}'s rtl operands.
8454 @end table
8456 @var{c-expr} behaves like the condition in a C @code{if} statement,
8457 so there is no need to explicitly convert the expression into a boolean
8458 0 or 1 value.  For example, the following two tests are equivalent:
8460 @smallexample
8461 (match_test "x & 2")
8462 (match_test "(x & 2) != 0")
8463 @end smallexample
8465 @cindex @code{le} and attributes
8466 @cindex @code{leu} and attributes
8467 @cindex @code{lt} and attributes
8468 @cindex @code{gt} and attributes
8469 @cindex @code{gtu} and attributes
8470 @cindex @code{ge} and attributes
8471 @cindex @code{geu} and attributes
8472 @cindex @code{ne} and attributes
8473 @cindex @code{eq} and attributes
8474 @cindex @code{plus} and attributes
8475 @cindex @code{minus} and attributes
8476 @cindex @code{mult} and attributes
8477 @cindex @code{div} and attributes
8478 @cindex @code{mod} and attributes
8479 @cindex @code{abs} and attributes
8480 @cindex @code{neg} and attributes
8481 @cindex @code{ashift} and attributes
8482 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
8483 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
8484 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
8485 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
8486 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
8487 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
8488 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
8489 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
8490 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
8491 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
8492 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
8493 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
8494 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
8495 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
8496 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
8497 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
8498 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
8500 @findex get_attr
8501 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
8502 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
8503 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
8504 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
8505 variable.
8507 @findex eq_attr
8508 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
8509 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
8511 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
8512 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
8513 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
8514 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
8515 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
8516 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
8517 @emph{not} in the specified list.
8519 For example,
8521 @smallexample
8522 (eq_attr "type" "load,store")
8523 @end smallexample
8525 @noindent
8526 is equivalent to
8528 @smallexample
8529 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
8530 @end smallexample
8532 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
8533 value of the compiler variable @code{which_alternative}
8534 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
8535 example,
8537 @smallexample
8538 (eq_attr "alternative" "2,3")
8539 @end smallexample
8541 @noindent
8542 is equivalent to
8544 @smallexample
8545 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
8546      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
8547 @end smallexample
8549 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
8550 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
8551 a particular pattern.  This is by far the most common case.
8553 @findex attr_flag
8554 @item (attr_flag @var{name})
8555 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
8556 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
8557 scheduled.
8559 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
8560 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
8561 direction of a conditional branch.
8563 This example describes a conditional branch delay slot which
8564 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
8565 for backward branches which are not taken (annul-false).
8567 @smallexample
8568 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
8569   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
8570    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
8571         (attr_flag "forward"))
8572    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
8573         (attr_flag "backward"))])
8574 @end smallexample
8576 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
8577 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
8579 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
8580 meaning to other passes of the compiler.
8582 @findex attr
8583 @item (attr @var{name})
8584 The value of another attribute is returned.  This is most useful
8585 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
8586 produce more efficient code for non-numeric attributes.
8587 @end table
8589 @end ifset
8590 @ifset INTERNALS
8591 @node Tagging Insns
8592 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
8593 @cindex tagging insns
8594 @cindex assigning attribute values to insns
8596 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
8597 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
8598 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
8599 have an optional last argument to specify the values of attributes for
8600 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
8601 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
8602 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
8603 permits the specification of the values for only one or two attributes
8604 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
8605 next section.
8607 The optional last argument of @code{define_insn} and
8608 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
8609 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
8610 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
8611 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
8612 second operand of the @code{set} is an attribute expression
8613 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
8615 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
8616 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
8617 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
8618 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
8619 each alternative.
8621 @findex set_attr
8622 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
8623 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
8624 specifying a string giving either a single attribute value or a list
8625 of attribute values, one for each alternative.
8627 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
8628 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
8630 @table @code
8631 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
8632 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
8633 or a string containing a comma-separated list giving the values for
8634 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
8635 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
8637 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
8638 which case the attribute will assume its default value for insns matching
8639 that alternative.
8641 @findex set_attr_alternative
8642 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
8643 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
8644 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
8645 tests on the @samp{alternative} attribute.
8647 @findex attr
8648 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
8649 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
8650 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
8651 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
8652 @end table
8654 The following shows three different ways of representing the same
8655 attribute value specification:
8657 @smallexample
8658 (set_attr "type" "load,store,arith")
8660 (set_attr_alternative "type"
8661                       [(const_string "load") (const_string "store")
8662                        (const_string "arith")])
8664 (set (attr "type")
8665      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
8666             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
8667            (const_string "arith")))
8668 @end smallexample
8670 @need 1000
8671 @findex define_asm_attributes
8672 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
8673 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
8674 statement.  It has the form:
8676 @smallexample
8677 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
8678 @end smallexample
8680 @noindent
8681 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
8682 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
8684 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
8685 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
8687 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
8688 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
8689 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
8690 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
8691 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
8692 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
8693 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
8694 of a single machine instruction.
8696 @end ifset
8697 @ifset INTERNALS
8698 @node Attr Example
8699 @subsection Example of Attribute Specifications
8700 @cindex attribute specifications example
8701 @cindex attribute specifications
8703 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
8704 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
8705 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
8706 value.  This attribute is normally used only to define the default value
8707 for other attributes.  An example will clarify this usage.
8709 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
8710 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
8711 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
8712 operations, floating point operations, and branches.
8714 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
8715 the condition code and will limit ourselves to the following possible
8716 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
8717 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
8718 changed if the item previously set into the condition code has been
8719 modified.
8721 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
8723 @smallexample
8724 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
8726 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
8727              (cond [(eq_attr "type" "load")
8728                         (const_string "change0")
8729                     (eq_attr "type" "store,branch")
8730                         (const_string "unchanged")
8731                     (eq_attr "type" "arith")
8732                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
8733                                       (const_string "set")
8734                                       (const_string "clobber"))]
8735                    (const_string "clobber")))
8737 (define_insn ""
8738   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
8739         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
8740   ""
8741   "@@
8742    move %0,%1
8743    load %0,%1
8744    store %0,%1"
8745   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
8746 @end smallexample
8748 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
8749 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
8750 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
8751 full-word result.
8753 @end ifset
8754 @ifset INTERNALS
8755 @node Insn Lengths
8756 @subsection Computing the Length of an Insn
8757 @cindex insn lengths, computing
8758 @cindex computing the length of an insn
8760 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
8761 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
8762 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
8763 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @code{length}
8764 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
8765 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
8767 In the case of the @code{length} attribute, two additional forms of
8768 arithmetic terms are allowed in test expressions:
8770 @table @code
8771 @cindex @code{match_dup} and attributes
8772 @item (match_dup @var{n})
8773 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
8774 must be a @code{label_ref}.
8776 @cindex @code{pc} and attributes
8777 @item (pc)
8778 For non-branch instructions and backward branch instructions, this refers
8779 to the address of the current insn.  But for forward branch instructions,
8780 this refers to the address of the next insn, because the length of the
8781 current insn is to be computed.
8782 @end table
8784 @cindex @code{addr_vec}, length of
8785 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
8786 For normal insns, the length will be determined by value of the
8787 @code{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
8788 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
8789 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
8791 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
8793 Note that it is possible to call functions via the @code{symbol_ref}
8794 mechanism to compute the length of an insn.  However, if you use this
8795 mechanism you must provide dummy clauses to express the maximum length
8796 without using the function call.  You can an example of this in the
8797 @code{pa} machine description for the @code{call_symref} pattern.
8799 The following macros can be used to refine the length computation:
8801 @table @code
8802 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
8803 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
8804 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
8805 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
8806 that contains the initially computed length of the insn and should be
8807 updated with the correct length of the insn.
8809 This macro will normally not be required.  A case in which it is
8810 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
8811 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
8812 may be required.
8813 @end table
8815 @findex get_attr_length
8816 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
8817 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
8818 determine the form of the branch instruction to be written, as the
8819 example below illustrates.
8821 As an example of the specification of variable-length branches, consider
8822 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
8823 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
8824 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
8825 sequence to load the address from memory and then branch to it.
8827 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
8828 as follows:
8830 @smallexample
8831 (define_insn "jump"
8832   [(set (pc)
8833         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
8834   ""
8836    return (get_attr_length (insn) == 4
8837            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
8839   [(set (attr "length")
8840         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
8841                       (const_int 4)
8842                       (const_int 6)))])
8843 @end smallexample
8845 @end ifset
8846 @ifset INTERNALS
8847 @node Constant Attributes
8848 @subsection Constant Attributes
8849 @cindex constant attributes
8851 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
8852 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
8853 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
8854 used to specify which variety of processor is used.  For example,
8856 @smallexample
8857 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
8858  (const
8859   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
8860          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
8861         (const_string "m88000"))))
8863 (define_attr "memory" "fast,slow"
8864  (const
8865   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
8866                 (const_string "fast")
8867                 (const_string "slow"))))
8868 @end smallexample
8870 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
8871 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
8872 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
8873 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
8874 forms involving insn attributes.
8876 @end ifset
8877 @ifset INTERNALS
8878 @node Mnemonic Attribute
8879 @subsection Mnemonic Attribute
8880 @cindex mnemonic attribute
8882 The @code{mnemonic} attribute is a string type attribute holding the
8883 instruction mnemonic for an insn alternative.  The attribute values
8884 will automatically be generated by the machine description parser if
8885 there is an attribute definition in the md file:
8887 @smallexample
8888 (define_attr "mnemonic" "unknown" (const_string "unknown"))
8889 @end smallexample
8891 The default value can be freely chosen as long as it does not collide
8892 with any of the instruction mnemonics.  This value will be used
8893 whenever the machine description parser is not able to determine the
8894 mnemonic string.  This might be the case for output templates
8895 containing more than a single instruction as in
8896 @code{"mvcle\t%0,%1,0\;jo\t.-4"}.
8898 The @code{mnemonic} attribute set is not generated automatically if the
8899 instruction string is generated via C code.
8901 An existing @code{mnemonic} attribute set in an insn definition will not
8902 be overriden by the md file parser.  That way it is possible to
8903 manually set the instruction mnemonics for the cases where the md file
8904 parser fails to determine it automatically.
8906 The @code{mnemonic} attribute is useful for dealing with instruction
8907 specific properties in the pipeline description without defining
8908 additional insn attributes.
8910 @smallexample
8911 (define_attr "ooo_expanded" ""
8912   (cond [(eq_attr "mnemonic" "dlr,dsgr,d,dsgf,stam,dsgfr,dlgr")
8913          (const_int 1)]
8914         (const_int 0)))
8915 @end smallexample
8917 @end ifset
8918 @ifset INTERNALS
8919 @node Delay Slots
8920 @subsection Delay Slot Scheduling
8921 @cindex delay slots, defining
8923 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
8924 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
8925 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
8926 after the instruction are executed as if they were located before it.
8927 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
8928 the following instruction before the branch or call is performed.
8930 On some machines, conditional branch instructions can optionally
8931 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
8932 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
8933 instructions that annul if the branch is true and instructions that
8934 annul if the branch is false are supported.
8936 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
8937 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
8938 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
8939 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
8940 instruction scheduling.
8942 @findex define_delay
8943 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
8944 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
8946 @smallexample
8947 (define_delay @var{test}
8948               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
8949                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
8950                @dots{}])
8951 @end smallexample
8953 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
8954 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
8955 required delay slots is determined by the length of the vector specified
8956 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
8957 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
8958 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
8959 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
8960 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
8961 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
8963 For example, in the common case where branch and call insns require
8964 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
8965 call, the following would be placed in the @file{md} file:
8967 @smallexample
8968 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
8969               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
8970 @end smallexample
8972 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
8973 case, each such expression specifies different delay slot requirements
8974 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
8975 expressions are both true.
8977 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
8978 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
8979 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
8980 branch is true, we might represent this as follows:
8982 @smallexample
8983 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
8984    [(eq_attr "type" "!branch,call")
8985     (eq_attr "type" "!branch,call")
8986     (nil)])
8988 (define_delay (eq_attr "type" "call")
8989               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
8990                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
8991 @end smallexample
8992 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
8994 @end ifset
8995 @ifset INTERNALS
8996 @node Processor pipeline description
8997 @subsection Specifying processor pipeline description
8998 @cindex processor pipeline description
8999 @cindex processor functional units
9000 @cindex instruction latency time
9001 @cindex interlock delays
9002 @cindex data dependence delays
9003 @cindex reservation delays
9004 @cindex pipeline hazard recognizer
9005 @cindex automaton based pipeline description
9006 @cindex regular expressions
9007 @cindex deterministic finite state automaton
9008 @cindex automaton based scheduler
9009 @cindex RISC
9010 @cindex VLIW
9012 To achieve better performance, most modern processors
9013 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
9014 processors) have many @dfn{functional units} on which several
9015 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
9016 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
9017 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
9018 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
9019 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g.@: for some
9020 MIPS processors).
9022 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
9023 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
9024 latency time}.  The instruction execution is not started until all
9025 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
9026 complex cases when the instruction execution starts even when the data
9027 are not available but will be ready in given time after the
9028 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
9029 account is simple.  The data dependence (true, output, and
9030 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
9031 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
9032 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
9033 means that two instructions under execution will be in need of shared
9034 processors resources, i.e.@: buses, internal registers, and/or
9035 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
9036 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
9037 processors.
9039 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
9040 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
9041 instruction scheduler has to have an adequate description of the
9042 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  GCC
9043 machine descriptions describe processor parallelism and functional
9044 unit reservations for groups of instructions with the aid of
9045 @dfn{regular expressions}.
9047 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
9048 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
9049 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
9050 automatically generated from the processor pipeline description.  The
9051 pipeline hazard recognizer generated from the machine description
9052 is based on a deterministic finite state automaton (@acronym{DFA}):
9053 the instruction issue is possible if there is a transition from one
9054 automaton state to another one.  This algorithm is very fast, and
9055 furthermore, its speed is not dependent on processor
9056 complexity@footnote{However, the size of the automaton depends on
9057 processor complexity.  To limit this effect, machine descriptions
9058 can split orthogonal parts of the machine description among several
9059 automata: but then, since each of these must be stepped independently,
9060 this does cause a small decrease in the algorithm's performance.}.
9062 @cindex automaton based pipeline description
9063 The rest of this section describes the directives that constitute
9064 an automaton-based processor pipeline description.  The order of
9065 these constructions within the machine description file is not
9066 important.
9068 @findex define_automaton
9069 @cindex pipeline hazard recognizer
9070 The following optional construction describes names of automata
9071 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
9072 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
9073 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
9074 units to the automata, the total size of the automata is usually
9075 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
9076 construction, only one finite state automaton is generated.
9078 @smallexample
9079 (define_automaton @var{automata-names})
9080 @end smallexample
9082 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
9083 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
9084 The automaton name is used in the constructions @code{define_cpu_unit} and
9085 @code{define_query_cpu_unit}.
9087 @findex define_cpu_unit
9088 @cindex processor functional units
9089 Each processor functional unit used in the description of instruction
9090 reservations should be described by the following construction.
9092 @smallexample
9093 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
9094 @end smallexample
9096 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
9097 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
9098 for other goals.
9100 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
9101 which the unit is bound.  The automaton should be described in
9102 construction @code{define_automaton}.  You should give
9103 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
9105 The assignment of units to automata are constrained by the uses of the
9106 units in insn reservations.  The most important constraint is: if a
9107 unit reservation is present on a particular cycle of an alternative
9108 for an insn reservation, then some unit from the same automaton must
9109 be present on the same cycle for the other alternatives of the insn
9110 reservation.  The rest of the constraints are mentioned in the
9111 description of the subsequent constructions.
9113 @findex define_query_cpu_unit
9114 @cindex querying function unit reservations
9115 The following construction describes CPU functional units analogously
9116 to @code{define_cpu_unit}.  The reservation of such units can be
9117 queried for an automaton state.  The instruction scheduler never
9118 queries reservation of functional units for given automaton state.  So
9119 as a rule, you don't need this construction.  This construction could
9120 be used for future code generation goals (e.g.@: to generate
9121 @acronym{VLIW} insn templates).
9123 @smallexample
9124 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
9125 @end smallexample
9127 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
9128 separated by commas.
9130 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
9131 which the unit is bound.
9133 @findex define_insn_reservation
9134 @cindex instruction latency time
9135 @cindex regular expressions
9136 @cindex data bypass
9137 The following construction is the major one to describe pipeline
9138 characteristics of an instruction.
9140 @smallexample
9141 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
9142                          @var{condition} @var{regexp})
9143 @end smallexample
9145 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
9146 instruction.  There is an important difference between the old
9147 description and the automaton based pipeline description.  The latency
9148 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
9149 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
9150 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
9151 zero and the cost of output dependencies is the difference between
9152 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
9153 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
9154 change the default costs for any description by using the target hook
9155 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
9157 @var{insn-name} is a string giving the internal name of the insn.  The
9158 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
9159 the automaton description file generated for debugging.  The internal
9160 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
9161 good practice to use insn classes described in the processor manual.
9163 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
9164 construction.  You should remember that you will be in trouble if
9165 @var{condition} for two or more different
9166 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
9167 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
9168 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
9169 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
9170 the same value is quite difficult (especially if the conditions
9171 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
9172 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
9173 recognizer considerably.
9175 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
9176 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
9177 expression according to the following syntax:
9179 @smallexample
9180        regexp = regexp "," oneof
9181               | oneof
9183        oneof = oneof "|" allof
9184              | allof
9186        allof = allof "+" repeat
9187              | repeat
9189        repeat = element "*" number
9190               | element
9192        element = cpu_function_unit_name
9193                | reservation_name
9194                | result_name
9195                | "nothing"
9196                | "(" regexp ")"
9197 @end smallexample
9199 @itemize @bullet
9200 @item
9201 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
9202 the reservation.
9204 @item
9205 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
9206 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
9207 regular expression @strong{or} etc.
9209 @item
9210 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
9211 regular expression @strong{and} a reservation described by the
9212 second regular expression @strong{and} etc.
9214 @item
9215 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
9216 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
9217 advancing (see @samp{,}).
9219 @item
9220 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
9221 functional unit.
9223 @item
9224 @samp{reservation_name} --- see description of construction
9225 @samp{define_reservation}.
9227 @item
9228 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
9229 @end itemize
9231 @findex define_reservation
9232 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
9233 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
9234 the common part by the following construction
9236 @smallexample
9237 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
9238 @end smallexample
9240 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
9241 Functional unit names and reservation names are in the same name
9242 space.  So the reservation names should be different from the
9243 functional unit names and can not be the reserved name @samp{nothing}.
9245 @findex define_bypass
9246 @cindex instruction latency time
9247 @cindex data bypass
9248 The following construction is used to describe exceptions in the
9249 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
9251 @smallexample
9252 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
9253                [@var{guard}])
9254 @end smallexample
9256 @var{number} defines when the result generated by the instructions
9257 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
9258 instructions given in string @var{in_insn_names}.  Each of these
9259 strings is a comma-separated list of filename-style globs and
9260 they refer to the names of @code{define_insn_reservation}s.
9261 For example:
9262 @smallexample
9263 (define_bypass 1 "cpu1_load_*, cpu1_store_*" "cpu1_load_*")
9264 @end smallexample
9265 defines a bypass between instructions that start with
9266 @samp{cpu1_load_} or @samp{cpu1_store_} and those that start with
9267 @samp{cpu1_load_}.
9269 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
9270 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
9271 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
9272 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
9273 recognize complicated bypasses, e.g.@: when the consumer is only an address
9274 of insn @samp{store} (not a stored value).
9276 If there are more one bypass with the same output and input insns, the
9277 chosen bypass is the first bypass with a guard in description whose
9278 guard function returns nonzero.  If there is no such bypass, then
9279 bypass without the guard function is chosen.
9281 @findex exclusion_set
9282 @findex presence_set
9283 @findex final_presence_set
9284 @findex absence_set
9285 @findex final_absence_set
9286 @cindex VLIW
9287 @cindex RISC
9288 The following five constructions are usually used to describe
9289 @acronym{VLIW} processors, or more precisely, to describe a placement
9290 of small instructions into @acronym{VLIW} instruction slots.  They
9291 can be used for @acronym{RISC} processors, too.
9293 @smallexample
9294 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
9295 (presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
9296 (final_presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
9297 (absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
9298 (final_absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
9299 @end smallexample
9301 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
9302 separated by commas.
9304 @var{patterns} is a string giving patterns of functional units
9305 separated by comma.  Currently pattern is one unit or units
9306 separated by white-spaces.
9308 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
9309 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
9310 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
9311 example, the construction is useful for describing processors
9312 (e.g.@: some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
9313 functional unit which can execute simultaneously only single floating
9314 point insns or only double floating point insns.
9316 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
9317 functional unit in the first string can not be reserved unless at
9318 least one of pattern of units whose names are in the second string is
9319 reserved.  This is an asymmetric relation.  For example, it is useful
9320 for description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
9321 @samp{slot0} reservation.  We could describe it by the following
9322 construction
9324 @smallexample
9325 (presence_set "slot1" "slot0")
9326 @end smallexample
9328 Or @samp{slot1} is reserved only after @samp{slot0} and unit @samp{b0}
9329 reservation.  In this case we could write
9331 @smallexample
9332 (presence_set "slot1" "slot0 b0")
9333 @end smallexample
9335 The third construction (@samp{final_presence_set}) is analogous to
9336 @samp{presence_set}.  The difference between them is when checking is
9337 done.  When an instruction is issued in given automaton state
9338 reflecting all current and planned unit reservations, the automaton
9339 state is changed.  The first state is a source state, the second one
9340 is a result state.  Checking for @samp{presence_set} is done on the
9341 source state reservation, checking for @samp{final_presence_set} is
9342 done on the result reservation.  This construction is useful to
9343 describe a reservation which is actually two subsequent reservations.
9344 For example, if we use
9346 @smallexample
9347 (presence_set "slot1" "slot0")
9348 @end smallexample
9350 the following insn will be never issued (because @samp{slot1} requires
9351 @samp{slot0} which is absent in the source state).
9353 @smallexample
9354 (define_reservation "insn_and_nop" "slot0 + slot1")
9355 @end smallexample
9357 but it can be issued if we use analogous @samp{final_presence_set}.
9359 The forth construction (@samp{absence_set}) means that each functional
9360 unit in the first string can be reserved only if each pattern of units
9361 whose names are in the second string is not reserved.  This is an
9362 asymmetric relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to
9363 this one but it is symmetric).  For example it might be useful in a
9364 @acronym{VLIW} description to say that @samp{slot0} cannot be reserved
9365 after either @samp{slot1} or @samp{slot2} have been reserved.  This
9366 can be described as:
9368 @smallexample
9369 (absence_set "slot0" "slot1, slot2")
9370 @end smallexample
9372 Or @samp{slot2} can not be reserved if @samp{slot0} and unit @samp{b0}
9373 are reserved or @samp{slot1} and unit @samp{b1} are reserved.  In
9374 this case we could write
9376 @smallexample
9377 (absence_set "slot2" "slot0 b0, slot1 b1")
9378 @end smallexample
9380 All functional units mentioned in a set should belong to the same
9381 automaton.
9383 The last construction (@samp{final_absence_set}) is analogous to
9384 @samp{absence_set} but checking is done on the result (state)
9385 reservation.  See comments for @samp{final_presence_set}.
9387 @findex automata_option
9388 @cindex deterministic finite state automaton
9389 @cindex nondeterministic finite state automaton
9390 @cindex finite state automaton minimization
9391 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
9392 the following construction.
9394 @smallexample
9395 (automata_option @var{options})
9396 @end smallexample
9398 @var{options} is a string giving options which affect the generated
9399 code.  Currently there are the following options:
9401 @itemize @bullet
9402 @item
9403 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
9404 only worth to do when we are debugging the description and need to
9405 look more accurately at reservations of states.
9407 @item
9408 @dfn{time} means printing time statistics about the generation of
9409 automata.
9411 @item
9412 @dfn{stats} means printing statistics about the generated automata
9413 such as the number of DFA states, NDFA states and arcs.
9415 @item
9416 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
9417 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
9418 verification and debugging.
9420 @item
9421 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
9422 non-critical errors.
9424 @item
9425 @dfn{no-comb-vect} prevents the automaton generator from generating
9426 two data structures and comparing them for space efficiency.  Using
9427 a comb vector to represent transitions may be better, but it can be
9428 very expensive to construct.  This option is useful if the build
9429 process spends an unacceptably long time in genautomata.
9431 @item
9432 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
9433 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
9434 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
9435 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
9436 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
9437 may be rejected by reservations in the subsequent insns.
9439 @item
9440 @dfn{collapse-ndfa} modifies the behavior of the generator when
9441 producing an automaton.  An additional state transition to collapse a
9442 nondeterministic @acronym{NDFA} state to a deterministic @acronym{DFA}
9443 state is generated.  It can be triggered by passing @code{const0_rtx} to
9444 state_transition.  In such an automaton, cycle advance transitions are
9445 available only for these collapsed states.  This option is useful for
9446 ports that want to use the @code{ndfa} option, but also want to use
9447 @code{define_query_cpu_unit} to assign units to insns issued in a cycle.
9449 @item
9450 @dfn{progress} means output of a progress bar showing how many states
9451 were generated so far for automaton being processed.  This is useful
9452 during debugging a @acronym{DFA} description.  If you see too many
9453 generated states, you could interrupt the generator of the pipeline
9454 hazard recognizer and try to figure out a reason for generation of the
9455 huge automaton.
9456 @end itemize
9458 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
9459 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
9460 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
9461 the following functional units.
9463 @smallexample
9464 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
9465 (define_cpu_unit "port0, port1")
9466 @end smallexample
9468 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
9469 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
9470 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
9471 are issued into the second pipeline.  Integer division and
9472 multiplication insns can be executed only in the second integer
9473 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
9474 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e.@: the subsequent
9475 integer division insn can not be issued until the current division
9476 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
9477 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
9478 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
9479 incurred.  To describe all of this we could specify
9481 @smallexample
9482 (define_cpu_unit "div")
9484 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
9485                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
9487 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "type" "mult")
9488                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
9490 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "type" "div")
9491                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
9493 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "type" "float")
9494                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
9496 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
9497 @end smallexample
9499 To simplify the description we could describe the following reservation
9501 @smallexample
9502 (define_reservation "finish" "port0|port1")
9503 @end smallexample
9505 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
9506 construction
9508 @smallexample
9509 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
9510                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
9511 @end smallexample
9514 @end ifset
9515 @ifset INTERNALS
9516 @node Conditional Execution
9517 @section Conditional Execution
9518 @cindex conditional execution
9519 @cindex predication
9521 A number of architectures provide for some form of conditional
9522 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
9523 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
9524 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
9525 can be quite tedious to describe these forms directly in the
9526 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
9528 @findex define_cond_exec
9529 @smallexample
9530 (define_cond_exec
9531   [@var{predicate-pattern}]
9532   "@var{condition}"
9533   "@var{output-template}"
9534   "@var{optional-insn-attribues}")
9535 @end smallexample
9537 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
9538 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
9539 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
9540 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
9541 alternative.
9543 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
9544 pattern to match.
9546 @findex current_insn_predicate
9547 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
9548 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
9549 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
9550 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
9551 In order to handle the general case, there is a global variable
9552 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
9553 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
9555 @var{optional-insn-attributes} is an optional vector of attributes that gets
9556 appended to the insn attributes of the produced cond_exec rtx. It can
9557 be used to add some distinguishing attribute to cond_exec rtxs produced
9558 that way. An example usage would be to use this attribute in conjunction
9559 with attributes on the main pattern to disable particular alternatives under
9560 certain conditions.
9562 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
9563 the @code{predicable} instruction attribute is made.
9564 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be a boolean (i.e.@: have
9565 exactly two elements in its @var{list-of-values}), with the possible
9566 values being @code{no} and @code{yes}.  The default and all uses in
9567 the insns must be a simple constant, not a complex expressions.  It
9568 may, however, depend on the alternative, by using a comma-separated
9569 list of values.  If that is the case, the port should also define an
9570 @code{enabled} attribute (@pxref{Disable Insn Alternatives}), which
9571 should also allow only @code{no} and @code{yes} as its values.
9573 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
9574 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
9575 generated that matches a predicated version of the instruction.
9576 For example,
9578 @smallexample
9579 (define_insn "addsi"
9580   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
9581         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9582                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
9583   "@var{test1}"
9584   "add %2,%1,%0")
9586 (define_cond_exec
9587   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
9588        (const_int 0))]
9589   "@var{test2}"
9590   "(%0)")
9591 @end smallexample
9593 @noindent
9594 generates a new pattern
9596 @smallexample
9597 (define_insn ""
9598   [(cond_exec
9599      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
9600      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
9601           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9602                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
9603   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
9604   "(%3) add %2,%1,%0")
9605 @end smallexample
9607 @end ifset
9608 @ifset INTERNALS
9609 @node Define Subst
9610 @section RTL Templates Transformations
9611 @cindex define_subst
9613 For some hardware architectures there are common cases when the RTL
9614 templates for the instructions can be derived from the other RTL
9615 templates using simple transformations.  E.g., @file{i386.md} contains
9616 an RTL template for the ordinary @code{sub} instruction---
9617 @code{*subsi_1}, and for the @code{sub} instruction with subsequent
9618 zero-extension---@code{*subsi_1_zext}.  Such cases can be easily
9619 implemented by a single meta-template capable of generating a modified
9620 case based on the initial one:
9622 @findex define_subst
9623 @smallexample
9624 (define_subst "@var{name}"
9625   [@var{input-template}]
9626   "@var{condition}"
9627   [@var{output-template}])
9628 @end smallexample
9629 @var{input-template} is a pattern describing the source RTL template,
9630 which will be transformed.
9632 @var{condition} is a C expression that is conjunct with the condition
9633 from the input-template to generate a condition to be used in the
9634 output-template.
9636 @var{output-template} is a pattern that will be used in the resulting
9637 template.
9639 @code{define_subst} mechanism is tightly coupled with the notion of the
9640 subst attribute (@pxref{Subst Iterators}).  The use of
9641 @code{define_subst} is triggered by a reference to a subst attribute in
9642 the transforming RTL template.  This reference initiates duplication of
9643 the source RTL template and substitution of the attributes with their
9644 values.  The source RTL template is left unchanged, while the copy is
9645 transformed by @code{define_subst}.  This transformation can fail in the
9646 case when the source RTL template is not matched against the
9647 input-template of the @code{define_subst}.  In such case the copy is
9648 deleted.
9650 @code{define_subst} can be used only in @code{define_insn} and
9651 @code{define_expand}, it cannot be used in other expressions (e.g. in
9652 @code{define_insn_and_split}).
9654 @menu
9655 * Define Subst Example::            Example of @code{define_subst} work.
9656 * Define Subst Pattern Matching::   Process of template comparison.
9657 * Define Subst Output Template::    Generation of output template.
9658 @end menu
9660 @node Define Subst Example
9661 @subsection @code{define_subst} Example
9662 @cindex define_subst
9664 To illustrate how @code{define_subst} works, let us examine a simple
9665 template transformation.
9667 Suppose there are two kinds of instructions: one that touches flags and
9668 the other that does not.  The instructions of the second type could be
9669 generated with the following @code{define_subst}:
9671 @smallexample
9672 (define_subst "add_clobber_subst"
9673   [(set (match_operand:SI 0 "" "")
9674         (match_operand:SI 1 "" ""))]
9675   ""
9676   [(set (match_dup 0)
9677         (match_dup 1))
9678    (clobber (reg:CC FLAGS_REG))]
9679 @end smallexample
9681 This @code{define_subst} can be applied to any RTL pattern containing
9682 @code{set} of mode SI and generates a copy with clobber when it is
9683 applied.
9685 Assume there is an RTL template for a @code{max} instruction to be used
9686 in @code{define_subst} mentioned above:
9688 @smallexample
9689 (define_insn "maxsi"
9690   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
9691         (max:SI
9692           (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9693           (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
9694   ""
9695   "max\t@{%2, %1, %0|%0, %1, %2@}"
9696  [@dots{}])
9697 @end smallexample
9699 To mark the RTL template for @code{define_subst} application,
9700 subst-attributes are used.  They should be declared in advance:
9702 @smallexample
9703 (define_subst_attr "add_clobber_name" "add_clobber_subst" "_noclobber" "_clobber")
9704 @end smallexample
9706 Here @samp{add_clobber_name} is the attribute name,
9707 @samp{add_clobber_subst} is the name of the corresponding
9708 @code{define_subst}, the third argument (@samp{_noclobber}) is the
9709 attribute value that would be substituted into the unchanged version of
9710 the source RTL template, and the last argument (@samp{_clobber}) is the
9711 value that would be substituted into the second, transformed,
9712 version of the RTL template.
9714 Once the subst-attribute has been defined, it should be used in RTL
9715 templates which need to be processed by the @code{define_subst}.  So,
9716 the original RTL template should be changed:
9718 @smallexample
9719 (define_insn "maxsi<add_clobber_name>"
9720   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
9721         (max:SI
9722           (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9723           (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
9724   ""
9725   "max\t@{%2, %1, %0|%0, %1, %2@}"
9726  [@dots{}])
9727 @end smallexample
9729 The result of the @code{define_subst} usage would look like the following:
9731 @smallexample
9732 (define_insn "maxsi_noclobber"
9733   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
9734         (max:SI
9735           (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9736           (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
9737   ""
9738   "max\t@{%2, %1, %0|%0, %1, %2@}"
9739  [@dots{}])
9740 (define_insn "maxsi_clobber"
9741   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
9742         (max:SI
9743           (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9744           (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))
9745    (clobber (reg:CC FLAGS_REG))]
9746   ""
9747   "max\t@{%2, %1, %0|%0, %1, %2@}"
9748  [@dots{}])
9749 @end smallexample
9751 @node Define Subst Pattern Matching
9752 @subsection Pattern Matching in @code{define_subst}
9753 @cindex define_subst
9755 All expressions, allowed in @code{define_insn} or @code{define_expand},
9756 are allowed in the input-template of @code{define_subst}, except
9757 @code{match_par_dup}, @code{match_scratch}, @code{match_parallel}. The
9758 meanings of expressions in the input-template were changed:
9760 @code{match_operand} matches any expression (possibly, a subtree in
9761 RTL-template), if modes of the @code{match_operand} and this expression
9762 are the same, or mode of the @code{match_operand} is @code{VOIDmode}, or
9763 this expression is @code{match_dup}, @code{match_op_dup}.  If the
9764 expression is @code{match_operand} too, and predicate of
9765 @code{match_operand} from the input pattern is not empty, then the
9766 predicates are compared.  That can be used for more accurate filtering
9767 of accepted RTL-templates.
9769 @code{match_operator} matches common operators (like @code{plus},
9770 @code{minus}), @code{unspec}, @code{unspec_volatile} operators and
9771 @code{match_operator}s from the original pattern if the modes match and
9772 @code{match_operator} from the input pattern has the same number of
9773 operands as the operator from the original pattern.
9775 @node Define Subst Output Template
9776 @subsection Generation of output template in @code{define_subst}
9777 @cindex define_subst
9779 If all necessary checks for @code{define_subst} application pass, a new
9780 RTL-pattern, based on the output-template, is created to replace the old
9781 template.  Like in input-patterns, meanings of some RTL expressions are
9782 changed when they are used in output-patterns of a @code{define_subst}.
9783 Thus, @code{match_dup} is used for copying the whole expression from the
9784 original pattern, which matched corresponding @code{match_operand} from
9785 the input pattern.
9787 @code{match_dup N} is used in the output template to be replaced with
9788 the expression from the original pattern, which matched
9789 @code{match_operand N} from the input pattern.  As a consequence,
9790 @code{match_dup} cannot be used to point to @code{match_operand}s from
9791 the output pattern, it should always refer to a @code{match_operand}
9792 from the input pattern.
9794 In the output template one can refer to the expressions from the
9795 original pattern and create new ones.  For instance, some operands could
9796 be added by means of standard @code{match_operand}.
9798 After replacing @code{match_dup} with some RTL-subtree from the original
9799 pattern, it could happen that several @code{match_operand}s in the
9800 output pattern have the same indexes.  It is unknown, how many and what
9801 indexes would be used in the expression which would replace
9802 @code{match_dup}, so such conflicts in indexes are inevitable.  To
9803 overcome this issue, @code{match_operands} and @code{match_operators},
9804 which were introduced into the output pattern, are renumerated when all
9805 @code{match_dup}s are replaced.
9807 Number of alternatives in @code{match_operand}s introduced into the
9808 output template @code{M} could differ from the number of alternatives in
9809 the original pattern @code{N}, so in the resultant pattern there would
9810 be @code{N*M} alternatives.  Thus, constraints from the original pattern
9811 would be duplicated @code{N} times, constraints from the output pattern
9812 would be duplicated @code{M} times, producing all possible combinations.
9813 @end ifset
9815 @ifset INTERNALS
9816 @node Constant Definitions
9817 @section Constant Definitions
9818 @cindex constant definitions
9819 @findex define_constants
9821 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
9822 can be a maintenance problem.
9824 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
9825 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
9826 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
9827 if the corresponding value had been written instead.  You may use
9828 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
9829 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
9830 a different value.
9832 To come back to the a29k load multiple example, instead of
9834 @smallexample
9835 (define_insn ""
9836   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
9837      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
9838            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
9839       (use (reg:SI 179))
9840       (clobber (reg:SI 179))])]
9841   ""
9842   "loadm 0,0,%1,%2")
9843 @end smallexample
9845 You could write:
9847 @smallexample
9848 (define_constants [
9849     (R_BP 177)
9850     (R_FC 178)
9851     (R_CR 179)
9852     (R_Q  180)
9855 (define_insn ""
9856   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
9857      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
9858            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
9859       (use (reg:SI R_CR))
9860       (clobber (reg:SI R_CR))])]
9861   ""
9862   "loadm 0,0,%1,%2")
9863 @end smallexample
9865 The constants that are defined with a define_constant are also output
9866 in the insn-codes.h header file as #defines.
9868 @cindex enumerations
9869 @findex define_c_enum
9870 You can also use the machine description file to define enumerations.
9871 Like the constants defined by @code{define_constant}, these enumerations
9872 are visible to both the machine description file and the main C code.
9874 The syntax is as follows:
9876 @smallexample
9877 (define_c_enum "@var{name}" [
9878   @var{value0}
9879   @var{value1}
9880   @dots{}
9881   @var{valuen}
9883 @end smallexample
9885 This definition causes the equivalent of the following C code to appear
9886 in @file{insn-constants.h}:
9888 @smallexample
9889 enum @var{name} @{
9890   @var{value0} = 0,
9891   @var{value1} = 1,
9892   @dots{}
9893   @var{valuen} = @var{n}
9895 #define NUM_@var{cname}_VALUES (@var{n} + 1)
9896 @end smallexample
9898 where @var{cname} is the capitalized form of @var{name}.
9899 It also makes each @var{valuei} available in the machine description
9900 file, just as if it had been declared with:
9902 @smallexample
9903 (define_constants [(@var{valuei} @var{i})])
9904 @end smallexample
9906 Each @var{valuei} is usually an upper-case identifier and usually
9907 begins with @var{cname}.
9909 You can split the enumeration definition into as many statements as
9910 you like.  The above example is directly equivalent to:
9912 @smallexample
9913 (define_c_enum "@var{name}" [@var{value0}])
9914 (define_c_enum "@var{name}" [@var{value1}])
9915 @dots{}
9916 (define_c_enum "@var{name}" [@var{valuen}])
9917 @end smallexample
9919 Splitting the enumeration helps to improve the modularity of each
9920 individual @code{.md} file.  For example, if a port defines its
9921 synchronization instructions in a separate @file{sync.md} file,
9922 it is convenient to define all synchronization-specific enumeration
9923 values in @file{sync.md} rather than in the main @file{.md} file.
9925 Some enumeration names have special significance to GCC:
9927 @table @code
9928 @item unspecv
9929 @findex unspec_volatile
9930 If an enumeration called @code{unspecv} is defined, GCC will use it
9931 when printing out @code{unspec_volatile} expressions.  For example:
9933 @smallexample
9934 (define_c_enum "unspecv" [
9935   UNSPECV_BLOCKAGE
9937 @end smallexample
9939 causes GCC to print @samp{(unspec_volatile @dots{} 0)} as:
9941 @smallexample
9942 (unspec_volatile ... UNSPECV_BLOCKAGE)
9943 @end smallexample
9945 @item unspec
9946 @findex unspec
9947 If an enumeration called @code{unspec} is defined, GCC will use
9948 it when printing out @code{unspec} expressions.  GCC will also use
9949 it when printing out @code{unspec_volatile} expressions unless an
9950 @code{unspecv} enumeration is also defined.  You can therefore
9951 decide whether to keep separate enumerations for volatile and
9952 non-volatile expressions or whether to use the same enumeration
9953 for both.
9954 @end table
9956 @findex define_enum
9957 @anchor{define_enum}
9958 Another way of defining an enumeration is to use @code{define_enum}:
9960 @smallexample
9961 (define_enum "@var{name}" [
9962   @var{value0}
9963   @var{value1}
9964   @dots{}
9965   @var{valuen}
9967 @end smallexample
9969 This directive implies:
9971 @smallexample
9972 (define_c_enum "@var{name}" [
9973   @var{cname}_@var{cvalue0}
9974   @var{cname}_@var{cvalue1}
9975   @dots{}
9976   @var{cname}_@var{cvaluen}
9978 @end smallexample
9980 @findex define_enum_attr
9981 where @var{cvaluei} is the capitalized form of @var{valuei}.
9982 However, unlike @code{define_c_enum}, the enumerations defined
9983 by @code{define_enum} can be used in attribute specifications
9984 (@pxref{define_enum_attr}).
9985 @end ifset
9986 @ifset INTERNALS
9987 @node Iterators
9988 @section Iterators
9989 @cindex iterators in @file{.md} files
9991 Ports often need to define similar patterns for more than one machine
9992 mode or for more than one rtx code.  GCC provides some simple iterator
9993 facilities to make this process easier.
9995 @menu
9996 * Mode Iterators::         Generating variations of patterns for different modes.
9997 * Code Iterators::         Doing the same for codes.
9998 * Int Iterators::          Doing the same for integers.
9999 * Subst Iterators::        Generating variations of patterns for define_subst.
10000 @end menu
10002 @node Mode Iterators
10003 @subsection Mode Iterators
10004 @cindex mode iterators in @file{.md} files
10006 Ports often need to define similar patterns for two or more different modes.
10007 For example:
10009 @itemize @bullet
10010 @item
10011 If a processor has hardware support for both single and double
10012 floating-point arithmetic, the @code{SFmode} patterns tend to be
10013 very similar to the @code{DFmode} ones.
10015 @item
10016 If a port uses @code{SImode} pointers in one configuration and
10017 @code{DImode} pointers in another, it will usually have very similar
10018 @code{SImode} and @code{DImode} patterns for manipulating pointers.
10019 @end itemize
10021 Mode iterators allow several patterns to be instantiated from one
10022 @file{.md} file template.  They can be used with any type of
10023 rtx-based construct, such as a @code{define_insn},
10024 @code{define_split}, or @code{define_peephole2}.
10026 @menu
10027 * Defining Mode Iterators:: Defining a new mode iterator.
10028 * Substitutions::           Combining mode iterators with substitutions
10029 * Examples::                Examples
10030 @end menu
10032 @node Defining Mode Iterators
10033 @subsubsection Defining Mode Iterators
10034 @findex define_mode_iterator
10036 The syntax for defining a mode iterator is:
10038 @smallexample
10039 (define_mode_iterator @var{name} [(@var{mode1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{moden} "@var{condn}")])
10040 @end smallexample
10042 This allows subsequent @file{.md} file constructs to use the mode suffix
10043 @code{:@var{name}}.  Every construct that does so will be expanded
10044 @var{n} times, once with every use of @code{:@var{name}} replaced by
10045 @code{:@var{mode1}}, once with every use replaced by @code{:@var{mode2}},
10046 and so on.  In the expansion for a particular @var{modei}, every
10047 C condition will also require that @var{condi} be true.
10049 For example:
10051 @smallexample
10052 (define_mode_iterator P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
10053 @end smallexample
10055 defines a new mode suffix @code{:P}.  Every construct that uses
10056 @code{:P} will be expanded twice, once with every @code{:P} replaced
10057 by @code{:SI} and once with every @code{:P} replaced by @code{:DI}.
10058 The @code{:SI} version will only apply if @code{Pmode == SImode} and
10059 the @code{:DI} version will only apply if @code{Pmode == DImode}.
10061 As with other @file{.md} conditions, an empty string is treated
10062 as ``always true''.  @code{(@var{mode} "")} can also be abbreviated
10063 to @code{@var{mode}}.  For example:
10065 @smallexample
10066 (define_mode_iterator GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
10067 @end smallexample
10069 means that the @code{:DI} expansion only applies if @code{TARGET_64BIT}
10070 but that the @code{:SI} expansion has no such constraint.
10072 Iterators are applied in the order they are defined.  This can be
10073 significant if two iterators are used in a construct that requires
10074 substitutions.  @xref{Substitutions}.
10076 @node Substitutions
10077 @subsubsection Substitution in Mode Iterators
10078 @findex define_mode_attr
10080 If an @file{.md} file construct uses mode iterators, each version of the
10081 construct will often need slightly different strings or modes.  For
10082 example:
10084 @itemize @bullet
10085 @item
10086 When a @code{define_expand} defines several @code{add@var{m}3} patterns
10087 (@pxref{Standard Names}), each expander will need to use the
10088 appropriate mode name for @var{m}.
10090 @item
10091 When a @code{define_insn} defines several instruction patterns,
10092 each instruction will often use a different assembler mnemonic.
10094 @item
10095 When a @code{define_insn} requires operands with different modes,
10096 using an iterator for one of the operand modes usually requires a specific
10097 mode for the other operand(s).
10098 @end itemize
10100 GCC supports such variations through a system of ``mode attributes''.
10101 There are two standard attributes: @code{mode}, which is the name of
10102 the mode in lower case, and @code{MODE}, which is the same thing in
10103 upper case.  You can define other attributes using:
10105 @smallexample
10106 (define_mode_attr @var{name} [(@var{mode1} "@var{value1}") @dots{} (@var{moden} "@var{valuen}")])
10107 @end smallexample
10109 where @var{name} is the name of the attribute and @var{valuei}
10110 is the value associated with @var{modei}.
10112 When GCC replaces some @var{:iterator} with @var{:mode}, it will scan
10113 each string and mode in the pattern for sequences of the form
10114 @code{<@var{iterator}:@var{attr}>}, where @var{attr} is the name of a
10115 mode attribute.  If the attribute is defined for @var{mode}, the whole
10116 @code{<@dots{}>} sequence will be replaced by the appropriate attribute
10117 value.
10119 For example, suppose an @file{.md} file has:
10121 @smallexample
10122 (define_mode_iterator P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
10123 (define_mode_attr load [(SI "lw") (DI "ld")])
10124 @end smallexample
10126 If one of the patterns that uses @code{:P} contains the string
10127 @code{"<P:load>\t%0,%1"}, the @code{SI} version of that pattern
10128 will use @code{"lw\t%0,%1"} and the @code{DI} version will use
10129 @code{"ld\t%0,%1"}.
10131 Here is an example of using an attribute for a mode:
10133 @smallexample
10134 (define_mode_iterator LONG [SI DI])
10135 (define_mode_attr SHORT [(SI "HI") (DI "SI")])
10136 (define_insn @dots{}
10137   (sign_extend:LONG (match_operand:<LONG:SHORT> @dots{})) @dots{})
10138 @end smallexample
10140 The @code{@var{iterator}:} prefix may be omitted, in which case the
10141 substitution will be attempted for every iterator expansion.
10143 @node Examples
10144 @subsubsection Mode Iterator Examples
10146 Here is an example from the MIPS port.  It defines the following
10147 modes and attributes (among others):
10149 @smallexample
10150 (define_mode_iterator GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
10151 (define_mode_attr d [(SI "") (DI "d")])
10152 @end smallexample
10154 and uses the following template to define both @code{subsi3}
10155 and @code{subdi3}:
10157 @smallexample
10158 (define_insn "sub<mode>3"
10159   [(set (match_operand:GPR 0 "register_operand" "=d")
10160         (minus:GPR (match_operand:GPR 1 "register_operand" "d")
10161                    (match_operand:GPR 2 "register_operand" "d")))]
10162   ""
10163   "<d>subu\t%0,%1,%2"
10164   [(set_attr "type" "arith")
10165    (set_attr "mode" "<MODE>")])
10166 @end smallexample
10168 This is exactly equivalent to:
10170 @smallexample
10171 (define_insn "subsi3"
10172   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=d")
10173         (minus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "d")
10174                   (match_operand:SI 2 "register_operand" "d")))]
10175   ""
10176   "subu\t%0,%1,%2"
10177   [(set_attr "type" "arith")
10178    (set_attr "mode" "SI")])
10180 (define_insn "subdi3"
10181   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
10182         (minus:DI (match_operand:DI 1 "register_operand" "d")
10183                   (match_operand:DI 2 "register_operand" "d")))]
10184   ""
10185   "dsubu\t%0,%1,%2"
10186   [(set_attr "type" "arith")
10187    (set_attr "mode" "DI")])
10188 @end smallexample
10190 @node Code Iterators
10191 @subsection Code Iterators
10192 @cindex code iterators in @file{.md} files
10193 @findex define_code_iterator
10194 @findex define_code_attr
10196 Code iterators operate in a similar way to mode iterators.  @xref{Mode Iterators}.
10198 The construct:
10200 @smallexample
10201 (define_code_iterator @var{name} [(@var{code1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{coden} "@var{condn}")])
10202 @end smallexample
10204 defines a pseudo rtx code @var{name} that can be instantiated as
10205 @var{codei} if condition @var{condi} is true.  Each @var{codei}
10206 must have the same rtx format.  @xref{RTL Classes}.
10208 As with mode iterators, each pattern that uses @var{name} will be
10209 expanded @var{n} times, once with all uses of @var{name} replaced by
10210 @var{code1}, once with all uses replaced by @var{code2}, and so on.
10211 @xref{Defining Mode Iterators}.
10213 It is possible to define attributes for codes as well as for modes.
10214 There are two standard code attributes: @code{code}, the name of the
10215 code in lower case, and @code{CODE}, the name of the code in upper case.
10216 Other attributes are defined using:
10218 @smallexample
10219 (define_code_attr @var{name} [(@var{code1} "@var{value1}") @dots{} (@var{coden} "@var{valuen}")])
10220 @end smallexample
10222 Here's an example of code iterators in action, taken from the MIPS port:
10224 @smallexample
10225 (define_code_iterator any_cond [unordered ordered unlt unge uneq ltgt unle ungt
10226                                 eq ne gt ge lt le gtu geu ltu leu])
10228 (define_expand "b<code>"
10229   [(set (pc)
10230         (if_then_else (any_cond:CC (cc0)
10231                                    (const_int 0))
10232                       (label_ref (match_operand 0 ""))
10233                       (pc)))]
10234   ""
10236   gen_conditional_branch (operands, <CODE>);
10237   DONE;
10239 @end smallexample
10241 This is equivalent to:
10243 @smallexample
10244 (define_expand "bunordered"
10245   [(set (pc)
10246         (if_then_else (unordered:CC (cc0)
10247                                     (const_int 0))
10248                       (label_ref (match_operand 0 ""))
10249                       (pc)))]
10250   ""
10252   gen_conditional_branch (operands, UNORDERED);
10253   DONE;
10256 (define_expand "bordered"
10257   [(set (pc)
10258         (if_then_else (ordered:CC (cc0)
10259                                   (const_int 0))
10260                       (label_ref (match_operand 0 ""))
10261                       (pc)))]
10262   ""
10264   gen_conditional_branch (operands, ORDERED);
10265   DONE;
10268 @dots{}
10269 @end smallexample
10271 @node Int Iterators
10272 @subsection Int Iterators
10273 @cindex int iterators in @file{.md} files
10274 @findex define_int_iterator
10275 @findex define_int_attr
10277 Int iterators operate in a similar way to code iterators.  @xref{Code Iterators}.
10279 The construct:
10281 @smallexample
10282 (define_int_iterator @var{name} [(@var{int1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{intn} "@var{condn}")])
10283 @end smallexample
10285 defines a pseudo integer constant @var{name} that can be instantiated as
10286 @var{inti} if condition @var{condi} is true.  Each @var{int}
10287 must have the same rtx format.  @xref{RTL Classes}. Int iterators can appear
10288 in only those rtx fields that have 'i' as the specifier. This means that
10289 each @var{int} has to be a constant defined using define_constant or
10290 define_c_enum.
10292 As with mode and code iterators, each pattern that uses @var{name} will be
10293 expanded @var{n} times, once with all uses of @var{name} replaced by
10294 @var{int1}, once with all uses replaced by @var{int2}, and so on.
10295 @xref{Defining Mode Iterators}.
10297 It is possible to define attributes for ints as well as for codes and modes.
10298 Attributes are defined using:
10300 @smallexample
10301 (define_int_attr @var{name} [(@var{int1} "@var{value1}") @dots{} (@var{intn} "@var{valuen}")])
10302 @end smallexample
10304 Here's an example of int iterators in action, taken from the ARM port:
10306 @smallexample
10307 (define_int_iterator QABSNEG [UNSPEC_VQABS UNSPEC_VQNEG])
10309 (define_int_attr absneg [(UNSPEC_VQABS "abs") (UNSPEC_VQNEG "neg")])
10311 (define_insn "neon_vq<absneg><mode>"
10312   [(set (match_operand:VDQIW 0 "s_register_operand" "=w")
10313         (unspec:VDQIW [(match_operand:VDQIW 1 "s_register_operand" "w")
10314                        (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "i")]
10315                       QABSNEG))]
10316   "TARGET_NEON"
10317   "vq<absneg>.<V_s_elem>\t%<V_reg>0, %<V_reg>1"
10318   [(set_attr "type" "neon_vqneg_vqabs")]
10321 @end smallexample
10323 This is equivalent to:
10325 @smallexample
10326 (define_insn "neon_vqabs<mode>"
10327   [(set (match_operand:VDQIW 0 "s_register_operand" "=w")
10328         (unspec:VDQIW [(match_operand:VDQIW 1 "s_register_operand" "w")
10329                        (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "i")]
10330                       UNSPEC_VQABS))]
10331   "TARGET_NEON"
10332   "vqabs.<V_s_elem>\t%<V_reg>0, %<V_reg>1"
10333   [(set_attr "type" "neon_vqneg_vqabs")]
10336 (define_insn "neon_vqneg<mode>"
10337   [(set (match_operand:VDQIW 0 "s_register_operand" "=w")
10338         (unspec:VDQIW [(match_operand:VDQIW 1 "s_register_operand" "w")
10339                        (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "i")]
10340                       UNSPEC_VQNEG))]
10341   "TARGET_NEON"
10342   "vqneg.<V_s_elem>\t%<V_reg>0, %<V_reg>1"
10343   [(set_attr "type" "neon_vqneg_vqabs")]
10346 @end smallexample
10348 @node Subst Iterators
10349 @subsection Subst Iterators
10350 @cindex subst iterators in @file{.md} files
10351 @findex define_subst
10352 @findex define_subst_attr
10354 Subst iterators are special type of iterators with the following
10355 restrictions: they could not be declared explicitly, they always have
10356 only two values, and they do not have explicit dedicated name.
10357 Subst-iterators are triggered only when corresponding subst-attribute is
10358 used in RTL-pattern.
10360 Subst iterators transform templates in the following way: the templates
10361 are duplicated, the subst-attributes in these templates are replaced
10362 with the corresponding values, and a new attribute is implicitly added
10363 to the given @code{define_insn}/@code{define_expand}.  The name of the
10364 added attribute matches the name of @code{define_subst}.  Such
10365 attributes are declared implicitly, and it is not allowed to have a
10366 @code{define_attr} named as a @code{define_subst}.
10368 Each subst iterator is linked to a @code{define_subst}.  It is declared
10369 implicitly by the first appearance of the corresponding
10370 @code{define_subst_attr}, and it is not allowed to define it explicitly.
10372 Declarations of subst-attributes have the following syntax:
10374 @findex define_subst_attr
10375 @smallexample
10376 (define_subst_attr "@var{name}"
10377   "@var{subst-name}"
10378   "@var{no-subst-value}"
10379   "@var{subst-applied-value}")
10380 @end smallexample
10382 @var{name} is a string with which the given subst-attribute could be
10383 referred to.
10385 @var{subst-name} shows which @code{define_subst} should be applied to an
10386 RTL-template if the given subst-attribute is present in the
10387 RTL-template.
10389 @var{no-subst-value} is a value with which subst-attribute would be
10390 replaced in the first copy of the original RTL-template.
10392 @var{subst-applied-value} is a value with which subst-attribute would be
10393 replaced in the second copy of the original RTL-template.
10395 @end ifset