* arm.h (REVERSE_CONDITION): Define.
[official-gcc.git] / gcc / doc / md.texi
blob8404707db27757a0148a8d54c652a78c2d37975e
1 @c Copyright (C) 1988, 1989, 1992, 1993, 1994, 1996, 1998, 1999, 2000, 2001,
2 @c 2002, 2003, 2004 Free Software Foundation, Inc.
3 @c This is part of the GCC manual.
4 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
6 @ifset INTERNALS
7 @node Machine Desc
8 @chapter Machine Descriptions
9 @cindex machine descriptions
11 A machine description has two parts: a file of instruction patterns
12 (@file{.md} file) and a C header file of macro definitions.
14 The @file{.md} file for a target machine contains a pattern for each
15 instruction that the target machine supports (or at least each instruction
16 that is worth telling the compiler about).  It may also contain comments.
17 A semicolon causes the rest of the line to be a comment, unless the semicolon
18 is inside a quoted string.
20 See the next chapter for information on the C header file.
22 @menu
23 * Overview::            How the machine description is used.
24 * Patterns::            How to write instruction patterns.
25 * Example::             An explained example of a @code{define_insn} pattern.
26 * RTL Template::        The RTL template defines what insns match a pattern.
27 * Output Template::     The output template says how to make assembler code
28                           from such an insn.
29 * Output Statement::    For more generality, write C code to output
30                           the assembler code.
31 * Predicates::          Controlling what kinds of operands can be used
32                           for an insn.
33 * Constraints::         Fine-tuning operand selection.
34 * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
35 * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
36 * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
37 * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
38 * Looping Patterns::    How to define patterns for special looping insns.
39 * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
40 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
41                           for a standard operation.
42 * Insn Splitting::      Splitting Instructions into Multiple Instructions.
43 * Including Patterns::      Including Patterns in Machine Descriptions.
44 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
45 * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
46 * Conditional Execution::Generating @code{define_insn} patterns for
47                            predication.
48 * Constant Definitions::Defining symbolic constants that can be used in the
49                         md file.
50 * Macros::              Using macros to generate patterns from a template.
51 @end menu
53 @node Overview
54 @section Overview of How the Machine Description is Used
56 There are three main conversions that happen in the compiler:
58 @enumerate
60 @item
61 The front end reads the source code and builds a parse tree.
63 @item
64 The parse tree is used to generate an RTL insn list based on named
65 instruction patterns.
67 @item
68 The insn list is matched against the RTL templates to produce assembler
69 code.
71 @end enumerate
73 For the generate pass, only the names of the insns matter, from either a
74 named @code{define_insn} or a @code{define_expand}.  The compiler will
75 choose the pattern with the right name and apply the operands according
76 to the documentation later in this chapter, without regard for the RTL
77 template or operand constraints.  Note that the names the compiler looks
78 for are hard-coded in the compiler---it will ignore unnamed patterns and
79 patterns with names it doesn't know about, but if you don't provide a
80 named pattern it needs, it will abort.
82 If a @code{define_insn} is used, the template given is inserted into the
83 insn list.  If a @code{define_expand} is used, one of three things
84 happens, based on the condition logic.  The condition logic may manually
85 create new insns for the insn list, say via @code{emit_insn()}, and
86 invoke @code{DONE}.  For certain named patterns, it may invoke @code{FAIL} to tell the
87 compiler to use an alternate way of performing that task.  If it invokes
88 neither @code{DONE} nor @code{FAIL}, the template given in the pattern
89 is inserted, as if the @code{define_expand} were a @code{define_insn}.
91 Once the insn list is generated, various optimization passes convert,
92 replace, and rearrange the insns in the insn list.  This is where the
93 @code{define_split} and @code{define_peephole} patterns get used, for
94 example.
96 Finally, the insn list's RTL is matched up with the RTL templates in the
97 @code{define_insn} patterns, and those patterns are used to emit the
98 final assembly code.  For this purpose, each named @code{define_insn}
99 acts like it's unnamed, since the names are ignored.
101 @node Patterns
102 @section Everything about Instruction Patterns
103 @cindex patterns
104 @cindex instruction patterns
106 @findex define_insn
107 Each instruction pattern contains an incomplete RTL expression, with pieces
108 to be filled in later, operand constraints that restrict how the pieces can
109 be filled in, and an output pattern or C code to generate the assembler
110 output, all wrapped up in a @code{define_insn} expression.
112 A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
114 @enumerate
115 @item
116 An optional name.  The presence of a name indicate that this instruction
117 pattern can perform a certain standard job for the RTL-generation
118 pass of the compiler.  This pass knows certain names and will use
119 the instruction patterns with those names, if the names are defined
120 in the machine description.
122 The absence of a name is indicated by writing an empty string
123 where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
124 used for generating RTL code, but they may permit several simpler insns
125 to be combined later on.
127 Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
128 effect; they are equivalent to no name at all.
130 For the purpose of debugging the compiler, you may also specify a
131 name beginning with the @samp{*} character.  Such a name is used only
132 for identifying the instruction in RTL dumps; it is entirely equivalent
133 to having a nameless pattern for all other purposes.
135 @item
136 The @dfn{RTL template} (@pxref{RTL Template}) is a vector of incomplete
137 RTL expressions which show what the instruction should look like.  It is
138 incomplete because it may contain @code{match_operand},
139 @code{match_operator}, and @code{match_dup} expressions that stand for
140 operands of the instruction.
142 If the vector has only one element, that element is the template for the
143 instruction pattern.  If the vector has multiple elements, then the
144 instruction pattern is a @code{parallel} expression containing the
145 elements described.
147 @item
148 @cindex pattern conditions
149 @cindex conditions, in patterns
150 A condition.  This is a string which contains a C expression that is
151 the final test to decide whether an insn body matches this pattern.
153 @cindex named patterns and conditions
154 For a named pattern, the condition (if present) may not depend on
155 the data in the insn being matched, but only the target-machine-type
156 flags.  The compiler needs to test these conditions during
157 initialization in order to learn exactly which named instructions are
158 available in a particular run.
160 @findex operands
161 For nameless patterns, the condition is applied only when matching an
162 individual insn, and only after the insn has matched the pattern's
163 recognition template.  The insn's operands may be found in the vector
164 @code{operands}.  For an insn where the condition has once matched, it
165 can't be used to control register allocation, for example by excluding
166 certain hard registers or hard register combinations.
168 @item
169 The @dfn{output template}: a string that says how to output matching
170 insns as assembler code.  @samp{%} in this string specifies where
171 to substitute the value of an operand.  @xref{Output Template}.
173 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
174 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
176 @item
177 Optionally, a vector containing the values of attributes for insns matching
178 this pattern.  @xref{Insn Attributes}.
179 @end enumerate
181 @node Example
182 @section Example of @code{define_insn}
183 @cindex @code{define_insn} example
185 Here is an actual example of an instruction pattern, for the 68000/68020.
187 @smallexample
188 (define_insn "tstsi"
189   [(set (cc0)
190         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
191   ""
192   "*
194   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
195     return \"tstl %0\";
196   return \"cmpl #0,%0\";
197 @}")
198 @end smallexample
200 @noindent
201 This can also be written using braced strings:
203 @smallexample
204 (define_insn "tstsi"
205   [(set (cc0)
206         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
207   ""
209   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
210     return "tstl %0";
211   return "cmpl #0,%0";
213 @end smallexample
215 This is an instruction that sets the condition codes based on the value of
216 a general operand.  It has no condition, so any insn whose RTL description
217 has the form shown may be handled according to this pattern.  The name
218 @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL generation
219 pass that, when it is necessary to test such a value, an insn to do so
220 can be constructed using this pattern.
222 The output control string is a piece of C code which chooses which
223 output template to return based on the kind of operand and the specific
224 type of CPU for which code is being generated.
226 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
228 @node RTL Template
229 @section RTL Template
230 @cindex RTL insn template
231 @cindex generating insns
232 @cindex insns, generating
233 @cindex recognizing insns
234 @cindex insns, recognizing
236 The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
237 and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
238 says how to construct an insn from specified operands.
240 Construction involves substituting specified operands into a copy of the
241 template.  Matching involves determining the values that serve as the
242 operands in the insn being matched.  Both of these activities are
243 controlled by special expression types that direct matching and
244 substitution of the operands.
246 @table @code
247 @findex match_operand
248 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
249 This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
250 the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
251 will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
252 appears at this position in the insn will be taken as operand
253 number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
254 pattern will not match at all.
256 Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
257 each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
258 expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
259 are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
260 expressions.  In the case of a @code{define_expand}, any operand numbers
261 used only in @code{match_dup} expressions have higher values than all
262 other operand numbers.
264 @var{predicate} is a string that is the name of a function that
265 accepts two arguments, an expression and a machine mode.
266 @xref{Predicates}.  During matching, the function will be called with
267 the putative operand as the expression and @var{m} as the mode
268 argument (if @var{m} is not specified, @code{VOIDmode} will be used,
269 which normally causes @var{predicate} to accept any mode).  If it
270 returns zero, this instruction pattern fails to match.
271 @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be
272 done on the operand, so anything which occurs in this position is
273 valid.
275 Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
276 not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
277 @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
278 Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
279 @code{VOIDmode}.
281 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
282 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
283 If the constraint would be an empty string, it can be omitted.
285 People are often unclear on the difference between the constraint and the
286 predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
287 pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
288 controls various decisions in the case of an insn which does match.
290 @findex match_scratch
291 @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
292 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
293 and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
294 expression.
296 When matching patterns, this is equivalent to
298 @smallexample
299 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{pred})
300 @end smallexample
302 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
303 expression.
305 If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
306 expressions whose operands are either a hard register or
307 @code{match_scratch}, the combiner can add or delete them when
308 necessary.  @xref{Side Effects}.
310 @findex match_dup
311 @item (match_dup @var{n})
312 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
313 It is used when the operand needs to appear more than once in the
314 insn.
316 In construction, @code{match_dup} acts just like @code{match_operand}:
317 the operand is substituted into the insn being constructed.  But in
318 matching, @code{match_dup} behaves differently.  It assumes that operand
319 number @var{n} has already been determined by a @code{match_operand}
320 appearing earlier in the recognition template, and it matches only an
321 identical-looking expression.
323 Note that @code{match_dup} should not be used to tell the compiler that
324 a particular register is being used for two operands (example:
325 @code{add} that adds one register to another; the second register is
326 both an input operand and the output operand).  Use a matching
327 constraint (@pxref{Simple Constraints}) for those.  @code{match_dup} is for the cases where one
328 operand is used in two places in the template, such as an instruction
329 that computes both a quotient and a remainder, where the opcode takes
330 two input operands but the RTL template has to refer to each of those
331 twice; once for the quotient pattern and once for the remainder pattern.
333 @findex match_operator
334 @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
335 This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
336 code.
338 When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
339 expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
340 operands are constructed from the patterns @var{operands}.
342 When matching an expression, it matches an expression if the function
343 @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
344 patterns @var{operands} match the operands of the expression.
346 Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
347 follows, to match any expression whose operator is one of the
348 commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
350 @smallexample
352 commutative_integer_operator (x, mode)
353      rtx x;
354      enum machine_mode mode;
356   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
357   if (GET_MODE (x) != mode)
358     return 0;
359   return (GET_RTX_CLASS (code) == RTX_COMM_ARITH
360           || code == EQ || code == NE);
362 @end smallexample
364 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
365 of a commutative operator applied to two general operands:
367 @smallexample
368 (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
369   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
370    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
371 @end smallexample
373 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
374 because the expressions to be matched all contain two operands.
376 When this pattern does match, the two operands of the commutative
377 operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
378 by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
379 will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
380 (operands[3])} to see which commutative operator was used.
382 The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
383 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
384 predicate function, and that function is solely responsible for
385 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
387 When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
388 the operation (i.e.@: the expression code) for the expression to be
389 made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
390 into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
391 gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
392 only its expression code matters.
394 When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
395 it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
396 is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
397 register allocation because the register allocator often looks at
398 operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
400 There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
401 operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
402 never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
403 However, if parts of its @var{operands} are matched by
404 @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
405 their own.
407 @findex match_op_dup
408 @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
409 Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
410 operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
411 substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
412 differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
413 determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
414 recognition template, and it matches only an identical-looking
415 expression.
417 @findex match_parallel
418 @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
419 This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
420 @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
421 expression should only appear at the top level of an insn pattern.
423 When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
424 this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
425 is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
426 vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
427 @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
428 @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
429 @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
430 of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
431 those listed in the @code{match_parallel}.
433 A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
434 multiple expressions, which can contain a variable number of elements
435 in a @code{parallel}.  For example,
437 @smallexample
438 (define_insn ""
439   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
440      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
441            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
442       (use (reg:SI 179))
443       (clobber (reg:SI 179))])]
444   ""
445   "loadm 0,0,%1,%2")
446 @end smallexample
448 This example comes from @file{a29k.md}.  The function
449 @code{load_multiple_operation} is defined in @file{a29k.c} and checks
450 that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
451 @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
452 registers and memory locations.
454 An insn that matches this pattern might look like:
456 @smallexample
457 (parallel
458  [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
459   (use (reg:SI 179))
460   (clobber (reg:SI 179))
461   (set (reg:SI 21)
462        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
463                         (const_int 4))))
464   (set (reg:SI 22)
465        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
466                         (const_int 8))))])
467 @end smallexample
469 @findex match_par_dup
470 @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
471 Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
472 @code{match_operator}.
474 @end table
476 @node Output Template
477 @section Output Templates and Operand Substitution
478 @cindex output templates
479 @cindex operand substitution
481 @cindex @samp{%} in template
482 @cindex percent sign
483 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
484 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
485 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
486 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
487 identify places where different variants of the assembler require
488 different syntax.
490 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
491 operand @var{n} at that point in the string.
493 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
494 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
495 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
496 additional letters with nonstandard meanings.
498 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
499 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
500 operand.
502 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
503 the constant is negated before printing.
505 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
506 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
507 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
508 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
509 as if it were a memory reference.
511 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
512 instruction.
514 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
515 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
516 referred to more than once in a single template that generates multiple
517 assembler instructions.
519 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
520 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
521 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
522 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
523 which punctuation characters are valid with the
524 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
526 @cindex \
527 @cindex backslash
528 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
529 for the instructions, with @samp{\;} between them.
531 @cindex matching operands
532 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
533 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
534 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
535 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
536 operand.
538 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
539 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
540 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
541 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
542 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
543 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
544 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
545 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
546 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
547 it to do nothing.
549 @cindex @code{#} in template
550 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
551 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
552 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
553 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
554 multiple assembler instructions, and there is an matching @code{define_split}
555 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
556 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
557 instructions.
559 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
560 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
561 describe multiple variants of assembler language syntax.
562 @xref{Instruction Output}.
564 @node Output Statement
565 @section C Statements for Assembler Output
566 @cindex output statements
567 @cindex C statements for assembler output
568 @cindex generating assembler output
570 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
571 assembler code for all the cases that are recognized by a single
572 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
573 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
574 machine instructions.
576 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
577 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
578 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
579 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
580 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
581 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
582 might write this pattern:
584 @smallexample
585 (define_insn "addsi3"
586   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
587         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
588                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
589   ""
590   "@@
591    addr %2,%0
592    addm %2,%0")
593 @end smallexample
595 @cindex @code{*} in template
596 @cindex asterisk in template
597 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
598 output template but rather a piece of C program that should compute a
599 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
600 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
601 require doublequote characters to delimit them.  To include these
602 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
604 If the output control string is written as a brace block instead of a
605 double-quoted string, it is automatically assumed to be C code.  In that
606 case, it is not necessary to put in a leading asterisk, or to escape the
607 doublequotes surrounding C string literals.
609 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
610 is @code{rtx []}.
612 It is very common to select different ways of generating assembler code
613 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
614 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
615 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
616 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
617 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
618 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
619 values of those bits.
621 @findex output_asm_insn
622 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
623 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
624 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
625 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
626 that you declare locally and initialize yourself.
628 @findex which_alternative
629 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
630 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
631 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
632 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
633 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
634 etc.).
636 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
637 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
638 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
640 @smallexample
641 (define_insn ""
642   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
643         (const_int 0))]
644   ""
645   @{
646   return (which_alternative == 0
647           ? "clrreg %0" : "clrmem %0");
648   @})
649 @end smallexample
651 The example above, where the assembler code to generate was
652 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
653 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
655 @smallexample
656 @group
657 (define_insn ""
658   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
659         (const_int 0))]
660   ""
661   "@@
662    clrreg %0
663    clrmem %0")
664 @end group
665 @end smallexample
667 @node Predicates
668 @section Predicates
669 @cindex predicates
670 @cindex operand predicates
671 @cindex operator predicates
673 A predicate determines whether a @code{match_operand} or
674 @code{match_operator} expression matches, and therefore whether the
675 surrounding instruction pattern will be used for that combination of
676 operands.  GCC has a number of machine-independent predicates, and you
677 can define machine-specific predicates as needed.  By convention,
678 predicates used with @code{match_operand} have names that end in
679 @samp{_operand}, and those used with @code{match_operator} have names
680 that end in @samp{_operator}.
682 All predicates are Boolean functions (in the mathematical sense) of
683 two arguments: the RTL expression that is being considered at that
684 position in the instruction pattern, and the machine mode that the
685 @code{match_operand} or @code{match_operator} specifies.  In this
686 section, the first argument is called @var{op} and the second argument
687 @var{mode}.  Predicates can be called from C as ordinary two-argument
688 functions; this can be useful in output templates or other
689 machine-specific code.
691 Operand predicates can allow operands that are not actually acceptable
692 to the hardware, as long as the constraints give reload the ability to
693 fix them up (@pxref{Constraints}).  However, GCC will usually generate
694 better code if the predicates specify the requirements of the machine
695 instructions as closely as possible.  Reload cannot fix up operands
696 that must be constants (``immediate operands''); you must use a
697 predicate that allows only constants, or else enforce the requirement
698 in the extra condition.
700 @cindex predicates and machine modes
701 @cindex normal predicates
702 @cindex special predicates
703 Most predicates handle their @var{mode} argument in a uniform manner.
704 If @var{mode} is @code{VOIDmode} (unspecified), then @var{op} can have
705 any mode.  If @var{mode} is anything else, then @var{op} must have the
706 same mode, unless @var{op} is a @code{CONST_INT} or integer
707 @code{CONST_DOUBLE}.  These RTL expressions always have
708 @code{VOIDmode}, so it would be counterproductive to check that their
709 mode matches.  Instead, predicates that accept @code{CONST_INT} and/or
710 integer @code{CONST_DOUBLE} check that the value stored in the
711 constant will fit in the requested mode.
713 Predicates with this behavior are called @dfn{normal}.
714 @command{genrecog} can optimize the instruction recognizer based on
715 knowledge of how normal predicates treat modes.  It can also diagnose
716 certain kinds of common errors in the use of normal predicates; for
717 instance, it is almost always an error to use a normal predicate
718 without specifying a mode.
720 Predicates that do something different with their @var{mode} argument
721 are called @dfn{special}.  The generic predicates
722 @code{address_operand} and @code{pmode_register_operand} are special
723 predicates.  @command{genrecog} does not do any optimizations or
724 diagnosis when special predicates are used.
726 @menu
727 * Machine-Independent Predicates::  Predicates available to all back ends.
728 * Defining Predicates::             How to write machine-specific predicate
729                                     functions.
730 @end menu
732 @node Machine-Independent Predicates
733 @subsection Machine-Independent Predicates
734 @cindex machine-independent predicates
735 @cindex generic predicates
737 These are the generic predicates available to all back ends.  They are
738 defined in @file{recog.c}.  The first category of predicates allow
739 only constant, or @dfn{immediate}, operands.
741 @defun immediate_operand
742 This predicate allows any sort of constant that fits in @var{mode}.
743 It is an appropriate choice for instructions that take operands that
744 must be constant.
745 @end defun
747 @defun const_int_operand
748 This predicate allows any @code{CONST_INT} expression that fits in
749 @var{mode}.  It is an appropriate choice for an immediate operand that
750 does not allow a symbol or label.
751 @end defun
753 @defun const_double_operand
754 This predicate accepts any @code{CONST_DOUBLE} expression that has
755 exactly @var{mode}.  If @var{mode} is @code{VOIDmode}, it will also
756 accept @code{CONST_INT}.  It is intended for immediate floating point
757 constants.
758 @end defun
760 @noindent
761 The second category of predicates allow only some kind of machine
762 register.
764 @defun register_operand
765 This predicate allows any @code{REG} or @code{SUBREG} expression that
766 is valid for @var{mode}.  It is often suitable for arithmetic
767 instruction operands on a RISC machine.
768 @end defun
770 @defun pmode_register_operand
771 This is a slight variant on @code{register_operand} which works around
772 a limitation in the machine-description reader.
774 @example
775 (match_operand @var{n} "pmode_register_operand" @var{constraint})
776 @end example
778 @noindent
779 means exactly what
781 @example
782 (match_operand:P @var{n} "register_operand" @var{constraint})
783 @end example
785 @noindent
786 would mean, if the machine-description reader accepted @samp{:P}
787 mode suffixes.  Unfortunately, it cannot, because @code{Pmode} is an
788 alias for some other mode, and might vary with machine-specific
789 options. @xref{Misc}.
790 @end defun
792 @defun scratch_operand
793 This predicate allows hard registers and @code{SCRATCH} expressions,
794 but not pseudo-registers.  It is used internally by @code{match_scratch};
795 it should not be used directly.
796 @end defun
798 @noindent
799 The third category of predicates allow only some kind of memory reference.
801 @defun memory_operand
802 This predicate allows any valid reference to a quantity of mode
803 @var{mode} in memory, as determined by the weak form of
804 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS} (@pxref{Addressing Modes}).
805 @end defun
807 @defun address_operand
808 This predicate is a little unusual; it allows any operand that is a
809 valid expression for the @emph{address} of a quantity of mode
810 @var{mode}, again determined by the weak form of
811 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS}.  To first order, if
812 @samp{@w{(mem:@var{mode} (@var{exp}))}} is acceptable to
813 @code{memory_operand}, then @var{exp} is acceptable to
814 @code{address_operand}.  Note that @var{exp} does not necessarily have
815 the mode @var{mode}.
816 @end defun
818 @defun indirect_operand
819 This is a stricter form of @code{memory_operand} which allows only
820 memory references with a @code{general_operand} as the address
821 expression.  New uses of this predicate are discouraged, because
822 @code{general_operand} is very permissive, so it's hard to tell what
823 an @code{indirect_operand} does or does not allow.  If a target has
824 different requirements for memory operands for different instructions,
825 it is better to define target-specific predicates which enforce the
826 hardware's requirements explicitly.
827 @end defun
829 @defun push_operand
830 This predicate allows a memory reference suitable for pushing a value
831 onto the stack.  This will be a @code{MEM} which refers to
832 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address expression
833 (@pxref{Incdec}); which one is determined by the
834 @code{STACK_PUSH_CODE} macro (@pxref{Frame Layout}).
835 @end defun
837 @defun pop_operand
838 This predicate allows a memory reference suitable for popping a value
839 off the stack.  Again, this will be a @code{MEM} referring to
840 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address
841 expression.  However, this time @code{STACK_POP_CODE} is expected.
842 @end defun
844 @noindent
845 The fourth category of predicates allow some combination of the above
846 operands.
848 @defun nonmemory_operand
849 This predicate allows any immediate or register operand valid for @var{mode}.
850 @end defun
852 @defun nonimmediate_operand
853 This predicate allows any register or memory operand valid for @var{mode}.
854 @end defun
856 @defun general_operand
857 This predicate allows any immediate, register, or memory operand
858 valid for @var{mode}.
859 @end defun
861 @noindent
862 Finally, there is one generic operator predicate.
864 @defun comparison_operator
865 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
866 comparison in @var{mode}; that is, @code{COMPARISON_P} is true for the
867 expression code.
868 @end defun
870 @node Defining Predicates
871 @subsection Defining Machine-Specific Predicates
872 @cindex defining predicates
873 @findex define_predicate
874 @findex define_special_predicate
876 Many machines have requirements for their operands that cannot be
877 expressed precisely using the generic predicates.  You can define
878 additional predicates using @code{define_predicate} and
879 @code{define_special_predicate} expressions.  These expressions have
880 three operands:
882 @itemize @bullet
883 @item
884 The name of the predicate, as it will be referred to in
885 @code{match_operand} or @code{match_operator} expressions.
887 @item
888 An RTL expression which evaluates to true if the predicate allows the
889 operand @var{op}, false if it does not.  This expression can only use
890 the following RTL codes:
892 @table @code
893 @item MATCH_OPERAND
894 When written inside a predicate expression, a @code{MATCH_OPERAND}
895 expression evaluates to true if the predicate it names would allow
896 @var{op}.  The operand number and constraint are ignored.  Due to
897 limitations in @command{genrecog}, you can only refer to generic
898 predicates and predicates that have already been defined.
900 @item MATCH_CODE
901 This expression has one operand, a string constant containing a
902 comma-separated list of RTX code names (in lower case).  It evaluates
903 to true if @var{op} has any of the listed codes.
905 @item MATCH_TEST
906 This expression has one operand, a string constant containing a C
907 expression.  The predicate's arguments, @var{op} and @var{mode}, are
908 available with those names in the C expression.  The @code{MATCH_TEST}
909 evaluates to true if the C expression evaluates to a nonzero value.
910 @code{MATCH_TEST} expressions must not have side effects.
912 @item  AND
913 @itemx IOR
914 @itemx NOT
915 @itemx IF_THEN_ELSE
916 The basic @samp{MATCH_} expressions can be combined using these
917 logical operators, which have the semantics of the C operators
918 @samp{&&}, @samp{||}, @samp{!}, and @samp{@w{? :}} respectively.
919 @end table
921 @item
922 An optional block of C code, which should execute 
923 @samp{@w{return true}} if the predicate is found to match and
924 @samp{@w{return false}} if it does not.  It must not have any side
925 effects.  The predicate arguments, @var{op} and @var{mode}, are
926 available with those names.
928 If a code block is present in a predicate definition, then the RTL
929 expression must evaluate to true @emph{and} the code block must
930 execute @samp{@w{return true}} for the predicate to allow the operand.
931 The RTL expression is evaluated first; do not re-check anything in the
932 code block that was checked in the RTL expression.
933 @end itemize
935 The program @command{genrecog} scans @code{define_predicate} and
936 @code{define_special_predicate} expressions to determine which RTX
937 codes are possibly allowed.  You should always make this explicit in
938 the RTL predicate expression, using @code{MATCH_OPERAND} and
939 @code{MATCH_CODE}.
941 Here is an example of a simple predicate definition, from the IA64
942 machine description:
944 @smallexample
945 @group
946 ;; @r{True if @var{op} is a @code{SYMBOL_REF} which refers to the sdata section.}
947 (define_predicate "small_addr_symbolic_operand"
948   (and (match_code "symbol_ref")
949        (match_test "SYMBOL_REF_SMALL_ADDR_P (op)")))
950 @end group
951 @end smallexample
953 @noindent
954 And here is another, showing the use of the C block.
956 @smallexample
957 @group
958 ;; @r{True if @var{op} is a register operand that is (or could be) a GR reg.}
959 (define_predicate "gr_register_operand"
960   (match_operand 0 "register_operand")
962   unsigned int regno;
963   if (GET_CODE (op) == SUBREG)
964     op = SUBREG_REG (op);
966   regno = REGNO (op);
967   return (regno >= FIRST_PSEUDO_REGISTER || GENERAL_REGNO_P (regno));
969 @end group
970 @end smallexample
972 Predicates written with @code{define_predicate} automatically include
973 a test that @var{mode} is @code{VOIDmode}, or @var{op} has the same
974 mode as @var{mode}, or @var{op} is a @code{CONST_INT} or
975 @code{CONST_DOUBLE}.  They do @emph{not} check specifically for
976 integer @code{CONST_DOUBLE}, nor do they test that the value of either
977 kind of constant fits in the requested mode.  This is because
978 target-specific predicates that take constants usually have to do more
979 stringent value checks anyway.  If you need the exact same treatment
980 of @code{CONST_INT} or @code{CONST_DOUBLE} that the generic predicates
981 provide, use a @code{MATCH_OPERAND} subexpression to call
982 @code{const_int_operand}, @code{const_double_operand}, or
983 @code{immediate_operand}.
985 Predicates written with @code{define_special_predicate} do not get any
986 automatic mode checks, and are treated as having special mode handling
987 by @command{genrecog}.
989 The program @command{genpreds} is responsible for generating code to
990 test predicates.  It also writes a header file containing function
991 declarations for all machine-specific predicates.  It is not necessary
992 to declare these predicates in @file{@var{cpu}-protos.h}.
993 @end ifset
995 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
996 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the internals
997 @c manual's context are conditionalized to appear only in the internals manual.
998 @ifset INTERNALS
999 @node Constraints
1000 @section Operand Constraints
1001 @cindex operand constraints
1002 @cindex constraints
1004 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify
1005 constraints for the operands allowed.  The constraints allow you to
1006 fine-tune matching within the set of operands allowed by the
1007 predicate.
1009 @end ifset
1010 @ifclear INTERNALS
1011 @node Constraints
1012 @section Constraints for @code{asm} Operands
1013 @cindex operand constraints, @code{asm}
1014 @cindex constraints, @code{asm}
1015 @cindex @code{asm} constraints
1017 Here are specific details on what constraint letters you can use with
1018 @code{asm} operands.
1019 @end ifclear
1020 Constraints can say whether
1021 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
1022 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
1023 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
1024 have.  Constraints can also require two operands to match.
1026 @ifset INTERNALS
1027 @menu
1028 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1029 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1030 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
1031 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1032 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
1033 @end menu
1034 @end ifset
1036 @ifclear INTERNALS
1037 @menu
1038 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1039 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1040 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1041 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
1042 @end menu
1043 @end ifclear
1045 @node Simple Constraints
1046 @subsection Simple Constraints
1047 @cindex simple constraints
1049 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
1050 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
1051 the letters that are allowed:
1053 @table @asis
1054 @item whitespace
1055 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
1056 except the first.  This enables each alternative for different operands to
1057 be visually aligned in the machine description even if they have different
1058 number of constraints and modifiers.
1060 @cindex @samp{m} in constraint
1061 @cindex memory references in constraints
1062 @item @samp{m}
1063 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
1064 supports in general.
1066 @cindex offsettable address
1067 @cindex @samp{o} in constraint
1068 @item @samp{o}
1069 A memory operand is allowed, but only if the address is
1070 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
1071 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
1072 may be added to the address and the result is also a valid memory
1073 address.
1075 @cindex autoincrement/decrement addressing
1076 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
1077 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
1078 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
1079 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
1080 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
1081 addresses may or may not be offsettable depending on the other
1082 addressing modes that the machine supports.
1084 Note that in an output operand which can be matched by another
1085 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
1086 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
1087 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
1089 @cindex @samp{V} in constraint
1090 @item @samp{V}
1091 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
1092 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
1094 @cindex @samp{<} in constraint
1095 @item @samp{<}
1096 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
1097 postdecrement) is allowed.
1099 @cindex @samp{>} in constraint
1100 @item @samp{>}
1101 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
1102 postincrement) is allowed.
1104 @cindex @samp{r} in constraint
1105 @cindex registers in constraints
1106 @item @samp{r}
1107 A register operand is allowed provided that it is in a general
1108 register.
1110 @cindex constants in constraints
1111 @cindex @samp{i} in constraint
1112 @item @samp{i}
1113 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
1114 This includes symbolic constants whose values will be known only at
1115 assembly time or later.
1117 @cindex @samp{n} in constraint
1118 @item @samp{n}
1119 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
1120 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
1121 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
1122 rather than @samp{i}.
1124 @cindex @samp{I} in constraint
1125 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
1126 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
1127 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
1128 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
1129 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
1130 This is the range permitted as a shift count in the shift
1131 instructions.
1133 @cindex @samp{E} in constraint
1134 @item @samp{E}
1135 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
1136 allowed, but only if the target floating point format is the same as
1137 that of the host machine (on which the compiler is running).
1139 @cindex @samp{F} in constraint
1140 @item @samp{F}
1141 An immediate floating operand (expression code @code{const_double} or
1142 @code{const_vector}) is allowed.
1144 @cindex @samp{G} in constraint
1145 @cindex @samp{H} in constraint
1146 @item @samp{G}, @samp{H}
1147 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
1148 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
1150 @cindex @samp{s} in constraint
1151 @item @samp{s}
1152 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
1153 allowed.
1155 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
1156 value not known at compile time, it certainly must allow any known
1157 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
1158 better code to be generated.
1160 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
1161 use an immediate operand; but if the immediate value is between @minus{}128
1162 and 127, better code results from loading the value into a register and
1163 using the register.  This is because the load into the register can be
1164 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
1165 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
1166 range @minus{}128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
1167 constraints.
1169 @cindex @samp{g} in constraint
1170 @item @samp{g}
1171 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
1172 registers that are not general registers.
1174 @cindex @samp{X} in constraint
1175 @item @samp{X}
1176 @ifset INTERNALS
1177 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
1178 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
1179 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
1180 require a scratch register.
1181 @end ifset
1182 @ifclear INTERNALS
1183 Any operand whatsoever is allowed.
1184 @end ifclear
1186 @cindex @samp{0} in constraint
1187 @cindex digits in constraint
1188 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
1189 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
1190 digit is used together with letters within the same alternative, the
1191 digit should come last.
1193 This number is allowed to be more than a single digit.  If multiple
1194 digits are encountered consecutively, they are interpreted as a single
1195 decimal integer.  There is scant chance for ambiguity, since to-date
1196 it has never been desirable that @samp{10} be interpreted as matching
1197 either operand 1 @emph{or} operand 0.  Should this be desired, one
1198 can use multiple alternatives instead.
1200 @cindex matching constraint
1201 @cindex constraint, matching
1202 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
1203 that the assembler has only a single operand that fills two roles
1204 @ifset INTERNALS
1205 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
1206 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
1207 @end ifset
1208 @ifclear INTERNALS
1209 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
1210 two input operands and an output operand, but on most CISC
1211 @end ifclear
1212 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
1213 input-output operand:
1215 @smallexample
1216 addl #35,r12
1217 @end smallexample
1219 Matching constraints are used in these circumstances.
1220 More precisely, the two operands that match must include one input-only
1221 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
1222 smaller number than the number of the operand that uses it in the
1223 constraint.
1225 @ifset INTERNALS
1226 For operands to match in a particular case usually means that they
1227 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
1228 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
1229 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
1230 For proper results in such cases, the output template should always
1231 use the output-operand's number when printing the operand.
1232 @end ifset
1234 @cindex load address instruction
1235 @cindex push address instruction
1236 @cindex address constraints
1237 @cindex @samp{p} in constraint
1238 @item @samp{p}
1239 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
1240 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
1242 @findex address_operand
1243 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
1244 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
1245 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
1246 reference for which the address would be valid.
1248 @cindex other register constraints
1249 @cindex extensible constraints
1250 @item @var{other-letters}
1251 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
1252 particular classes of registers or other arbitrary operand types.
1253 @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are defined on the 68000/68020 to stand
1254 for data, address and floating point registers.
1256 @ifset INTERNALS
1257 The machine description macro @code{REG_CLASS_FROM_LETTER} has first
1258 cut at the otherwise unused letters.  If it evaluates to @code{NO_REGS},
1259 then @code{EXTRA_CONSTRAINT} is evaluated.
1261 A typical use for @code{EXTRA_CONSTRAINT} would be to distinguish certain
1262 types of memory references that affect other insn operands.
1263 @end ifset
1264 @end table
1266 @ifset INTERNALS
1267 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
1268 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
1269 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
1270 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
1271 done by copying an operand into a register.
1273 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
1275 @smallexample
1276 (define_insn ""
1277   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1278         (plus:SI (match_dup 0)
1279                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
1280   ""
1281   "@dots{}")
1282 @end smallexample
1284 @noindent
1285 which has two operands, one of which must appear in two places, and
1287 @smallexample
1288 (define_insn ""
1289   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1290         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
1291                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
1292   ""
1293   "@dots{}")
1294 @end smallexample
1296 @noindent
1297 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
1298 identical.  If we are considering an insn of the form
1300 @smallexample
1301 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
1302   (set (reg:SI 3)
1303        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
1304   @dots{})
1305 @end smallexample
1307 @noindent
1308 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
1309 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
1310 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns.''
1311 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
1312 is something wrong with it.''  It would direct the reload pass of the
1313 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
1314 results might look like this:
1316 @smallexample
1317 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
1318   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
1319   @dots{})
1321 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
1322   (set (reg:SI 3)
1323        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
1324   @dots{})
1325 @end smallexample
1327 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
1328 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
1329 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
1330 for each possible combination of operand expressions, have at least one
1331 alternative which can handle that combination of operands.)  The
1332 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
1333 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
1334 reloading any possible operand so that it will fit.
1336 @itemize @bullet
1337 @item
1338 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
1339 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
1341 For example, an operand whose constraints permit everything except
1342 registers is safe provided its predicate rejects registers.
1344 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
1345 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
1346 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
1347 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
1348 more selective.
1350 @item
1351 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
1352 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
1353 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
1354 compiler knows how to copy a register into another register of the
1355 proper class in order to make an instruction valid.
1357 @cindex nonoffsettable memory reference
1358 @cindex memory reference, nonoffsettable
1359 @item
1360 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
1361 address into a register.  So if the constraint uses the letter
1362 @samp{o}, all memory references are taken care of.
1364 @item
1365 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
1366 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1367 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1368 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1370 @item
1371 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1372 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1373 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1374 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1375 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1376 objects allowed by the constraint.
1377 @end itemize
1379 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1380 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1381 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1382 how to copy a register temporarily into memory.
1384 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1385 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1386 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1387 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1388 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1389 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1390 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1391 @code{sign_extend}.
1392 @end ifset
1394 @node Multi-Alternative
1395 @subsection Multiple Alternative Constraints
1396 @cindex multiple alternative constraints
1398 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1399 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1400 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1401 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1402 another.
1404 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1405 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1406 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1407 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1408 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1409 @ifset INTERNALS
1410 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1412 @smallexample
1413 (define_insn "iorsi3"
1414   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1415         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1416                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1417   @dots{})
1418 @end smallexample
1420 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1421 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1422 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1423 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1424 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1425 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1426 @end ifset
1428 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1429 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1430 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1431 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1432 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1433 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1434 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1436 @table @code
1437 @cindex @samp{?} in constraint
1438 @cindex question mark
1439 @item ?
1440 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1441 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1442 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1443 in it.
1445 @cindex @samp{!} in constraint
1446 @cindex exclamation point
1447 @item !
1448 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1449 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1450 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1451 @end table
1453 @ifset INTERNALS
1454 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1455 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1456 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1457 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1458 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1459 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1460 @end ifset
1462 @ifset INTERNALS
1463 @node Class Preferences
1464 @subsection Register Class Preferences
1465 @cindex class preference constraints
1466 @cindex register class preference constraints
1468 @cindex voting between constraint alternatives
1469 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1470 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1471 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1472 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1473 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1474 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1475 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1476 favor of a general register.  The machine description says which registers
1477 are considered general.
1479 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1480 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1481 @end ifset
1483 @node Modifiers
1484 @subsection Constraint Modifier Characters
1485 @cindex modifiers in constraints
1486 @cindex constraint modifier characters
1488 @c prevent bad page break with this line
1489 Here are constraint modifier characters.
1491 @table @samp
1492 @cindex @samp{=} in constraint
1493 @item =
1494 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1495 value is discarded and replaced by output data.
1497 @cindex @samp{+} in constraint
1498 @item +
1499 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1501 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1502 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1503 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1504 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1505 are assumed to be input only.
1507 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1508 first character of the constraint string.
1510 @cindex @samp{&} in constraint
1511 @cindex earlyclobber operand
1512 @item &
1513 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1514 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1515 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1516 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1517 address.
1519 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1520 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1521 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1522 @samp{movdf} insn of the 68000.
1524 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only
1525 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1526 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1527 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber.
1528 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM@.
1530 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1532 @cindex @samp{%} in constraint
1533 @item %
1534 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1535 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1536 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1537 constraints.
1538 @ifset INTERNALS
1539 This is often used in patterns for addition instructions
1540 that really have only two operands: the result must go in one of the
1541 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1542 instruction is defined:
1544 @smallexample
1545 (define_insn "addhi3"
1546   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1547      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1548               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1549   @dots{})
1550 @end smallexample
1551 @end ifset
1552 GCC can only handle one commutative pair in an asm; if you use more,
1553 the compiler may fail.
1555 @cindex @samp{#} in constraint
1556 @item #
1557 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1558 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1559 register preferences.
1561 @cindex @samp{*} in constraint
1562 @item *
1563 Says that the following character should be ignored when choosing
1564 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1565 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1567 @ifset INTERNALS
1568 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1569 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1570 copying it into an address register.  While either kind of register is
1571 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1572 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1573 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1574 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1575 register preferences.
1577 @smallexample
1578 (define_insn "extendhisi2"
1579   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1580         (sign_extend:SI
1581          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1582   @dots{})
1583 @end smallexample
1584 @end ifset
1585 @end table
1587 @node Machine Constraints
1588 @subsection Constraints for Particular Machines
1589 @cindex machine specific constraints
1590 @cindex constraints, machine specific
1592 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1593 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1594 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1595 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1596 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1597 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1598 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1599 immediate-constant format.
1601 For each machine architecture, the
1602 @file{config/@var{machine}/@var{machine}.h} file defines additional
1603 constraints.  These constraints are used by the compiler itself for
1604 instruction generation, as well as for @code{asm} statements; therefore,
1605 some of the constraints are not particularly interesting for @code{asm}.
1606 The constraints are defined through these macros:
1608 @table @code
1609 @item REG_CLASS_FROM_LETTER
1610 Register class constraints (usually lowercase).
1612 @item CONST_OK_FOR_LETTER_P
1613 Immediate constant constraints, for non-floating point constants of
1614 word size or smaller precision (usually uppercase).
1616 @item CONST_DOUBLE_OK_FOR_LETTER_P
1617 Immediate constant constraints, for all floating point constants and for
1618 constants of greater than word size precision (usually uppercase).
1620 @item EXTRA_CONSTRAINT
1621 Special cases of registers or memory.  This macro is not required, and
1622 is only defined for some machines.
1623 @end table
1625 Inspecting these macro definitions in the compiler source for your
1626 machine is the best way to be certain you have the right constraints.
1627 However, here is a summary of the machine-dependent constraints
1628 available on some particular machines.
1630 @table @emph
1631 @item ARM family---@file{arm.h}
1632 @table @code
1633 @item f
1634 Floating-point register
1636 @item w
1637 VFP floating-point register
1639 @item F
1640 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1641 or 10.0
1643 @item G
1644 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1645 were negated
1647 @item I
1648 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1649 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1650 multiple of 2
1652 @item J
1653 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1655 @item K
1656 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1658 @item L
1659 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1661 @item M
1662 Integer in the range 0 to 32
1664 @item Q
1665 A memory reference where the exact address is in a single register
1666 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1668 @item R
1669 An item in the constant pool
1671 @item S
1672 A symbol in the text segment of the current file
1673 @end table
1675 @item Uv
1676 A memory reference suitable for VFP load/store insns (reg+constant offset)
1678 @item Uy
1679 A memory reference suitable for iWMMXt load/store instructions.
1681 @item Uq
1682 A memory reference suitable for for the ARMv4 ldrsb instruction.
1684 @item AVR family---@file{avr.h}
1685 @table @code
1686 @item l
1687 Registers from r0 to r15
1689 @item a
1690 Registers from r16 to r23
1692 @item d
1693 Registers from r16 to r31
1695 @item w
1696 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1698 @item e
1699 Pointer register (r26--r31)
1701 @item b
1702 Base pointer register (r28--r31)
1704 @item q
1705 Stack pointer register (SPH:SPL)
1707 @item t
1708 Temporary register r0
1710 @item x
1711 Register pair X (r27:r26)
1713 @item y
1714 Register pair Y (r29:r28)
1716 @item z
1717 Register pair Z (r31:r30)
1719 @item I
1720 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1722 @item J
1723 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1725 @item K
1726 Constant integer 2
1728 @item L
1729 Constant integer 0
1731 @item M
1732 Constant that fits in 8 bits
1734 @item N
1735 Constant integer @minus{}1
1737 @item O
1738 Constant integer 8, 16, or 24
1740 @item P
1741 Constant integer 1
1743 @item G
1744 A floating point constant 0.0
1745 @end table
1747 @item PowerPC and IBM RS6000---@file{rs6000.h}
1748 @table @code
1749 @item b
1750 Address base register
1752 @item f
1753 Floating point register
1755 @item v
1756 Vector register
1758 @item h
1759 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1761 @item q
1762 @samp{MQ} register
1764 @item c
1765 @samp{CTR} register
1767 @item l
1768 @samp{LINK} register
1770 @item x
1771 @samp{CR} register (condition register) number 0
1773 @item y
1774 @samp{CR} register (condition register)
1776 @item z
1777 @samp{FPMEM} stack memory for FPR-GPR transfers
1779 @item I
1780 Signed 16-bit constant
1782 @item J
1783 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
1784 @code{SImode} constants)
1786 @item K
1787 Unsigned 16-bit constant
1789 @item L
1790 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
1792 @item M
1793 Constant larger than 31
1795 @item N
1796 Exact power of 2
1798 @item O
1799 Zero
1801 @item P
1802 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
1804 @item G
1805 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1806 instruction per word
1808 @item Q
1809 Memory operand that is an offset from a register (@samp{m} is preferable
1810 for @code{asm} statements)
1812 @item R
1813 AIX TOC entry
1815 @item S
1816 Constant suitable as a 64-bit mask operand
1818 @item T
1819 Constant suitable as a 32-bit mask operand
1821 @item U
1822 System V Release 4 small data area reference
1823 @end table
1825 @item Intel 386---@file{i386.h}
1826 @table @code
1827 @item q
1828 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register for the i386.
1829 For x86-64 it is equivalent to @samp{r} class. (for 8-bit instructions that
1830 do not use upper halves)
1832 @item Q
1833 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register. (for 8-bit instructions,
1834 that do use upper halves)
1836 @item R
1837 Legacy register---equivalent to @code{r} class in i386 mode.
1838 (for non-8-bit registers used together with 8-bit upper halves in a single
1839 instruction)
1841 @item A
1842 Specifies the @samp{a} or @samp{d} registers.  This is primarily useful
1843 for 64-bit integer values (when in 32-bit mode) intended to be returned
1844 with the @samp{d} register holding the most significant bits and the
1845 @samp{a} register holding the least significant bits.
1847 @item f
1848 Floating point register
1850 @item t
1851 First (top of stack) floating point register
1853 @item u
1854 Second floating point register
1856 @item a
1857 @samp{a} register
1859 @item b
1860 @samp{b} register
1862 @item c
1863 @samp{c} register
1865 @item C
1866 Specifies constant that can be easily constructed in SSE register without
1867 loading it from memory.
1869 @item d
1870 @samp{d} register
1872 @item D
1873 @samp{di} register
1875 @item S
1876 @samp{si} register
1878 @item x
1879 @samp{xmm} SSE register
1881 @item y
1882 MMX register
1884 @item I
1885 Constant in range 0 to 31 (for 32-bit shifts)
1887 @item J
1888 Constant in range 0 to 63 (for 64-bit shifts)
1890 @item K
1891 @samp{0xff}
1893 @item L
1894 @samp{0xffff}
1896 @item M
1897 0, 1, 2, or 3 (shifts for @code{lea} instruction)
1899 @item N
1900 Constant in range 0 to 255 (for @code{out} instruction)
1902 @item Z
1903 Constant in range 0 to @code{0xffffffff} or symbolic reference known to fit specified range.
1904 (for using immediates in zero extending 32-bit to 64-bit x86-64 instructions)
1906 @item e
1907 Constant in range @minus{}2147483648 to 2147483647 or symbolic reference known to fit specified range.
1908 (for using immediates in 64-bit x86-64 instructions)
1910 @item G
1911 Standard 80387 floating point constant
1912 @end table
1914 @item Intel IA-64---@file{ia64.h}
1915 @table @code
1916 @item a
1917 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
1919 @item b
1920 Branch register
1922 @item c
1923 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
1925 @item d
1926 Application register residing in M-unit
1928 @item e
1929 Application register residing in I-unit
1931 @item f
1932 Floating-point register
1934 @item m
1935 Memory operand.
1936 Remember that @samp{m} allows postincrement and postdecrement which
1937 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
1938 Use @samp{S} to disallow postincrement and postdecrement.
1940 @item G
1941 Floating-point constant 0.0 or 1.0
1943 @item I
1944 14-bit signed integer constant
1946 @item J
1947 22-bit signed integer constant
1949 @item K
1950 8-bit signed integer constant for logical instructions
1952 @item L
1953 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
1955 @item M
1956 6-bit unsigned integer constant for shift counts
1958 @item N
1959 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
1961 @item O
1962 The constant zero
1964 @item P
1965 0 or -1 for @code{dep} instruction
1967 @item Q
1968 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
1970 @item R
1971 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
1973 @item S
1974 Memory operand except postincrement and postdecrement
1975 @end table
1977 @item FRV---@file{frv.h}
1978 @table @code
1979 @item a
1980 Register in the class @code{ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
1982 @item b
1983 Register in the class @code{EVEN_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
1985 @item c
1986 Register in the class @code{CC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3} and
1987 @code{icc0} to @code{icc3}).
1989 @item d
1990 Register in the class @code{GPR_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
1992 @item e
1993 Register in the class @code{EVEN_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
1994 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
1995 mode larger than 4 bytes.
1997 @item f
1998 Register in the class @code{FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2000 @item h
2001 Register in the class @code{FEVEN_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2002 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2003 mode larger than 4 bytes.
2005 @item l
2006 Register in the class @code{LR_REG} (the @code{lr} register).
2008 @item q
2009 Register in the class @code{QUAD_REGS} (@code{gr2} to @code{gr63}).
2010 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2011 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2013 @item t
2014 Register in the class @code{ICC_REGS} (@code{icc0} to @code{icc3}).
2016 @item u
2017 Register in the class @code{FCC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3}).
2019 @item v
2020 Register in the class @code{ICR_REGS} (@code{cc4} to @code{cc7}).
2022 @item w
2023 Register in the class @code{FCR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc3}).
2025 @item x
2026 Register in the class @code{QUAD_FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2027 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2028 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2030 @item z
2031 Register in the class @code{SPR_REGS} (@code{lcr} and @code{lr}).
2033 @item A
2034 Register in the class @code{QUAD_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2036 @item B
2037 Register in the class @code{ACCG_REGS} (@code{accg0} to @code{accg7}).
2039 @item C
2040 Register in the class @code{CR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc7}).
2042 @item G
2043 Floating point constant zero
2045 @item I
2046 6-bit signed integer constant
2048 @item J
2049 10-bit signed integer constant
2051 @item L
2052 16-bit signed integer constant
2054 @item M
2055 16-bit unsigned integer constant
2057 @item N
2058 12-bit signed integer constant that is negative---i.e.@: in the
2059 range of @minus{}2048 to @minus{}1
2061 @item O
2062 Constant zero
2064 @item P
2065 12-bit signed integer constant that is greater than zero---i.e.@: in the
2066 range of 1 to 2047.
2068 @end table
2070 @item IP2K---@file{ip2k.h}
2071 @table @code
2072 @item a
2073 @samp{DP} or @samp{IP} registers (general address)
2075 @item f
2076 @samp{IP} register
2078 @item j
2079 @samp{IPL} register
2081 @item k
2082 @samp{IPH} register
2084 @item b
2085 @samp{DP} register
2087 @item y
2088 @samp{DPH} register
2090 @item z
2091 @samp{DPL} register
2093 @item q
2094 @samp{SP} register
2096 @item c
2097 @samp{DP} or @samp{SP} registers (offsettable address)
2099 @item d
2100 Non-pointer registers (not @samp{SP}, @samp{DP}, @samp{IP})
2102 @item u
2103 Non-SP registers (everything except @samp{SP})
2105 @item R
2106 Indirect through @samp{IP} - Avoid this except for @code{QImode}, since we
2107 can't access extra bytes
2109 @item S
2110 Indirect through @samp{SP} or @samp{DP} with short displacement (0..127)
2112 @item T
2113 Data-section immediate value
2115 @item I
2116 Integers from @minus{}255 to @minus{}1
2118 @item J
2119 Integers from 0 to 7---valid bit number in a register
2121 @item K
2122 Integers from 0 to 127---valid displacement for addressing mode
2124 @item L
2125 Integers from 1 to 127
2127 @item M
2128 Integer @minus{}1
2130 @item N
2131 Integer 1
2133 @item O
2134 Zero
2136 @item P
2137 Integers from 0 to 255
2138 @end table
2140 @item MIPS---@file{mips.h}
2141 @table @code
2142 @item d
2143 General-purpose integer register
2145 @item f
2146 Floating-point register (if available)
2148 @item h
2149 @samp{Hi} register
2151 @item l
2152 @samp{Lo} register
2154 @item x
2155 @samp{Hi} or @samp{Lo} register
2157 @item y
2158 General-purpose integer register
2160 @item z
2161 Floating-point status register
2163 @item I
2164 Signed 16-bit constant (for arithmetic instructions)
2166 @item J
2167 Zero
2169 @item K
2170 Zero-extended 16-bit constant (for logic instructions)
2172 @item L
2173 Constant with low 16 bits zero (can be loaded with @code{lui})
2175 @item M
2176 32-bit constant which requires two instructions to load (a constant
2177 which is not @samp{I}, @samp{K}, or @samp{L})
2179 @item N
2180 Negative 16-bit constant
2182 @item O
2183 Exact power of two
2185 @item P
2186 Positive 16-bit constant
2188 @item G
2189 Floating point zero
2191 @item Q
2192 Memory reference that can be loaded with more than one instruction
2193 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
2195 @item R
2196 Memory reference that can be loaded with one instruction
2197 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
2199 @item S
2200 Memory reference in external OSF/rose PIC format
2201 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
2202 @end table
2204 @item Motorola 680x0---@file{m68k.h}
2205 @table @code
2206 @item a
2207 Address register
2209 @item d
2210 Data register
2212 @item f
2213 68881 floating-point register, if available
2215 @item I
2216 Integer in the range 1 to 8
2218 @item J
2219 16-bit signed number
2221 @item K
2222 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
2224 @item L
2225 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
2227 @item M
2228 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
2230 @item G
2231 Floating point constant that is not a 68881 constant
2232 @end table
2234 @item Motorola 68HC11 & 68HC12 families---@file{m68hc11.h}
2235 @table @code
2236 @item a
2237 Register 'a'
2239 @item b
2240 Register 'b'
2242 @item d
2243 Register 'd'
2245 @item q
2246 An 8-bit register
2248 @item t
2249 Temporary soft register _.tmp
2251 @item u
2252 A soft register _.d1 to _.d31
2254 @item w
2255 Stack pointer register
2257 @item x
2258 Register 'x'
2260 @item y
2261 Register 'y'
2263 @item z
2264 Pseudo register 'z' (replaced by 'x' or 'y' at the end)
2266 @item A
2267 An address register: x, y or z
2269 @item B
2270 An address register: x or y
2272 @item D
2273 Register pair (x:d) to form a 32-bit value
2275 @item L
2276 Constants in the range @minus{}65536 to 65535
2278 @item M
2279 Constants whose 16-bit low part is zero
2281 @item N
2282 Constant integer 1 or @minus{}1
2284 @item O
2285 Constant integer 16
2287 @item P
2288 Constants in the range @minus{}8 to 2
2290 @end table
2292 @need 1000
2293 @item SPARC---@file{sparc.h}
2294 @table @code
2295 @item f
2296 Floating-point register on the SPARC-V8 architecture and
2297 lower floating-point register on the SPARC-V9 architecture.
2299 @item e
2300 Floating-point register. It is equivalent to @samp{f} on the
2301 SPARC-V8 architecture and contains both lower and upper
2302 floating-point registers on the SPARC-V9 architecture.
2304 @item c
2305 Floating-point condition code register.
2307 @item d
2308 Lower floating-point register. It is only valid on the SPARC-V9
2309 architecture when the Visual Instruction Set is available.
2311 @item b
2312 Floating-point register. It is only valid on the SPARC-V9 architecture
2313 when the Visual Instruction Set is available.
2315 @item h
2316 64-bit global or out register for the SPARC-V8+ architecture.
2318 @item I
2319 Signed 13-bit constant
2321 @item J
2322 Zero
2324 @item K
2325 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
2326 loaded with the @code{sethi} instruction)
2328 @item L
2329 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions
2331 @item M
2332 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions
2334 @item N
2335 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
2336 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
2337 modes wider than @code{SImode}
2339 @item O
2340 The constant 4096
2342 @item G
2343 Floating-point zero
2345 @item H
2346 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
2348 @item Q
2349 Floating-point constant whose integral representation can
2350 be moved into an integer register using a single sethi
2351 instruction
2353 @item R
2354 Floating-point constant whose integral representation can
2355 be moved into an integer register using a single mov
2356 instruction
2358 @item S
2359 Floating-point constant whose integral representation can
2360 be moved into an integer register using a high/lo_sum
2361 instruction sequence
2363 @item T
2364 Memory address aligned to an 8-byte boundary
2366 @item U
2367 Even register
2369 @item W
2370 Memory address for @samp{e} constraint registers.
2372 @end table
2374 @item TMS320C3x/C4x---@file{c4x.h}
2375 @table @code
2376 @item a
2377 Auxiliary (address) register (ar0-ar7)
2379 @item b
2380 Stack pointer register (sp)
2382 @item c
2383 Standard (32-bit) precision integer register
2385 @item f
2386 Extended (40-bit) precision register (r0-r11)
2388 @item k
2389 Block count register (bk)
2391 @item q
2392 Extended (40-bit) precision low register (r0-r7)
2394 @item t
2395 Extended (40-bit) precision register (r0-r1)
2397 @item u
2398 Extended (40-bit) precision register (r2-r3)
2400 @item v
2401 Repeat count register (rc)
2403 @item x
2404 Index register (ir0-ir1)
2406 @item y
2407 Status (condition code) register (st)
2409 @item z
2410 Data page register (dp)
2412 @item G
2413 Floating-point zero
2415 @item H
2416 Immediate 16-bit floating-point constant
2418 @item I
2419 Signed 16-bit constant
2421 @item J
2422 Signed 8-bit constant
2424 @item K
2425 Signed 5-bit constant
2427 @item L
2428 Unsigned 16-bit constant
2430 @item M
2431 Unsigned 8-bit constant
2433 @item N
2434 Ones complement of unsigned 16-bit constant
2436 @item O
2437 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero)
2439 @item Q
2440 Indirect memory reference with signed 8-bit or index register displacement
2442 @item R
2443 Indirect memory reference with unsigned 5-bit displacement
2445 @item S
2446 Indirect memory reference with 1 bit or index register displacement
2448 @item T
2449 Direct memory reference
2451 @item U
2452 Symbolic address
2454 @end table
2456 @item S/390 and zSeries---@file{s390.h}
2457 @table @code
2458 @item a
2459 Address register (general purpose register except r0)
2461 @item d
2462 Data register (arbitrary general purpose register)
2464 @item f
2465 Floating-point register
2467 @item I
2468 Unsigned 8-bit constant (0--255)
2470 @item J
2471 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
2473 @item K
2474 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
2476 @item L
2477 Value appropriate as displacement.
2478 @table @code
2479        @item (0..4095)
2480        for short displacement
2481        @item (-524288..524287)
2482        for long displacement
2483 @end table
2485 @item M
2486 Constant integer with a value of 0x7fffffff.
2488 @item N
2489 Multiple letter constraint followed by 4 parameter letters.
2490 @table @code
2491          @item 0..9:
2492          number of the part counting from most to least significant
2493          @item H,Q:
2494          mode of the part
2495          @item D,S,H:
2496          mode of the containing operand
2497          @item 0,F:
2498          value of the other parts (F - all bits set)
2499 @end table
2500 The constraint matches if the specified part of a constant
2501 has a value different from it's other parts.
2503 @item Q
2504 Memory reference without index register and with short displacement.
2506 @item R
2507 Memory reference with index register and short displacement.
2509 @item S
2510 Memory reference without index register but with long displacement.
2512 @item T
2513 Memory reference with index register and long displacement.
2515 @item U
2516 Pointer with short displacement.
2518 @item W
2519 Pointer with long displacement.
2521 @item Y
2522 Shift count operand.
2524 @end table
2526 @item Xstormy16---@file{stormy16.h}
2527 @table @code
2528 @item a
2529 Register r0.
2531 @item b
2532 Register r1.
2534 @item c
2535 Register r2.
2537 @item d
2538 Register r8.
2540 @item e
2541 Registers r0 through r7.
2543 @item t
2544 Registers r0 and r1.
2546 @item y
2547 The carry register.
2549 @item z
2550 Registers r8 and r9.
2552 @item I
2553 A constant between 0 and 3 inclusive.
2555 @item J
2556 A constant that has exactly one bit set.
2558 @item K
2559 A constant that has exactly one bit clear.
2561 @item L
2562 A constant between 0 and 255 inclusive.
2564 @item M
2565 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
2567 @item N
2568 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
2570 @item O
2571 A constant between 1 and 4 inclusive.
2573 @item P
2574 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
2576 @item Q
2577 A memory reference that is a stack push.
2579 @item R
2580 A memory reference that is a stack pop.
2582 @item S
2583 A memory reference that refers to a constant address of known value.
2585 @item T
2586 The register indicated by Rx (not implemented yet).
2588 @item U
2589 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
2591 @item Z
2592 The constant 0.
2594 @end table
2596 @item Xtensa---@file{xtensa.h}
2597 @table @code
2598 @item a
2599 General-purpose 32-bit register
2601 @item b
2602 One-bit boolean register
2604 @item A
2605 MAC16 40-bit accumulator register
2607 @item I
2608 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
2610 @item J
2611 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
2613 @item K
2614 Integer constant valid for BccI instructions
2616 @item L
2617 Unsigned constant valid for BccUI instructions
2619 @end table
2621 @end table
2623 @ifset INTERNALS
2624 @node Standard Names
2625 @section Standard Pattern Names For Generation
2626 @cindex standard pattern names
2627 @cindex pattern names
2628 @cindex names, pattern
2630 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
2631 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
2632 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
2633 pattern to accomplish a certain task.
2635 @table @asis
2636 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
2637 @item @samp{mov@var{m}}
2638 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lowercase.
2639 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
2640 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
2642 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
2643 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
2644 to store the specified value in the part of the register that corresponds
2645 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
2646 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
2647 outside the target word are left unchanged.
2649 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
2650 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
2651 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
2652 If there are patterns accepting operands in larger modes,
2653 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
2655 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
2656 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
2657 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
2658 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
2659 into a register.
2661 @findex force_reg
2662 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
2663 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
2664 registers other than the operands.  For example, if you support the
2665 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
2666 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
2667 function which might generate new pseudo registers.
2669 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
2670 fetching those modes from memory normally requires several insns and
2671 some temporary registers.
2673 @findex change_address
2674 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
2675 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
2676 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
2677 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
2678 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
2679 an address into a valid address and no routine (such as
2680 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
2681 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
2683 @findex reload_in_progress
2684 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
2685 declared if required) can be used to determine whether such special
2686 handling is required.
2688 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
2689 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
2690 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
2691 machines explicit memory references will get optional reloads.
2693 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
2694 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
2696 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
2697 you must define @code{SECONDARY_INPUT_RELOAD_CLASS} and/or
2698 @code{SECONDARY_OUTPUT_RELOAD_CLASS} to detect them, and provide
2699 patterns @samp{reload_in@var{m}} or @samp{reload_out@var{m}} to handle
2700 them.  @xref{Register Classes}.
2702 @findex no_new_pseudos
2703 The global variable @code{no_new_pseudos} can be used to determine if it
2704 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
2705 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
2707 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
2708 register to any other hard register provided that
2709 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
2710 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
2712 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
2713 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
2714 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
2715 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
2716 point members.
2718 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
2719 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
2720 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
2721 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
2722 floating point registers, then the constraints of the fixed point
2723 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
2724 reload into a floating point register.
2726 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
2727 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
2728 @item @samp{reload_in@var{m}}
2729 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
2730 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
2731 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
2732 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
2733 macro in @pxref{Register Classes}.
2735 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
2736 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
2737 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
2738 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
2739 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
2740 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
2741 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
2742 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
2743 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
2744 for these patterns.
2746 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
2747 @item @samp{movstrict@var{m}}
2748 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
2749 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
2750 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
2751 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
2753 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
2754 @item @samp{load_multiple}
2755 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
2756 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
2757 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
2758 number of consecutive registers.
2760 Define this only if the target machine really has such an instruction;
2761 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
2762 registers from memory is to do them one at a time.
2764 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
2765 registers can be stored into memory, such as particular starting or
2766 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
2767 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
2768 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
2770 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
2771 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
2772 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
2773 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
2774 @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn pattern.
2776 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
2777 @item @samp{store_multiple}
2778 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
2779 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
2780 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
2781 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
2783 @cindex @code{vec_set@var{m}} instruction pattern
2784 @item @samp{vec_set@var{m}}
2785 Set given field in the vector value.  Operand 0 is the vector to modify,
2786 operand 1 is new value of field and operand 2 specify the field index.
2788 @cindex @code{vec_extract@var{m}} instruction pattern
2789 @item @samp{vec_extract@var{m}}
2790 Extract given field from the vector value.  Operand 1 is the vector, operand 2
2791 specify field index and operand 0 place to store value into.
2793 @cindex @code{vec_init@var{m}} instruction pattern
2794 @item @samp{vec_init@var{m}}
2795 Initialize the vector to given values.  Operand 0 is the vector to initialize
2796 and operand 1 is parallel containing values for individual fields.
2798 @cindex @code{push@var{m}} instruction pattern
2799 @item @samp{push@var{m}}
2800 Output a push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
2801 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
2802 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
2803 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
2804 method is deprecated.
2806 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
2807 @item @samp{add@var{m}3}
2808 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
2809 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
2810 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
2812 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
2813 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
2814 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
2815 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
2816 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
2817 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
2818 @cindex @code{smin@var{m}3} instruction pattern
2819 @cindex @code{smax@var{m}3} instruction pattern
2820 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
2821 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
2822 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
2823 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
2824 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
2825 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{mul@var{m}3}
2826 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{udiv@var{m}3}, @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
2827 @itemx @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}, @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
2828 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
2829 Similar, for other arithmetic operations.
2830 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
2831 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
2832 @itemx @samp{min@var{m}3}, @samp{max@var{m}3}
2833 Floating point min and max operations.  If both operands are zeros,
2834 or if either operand is NaN, then it is unspecified which of the two
2835 operands is returned as the result.
2838 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
2839 @item @samp{mulhisi3}
2840 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
2841 a @code{SImode} product in operand 0.
2843 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
2844 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
2845 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
2846 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
2848 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
2849 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
2850 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
2851 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
2852 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
2853 multiplication.
2855 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2856 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
2857 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
2858 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
2859 The least significant half of the product is discarded.
2861 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2862 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
2863 Similar, but the multiplication is unsigned.
2865 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
2866 @item @samp{divmod@var{m}4}
2867 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
2868 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
2869 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
2871 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
2872 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
2873 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
2874 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
2875 and remainder are computed.
2877 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
2878 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
2879 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
2880 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
2881 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
2883 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
2884 @item @samp{udivmod@var{m}4}
2885 Similar, but does unsigned division.
2887 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
2888 @item @samp{ashl@var{m}3}
2889 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
2890 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
2891 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
2892 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
2893 mode before generating the instruction.
2895 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
2896 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
2897 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
2898 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
2899 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
2900 Other shift and rotate instructions, analogous to the
2901 @code{ashl@var{m}3} instructions.
2903 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
2904 @item @samp{neg@var{m}2}
2905 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
2907 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
2908 @item @samp{abs@var{m}2}
2909 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
2911 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
2912 @item @samp{sqrt@var{m}2}
2913 Store the square root of operand 1 into operand 0.
2915 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
2916 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sqrtf}
2917 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2918 type @code{float}.
2920 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
2921 @item @samp{cos@var{m}2}
2922 Store the cosine of operand 1 into operand 0.
2924 The @code{cos} built-in function of C always uses the mode which
2925 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{cosf}
2926 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2927 type @code{float}.
2929 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
2930 @item @samp{sin@var{m}2}
2931 Store the sine of operand 1 into operand 0.
2933 The @code{sin} built-in function of C always uses the mode which
2934 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sinf}
2935 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2936 type @code{float}.
2938 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
2939 @item @samp{exp@var{m}2}
2940 Store the exponential of operand 1 into operand 0.
2942 The @code{exp} built-in function of C always uses the mode which
2943 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{expf}
2944 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2945 type @code{float}.
2947 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
2948 @item @samp{log@var{m}2}
2949 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.
2951 The @code{log} built-in function of C always uses the mode which
2952 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{logf}
2953 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2954 type @code{float}.
2956 @cindex @code{pow@var{m}3} instruction pattern
2957 @item @samp{pow@var{m}3}
2958 Store the value of operand 1 raised to the exponent operand 2
2959 into operand 0.
2961 The @code{pow} built-in function of C always uses the mode which
2962 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{powf}
2963 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2964 type @code{float}.
2966 @cindex @code{atan2@var{m}3} instruction pattern
2967 @item @samp{atan2@var{m}3}
2968 Store the arc tangent (inverse tangent) of operand 1 divided by
2969 operand 2 into operand 0, using the signs of both arguments to
2970 determine the quadrant of the result.
2972 The @code{atan2} built-in function of C always uses the mode which
2973 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{atan2f}
2974 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2975 type @code{float}.
2977 @cindex @code{floor@var{m}2} instruction pattern
2978 @item @samp{floor@var{m}2}
2979 Store the largest integral value not greater than argument.
2981 The @code{floor} built-in function of C always uses the mode which
2982 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{floorf}
2983 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2984 type @code{float}.
2986 @cindex @code{trunc@var{m}2} instruction pattern
2987 @item @samp{trunc@var{m}2}
2988 Store the argument rounded to integer towards zero.
2990 The @code{trunc} built-in function of C always uses the mode which
2991 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{truncf}
2992 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2993 type @code{float}.
2995 @cindex @code{round@var{m}2} instruction pattern
2996 @item @samp{round@var{m}2}
2997 Store the argument rounded to integer away from zero.
2999 The @code{round} built-in function of C always uses the mode which
3000 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{roundf}
3001 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3002 type @code{float}.
3004 @cindex @code{ceil@var{m}2} instruction pattern
3005 @item @samp{ceil@var{m}2}
3006 Store the argument rounded to integer away from zero.
3008 The @code{ceil} built-in function of C always uses the mode which
3009 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{ceilf}
3010 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3011 type @code{float}.
3013 @cindex @code{nearbyint@var{m}2} instruction pattern
3014 @item @samp{nearbyint@var{m}2}
3015 Store the argument rounded according to the default rounding mode
3017 The @code{nearbyint} built-in function of C always uses the mode which
3018 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{nearbyintf}
3019 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3020 type @code{float}.
3022 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
3023 @item @samp{ffs@var{m}2}
3024 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
3025 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
3026 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
3027 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
3028 generating the instruction.
3030 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
3031 corresponds to the C data type @code{int}.
3033 @cindex @code{clz@var{m}2} instruction pattern
3034 @item @samp{clz@var{m}2}
3035 Store into operand 0 the number of leading 0-bits in @var{x}, starting
3036 at the most significant bit position.  If @var{x} is 0, the result is
3037 undefined.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
3038 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
3039 operand to that mode before generating the instruction.
3041 @cindex @code{ctz@var{m}2} instruction pattern
3042 @item @samp{ctz@var{m}2}
3043 Store into operand 0 the number of trailing 0-bits in @var{x}, starting
3044 at the least significant bit position.  If @var{x} is 0, the result is
3045 undefined.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
3046 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
3047 operand to that mode before generating the instruction.
3049 @cindex @code{popcount@var{m}2} instruction pattern
3050 @item @samp{popcount@var{m}2}
3051 Store into operand 0 the number of 1-bits in @var{x}.  @var{m} is the
3052 mode of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
3053 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
3054 generating the instruction.
3056 @cindex @code{parity@var{m}2} instruction pattern
3057 @item @samp{parity@var{m}2}
3058 Store into operand 0 the parity of @var{x}, i.@:e. the number of 1-bits
3059 in @var{x} modulo 2.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode
3060 is specified by the instruction pattern, and the compiler will convert
3061 the operand to that mode before generating the instruction.
3063 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
3064 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
3065 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
3067 @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
3068 @item @samp{cmp@var{m}}
3069 Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
3070 The RTL pattern should look like this:
3072 @smallexample
3073 (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3074                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
3075 @end smallexample
3077 @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
3078 @item @samp{tst@var{m}}
3079 Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
3080 The RTL pattern should look like this:
3082 @smallexample
3083 (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
3084 @end smallexample
3086 @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
3087 not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
3088 would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
3089 The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
3091 @cindex @code{movmem@var{m}} instruction pattern
3092 @item @samp{movmem@var{m}}
3093 Block move instruction.  The destination and source blocks of memory
3094 are the first two operands, and both are @code{mem:BLK}s with an
3095 address in mode @code{Pmode}.
3097 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
3098 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
3099 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
3100 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
3101 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
3102 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
3103 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
3105 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
3106 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
3107 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
3108 it may provide the value 4 for this operand.
3110 Descriptions of multiple @code{movmem@var{m}} patterns can only be
3111 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
3112 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
3113 in @code{movmem@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
3114 individually moved data units in the block.
3116 These patterns need not give special consideration to the possibility
3117 that the source and destination strings might overlap.
3119 @cindex @code{movstr} instruction pattern
3120 @item @samp{movstr}
3121 String copy instruction, with @code{stpcpy} semantics.  Operand 0 is
3122 an output operand in mode @code{Pmode}.  The addresses of the
3123 destination and source strings are operands 1 and 2, and both are
3124 @code{mem:BLK}s with addresses in mode @code{Pmode}.  The execution of
3125 the expansion of this pattern should store in operand 0 the address in
3126 which the @code{NUL} terminator was stored in the destination string.
3128 @cindex @code{clrmem@var{m}} instruction pattern
3129 @item @samp{clrmem@var{m}}
3130 Block clear instruction.  The destination string is the first operand,
3131 given as a @code{mem:BLK} whose address is in mode @code{Pmode}.  The
3132 number of bytes to clear is the second operand, in mode @var{m}.  See
3133 @samp{movmem@var{m}} for a discussion of the choice of mode.
3135 The third operand is the known alignment of the destination, in the form
3136 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
3137 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
3138 operand.
3140 The use for multiple @code{clrmem@var{m}} is as for @code{movmem@var{m}}.
3142 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
3143 @item @samp{cmpstr@var{m}}
3144 String compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
3145 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
3146 of @samp{movmem@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
3147 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
3148 string.  The instruction is not allowed to prefetch more than one byte
3149 at a time since either string may end in the first byte and reading past
3150 that may access an invalid page or segment and cause a fault.  The
3151 effect of the instruction is to store a value in operand 0 whose sign
3152 indicates the result of the comparison.
3154 @cindex @code{cmpmem@var{m}} instruction pattern
3155 @item @samp{cmpmem@var{m}}
3156 Block compare instruction, with five operands like the operands
3157 of @samp{cmpstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
3158 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
3159 block.  Unlike @samp{cmpstr@var{m}} the instruction can prefetch
3160 any bytes in the two memory blocks.  The effect of the instruction is
3161 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
3162 comparison.
3164 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
3165 @item @samp{strlen@var{m}}
3166 Compute the length of a string, with three operands.
3167 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
3168 a @code{mem} referring to the first character of the string,
3169 operand 2 is the character to search for (normally zero),
3170 and operand 3 is a constant describing the known alignment
3171 of the beginning of the string.
3173 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
3174 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
3175 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
3176 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
3177 @var{n}).
3179 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
3180 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
3181 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
3182 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
3183 @var{n}).
3185 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
3186 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
3187 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
3188 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
3189 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
3190 the value of operand 1 is an integer.
3192 If the machine description defines this pattern, it also needs to
3193 define the @code{ftrunc} pattern.
3195 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
3196 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
3197 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
3198 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
3199 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
3200 value of operand 1 is an integer.
3202 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
3203 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
3204 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
3205 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
3206 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
3208 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
3209 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
3210 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
3211 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
3213 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
3214 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
3215 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
3216 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
3218 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
3219 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
3220 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
3221 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
3222 point or both floating point.
3224 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
3225 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
3226 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
3227 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
3228 point or both floating point.
3230 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
3231 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
3232 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
3233 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
3234 point.
3236 @cindex @code{extv} instruction pattern
3237 @item @samp{extv}
3238 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
3239 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
3240 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
3241 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
3242 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
3243 be valid for @code{word_mode}.
3245 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
3246 for operands 2 and 3.
3248 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
3249 before it is stored in operand 0.
3251 @cindex @code{extzv} instruction pattern
3252 @item @samp{extzv}
3253 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
3255 @cindex @code{insv} instruction pattern
3256 @item @samp{insv}
3257 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
3258 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
3259 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
3260 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
3261 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
3263 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
3264 for operands 1 and 2.
3266 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
3267 @item @samp{mov@var{mode}cc}
3268 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
3269 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
3270 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
3272 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
3273 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
3274 conditionally move an integer value based on the floating point condition
3275 codes and vice versa.
3277 If the machine does not have conditional move instructions, do not
3278 define these patterns.
3280 @cindex @code{add@var{mode}cc} instruction pattern
3281 @item @samp{add@var{mode}cc}
3282 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional addition.  Conditionally
3283 move operand 2 or (operands 2 + operand 3) into operand 0 according to the
3284 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved into
3285 operand 0, otherwise (operand 2 + operand 3) is moved.
3287 @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
3288 @item @samp{s@var{cond}}
3289 Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
3290 Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
3291 @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
3292 as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
3294 You specify the mode that the operand must have when you write the
3295 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
3296 which mode you have used and supplies an operand of that mode.
3298 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
3299 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
3300 you should omit it from the machine description.  You describe to the
3301 compiler exactly which value is stored by defining the macro
3302 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
3303 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
3304 should omit those operations from the machine description.
3306 These operations may fail, but should do so only in relatively
3307 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
3308 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
3310 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
3311 that copies the constant one to the target and branches around an
3312 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
3313 the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
3314 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
3315 @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
3316 the machine description.
3318 @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
3319 @item @samp{b@var{cond}}
3320 Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
3321 refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
3322 condition @var{cond}.
3324 Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
3325 instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
3326 case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
3327 simply store the operands away and generate all the required insns in a
3328 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
3329 branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
3330 immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
3331 pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
3333 Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
3334 where the mode used for the comparison depends on the condition being
3335 tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}.
3337 The above discussion also applies to the @samp{mov@var{mode}cc} and
3338 @samp{s@var{cond}} patterns.
3340 @cindex @code{cbranch@var{mode}4} instruction pattern
3341 @item @samp{cbranch@var{mode}4}
3342 Conditional branch instruction combined with a compare instruction.
3343 Operand 0 is a comparison operator.  Operand 1 and operand 2 are the
3344 first and second operands of the comparison, respectively.  Operand 3
3345 is a @code{label_ref} that refers to the label to jump to.
3347 @cindex @code{jump} instruction pattern
3348 @item @samp{jump}
3349 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
3350 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
3351 on all machines.
3353 @cindex @code{call} instruction pattern
3354 @item @samp{call}
3355 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
3356 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
3357 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
3358 operands.
3360 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
3361 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
3362 to put this information into the assembler code; they can put it in
3363 the RTL instead of operand 1.
3365 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
3366 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
3367 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
3368 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
3369 instruction, the pattern for this operation should be a
3370 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
3371 address into a register and uses that register in the call instruction.
3373 @cindex @code{call_value} instruction pattern
3374 @item @samp{call_value}
3375 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
3376 register in which the value is returned.  There are three more
3377 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
3378 instruction (but with numbers increased by one).
3380 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
3381 insn.
3383 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
3384 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
3385 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
3386 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
3387 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
3388 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
3389 adjustment made to the frame pointer.
3391 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
3392 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
3393 can be eliminated, if desired.
3395 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
3396 @item @samp{untyped_call}
3397 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
3398 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
3399 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
3400 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
3401 the saving of a function return value into the result block.
3403 This instruction pattern should be defined to support
3404 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
3405 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
3406 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
3407 multiple registers that can hold a return value
3408 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
3410 @cindex @code{return} instruction pattern
3411 @item @samp{return}
3412 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
3413 defined only if a single instruction can do all the work of returning
3414 from a function.
3416 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
3417 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
3418 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
3419 some class of functions only requires one instruction to implement a
3420 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
3421 to save any registers or allocate stack space.
3423 @findex reload_completed
3424 @findex leaf_function_p
3425 For such machines, the condition specified in this pattern should only
3426 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
3427 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
3428 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
3429 a register window push is required.
3431 Machines that have conditional return instructions should define patterns
3432 such as
3434 @smallexample
3435 (define_insn ""
3436   [(set (pc)
3437         (if_then_else (match_operator
3438                          0 "comparison_operator"
3439                          [(cc0) (const_int 0)])
3440                       (return)
3441                       (pc)))]
3442   "@var{condition}"
3443   "@dots{}")
3444 @end smallexample
3446 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
3447 named @samp{return} pattern.
3449 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
3450 @item @samp{untyped_return}
3451 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
3452 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
3453 instructions are needed to return a value of any type.
3455 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
3456 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
3457 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
3458 the restoring of a function return value from the result block.
3460 @cindex @code{nop} instruction pattern
3461 @item @samp{nop}
3462 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
3463 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
3464 RTL pattern.
3466 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
3467 @item @samp{indirect_jump}
3468 An instruction to jump to an address which is operand zero.
3469 This pattern name is mandatory on all machines.
3471 @cindex @code{casesi} instruction pattern
3472 @item @samp{casesi}
3473 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
3474 This instruction takes five operands:
3476 @enumerate
3477 @item
3478 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
3480 @item
3481 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
3483 @item
3484 The total range of indices in the table---the largest index
3485 minus the smallest one (both inclusive).
3487 @item
3488 A label that precedes the table itself.
3490 @item
3491 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
3492 (If the machine-description macro @code{CASE_DROPS_THROUGH} is defined,
3493 then an out-of-bounds index drops through to the code following
3494 the jump table instead of jumping to this label.  In that case,
3495 this label is not actually used by the @samp{casesi} instruction,
3496 but it is always provided as an operand.)
3497 @end enumerate
3499 The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
3500 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
3501 difference between the upper bound and the lower bound.
3503 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
3504 @item @samp{tablejump}
3505 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
3506 capability which can be used to implement a dispatch table when there
3507 is no @samp{casesi} pattern.
3509 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
3510 which should immediately precede the jump table.  If the macro
3511 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
3512 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
3513 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
3514 mode @code{Pmode}.
3516 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
3517 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
3518 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
3519 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
3522 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
3523 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
3524 Conditional branch instruction that decrements a register and
3525 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
3526 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
3527 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
3529 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
3530 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
3531 reduction is enabled.
3533 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
3534 @item @samp{doloop_end}
3535 Conditional branch instruction that decrements a register and jumps if
3536 the register is nonzero.  This instruction takes five operands: Operand
3537 0 is the register to decrement and test; operand 1 is the number of loop
3538 iterations as a @code{const_int} or @code{const0_rtx} if this cannot be
3539 determined until run-time; operand 2 is the actual or estimated maximum
3540 number of iterations as a @code{const_int}; operand 3 is the number of
3541 enclosed loops as a @code{const_int} (an innermost loop has a value of
3542 1); operand 4 is the label to jump to if the register is nonzero.
3543 @xref{Looping Patterns}.
3545 This optional instruction pattern should be defined for machines with
3546 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
3547 modify suitable loops to utilize it.  If nested low-overhead looping is
3548 not supported, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3549 and make the pattern fail if operand 3 is not @code{const1_rtx}.
3550 Similarly, if the actual or estimated maximum number of iterations is
3551 too large for this instruction, make it fail.
3553 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
3554 @item @samp{doloop_begin}
3555 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
3556 need to perform some initialization, such as loading special registers
3557 used by a low-overhead looping instruction.  If initialization insns do
3558 not always need to be emitted, use a @code{define_expand}
3559 (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
3562 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
3563 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
3564 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
3565 into operand 0.
3567 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
3568 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
3569 and also has mode @code{Pmode}.
3571 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
3572 the address of the function which would be called if the function
3573 pointer were used in an indirect call.
3575 Only define this pattern if function pointers on the target machine
3576 can have different values but still call the same function when
3577 used in an indirect call.
3579 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
3580 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
3581 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
3582 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
3583 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
3584 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
3585 @item @samp{save_stack_block}
3586 @itemx @samp{save_stack_function}
3587 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
3588 @itemx @samp{restore_stack_block}
3589 @itemx @samp{restore_stack_function}
3590 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
3591 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
3592 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
3593 such machines.
3595 Some machines require special handling for stack pointer saves and
3596 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
3597 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
3598 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
3599 saves and restores are:
3601 @enumerate
3602 @item
3603 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
3604 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
3605 restores the stack pointer when the block is exited.
3607 @item
3608 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
3609 similar job for the outermost block of a function and are used when the
3610 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
3611 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
3612 restore sequence on some machines.
3614 @item
3615 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
3616 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
3617 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
3618 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
3619 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
3620 and restoring additional data such as register window information or
3621 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
3622 such required data.
3623 @end enumerate
3625 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
3626 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
3627 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
3628 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
3629 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
3630 for a particular type of save (either because no save is needed or
3631 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
3632 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
3633 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
3634 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
3636 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
3637 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
3638 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
3640 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
3641 @item @samp{allocate_stack}
3642 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
3643 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
3645 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
3646 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
3647 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
3648 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
3649 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
3650 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
3651 stack is free.
3653 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
3654 Some machines require other operations such as stack probes or
3655 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
3656 operations in addition to updating the stack pointer.
3658 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
3659 @item @samp{check_stack}
3660 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
3661 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
3662 to perform the needed check and signaling an error if the stack
3663 has overflowed.  The single operand is the location in the stack furthest
3664 from the current stack pointer that you need to validate.  Normally,
3665 on machines where this pattern is needed, you would obtain the stack
3666 limit from a global or thread-specific variable or register.
3668 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
3669 @item @samp{nonlocal_goto}
3670 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
3671 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
3672 each representing a value to be used in the jump.  The first
3673 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
3674 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
3675 the third is the address of a location where the stack is saved,
3676 and the last is the address of the label, to be placed in the
3677 location for the incoming static chain.
3679 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
3680 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
3681 and static chain, restore the stack (using the
3682 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
3683 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
3684 not work on your machine.
3686 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
3687 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
3688 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
3689 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
3690 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
3691 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
3692 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
3693 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
3694 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
3695 There are no arguments.
3697 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
3698 @item @samp{exception_receiver}
3699 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
3700 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
3701 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
3702 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
3703 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
3704 an exception.  There are no arguments.
3706 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
3707 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
3708 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
3709 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
3710 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
3711 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
3712 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
3713 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
3714 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
3715 the first three are normally used by the generic mechanism.
3717 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
3718 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
3719 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
3720 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
3721 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
3722 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
3723 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
3724 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
3725 at a small offset from that label.
3727 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
3728 @item @samp{builtin_longjmp}
3729 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
3730 You will not normally need to define this pattern unless you also define
3731 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
3732 @code{jmp_buf}.
3734 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
3735 @item @samp{eh_return}
3736 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
3737 and thence the call frame exception handling library routines, are
3738 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
3739 the abnormal return path.
3741 The address of the exception handler to which the function should return
3742 is passed as operand to this pattern.  It will normally need to copied by
3743 the pattern to some special register or memory location.
3744 If the pattern needs to determine the location of the target call
3745 frame in order to do so, it may use @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX},
3746 if defined; it will have already been assigned.
3748 If this pattern is not defined, the default action will be to simply
3749 copy the return address to @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX}.  Either
3750 that macro or this pattern needs to be defined if call frame exception
3751 handling is to be used.
3753 @cindex @code{prologue} instruction pattern
3754 @anchor{prologue instruction pattern}
3755 @item @samp{prologue}
3756 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
3757 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
3758 pointer register, saving callee saved registers, etc.
3760 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
3761 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
3763 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
3764 instruction scheduling.
3766 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
3767 @anchor{epilogue instruction pattern}
3768 @item @samp{epilogue}
3769 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
3770 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
3771 registers and emitting the return instruction.
3773 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
3774 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
3776 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
3777 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
3779 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
3780 @item @samp{sibcall_epilogue}
3781 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
3782 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
3783 sibling call (aka tail call) sites.
3785 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
3786 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
3787 function.
3789 @cindex @code{trap} instruction pattern
3790 @item @samp{trap}
3791 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
3792 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
3793 front end to signal `invalid array index' exceptions.
3795 @cindex @code{conditional_trap} instruction pattern
3796 @item @samp{conditional_trap}
3797 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
3798 performs a comparison.  Operand 1 is the trap code, an integer.
3800 A typical @code{conditional_trap} pattern looks like
3802 @smallexample
3803 (define_insn "conditional_trap"
3804   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
3805              [(cc0) (const_int 0)])
3806             (match_operand 1 "const_int_operand" "i"))]
3807   ""
3808   "@dots{}")
3809 @end smallexample
3811 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
3812 @item @samp{prefetch}
3814 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
3815 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
3816 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
3817 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
3818 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
3819 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
3820 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
3821 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
3822 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
3824 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
3825 the values of operands 1 and 2.
3827 @end table
3829 @end ifset
3830 @c Each of the following nodes are wrapped in separate
3831 @c "@ifset INTERNALS" to work around memory limits for the default
3832 @c configuration in older tetex distributions.  Known to not work:
3833 @c tetex-1.0.7, known to work: tetex-2.0.2.
3834 @ifset INTERNALS
3835 @node Pattern Ordering
3836 @section When the Order of Patterns Matters
3837 @cindex Pattern Ordering
3838 @cindex Ordering of Patterns
3840 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
3841 pattern that appears first in the machine description is the one used.
3842 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
3843 and faster instructions (those that will produce better code when they
3844 do match) should usually go first in the description.
3846 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
3847 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
3848 instruction for converting a fullword to floating point and another
3849 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
3850 an integer to floating point could match either one.  We put the
3851 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
3852 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
3853 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
3854 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
3855 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
3856 constant value.
3858 @end ifset
3859 @ifset INTERNALS
3860 @node Dependent Patterns
3861 @section Interdependence of Patterns
3862 @cindex Dependent Patterns
3863 @cindex Interdependence of Patterns
3865 Every machine description must have a named pattern for each of the
3866 conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
3867 must always have the form
3869 @smallexample
3870 (set (pc)
3871      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
3872                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
3873                    (pc)))
3874 @end smallexample
3876 @noindent
3877 In addition, every machine description must have an anonymous pattern
3878 for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
3879 look like
3881 @smallexample
3882 (set (pc)
3883      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
3884                    (pc)
3885                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
3886 @end smallexample
3888 @noindent
3889 They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
3890 branches into reverse-conditional branches.
3892 It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
3893 reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
3894 example,
3896 @smallexample
3897 (define_insn ""
3898   [(set (pc)
3899         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
3900                                       [(cc0) (const_int 0)])
3901                       (pc)
3902                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
3903   "@var{condition}"
3904   "@dots{}")
3905 @end smallexample
3907 In some cases machines support instructions identical except for the
3908 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
3909 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
3910 patterns are
3912 @smallexample
3913 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
3914      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
3916 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
3917      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
3918 @end smallexample
3920 @noindent
3921 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
3922 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
3923 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
3924 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
3925 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
3926 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
3928 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
3929 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
3930 compilations.
3932 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
3933 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
3934 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
3935 you should not provide separate patterns for increment and decrement
3936 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
3937 that supports register-register add insns by examining the operands and
3938 generating the appropriate machine instruction.
3940 @end ifset
3941 @ifset INTERNALS
3942 @node Jump Patterns
3943 @section Defining Jump Instruction Patterns
3944 @cindex jump instruction patterns
3945 @cindex defining jump instruction patterns
3947 For most machines, GCC assumes that the machine has a condition code.
3948 A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
3949 signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
3950 insn tests the condition code and branches or not according its value.
3951 The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
3952 common machines, such as the VAX, the 68000 and the 32000, work this
3953 way.
3955 Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
3956 only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
3957 these machines is to treat them just like the others until the final stage
3958 where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
3959 compare instruction, peek ahead at the following branch using
3960 @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
3961 being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
3962 the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
3963 otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
3964 can treat signed and unsigned branches identically.
3966 The reason you can do this is that GCC always generates a pair of
3967 consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
3968 set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
3969 until the end.
3971 To go with this technique, you must define the machine-description macro
3972 @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
3973 compare instruction is superfluous.
3975 Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
3976 A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
3977 compare instruction, record its operands in two static variables.  When
3978 outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
3979 output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
3981 It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
3982 In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
3983 will be combined according to these patterns.  But this does not happen
3984 if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
3985 above in addition to any special patterns you define.
3987 In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
3988 code and there may not even be a separate condition code register.  On
3989 these machines, the restriction that the definition and use of the
3990 condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
3991 important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
3992 delay for taken branches unless the condition code register is set three
3993 instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
3994 scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
3995 separate the definition and use of the condition code register.
3997 On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
3998 to represent the condition code.  If there is a specific condition code
3999 register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
4000 comparison result can be placed in any general register, or if there are
4001 multiple condition registers, use a pseudo register.
4003 @findex prev_cc0_setter
4004 @findex next_cc0_user
4005 On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
4006 the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
4007 SPARC, setting the condition code directly from an add or subtract
4008 instruction does not clear the overflow bit the way that a test
4009 instruction does, so a different branch instruction must be used for
4010 some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
4011 and use of the condition code must be adjacent (separated only by
4012 @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
4013 (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
4014 located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
4015 and @code{next_cc0_user}.
4017 However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
4018 those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
4019 compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
4020 we use the machine mode of the condition code register to record
4021 different formats of the condition code register.
4023 Registers used to store the condition code value should have a mode that
4024 is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
4025 additional modes are required (as for the add example mentioned above in
4026 the SPARC), define the macro @code{EXTRA_CC_MODES} to list the
4027 additional modes required (@pxref{Condition Code}).  Also define
4028 @code{SELECT_CC_MODE} to choose a mode given an operand of a compare.
4030 If it is known during RTL generation that a different mode will be
4031 required (for example, if the machine has separate compare instructions
4032 for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
4033 be specified at that time.
4035 If the cases that require different modes would be made by instruction
4036 combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
4037 mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
4038 written using that mode.  To support the case of the add on the SPARC
4039 discussed above, we have the pattern
4041 @smallexample
4042 (define_insn ""
4043   [(set (reg:CC_NOOV 0)
4044         (compare:CC_NOOV
4045           (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
4046                    (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
4047           (const_int 0)))]
4048   ""
4049   "@dots{}")
4050 @end smallexample
4052 The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the SPARC returns @code{CC_NOOVmode}
4053 for comparisons whose argument is a @code{plus}.
4055 @end ifset
4056 @ifset INTERNALS
4057 @node Looping Patterns
4058 @section Defining Looping Instruction Patterns
4059 @cindex looping instruction patterns
4060 @cindex defining looping instruction patterns
4062 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
4063 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
4064 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
4065 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
4066 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
4067 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
4068 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
4069 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
4070 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
4071 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
4072 the jump.
4074 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
4075 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
4076 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
4077 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
4078 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
4079 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
4080 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
4081 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
4082 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
4083 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
4084 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
4085 following for its @code{dbra} instruction:
4087 @smallexample
4088 @group
4089 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
4090   [(set (pc)
4091         (if_then_else
4092           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
4093                        (const_int -1))
4094               (const_int 0))
4095           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
4096           (pc)))
4097    (set (match_dup 0)
4098         (plus:SI (match_dup 0)
4099                  (const_int -1)))]
4100   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
4101   "@dots{}")
4102 @end group
4103 @end smallexample
4105 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
4106 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
4107 since this insn is generated by the instruction combination phase
4108 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
4109 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
4110 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
4111 pattern will not be matched by the combiner.
4113 @smallexample
4114 @group
4115 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
4116   [(set (pc)
4117         (if_then_else
4118           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
4119               (const_int 1))
4120           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
4121           (pc)))
4122    (set (match_dup 0)
4123         (plus:SI (match_dup 0)
4124                  (const_int -1)))]
4125   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
4126   "@dots{}")
4127 @end group
4128 @end smallexample
4130 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
4131 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
4132 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
4133 information collected during strength reduction.
4135 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
4136 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
4137 is an optional companion pattern that can be used for initialization
4138 needed for some low-overhead looping instructions.
4140 Note that some machines require the actual looping instruction to be
4141 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
4142 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
4143 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
4144 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
4145 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
4146 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
4147 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
4148 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
4149 desired special iteration counter register was not allocated, this
4150 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
4151 instruction pair.
4153 The essential difference between the
4154 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
4155 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
4156 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
4157 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
4158 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
4159 may become redundant and removed by the flow pass.
4162 @end ifset
4163 @ifset INTERNALS
4164 @node Insn Canonicalizations
4165 @section Canonicalization of Instructions
4166 @cindex canonicalization of instructions
4167 @cindex insn canonicalization
4169 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
4170 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
4171 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
4172 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
4173 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
4174 number of insn patterns required.
4176 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
4177 are performed:
4179 @itemize @bullet
4180 @item
4181 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
4182 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
4183 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
4184 be supplied.
4186 @item
4187 For associative operators, a sequence of operators will always chain
4188 to the left; for instance, only the left operand of an integer @code{plus}
4189 can itself be a @code{plus}.  @code{and}, @code{ior}, @code{xor},
4190 @code{plus}, @code{mult}, @code{smin}, @code{smax}, @code{umin}, and
4191 @code{umax} are associative when applied to integers, and sometimes to
4192 floating-point.
4194 @item
4195 @cindex @code{neg}, canonicalization of
4196 @cindex @code{not}, canonicalization of
4197 @cindex @code{mult}, canonicalization of
4198 @cindex @code{plus}, canonicalization of
4199 @cindex @code{minus}, canonicalization of
4200 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
4201 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
4202 first operand.
4204 @item
4205 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
4206 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
4207 the operations as far as possible.  For instance,
4208 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
4209 @code{(plus (mult (neg A) B) C)} is canonicalized as
4210 @code{(minus A (mult B C))}.
4212 @cindex @code{compare}, canonicalization of
4213 @item
4214 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
4215 on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
4216 machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
4217 a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
4218 cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
4219 matching a constant as the first operand unless the machine actually has
4220 such an instruction.
4222 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
4223 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
4224 above.
4226 @item
4227 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
4228 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
4230 @item
4231 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
4232 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
4234 @cindex @code{ior}, canonicalization of
4235 @cindex @code{and}, canonicalization of
4236 @cindex De Morgan's law
4237 @item
4238 De`Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
4239 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
4240 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
4242 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
4243 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
4244 for that instruction as
4246 @smallexample
4247 (define_insn ""
4248   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
4249         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
4250                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
4251   "@dots{}"
4252   "@dots{}")
4253 @end smallexample
4255 @noindent
4256 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
4258 @smallexample
4259 (define_insn ""
4260   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
4261         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
4262                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
4263   "@dots{}"
4264   "@dots{}")
4265 @end smallexample
4267 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
4268 logically equivalent RTL expressions.
4270 @cindex @code{xor}, canonicalization of
4271 @item
4272 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
4273 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
4274 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
4276 @item
4277 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
4278 the form
4280 @smallexample
4281 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
4282 @end smallexample
4284 @item
4285 On machines that do not use @code{cc0},
4286 @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
4287 @var{x}.
4289 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
4290 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
4291 @item
4292 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
4293 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
4294 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
4296 @end itemize
4298 @end ifset
4299 @ifset INTERNALS
4300 @node Expander Definitions
4301 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
4302 @cindex expander definitions
4303 @cindex code generation RTL sequences
4304 @cindex defining RTL sequences for code generation
4306 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
4307 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
4308 represent them.  For these target machines, you can write a
4309 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
4311 @findex define_expand
4312 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
4313 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
4314 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
4316 A @code{define_expand} RTX has four operands:
4318 @itemize @bullet
4319 @item
4320 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
4321 use for it is to refer to it by name.
4323 @item
4324 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
4325 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
4326 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
4328 @item
4329 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
4330 used to express how the availability of this pattern depends on
4331 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
4332 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
4333 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
4334 depend on the data in the insn being matched, but only the
4335 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
4336 during initialization in order to learn exactly which named instructions
4337 are available in a particular run.
4339 @item
4340 The preparation statements, a string containing zero or more C
4341 statements which are to be executed before RTL code is generated from
4342 the RTL template.
4344 Usually these statements prepare temporary registers for use as
4345 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
4346 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
4347 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
4348 @end itemize
4350 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
4351 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
4352 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
4355 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
4356 also describes the operands that need to be specified when this pattern
4357 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
4359 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
4360 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
4361 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
4362 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
4363 information to preload the operand into a register if that is required for
4364 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
4365 references should use @code{match_dup}.
4367 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
4368 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
4369 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
4370 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
4371 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
4372 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
4373 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
4374 compute the values and store them into the appropriate elements of
4375 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
4377 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
4378 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
4379 as a statement.
4381 @table @code
4383 @findex DONE
4384 @item DONE
4385 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
4386 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
4387 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
4388 preparation statements; the RTL template will not be generated.
4390 @findex FAIL
4391 @item FAIL
4392 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
4393 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
4394 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
4396 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
4397 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
4398 operations.
4399 @end table
4401 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
4402 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
4403 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
4404 insn.
4406 The RTL template is not used for matching, only for generating the
4407 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
4408 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
4409 list of operands, such as this example:
4411 @smallexample
4412 @group
4413 (define_expand "addsi3"
4414   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4415    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
4416    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
4417 @end group
4418 @group
4419   ""
4420   "
4422   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
4423   DONE;
4424 @}")
4425 @end group
4426 @end smallexample
4428 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
4430 @smallexample
4431 @group
4432 (define_expand "ashlsi3"
4433   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4434         (ashift:SI
4435 @end group
4436 @group
4437           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
4438           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
4439   ""
4440   "
4441 @end group
4442 @end smallexample
4444 @smallexample
4445 @group
4447   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
4448       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
4449     FAIL;
4450 @}")
4451 @end group
4452 @end smallexample
4454 @noindent
4455 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
4456 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
4457 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
4458 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
4459 library call).
4461 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
4462 patterns with names, then it would be possible to use a
4463 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
4464 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
4466 @smallexample
4467 (define_expand "zero_extendhisi2"
4468   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
4469         (const_int 0))
4470    (set (strict_low_part
4471           (subreg:HI
4472             (match_dup 0)
4473             0))
4474         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
4475   ""
4476   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
4477 @end smallexample
4479 @noindent
4480 @findex make_safe_from
4481 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
4482 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
4483 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
4484 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
4485 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
4486 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
4487 by emitting another RTL insn.
4489 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
4490 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
4491 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
4492 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
4493 on this machine.  So it must be copied into a register with
4494 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
4496 @smallexample
4497 (define_expand "zero_extendhisi2"
4498   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4499         (and:SI (subreg:SI
4500                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
4501                   0)
4502                 (match_dup 2)))]
4503   ""
4504   "operands[2]
4505      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
4506 @end smallexample
4508 @strong{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
4509 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
4510 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
4511 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
4512 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
4513 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
4514 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
4515 in the compiler.
4517 @end ifset
4518 @ifset INTERNALS
4519 @node Insn Splitting
4520 @section Defining How to Split Instructions
4521 @cindex insn splitting
4522 @cindex instruction splitting
4523 @cindex splitting instructions
4525 There are two cases where you should specify how to split a pattern
4526 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
4527 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
4528 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
4529 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
4530 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
4531 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
4532 cannot be placed into a delay slot.
4534 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
4535 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
4536 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
4537 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
4538 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
4539 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
4540 scheduling.
4542 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
4543 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
4544 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
4545 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
4546 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
4547 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
4548 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
4549 split the addition into two insns is machine-dependent.
4551 @findex define_split
4552 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
4553 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
4555 @smallexample
4556 (define_split
4557   [@var{insn-pattern}]
4558   "@var{condition}"
4559   [@var{new-insn-pattern-1}
4560    @var{new-insn-pattern-2}
4561    @dots{}]
4562   "@var{preparation-statements}")
4563 @end smallexample
4565 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
4566 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
4567 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
4568 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
4569 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
4570 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
4572 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
4573 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
4574 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
4575 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
4576 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
4577 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
4578 must not allocate any space in the stack frame.
4580 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
4581 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
4582 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
4583 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
4584 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
4585 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
4586 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
4587 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
4588 of those definitions.
4590 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
4591 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
4592 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
4594 @smallexample
4595 (define_split
4596   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
4597         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
4598   ""
4599   [(set (match_dup 0)
4600         (ashift:SI (match_dup 1)
4601                    (const_int 16)))
4602    (set (match_dup 0)
4603         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
4604                      (const_int 16)))]
4605   "
4606 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
4607 @end smallexample
4609 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
4610 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
4611 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
4612 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
4613 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
4614 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
4615 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
4616 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
4617 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
4618 @code{define_split} that will never produce insns that match).
4620 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
4621 @file{rs6000.md}:
4623 @smallexample
4624 (define_split
4625   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
4626         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
4627                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
4628   ""
4629   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
4630    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
4633   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
4634   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
4636   if (low & 0x8000)
4637     high++, low |= 0xffff0000;
4639   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
4640   operands[4] = GEN_INT (low);
4641 @}")
4642 @end smallexample
4644 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
4645 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
4646 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
4647 can be substituted into the address of a subsequent operation.
4649 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
4650 an equality comparison of a register and a large constant:
4652 @smallexample
4653 (define_split
4654   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
4655         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
4656                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
4657    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
4658   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
4659    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
4660        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
4661   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
4662    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
4663   "
4665   /* Get the constant we are comparing against, C, and see what it
4666      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
4667      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.  */
4669   int c = INTVAL (operands[2]);
4670   int sextc = (c << 16) >> 16;
4671   int xorv = c ^ sextc;
4673   operands[4] = GEN_INT (xorv);
4674   operands[5] = GEN_INT (sextc);
4675 @}")
4676 @end smallexample
4678 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
4679 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
4680 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
4681 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
4682 are not valid.
4684 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
4685 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
4686 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
4687 several restriction apply.
4689 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
4690 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
4691 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
4692 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
4693 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
4694 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump.  A global variable
4695 @code{split_branch_probability} hold the probability of original branch in case
4696 it was an simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
4697 recomputing of edge frequencies, new sequence is required to have only
4698 forward jumps to the newly created labels.
4700 @findex define_insn_and_split
4701 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
4702 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
4703 this:
4705 @smallexample
4706 (define_insn_and_split
4707   [@var{insn-pattern}]
4708   "@var{condition}"
4709   "@var{output-template}"
4710   "@var{split-condition}"
4711   [@var{new-insn-pattern-1}
4712    @var{new-insn-pattern-2}
4713    @dots{}]
4714   "@var{preparation-statements}"
4715   [@var{insn-attributes}])
4717 @end smallexample
4719 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
4720 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
4721 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
4722 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
4723 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
4724 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
4725 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
4726 from i386.md:
4728 @smallexample
4729 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
4730   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
4731      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
4732    (clobber (reg:CC 17))]
4733   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
4734   "#"
4735   "&& reload_completed"
4736   [(parallel [(set (match_dup 0)
4737                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
4738               (clobber (reg:CC 17))])]
4739   ""
4740   [(set_attr "type" "alu1")])
4742 @end smallexample
4744 In this case, the actual split condition will be
4745 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
4747 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
4748 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
4749 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
4750 having to ensure the two patterns' templates match.
4752 @end ifset
4753 @ifset INTERNALS
4754 @node Including Patterns
4755 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
4756 @cindex insn includes
4758 @findex include
4759 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
4760 look for patterns that are in files other than in the file
4761 @file{.md}. This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
4763 It looks like:
4765 @smallexample
4767 (include
4768   @var{pathname})
4769 @end smallexample
4771 For example:
4773 @smallexample
4775 (include "filestuff")
4777 @end smallexample
4779 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
4780 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}. The
4781 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
4784 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
4785 and placed into subdirectories.
4787 By specifying:
4789 @smallexample
4791 (include "BOGUS/filestuff")
4793 @end smallexample
4795 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
4797 Specifying an absolute path for the include file such as;
4798 @smallexample
4800 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
4802 @end smallexample
4803 is permitted but is not encouraged.
4805 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
4806 @cindex directory options .md
4807 @cindex options, directory search
4808 @cindex search options
4810 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
4811 For example:
4813 @smallexample
4815 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
4817 @end smallexample
4820 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
4821 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
4822 file, substituting your own version, since these directories are
4823 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
4824 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
4825 order; the standard default directory come after.
4828 @end ifset
4829 @ifset INTERNALS
4830 @node Peephole Definitions
4831 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
4832 @cindex peephole optimizer definitions
4833 @cindex defining peephole optimizers
4835 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
4836 definitions of machine-specific peephole optimizations.
4838 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
4839 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
4840 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
4841 though the second one does not appear to use a register computed in the
4842 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
4843 opportunities.
4845 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
4846 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
4847 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
4848 is deprecated.
4850 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
4851 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
4852 but before scheduling, which may result in much better code for
4853 targets that do scheduling.
4855 @menu
4856 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
4857 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
4858 @end menu
4860 @end ifset
4861 @ifset INTERNALS
4862 @node define_peephole
4863 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
4864 @findex define_peephole
4866 @need 1000
4867 A definition looks like this:
4869 @smallexample
4870 (define_peephole
4871   [@var{insn-pattern-1}
4872    @var{insn-pattern-2}
4873    @dots{}]
4874   "@var{condition}"
4875   "@var{template}"
4876   "@var{optional-insn-attributes}")
4877 @end smallexample
4879 @noindent
4880 The last string operand may be omitted if you are not using any
4881 machine-specific information in this machine description.  If present,
4882 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
4884 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
4885 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
4886 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
4887 the next, and so on.
4889 Each of the insns matched by a peephole must also match a
4890 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
4891 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
4892 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
4893 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
4894 stages.
4896 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
4897 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
4898 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
4899 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
4900 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
4901 other.
4903 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
4904 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
4905 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
4906 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
4907 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
4909 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
4910 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
4911 previously tested.
4913 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
4914 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
4915 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
4916 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
4917 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
4918 patterns.
4920 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
4921 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
4922 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
4923 the operands.
4925 @findex prev_active_insn
4926 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
4927 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
4928 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
4929 to refer to the last of the insns being matched; use
4930 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
4932 @findex dead_or_set_p
4933 When optimizing computations with intermediate results, you can use
4934 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
4935 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
4936 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
4937 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
4938 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
4939 value (from @code{operands[@var{i}]}).
4941 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
4942 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
4943 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
4944 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
4945 used in matching the original sequence of insns.
4947 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
4948 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
4949 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
4950 as the insn pattern to control how the insn is output.
4952 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
4953 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
4955 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
4957 @smallexample
4958 (define_peephole
4959   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
4960    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
4961         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
4962   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
4964   rtx xoperands[2];
4965   xoperands[1] = gen_rtx_REG (SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
4966 #ifdef MOTOROLA
4967   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
4968   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
4969   return "fmove.d (sp)+,%0";
4970 #else
4971   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
4972   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
4973   return "fmoved sp@@+,%0";
4974 #endif
4976 @end smallexample
4978 @need 1000
4979 The effect of this optimization is to change
4981 @smallexample
4982 @group
4983 jbsr _foobar
4984 addql #4,sp
4985 movel d1,sp@@-
4986 movel d0,sp@@-
4987 fmoved sp@@+,fp0
4988 @end group
4989 @end smallexample
4991 @noindent
4992 into
4994 @smallexample
4995 @group
4996 jbsr _foobar
4997 movel d1,sp@@
4998 movel d0,sp@@-
4999 fmoved sp@@+,fp0
5000 @end group
5001 @end smallexample
5003 @ignore
5004 @findex CC_REVERSED
5005 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
5006 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
5007 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
5008 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
5009 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
5010 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
5011 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
5012 and in this C code check the condition code status flags and change the
5013 assembler code as appropriate.
5014 @end ignore
5016 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
5017 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
5018 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
5019 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
5020 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
5021 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
5022 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
5023 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
5024 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
5026 @smallexample
5027 (define_insn "divmodsi4"
5028   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
5029         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
5030                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
5031    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
5032         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
5033   "TARGET_68020"
5034   "divsl%.l %2,%3:%0")
5035 @end smallexample
5037 @noindent
5038 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
5040 @smallexample
5041 (define_peephole
5042   [@dots{}
5043    (parallel
5044     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
5045           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
5046                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
5047      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
5048           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
5049    @dots{}]
5050   @dots{})
5051 @end smallexample
5053 @end ifset
5054 @ifset INTERNALS
5055 @node define_peephole2
5056 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
5057 @findex define_peephole2
5059 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
5060 substitute one sequence of instructions for another sequence,
5061 what additional scratch registers may be needed and what their
5062 lifetimes must be.
5064 @smallexample
5065 (define_peephole2
5066   [@var{insn-pattern-1}
5067    @var{insn-pattern-2}
5068    @dots{}]
5069   "@var{condition}"
5070   [@var{new-insn-pattern-1}
5071    @var{new-insn-pattern-2}
5072    @dots{}]
5073   "@var{preparation-statements}")
5074 @end smallexample
5076 The definition is almost identical to @code{define_split}
5077 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
5078 single instruction, but a sequence of instructions.
5080 It is possible to request additional scratch registers for use in the
5081 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
5082 will simply not match.
5084 @findex match_scratch
5085 @findex match_dup
5086 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
5087 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
5088 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
5089 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
5090 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
5091 at which the register must be available.
5093 Here is an example from the IA-32 machine description:
5095 @smallexample
5096 (define_peephole2
5097   [(match_scratch:SI 2 "r")
5098    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5099                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
5100                      [(match_dup 0)
5101                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
5102               (clobber (reg:CC 17))])]
5103   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
5104   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
5105    (parallel [(set (match_dup 0)
5106                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
5107               (clobber (reg:CC 17))])]
5108   "")
5109 @end smallexample
5111 @noindent
5112 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
5113 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
5114 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
5115 to be live only at the point just before the arithmetic.
5117 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
5118 so here's a silly made-up example:
5120 @smallexample
5121 (define_peephole2
5122   [(match_scratch:SI 4 "r")
5123    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
5124    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
5125    (match_dup 4)
5126    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
5127   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
5128   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
5129    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
5130    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
5131    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
5132   "")
5133 @end smallexample
5135 @noindent
5136 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
5137 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
5138 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
5140 @end ifset
5141 @ifset INTERNALS
5142 @node Insn Attributes
5143 @section Instruction Attributes
5144 @cindex insn attributes
5145 @cindex instruction attributes
5147 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
5148 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
5149 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
5150 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
5151 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
5152 to track the condition codes.
5154 @menu
5155 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
5156 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
5157 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
5158 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
5159 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
5160 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
5161 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
5162 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
5163 @end menu
5165 @end ifset
5166 @ifset INTERNALS
5167 @node Defining Attributes
5168 @subsection Defining Attributes and their Values
5169 @cindex defining attributes and their values
5170 @cindex attributes, defining
5172 @findex define_attr
5173 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
5174 by the target machine.  It looks like:
5176 @smallexample
5177 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
5178 @end smallexample
5180 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
5182 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
5183 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
5184 indicate that the attribute takes numeric values.
5186 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
5187 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
5188 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
5189 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
5190 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
5192 @findex insn-attr.h
5193 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
5194 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
5195 specified for an attribute, the following are defined:
5197 @itemize @bullet
5198 @item
5199 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
5201 @item
5202 An enumerated class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
5203 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
5204 the attribute name and value are first converted to uppercase.
5206 @item
5207 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
5208 returns the attribute value for that insn.
5209 @end itemize
5211 For example, if the following is present in the @file{md} file:
5213 @smallexample
5214 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
5215 @end smallexample
5217 @noindent
5218 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
5220 @smallexample
5221 #define HAVE_ATTR_type
5222 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
5223                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
5224 extern enum attr_type get_attr_type ();
5225 @end smallexample
5227 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
5228 defined and the function to obtain the attribute's value will return
5229 @code{int}.
5231 @end ifset
5232 @ifset INTERNALS
5233 @node Expressions
5234 @subsection Attribute Expressions
5235 @cindex attribute expressions
5237 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
5238 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
5239 Attribute value expressions must have one of the following forms:
5241 @table @code
5242 @cindex @code{const_int} and attributes
5243 @item (const_int @var{i})
5244 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
5245 must be non-negative.
5247 The value of a numeric attribute can be specified either with a
5248 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
5249 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
5250 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
5251 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
5253 @cindex @code{const_string} and attributes
5254 @item (const_string @var{value})
5255 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
5256 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
5257 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
5258 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
5259 of a @code{define_attr}.
5261 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
5262 must be a string containing a non-negative integer (normally
5263 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
5264 contain one of the valid values for the attribute.
5266 @cindex @code{if_then_else} and attributes
5267 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
5268 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
5269 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
5270 otherwise it is @var{false-value}.
5272 @cindex @code{cond} and attributes
5273 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
5274 The first operand of this expression is a vector containing an even
5275 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
5276 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
5277 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
5278 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
5279 expression is that of the @var{default} expression.
5280 @end table
5282 @var{test} expressions can have one of the following forms:
5284 @table @code
5285 @cindex @code{const_int} and attribute tests
5286 @item (const_int @var{i})
5287 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
5289 @cindex @code{not} and attributes
5290 @cindex @code{ior} and attributes
5291 @cindex @code{and} and attributes
5292 @item (not @var{test})
5293 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
5294 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
5295 These tests are true if the indicated logical function is true.
5297 @cindex @code{match_operand} and attributes
5298 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
5299 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
5300 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
5301 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
5302 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
5303 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
5304 string).
5306 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
5308 @cindex @code{le} and attributes
5309 @cindex @code{leu} and attributes
5310 @cindex @code{lt} and attributes
5311 @cindex @code{gt} and attributes
5312 @cindex @code{gtu} and attributes
5313 @cindex @code{ge} and attributes
5314 @cindex @code{geu} and attributes
5315 @cindex @code{ne} and attributes
5316 @cindex @code{eq} and attributes
5317 @cindex @code{plus} and attributes
5318 @cindex @code{minus} and attributes
5319 @cindex @code{mult} and attributes
5320 @cindex @code{div} and attributes
5321 @cindex @code{mod} and attributes
5322 @cindex @code{abs} and attributes
5323 @cindex @code{neg} and attributes
5324 @cindex @code{ashift} and attributes
5325 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
5326 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
5327 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
5328 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
5329 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
5330 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
5331 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
5332 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
5333 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
5334 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
5335 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
5336 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
5337 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
5338 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
5339 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
5340 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
5341 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
5343 @findex get_attr
5344 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
5345 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
5346 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
5347 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
5348 variable.
5350 @findex eq_attr
5351 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
5352 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
5354 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
5355 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
5356 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
5357 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
5358 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
5359 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
5360 @emph{not} in the specified list.
5362 For example,
5364 @smallexample
5365 (eq_attr "type" "load,store")
5366 @end smallexample
5368 @noindent
5369 is equivalent to
5371 @smallexample
5372 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
5373 @end smallexample
5375 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
5376 value of the compiler variable @code{which_alternative}
5377 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
5378 example,
5380 @smallexample
5381 (eq_attr "alternative" "2,3")
5382 @end smallexample
5384 @noindent
5385 is equivalent to
5387 @smallexample
5388 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
5389      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
5390 @end smallexample
5392 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
5393 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
5394 a particular pattern.  This is by far the most common case.
5396 @findex attr_flag
5397 @item (attr_flag @var{name})
5398 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
5399 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
5400 scheduled.
5402 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
5403 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
5404 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
5405 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
5406 if a conditional branch is expected to be taken.
5408 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
5409 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
5411 This example describes a conditional branch delay slot which
5412 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
5413 for backward branches which are not taken (annul-false).
5415 @smallexample
5416 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
5417   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
5418    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
5419         (attr_flag "forward"))
5420    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
5421         (attr_flag "backward"))])
5422 @end smallexample
5424 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
5425 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5427 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
5428 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5429 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
5430 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5432 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
5433 meaning to other passes of the compiler.
5435 @findex attr
5436 @item (attr @var{name})
5437 The value of another attribute is returned.  This is most useful
5438 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
5439 produce more efficient code for non-numeric attributes.
5440 @end table
5442 @end ifset
5443 @ifset INTERNALS
5444 @node Tagging Insns
5445 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
5446 @cindex tagging insns
5447 @cindex assigning attribute values to insns
5449 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
5450 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
5451 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
5452 have an optional last argument to specify the values of attributes for
5453 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
5454 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
5455 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
5456 permits the specification of the values for only one or two attributes
5457 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
5458 next section.
5460 The optional last argument of @code{define_insn} and
5461 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
5462 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
5463 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
5464 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
5465 second operand of the @code{set} is an attribute expression
5466 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
5468 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
5469 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
5470 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
5471 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
5472 each alternative.
5474 @findex set_attr
5475 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
5476 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
5477 specifying a string giving either a single attribute value or a list
5478 of attribute values, one for each alternative.
5480 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
5481 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
5483 @table @code
5484 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
5485 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
5486 or a string containing a comma-separated list giving the values for
5487 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
5488 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
5490 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
5491 which case the attribute will assume its default value for insns matching
5492 that alternative.
5494 @findex set_attr_alternative
5495 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
5496 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
5497 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
5498 tests on the @samp{alternative} attribute.
5500 @findex attr
5501 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
5502 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
5503 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
5504 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
5505 @end table
5507 The following shows three different ways of representing the same
5508 attribute value specification:
5510 @smallexample
5511 (set_attr "type" "load,store,arith")
5513 (set_attr_alternative "type"
5514                       [(const_string "load") (const_string "store")
5515                        (const_string "arith")])
5517 (set (attr "type")
5518      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
5519             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
5520            (const_string "arith")))
5521 @end smallexample
5523 @need 1000
5524 @findex define_asm_attributes
5525 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
5526 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
5527 statement.  It has the form:
5529 @smallexample
5530 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
5531 @end smallexample
5533 @noindent
5534 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
5535 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
5537 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
5538 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
5540 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
5541 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
5542 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
5543 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
5544 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
5545 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
5546 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
5547 of a single machine instruction.
5549 @end ifset
5550 @ifset INTERNALS
5551 @node Attr Example
5552 @subsection Example of Attribute Specifications
5553 @cindex attribute specifications example
5554 @cindex attribute specifications
5556 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
5557 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
5558 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
5559 value.  This attribute is normally used only to define the default value
5560 for other attributes.  An example will clarify this usage.
5562 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
5563 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
5564 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
5565 operations, floating point operations, and branches.
5567 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
5568 the condition code and will limit ourselves to the following possible
5569 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
5570 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
5571 changed if the item previously set into the condition code has been
5572 modified.
5574 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
5576 @smallexample
5577 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
5579 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
5580              (cond [(eq_attr "type" "load")
5581                         (const_string "change0")
5582                     (eq_attr "type" "store,branch")
5583                         (const_string "unchanged")
5584                     (eq_attr "type" "arith")
5585                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
5586                                       (const_string "set")
5587                                       (const_string "clobber"))]
5588                    (const_string "clobber")))
5590 (define_insn ""
5591   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
5592         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
5593   ""
5594   "@@
5595    move %0,%1
5596    load %0,%1
5597    store %0,%1"
5598   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
5599 @end smallexample
5601 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
5602 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
5603 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
5604 full-word result.
5606 @end ifset
5607 @ifset INTERNALS
5608 @node Insn Lengths
5609 @subsection Computing the Length of an Insn
5610 @cindex insn lengths, computing
5611 @cindex computing the length of an insn
5613 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
5614 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
5615 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
5616 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @samp{length}
5617 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
5618 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
5620 In the case of the @samp{length} attribute, two additional forms of
5621 arithmetic terms are allowed in test expressions:
5623 @table @code
5624 @cindex @code{match_dup} and attributes
5625 @item (match_dup @var{n})
5626 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
5627 must be a @code{label_ref}.
5629 @cindex @code{pc} and attributes
5630 @item (pc)
5631 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
5632 been more consistent with other usage to make this the address of the
5633 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
5634 current insn is to be computed.
5635 @end table
5637 @cindex @code{addr_vec}, length of
5638 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
5639 For normal insns, the length will be determined by value of the
5640 @samp{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
5641 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
5642 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
5644 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
5646 The following macros can be used to refine the length computation:
5648 @table @code
5649 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
5650 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
5651 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
5652 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
5653 that contains the initially computed length of the insn and should be
5654 updated with the correct length of the insn.
5656 This macro will normally not be required.  A case in which it is
5657 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
5658 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
5659 may be required.
5660 @end table
5662 @findex get_attr_length
5663 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
5664 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
5665 determine the form of the branch instruction to be written, as the
5666 example below illustrates.
5668 As an example of the specification of variable-length branches, consider
5669 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
5670 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
5671 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
5672 sequence to load the address from memory and then branch to it.
5674 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
5675 as follows:
5677 @smallexample
5678 (define_insn "jump"
5679   [(set (pc)
5680         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
5681   ""
5683    return (get_attr_length (insn) == 4
5684            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
5686   [(set (attr "length")
5687         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
5688                       (const_int 4)
5689                       (const_int 6)))])
5690 @end smallexample
5692 @end ifset
5693 @ifset INTERNALS
5694 @node Constant Attributes
5695 @subsection Constant Attributes
5696 @cindex constant attributes
5698 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
5699 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
5700 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
5701 used to specify which variety of processor is used.  For example,
5703 @smallexample
5704 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
5705  (const
5706   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
5707          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
5708         (const_string "m88000"))))
5710 (define_attr "memory" "fast,slow"
5711  (const
5712   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
5713                 (const_string "fast")
5714                 (const_string "slow"))))
5715 @end smallexample
5717 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
5718 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
5719 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
5720 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
5721 forms involving insn attributes.
5723 @end ifset
5724 @ifset INTERNALS
5725 @node Delay Slots
5726 @subsection Delay Slot Scheduling
5727 @cindex delay slots, defining
5729 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
5730 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
5731 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
5732 after the instruction are executed as if they were located before it.
5733 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
5734 the following instruction before the branch or call is performed.
5736 On some machines, conditional branch instructions can optionally
5737 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
5738 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
5739 instructions that annul if the branch is true and instructions that
5740 annul if the branch is false are supported.
5742 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
5743 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
5744 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
5745 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
5746 instruction scheduling.
5748 @findex define_delay
5749 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
5750 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
5752 @smallexample
5753 (define_delay @var{test}
5754               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
5755                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
5756                @dots{}])
5757 @end smallexample
5759 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
5760 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
5761 required delay slots is determined by the length of the vector specified
5762 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
5763 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
5764 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
5765 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
5766 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
5767 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
5769 For example, in the common case where branch and call insns require
5770 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
5771 call, the following would be placed in the @file{md} file:
5773 @smallexample
5774 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
5775               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
5776 @end smallexample
5778 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
5779 case, each such expression specifies different delay slot requirements
5780 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
5781 expressions are both true.
5783 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
5784 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
5785 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
5786 branch is true, we might represent this as follows:
5788 @smallexample
5789 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
5790    [(eq_attr "type" "!branch,call")
5791     (eq_attr "type" "!branch,call")
5792     (nil)])
5794 (define_delay (eq_attr "type" "call")
5795               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
5796                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
5797 @end smallexample
5798 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
5800 @end ifset
5801 @ifset INTERNALS
5802 @node Processor pipeline description
5803 @subsection Specifying processor pipeline description
5804 @cindex processor pipeline description
5805 @cindex processor functional units
5806 @cindex instruction latency time
5807 @cindex interlock delays
5808 @cindex data dependence delays
5809 @cindex reservation delays
5810 @cindex pipeline hazard recognizer
5811 @cindex automaton based pipeline description
5812 @cindex regular expressions
5813 @cindex deterministic finite state automaton
5814 @cindex automaton based scheduler
5815 @cindex RISC
5816 @cindex VLIW
5818 To achieve better performance, most modern processors
5819 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
5820 processors) have many @dfn{functional units} on which several
5821 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
5822 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
5823 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
5824 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
5825 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g. for some
5826 MIPS processors).
5828 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
5829 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
5830 latency time}.  The instruction execution is not started until all
5831 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
5832 complex cases when the instruction execution starts even when the data
5833 are not available but will be ready in given time after the
5834 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
5835 account is simple.  The data dependence (true, output, and
5836 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
5837 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
5838 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
5839 means that two instructions under execution will be in need of shared
5840 processors resources, i.e. buses, internal registers, and/or
5841 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
5842 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
5843 processors.
5845 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
5846 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
5847 instruction scheduler has to have an adequate description of the
5848 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  GCC
5849 machine descriptions describe processor parallelism and functional
5850 unit reservations for groups of instructions with the aid of
5851 @dfn{regular expressions}.
5853 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
5854 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
5855 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
5856 automatically generated from the processor pipeline description.  The
5857 pipeline hazard recognizer generated from the machine description
5858 is based on a deterministic finite state automaton (@acronym{DFA}):
5859 the instruction issue is possible if there is a transition from one
5860 automaton state to another one.  This algorithm is very fast, and
5861 furthermore, its speed is not dependent on processor
5862 complexity@footnote{However, the size of the automaton depends on
5863   processor complexity.  To limit this effect, machine descriptions
5864   can split orthogonal parts of the machine description among several
5865   automata: but then, since each of these must be stepped independently,
5866   this does cause a small decrease in the algorithm's performance.}.
5868 @cindex automaton based pipeline description
5869 The rest of this section describes the directives that constitute
5870 an automaton-based processor pipeline description.  The order of
5871 these constructions within the machine description file is not
5872 important.
5874 @findex define_automaton
5875 @cindex pipeline hazard recognizer
5876 The following optional construction describes names of automata
5877 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
5878 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
5879 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
5880 units to the automata, the total size of the automata is usually
5881 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
5882 construction, only one finite state automaton is generated.
5884 @smallexample
5885 (define_automaton @var{automata-names})
5886 @end smallexample
5888 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
5889 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
5890 The automaton name is used in the constructions @code{define_cpu_unit} and
5891 @code{define_query_cpu_unit}.
5893 @findex define_cpu_unit
5894 @cindex processor functional units
5895 Each processor functional unit used in the description of instruction
5896 reservations should be described by the following construction.
5898 @smallexample
5899 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
5900 @end smallexample
5902 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
5903 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
5904 for other goals.
5906 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
5907 which the unit is bound.  The automaton should be described in
5908 construction @code{define_automaton}.  You should give
5909 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
5911 The assignment of units to automata are constrained by the uses of the
5912 units in insn reservations.  The most important constraint is: if a
5913 unit reservation is present on a particular cycle of an alternative
5914 for an insn reservation, then some unit from the same automaton must
5915 be present on the same cycle for the other alternatives of the insn
5916 reservation.  The rest of the constraints are mentioned in the
5917 description of the subsequent constructions.
5919 @findex define_query_cpu_unit
5920 @cindex querying function unit reservations
5921 The following construction describes CPU functional units analogously
5922 to @code{define_cpu_unit}.  The reservation of such units can be
5923 queried for an automaton state.  The instruction scheduler never
5924 queries reservation of functional units for given automaton state.  So
5925 as a rule, you don't need this construction.  This construction could
5926 be used for future code generation goals (e.g. to generate
5927 @acronym{VLIW} insn templates).
5929 @smallexample
5930 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
5931 @end smallexample
5933 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
5934 separated by commas.
5936 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
5937 which the unit is bound.
5939 @findex define_insn_reservation
5940 @cindex instruction latency time
5941 @cindex regular expressions
5942 @cindex data bypass
5943 The following construction is the major one to describe pipeline
5944 characteristics of an instruction.
5946 @smallexample
5947 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
5948                          @var{condition} @var{regexp})
5949 @end smallexample
5951 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
5952 instruction.  There is an important difference between the old
5953 description and the automaton based pipeline description.  The latency
5954 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
5955 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
5956 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
5957 zero and the cost of output dependencies is the difference between
5958 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
5959 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
5960 change the default costs for any description by using the target hook
5961 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
5963 @var{insn-name} is a string giving the internal name of the insn.  The
5964 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
5965 the automaton description file generated for debugging.  The internal
5966 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
5967 good practice to use insn classes described in the processor manual.
5969 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
5970 construction.  You should remember that you will be in trouble if
5971 @var{condition} for two or more different
5972 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
5973 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
5974 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
5975 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
5976 the same value is quite difficult (especially if the conditions
5977 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
5978 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
5979 recognizer considerably.
5981 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
5982 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
5983 expression according to the following syntax:
5985 @smallexample
5986        regexp = regexp "," oneof
5987               | oneof
5989        oneof = oneof "|" allof
5990              | allof
5992        allof = allof "+" repeat
5993              | repeat
5995        repeat = element "*" number
5996               | element
5998        element = cpu_function_unit_name
5999                | reservation_name
6000                | result_name
6001                | "nothing"
6002                | "(" regexp ")"
6003 @end smallexample
6005 @itemize @bullet
6006 @item
6007 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
6008 the reservation.
6010 @item
6011 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
6012 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
6013 regular expression @strong{or} etc.
6015 @item
6016 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
6017 regular expression @strong{and} a reservation described by the
6018 second regular expression @strong{and} etc.
6020 @item
6021 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
6022 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
6023 advancing (see @samp{,}).
6025 @item
6026 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
6027 functional unit.
6029 @item
6030 @samp{reservation_name} --- see description of construction
6031 @samp{define_reservation}.
6033 @item
6034 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
6035 @end itemize
6037 @findex define_reservation
6038 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
6039 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
6040 the common part by the following construction
6042 @smallexample
6043 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
6044 @end smallexample
6046 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
6047 Functional unit names and reservation names are in the same name
6048 space.  So the reservation names should be different from the
6049 functional unit names and can not be the reserved name @samp{nothing}.
6051 @findex define_bypass
6052 @cindex instruction latency time
6053 @cindex data bypass
6054 The following construction is used to describe exceptions in the
6055 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
6057 @smallexample
6058 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
6059                [@var{guard}])
6060 @end smallexample
6062 @var{number} defines when the result generated by the instructions
6063 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
6064 instructions given in string @var{in_insn_names}.  The instructions in
6065 the string are separated by commas.
6067 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
6068 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
6069 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
6070 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
6071 recognize complicated bypasses, e.g. when the consumer is only an address
6072 of insn @samp{store} (not a stored value).
6074 @findex exclusion_set
6075 @findex presence_set
6076 @findex final_presence_set
6077 @findex absence_set
6078 @findex final_absence_set
6079 @cindex VLIW
6080 @cindex RISC
6081 The following five constructions are usually used to describe
6082 @acronym{VLIW} processors, or more precisely, to describe a placement
6083 of small instructions into @acronym{VLIW} instruction slots.  They
6084 can be used for @acronym{RISC} processors, too.
6086 @smallexample
6087 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
6088 (presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
6089 (final_presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
6090 (absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
6091 (final_absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
6092 @end smallexample
6094 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
6095 separated by commas.
6097 @var{patterns} is a string giving patterns of functional units
6098 separated by comma.  Currently pattern is is one unit or units
6099 separated by white-spaces.
6101 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
6102 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
6103 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
6104 example, the construction is useful for describing processors
6105 (e.g. some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
6106 functional unit which can execute simultaneously only single floating
6107 point insns or only double floating point insns.
6109 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
6110 functional unit in the first string can not be reserved unless at
6111 least one of pattern of units whose names are in the second string is
6112 reserved.  This is an asymmetric relation.  For example, it is useful
6113 for description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
6114 @samp{slot0} reservation.  We could describe it by the following
6115 construction
6117 @smallexample
6118 (presence_set "slot1" "slot0")
6119 @end smallexample
6121 Or @samp{slot1} is reserved only after @samp{slot0} and unit @samp{b0}
6122 reservation.  In this case we could write
6124 @smallexample
6125 (presence_set "slot1" "slot0 b0")
6126 @end smallexample
6128 The third construction (@samp{final_presence_set}) is analogous to
6129 @samp{presence_set}.  The difference between them is when checking is
6130 done.  When an instruction is issued in given automaton state
6131 reflecting all current and planned unit reservations, the automaton
6132 state is changed.  The first state is a source state, the second one
6133 is a result state.  Checking for @samp{presence_set} is done on the
6134 source state reservation, checking for @samp{final_presence_set} is
6135 done on the result reservation.  This construction is useful to
6136 describe a reservation which is actually two subsequent reservations.
6137 For example, if we use
6139 @smallexample
6140 (presence_set "slot1" "slot0")
6141 @end smallexample
6143 the following insn will be never issued (because @samp{slot1} requires
6144 @samp{slot0} which is absent in the source state).
6146 @smallexample
6147 (define_reservation "insn_and_nop" "slot0 + slot1")
6148 @end smallexample
6150 but it can be issued if we use analogous @samp{final_presence_set}.
6152 The forth construction (@samp{absence_set}) means that each functional
6153 unit in the first string can be reserved only if each pattern of units
6154 whose names are in the second string is not reserved.  This is an
6155 asymmetric relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to
6156 this one but it is symmetric).  For example, it is useful for
6157 description that @acronym{VLIW} @samp{slot0} can not be reserved after
6158 @samp{slot1} or @samp{slot2} reservation.  We could describe it by the
6159 following construction
6161 @smallexample
6162 (absence_set "slot2" "slot0, slot1")
6163 @end smallexample
6165 Or @samp{slot2} can not be reserved if @samp{slot0} and unit @samp{b0}
6166 are reserved or @samp{slot1} and unit @samp{b1} are reserved.  In
6167 this case we could write
6169 @smallexample
6170 (absence_set "slot2" "slot0 b0, slot1 b1")
6171 @end smallexample
6173 All functional units mentioned in a set should belong to the same
6174 automaton.
6176 The last construction (@samp{final_absence_set}) is analogous to
6177 @samp{absence_set} but checking is done on the result (state)
6178 reservation.  See comments for @samp{final_presence_set}.
6180 @findex automata_option
6181 @cindex deterministic finite state automaton
6182 @cindex nondeterministic finite state automaton
6183 @cindex finite state automaton minimization
6184 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
6185 the following construction.
6187 @smallexample
6188 (automata_option @var{options})
6189 @end smallexample
6191 @var{options} is a string giving options which affect the generated
6192 code.  Currently there are the following options:
6194 @itemize @bullet
6195 @item
6196 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
6197 only worth to do when we are debugging the description and need to
6198 look more accurately at reservations of states.
6200 @item
6201 @dfn{time} means printing additional time statistics about
6202 generation of automata.
6204 @item
6205 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
6206 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
6207 verification and debugging.
6209 @item
6210 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
6211 non-critical errors.
6213 @item
6214 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
6215 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
6216 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
6217 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
6218 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
6219 may be rejected by reservations in the subsequent insns.  You can not
6220 query functional unit reservations in nondeterministic automaton
6221 states.
6223 @item
6224 @dfn{progress} means output of a progress bar showing how many states
6225 were generated so far for automaton being processed.  This is useful
6226 during debugging a @acronym{DFA} description.  If you see too many
6227 generated states, you could interrupt the generator of the pipeline
6228 hazard recognizer and try to figure out a reason for generation of the
6229 huge automaton.
6230 @end itemize
6232 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
6233 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
6234 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
6235 the following functional units.
6237 @smallexample
6238 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
6239 (define_cpu_unit "port0, port1")
6240 @end smallexample
6242 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
6243 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
6244 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
6245 are issued into the second pipeline.  Integer division and
6246 multiplication insns can be executed only in the second integer
6247 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
6248 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e. the subsequent
6249 integer division insn can not be issued until the current division
6250 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
6251 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
6252 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
6253 incurred.  To describe all of this we could specify
6255 @smallexample
6256 (define_cpu_unit "div")
6258 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
6259                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
6261 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "type" "mult")
6262                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
6264 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "type" "div")
6265                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
6267 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "type" "float")
6268                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
6270 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
6271 @end smallexample
6273 To simplify the description we could describe the following reservation
6275 @smallexample
6276 (define_reservation "finish" "port0|port1")
6277 @end smallexample
6279 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
6280 construction
6282 @smallexample
6283 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
6284                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
6285 @end smallexample
6288 @end ifset
6289 @ifset INTERNALS
6290 @node Conditional Execution
6291 @section Conditional Execution
6292 @cindex conditional execution
6293 @cindex predication
6295 A number of architectures provide for some form of conditional
6296 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
6297 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
6298 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
6299 can be quite tedious to describe these forms directly in the
6300 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
6302 @findex define_cond_exec
6303 @smallexample
6304 (define_cond_exec
6305   [@var{predicate-pattern}]
6306   "@var{condition}"
6307   "@var{output-template}")
6308 @end smallexample
6310 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
6311 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
6312 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
6313 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
6314 alternative.
6316 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
6317 pattern to match.
6319 @findex current_insn_predicate
6320 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
6321 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
6322 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
6323 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
6324 In order to handle the general case, there is a global variable
6325 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
6326 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
6328 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
6329 the @code{predicable} instruction attribute is made.
6330 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be boolean (i.e.@: have
6331 exactly two elements in its @var{list-of-values}).  Further, it must
6332 not be used with complex expressions.  That is, the default and all
6333 uses in the insns must be a simple constant, not dependent on the
6334 alternative or anything else.
6336 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
6337 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
6338 generated that matches a predicated version of the instruction.
6339 For example,
6341 @smallexample
6342 (define_insn "addsi"
6343   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
6344         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
6345                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
6346   "@var{test1}"
6347   "add %2,%1,%0")
6349 (define_cond_exec
6350   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
6351        (const_int 0))]
6352   "@var{test2}"
6353   "(%0)")
6354 @end smallexample
6356 @noindent
6357 generates a new pattern
6359 @smallexample
6360 (define_insn ""
6361   [(cond_exec
6362      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
6363      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
6364           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
6365                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
6366   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
6367   "(%3) add %2,%1,%0")
6368 @end smallexample
6370 @end ifset
6371 @ifset INTERNALS
6372 @node Constant Definitions
6373 @section Constant Definitions
6374 @cindex constant definitions
6375 @findex define_constants
6377 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
6378 can be a maintenance problem.
6380 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
6381 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
6382 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
6383 if the corresponding value had been written instead.  You may use
6384 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
6385 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
6386 a different value.
6388 To come back to the a29k load multiple example, instead of
6390 @smallexample
6391 (define_insn ""
6392   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
6393      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
6394            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
6395       (use (reg:SI 179))
6396       (clobber (reg:SI 179))])]
6397   ""
6398   "loadm 0,0,%1,%2")
6399 @end smallexample
6401 You could write:
6403 @smallexample
6404 (define_constants [
6405     (R_BP 177)
6406     (R_FC 178)
6407     (R_CR 179)
6408     (R_Q  180)
6411 (define_insn ""
6412   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
6413      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
6414            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
6415       (use (reg:SI R_CR))
6416       (clobber (reg:SI R_CR))])]
6417   ""
6418   "loadm 0,0,%1,%2")
6419 @end smallexample
6421 The constants that are defined with a define_constant are also output
6422 in the insn-codes.h header file as #defines.
6423 @end ifset
6424 @ifset INTERNALS
6425 @node Macros
6426 @section Macros
6427 @cindex macros in @file{.md} files
6429 Ports often need to define similar patterns for more than one machine
6430 mode or for more than one rtx code.  GCC provides some simple macro
6431 facilities to make this process easier.
6433 @menu
6434 * Mode Macros::         Generating variations of patterns for different modes.
6435 * Code Macros::         Doing the same for codes.
6436 @end menu
6438 @node Mode Macros
6439 @subsection Mode Macros
6440 @cindex mode macros in @file{.md} files
6442 Ports often need to define similar patterns for two or more different modes.
6443 For example:
6445 @itemize @bullet
6446 @item
6447 If a processor has hardware support for both single and double
6448 floating-point arithmetic, the @code{SFmode} patterns tend to be
6449 very similar to the @code{DFmode} ones.
6451 @item
6452 If a port uses @code{SImode} pointers in one configuration and
6453 @code{DImode} pointers in another, it will usually have very similar
6454 @code{SImode} and @code{DImode} patterns for manipulating pointers.
6455 @end itemize
6457 Mode macros allow several patterns to be instantiated from one
6458 @file{.md} file template.  They can be used with any type of
6459 rtx-based construct, such as a @code{define_insn},
6460 @code{define_split}, or @code{define_peephole2}.
6462 @menu
6463 * Defining Mode Macros:: Defining a new mode macro.
6464 * String Substitutions:: Combining mode macros with string substitutions
6465 * Examples::             Examples
6466 @end menu
6468 @node Defining Mode Macros
6469 @subsubsection Defining Mode Macros
6470 @findex define_mode_macro
6472 The syntax for defining a mode macro is:
6474 @smallexample
6475 (define_mode_macro @var{name} [(@var{mode1} "@var{cond1}") ... (@var{moden} "@var{condn}")])
6476 @end smallexample
6478 This allows subsequent @file{.md} file constructs to use the mode suffix
6479 @code{:@var{name}}.  Every construct that does so will be expanded
6480 @var{n} times, once with every use of @code{:@var{name}} replaced by
6481 @code{:@var{mode1}}, once with every use replaced by @code{:@var{mode2}},
6482 and so on.  In the expansion for a particular @var{modei}, every
6483 C condition will also require that @var{condi} be true.
6485 For example:
6487 @smallexample
6488 (define_mode_macro P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
6489 @end smallexample
6491 defines a new mode suffix @code{:P}.  Every construct that uses
6492 @code{:P} will be expanded twice, once with every @code{:P} replaced
6493 by @code{:SI} and once with every @code{:P} replaced by @code{:DI}.
6494 The @code{:SI} version will only apply if @code{Pmode == SImode} and
6495 the @code{:DI} version will only apply if @code{Pmode == DImode}.
6497 As with other @file{.md} conditions, an empty string is treated
6498 as ``always true''.  @code{(@var{mode} "")} can also be abbreviated
6499 to @code{@var{mode}}.  For example:
6501 @smallexample
6502 (define_mode_macro GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
6503 @end smallexample
6505 means that the @code{:DI} expansion only applies if @code{TARGET_64BIT}
6506 but that the @code{:SI} expansion has no such constraint.
6508 Macros are applied in the order they are defined.  This can be
6509 significant if two macros are used in a construct that requires
6510 string substitutions.  @xref{String Substitutions}.
6512 @node String Substitutions
6513 @subsubsection String Substitution in Mode Macros
6514 @findex define_mode_attr
6516 If an @file{.md} file construct uses mode macros, each version of the
6517 construct will often need slightly different strings.  For example:
6519 @itemize @bullet
6520 @item
6521 When a @code{define_expand} defines several @code{add@var{m}3} patterns
6522 (@pxref{Standard Names}), each expander will need to use the
6523 appropriate mode name for @var{m}.
6525 @item
6526 When a @code{define_insn} defines several instruction patterns,
6527 each instruction will often use a different assembler mnemonic.
6528 @end itemize
6530 GCC supports such variations through a system of ``mode attributes''.
6531 There are two standard attributes: @code{mode}, which is the name of
6532 the mode in lower case, and @code{MODE}, which is the same thing in
6533 upper case.  You can define other attributes using:
6535 @smallexample
6536 (define_mode_attr @var{name} [(@var{mode1} "@var{value1}") ... (@var{moden} "@var{valuen}")])
6537 @end smallexample
6539 where @var{name} is the name of the attribute and @var{valuei}
6540 is the value associated with @var{modei}.
6542 When GCC replaces some @var{:macro} with @var{:mode}, it will
6543 scan each string in the pattern for sequences of the form
6544 @code{<@var{macro}:@var{attr}>}, where @var{attr} is the name of
6545 a mode attribute.  If the attribute is defined for @var{mode}, the
6546 whole @code{<...>} sequence will be replaced by the appropriate
6547 attribute value.
6549 For example, suppose an @file{.md} file has:
6551 @smallexample
6552 (define_mode_macro P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
6553 (define_mode_attr load [(SI "lw") (DI "ld")])
6554 @end smallexample
6556 If one of the patterns that uses @code{:P} contains the string
6557 @code{"<P:load>\t%0,%1"}, the @code{SI} version of that pattern
6558 will use @code{"lw\t%0,%1"} and the @code{DI} version will use
6559 @code{"ld\t%0,%1"}.
6561 The @code{@var{macro}:} prefix may be omitted, in which case the
6562 substitution will be attempted for every macro expansion.
6564 @node Examples
6565 @subsubsection Mode Macro Examples
6567 Here is an example from the MIPS port.  It defines the following
6568 modes and attributes (among others):
6570 @smallexample
6571 (define_mode_macro GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
6572 (define_mode_attr d [(SI "") (DI "d")])
6573 @end smallexample
6575 and uses the following template to define both @code{subsi3}
6576 and @code{subdi3}:
6578 @smallexample
6579 (define_insn "sub<mode>3"
6580   [(set (match_operand:GPR 0 "register_operand" "=d")
6581         (minus:GPR (match_operand:GPR 1 "register_operand" "d")
6582                    (match_operand:GPR 2 "register_operand" "d")))]
6583   ""
6584   "<d>subu\t%0,%1,%2"
6585   [(set_attr "type" "arith")
6586    (set_attr "mode" "<MODE>")])
6587 @end smallexample
6589 This is exactly equivalent to:
6591 @smallexample
6592 (define_insn "subsi3"
6593   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=d")
6594         (minus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "d")
6595                   (match_operand:SI 2 "register_operand" "d")))]
6596   ""
6597   "subu\t%0,%1,%2"
6598   [(set_attr "type" "arith")
6599    (set_attr "mode" "SI")])
6601 (define_insn "subdi3"
6602   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
6603         (minus:DI (match_operand:DI 1 "register_operand" "d")
6604                   (match_operand:DI 2 "register_operand" "d")))]
6605   ""
6606   "dsubu\t%0,%1,%2"
6607   [(set_attr "type" "arith")
6608    (set_attr "mode" "DI")])
6609 @end smallexample
6611 @node Code Macros
6612 @subsection Code Macros
6613 @cindex code macros in @file{.md} files
6614 @findex define_code_macro
6615 @findex define_code_attr
6617 Code macros operate in a similar way to mode macros.  @xref{Mode Macros}.
6619 The construct:
6621 @smallexample
6622 (define_code_macro @var{name} [(@var{code1} "@var{cond1}") ... (@var{coden} "@var{condn}")])
6623 @end smallexample
6625 defines a pseudo rtx code @var{name} that can be instantiated as
6626 @var{codei} if condition @var{condi} is true.  Each @var{codei}
6627 must have the same rtx format.  @xref{RTL Classes}.
6629 As with mode macros, each pattern that uses @var{name} will be
6630 expanded @var{n} times, once with all uses of @var{name} replaced by
6631 @var{code1}, once with all uses replaced by @var{code2}, and so on.
6632 @xref{Defining Mode Macros}.
6634 It is possible to define attributes for codes as well as for modes.
6635 There are two standard code attributes: @code{code}, the name of the
6636 code in lower case, and @code{CODE}, the name of the code in upper case.
6637 Other attributes are defined using:
6639 @smallexample
6640 (define_code_attr @var{name} [(@var{code1} "@var{value1}") ... (@var{coden} "@var{valuen}")])
6641 @end smallexample
6643 Here's an example of code macros in action, taken from the MIPS port:
6645 @smallexample
6646 (define_code_macro any_cond [unordered ordered unlt unge uneq ltgt unle ungt
6647                              eq ne gt ge lt le gtu geu ltu leu])
6649 (define_expand "b<code>"
6650   [(set (pc)
6651         (if_then_else (any_cond:CC (cc0)
6652                                    (const_int 0))
6653                       (label_ref (match_operand 0 ""))
6654                       (pc)))]
6655   ""
6657   gen_conditional_branch (operands, <CODE>);
6658   DONE;
6660 @end smallexample
6662 This is equivalent to:
6664 @smallexample
6665 (define_expand "bunordered"
6666   [(set (pc)
6667         (if_then_else (unordered:CC (cc0)
6668                                     (const_int 0))
6669                       (label_ref (match_operand 0 ""))
6670                       (pc)))]
6671   ""
6673   gen_conditional_branch (operands, UNORDERED);
6674   DONE;
6677 (define_expand "bordered"
6678   [(set (pc)
6679         (if_then_else (ordered:CC (cc0)
6680                                   (const_int 0))
6681                       (label_ref (match_operand 0 ""))
6682                       (pc)))]
6683   ""
6685   gen_conditional_branch (operands, ORDERED);
6686   DONE;
6690 @end smallexample
6692 @end ifset