2011-08-19 Andrew Stubbs <ams@codesourcery.com>
[official-gcc.git] / gcc / doc / md.texi
blob0bd9ecdd1674ca4bd3671b4b35ca84d37adf33d7
1 @c Copyright (C) 1988, 1989, 1992, 1993, 1994, 1996, 1998, 1999, 2000, 2001,
2 @c 2002, 2003, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009, 2010
3 @c Free Software Foundation, Inc.
4 @c This is part of the GCC manual.
5 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
7 @ifset INTERNALS
8 @node Machine Desc
9 @chapter Machine Descriptions
10 @cindex machine descriptions
12 A machine description has two parts: a file of instruction patterns
13 (@file{.md} file) and a C header file of macro definitions.
15 The @file{.md} file for a target machine contains a pattern for each
16 instruction that the target machine supports (or at least each instruction
17 that is worth telling the compiler about).  It may also contain comments.
18 A semicolon causes the rest of the line to be a comment, unless the semicolon
19 is inside a quoted string.
21 See the next chapter for information on the C header file.
23 @menu
24 * Overview::            How the machine description is used.
25 * Patterns::            How to write instruction patterns.
26 * Example::             An explained example of a @code{define_insn} pattern.
27 * RTL Template::        The RTL template defines what insns match a pattern.
28 * Output Template::     The output template says how to make assembler code
29                         from such an insn.
30 * Output Statement::    For more generality, write C code to output
31                         the assembler code.
32 * Predicates::          Controlling what kinds of operands can be used
33                         for an insn.
34 * Constraints::         Fine-tuning operand selection.
35 * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
36 * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
37 * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
38 * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
39 * Looping Patterns::    How to define patterns for special looping insns.
40 * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
41 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
42                         for a standard operation.
43 * Insn Splitting::      Splitting Instructions into Multiple Instructions.
44 * Including Patterns::  Including Patterns in Machine Descriptions.
45 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
46 * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
47 * Conditional Execution::Generating @code{define_insn} patterns for
48                          predication.
49 * Constant Definitions::Defining symbolic constants that can be used in the
50                         md file.
51 * Iterators::           Using iterators to generate patterns from a template.
52 @end menu
54 @node Overview
55 @section Overview of How the Machine Description is Used
57 There are three main conversions that happen in the compiler:
59 @enumerate
61 @item
62 The front end reads the source code and builds a parse tree.
64 @item
65 The parse tree is used to generate an RTL insn list based on named
66 instruction patterns.
68 @item
69 The insn list is matched against the RTL templates to produce assembler
70 code.
72 @end enumerate
74 For the generate pass, only the names of the insns matter, from either a
75 named @code{define_insn} or a @code{define_expand}.  The compiler will
76 choose the pattern with the right name and apply the operands according
77 to the documentation later in this chapter, without regard for the RTL
78 template or operand constraints.  Note that the names the compiler looks
79 for are hard-coded in the compiler---it will ignore unnamed patterns and
80 patterns with names it doesn't know about, but if you don't provide a
81 named pattern it needs, it will abort.
83 If a @code{define_insn} is used, the template given is inserted into the
84 insn list.  If a @code{define_expand} is used, one of three things
85 happens, based on the condition logic.  The condition logic may manually
86 create new insns for the insn list, say via @code{emit_insn()}, and
87 invoke @code{DONE}.  For certain named patterns, it may invoke @code{FAIL} to tell the
88 compiler to use an alternate way of performing that task.  If it invokes
89 neither @code{DONE} nor @code{FAIL}, the template given in the pattern
90 is inserted, as if the @code{define_expand} were a @code{define_insn}.
92 Once the insn list is generated, various optimization passes convert,
93 replace, and rearrange the insns in the insn list.  This is where the
94 @code{define_split} and @code{define_peephole} patterns get used, for
95 example.
97 Finally, the insn list's RTL is matched up with the RTL templates in the
98 @code{define_insn} patterns, and those patterns are used to emit the
99 final assembly code.  For this purpose, each named @code{define_insn}
100 acts like it's unnamed, since the names are ignored.
102 @node Patterns
103 @section Everything about Instruction Patterns
104 @cindex patterns
105 @cindex instruction patterns
107 @findex define_insn
108 Each instruction pattern contains an incomplete RTL expression, with pieces
109 to be filled in later, operand constraints that restrict how the pieces can
110 be filled in, and an output pattern or C code to generate the assembler
111 output, all wrapped up in a @code{define_insn} expression.
113 A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
115 @enumerate
116 @item
117 An optional name.  The presence of a name indicate that this instruction
118 pattern can perform a certain standard job for the RTL-generation
119 pass of the compiler.  This pass knows certain names and will use
120 the instruction patterns with those names, if the names are defined
121 in the machine description.
123 The absence of a name is indicated by writing an empty string
124 where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
125 used for generating RTL code, but they may permit several simpler insns
126 to be combined later on.
128 Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
129 effect; they are equivalent to no name at all.
131 For the purpose of debugging the compiler, you may also specify a
132 name beginning with the @samp{*} character.  Such a name is used only
133 for identifying the instruction in RTL dumps; it is entirely equivalent
134 to having a nameless pattern for all other purposes.
136 @item
137 The @dfn{RTL template} (@pxref{RTL Template}) is a vector of incomplete
138 RTL expressions which show what the instruction should look like.  It is
139 incomplete because it may contain @code{match_operand},
140 @code{match_operator}, and @code{match_dup} expressions that stand for
141 operands of the instruction.
143 If the vector has only one element, that element is the template for the
144 instruction pattern.  If the vector has multiple elements, then the
145 instruction pattern is a @code{parallel} expression containing the
146 elements described.
148 @item
149 @cindex pattern conditions
150 @cindex conditions, in patterns
151 A condition.  This is a string which contains a C expression that is
152 the final test to decide whether an insn body matches this pattern.
154 @cindex named patterns and conditions
155 For a named pattern, the condition (if present) may not depend on
156 the data in the insn being matched, but only the target-machine-type
157 flags.  The compiler needs to test these conditions during
158 initialization in order to learn exactly which named instructions are
159 available in a particular run.
161 @findex operands
162 For nameless patterns, the condition is applied only when matching an
163 individual insn, and only after the insn has matched the pattern's
164 recognition template.  The insn's operands may be found in the vector
165 @code{operands}.  For an insn where the condition has once matched, it
166 can't be used to control register allocation, for example by excluding
167 certain hard registers or hard register combinations.
169 @item
170 The @dfn{output template}: a string that says how to output matching
171 insns as assembler code.  @samp{%} in this string specifies where
172 to substitute the value of an operand.  @xref{Output Template}.
174 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
175 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
177 @item
178 Optionally, a vector containing the values of attributes for insns matching
179 this pattern.  @xref{Insn Attributes}.
180 @end enumerate
182 @node Example
183 @section Example of @code{define_insn}
184 @cindex @code{define_insn} example
186 Here is an actual example of an instruction pattern, for the 68000/68020.
188 @smallexample
189 (define_insn "tstsi"
190   [(set (cc0)
191         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
192   ""
193   "*
195   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
196     return \"tstl %0\";
197   return \"cmpl #0,%0\";
198 @}")
199 @end smallexample
201 @noindent
202 This can also be written using braced strings:
204 @smallexample
205 (define_insn "tstsi"
206   [(set (cc0)
207         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
208   ""
210   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
211     return "tstl %0";
212   return "cmpl #0,%0";
214 @end smallexample
216 This is an instruction that sets the condition codes based on the value of
217 a general operand.  It has no condition, so any insn whose RTL description
218 has the form shown may be handled according to this pattern.  The name
219 @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL generation
220 pass that, when it is necessary to test such a value, an insn to do so
221 can be constructed using this pattern.
223 The output control string is a piece of C code which chooses which
224 output template to return based on the kind of operand and the specific
225 type of CPU for which code is being generated.
227 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
229 @node RTL Template
230 @section RTL Template
231 @cindex RTL insn template
232 @cindex generating insns
233 @cindex insns, generating
234 @cindex recognizing insns
235 @cindex insns, recognizing
237 The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
238 and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
239 says how to construct an insn from specified operands.
241 Construction involves substituting specified operands into a copy of the
242 template.  Matching involves determining the values that serve as the
243 operands in the insn being matched.  Both of these activities are
244 controlled by special expression types that direct matching and
245 substitution of the operands.
247 @table @code
248 @findex match_operand
249 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
250 This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
251 the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
252 will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
253 appears at this position in the insn will be taken as operand
254 number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
255 pattern will not match at all.
257 Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
258 each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
259 expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
260 are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
261 expressions.  In the case of a @code{define_expand}, any operand numbers
262 used only in @code{match_dup} expressions have higher values than all
263 other operand numbers.
265 @var{predicate} is a string that is the name of a function that
266 accepts two arguments, an expression and a machine mode.
267 @xref{Predicates}.  During matching, the function will be called with
268 the putative operand as the expression and @var{m} as the mode
269 argument (if @var{m} is not specified, @code{VOIDmode} will be used,
270 which normally causes @var{predicate} to accept any mode).  If it
271 returns zero, this instruction pattern fails to match.
272 @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be
273 done on the operand, so anything which occurs in this position is
274 valid.
276 Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
277 not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
278 @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
279 Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
280 @code{VOIDmode}.
282 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
283 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
284 If the constraint would be an empty string, it can be omitted.
286 People are often unclear on the difference between the constraint and the
287 predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
288 pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
289 controls various decisions in the case of an insn which does match.
291 @findex match_scratch
292 @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
293 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
294 and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
295 expression.
297 When matching patterns, this is equivalent to
299 @smallexample
300 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{pred})
301 @end smallexample
303 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
304 expression.
306 If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
307 expressions whose operands are either a hard register or
308 @code{match_scratch}, the combiner can add or delete them when
309 necessary.  @xref{Side Effects}.
311 @findex match_dup
312 @item (match_dup @var{n})
313 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
314 It is used when the operand needs to appear more than once in the
315 insn.
317 In construction, @code{match_dup} acts just like @code{match_operand}:
318 the operand is substituted into the insn being constructed.  But in
319 matching, @code{match_dup} behaves differently.  It assumes that operand
320 number @var{n} has already been determined by a @code{match_operand}
321 appearing earlier in the recognition template, and it matches only an
322 identical-looking expression.
324 Note that @code{match_dup} should not be used to tell the compiler that
325 a particular register is being used for two operands (example:
326 @code{add} that adds one register to another; the second register is
327 both an input operand and the output operand).  Use a matching
328 constraint (@pxref{Simple Constraints}) for those.  @code{match_dup} is for the cases where one
329 operand is used in two places in the template, such as an instruction
330 that computes both a quotient and a remainder, where the opcode takes
331 two input operands but the RTL template has to refer to each of those
332 twice; once for the quotient pattern and once for the remainder pattern.
334 @findex match_operator
335 @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
336 This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
337 code.
339 When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
340 expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
341 operands are constructed from the patterns @var{operands}.
343 When matching an expression, it matches an expression if the function
344 @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
345 patterns @var{operands} match the operands of the expression.
347 Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
348 follows, to match any expression whose operator is one of the
349 commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
351 @smallexample
353 commutative_integer_operator (x, mode)
354      rtx x;
355      enum machine_mode mode;
357   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
358   if (GET_MODE (x) != mode)
359     return 0;
360   return (GET_RTX_CLASS (code) == RTX_COMM_ARITH
361           || code == EQ || code == NE);
363 @end smallexample
365 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
366 of a commutative operator applied to two general operands:
368 @smallexample
369 (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
370   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
371    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
372 @end smallexample
374 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
375 because the expressions to be matched all contain two operands.
377 When this pattern does match, the two operands of the commutative
378 operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
379 by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
380 will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
381 (operands[3])} to see which commutative operator was used.
383 The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
384 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
385 predicate function, and that function is solely responsible for
386 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
388 When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
389 the operation (i.e.@: the expression code) for the expression to be
390 made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
391 into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
392 gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
393 only its expression code matters.
395 When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
396 it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
397 is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
398 register allocation because the register allocator often looks at
399 operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
401 There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
402 operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
403 never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
404 However, if parts of its @var{operands} are matched by
405 @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
406 their own.
408 @findex match_op_dup
409 @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
410 Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
411 operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
412 substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
413 differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
414 determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
415 recognition template, and it matches only an identical-looking
416 expression.
418 @findex match_parallel
419 @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
420 This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
421 @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
422 expression should only appear at the top level of an insn pattern.
424 When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
425 this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
426 is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
427 vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
428 @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
429 @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
430 @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
431 of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
432 those listed in the @code{match_parallel}.
434 A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
435 multiple expressions, which can contain a variable number of elements
436 in a @code{parallel}.  For example,
438 @smallexample
439 (define_insn ""
440   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
441      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
442            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
443       (use (reg:SI 179))
444       (clobber (reg:SI 179))])]
445   ""
446   "loadm 0,0,%1,%2")
447 @end smallexample
449 This example comes from @file{a29k.md}.  The function
450 @code{load_multiple_operation} is defined in @file{a29k.c} and checks
451 that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
452 @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
453 registers and memory locations.
455 An insn that matches this pattern might look like:
457 @smallexample
458 (parallel
459  [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
460   (use (reg:SI 179))
461   (clobber (reg:SI 179))
462   (set (reg:SI 21)
463        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
464                         (const_int 4))))
465   (set (reg:SI 22)
466        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
467                         (const_int 8))))])
468 @end smallexample
470 @findex match_par_dup
471 @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
472 Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
473 @code{match_operator}.
475 @end table
477 @node Output Template
478 @section Output Templates and Operand Substitution
479 @cindex output templates
480 @cindex operand substitution
482 @cindex @samp{%} in template
483 @cindex percent sign
484 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
485 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
486 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
487 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
488 identify places where different variants of the assembler require
489 different syntax.
491 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
492 operand @var{n} at that point in the string.
494 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
495 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
496 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
497 additional letters with nonstandard meanings.
499 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
500 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
501 operand.
503 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
504 the constant is negated before printing.
506 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
507 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
508 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
509 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
510 as if it were a memory reference.
512 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
513 instruction.
515 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
516 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
517 referred to more than once in a single template that generates multiple
518 assembler instructions.
520 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
521 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
522 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
523 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
524 which punctuation characters are valid with the
525 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
527 @cindex \
528 @cindex backslash
529 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
530 for the instructions, with @samp{\;} between them.
532 @cindex matching operands
533 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
534 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
535 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
536 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
537 operand.
539 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
540 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
541 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
542 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
543 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
544 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
545 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
546 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
547 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
548 it to do nothing.
550 @cindex @code{#} in template
551 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
552 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
553 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
554 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
555 multiple assembler instructions, and there is a matching @code{define_split}
556 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
557 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
558 instructions.
560 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
561 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
562 describe multiple variants of assembler language syntax.
563 @xref{Instruction Output}.
565 @node Output Statement
566 @section C Statements for Assembler Output
567 @cindex output statements
568 @cindex C statements for assembler output
569 @cindex generating assembler output
571 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
572 assembler code for all the cases that are recognized by a single
573 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
574 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
575 machine instructions.
577 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
578 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
579 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
580 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
581 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
582 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
583 might write this pattern:
585 @smallexample
586 (define_insn "addsi3"
587   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
588         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
589                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
590   ""
591   "@@
592    addr %2,%0
593    addm %2,%0")
594 @end smallexample
596 @cindex @code{*} in template
597 @cindex asterisk in template
598 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
599 output template but rather a piece of C program that should compute a
600 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
601 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
602 require doublequote characters to delimit them.  To include these
603 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
605 If the output control string is written as a brace block instead of a
606 double-quoted string, it is automatically assumed to be C code.  In that
607 case, it is not necessary to put in a leading asterisk, or to escape the
608 doublequotes surrounding C string literals.
610 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
611 is @code{rtx []}.
613 It is very common to select different ways of generating assembler code
614 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
615 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
616 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
617 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
618 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
619 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
620 values of those bits.
622 @findex output_asm_insn
623 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
624 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
625 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
626 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
627 that you declare locally and initialize yourself.
629 @findex which_alternative
630 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
631 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
632 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
633 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
634 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
635 etc.).
637 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
638 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
639 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
641 @smallexample
642 (define_insn ""
643   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
644         (const_int 0))]
645   ""
646   @{
647   return (which_alternative == 0
648           ? "clrreg %0" : "clrmem %0");
649   @})
650 @end smallexample
652 The example above, where the assembler code to generate was
653 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
654 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
656 @smallexample
657 @group
658 (define_insn ""
659   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
660         (const_int 0))]
661   ""
662   "@@
663    clrreg %0
664    clrmem %0")
665 @end group
666 @end smallexample
668 @node Predicates
669 @section Predicates
670 @cindex predicates
671 @cindex operand predicates
672 @cindex operator predicates
674 A predicate determines whether a @code{match_operand} or
675 @code{match_operator} expression matches, and therefore whether the
676 surrounding instruction pattern will be used for that combination of
677 operands.  GCC has a number of machine-independent predicates, and you
678 can define machine-specific predicates as needed.  By convention,
679 predicates used with @code{match_operand} have names that end in
680 @samp{_operand}, and those used with @code{match_operator} have names
681 that end in @samp{_operator}.
683 All predicates are Boolean functions (in the mathematical sense) of
684 two arguments: the RTL expression that is being considered at that
685 position in the instruction pattern, and the machine mode that the
686 @code{match_operand} or @code{match_operator} specifies.  In this
687 section, the first argument is called @var{op} and the second argument
688 @var{mode}.  Predicates can be called from C as ordinary two-argument
689 functions; this can be useful in output templates or other
690 machine-specific code.
692 Operand predicates can allow operands that are not actually acceptable
693 to the hardware, as long as the constraints give reload the ability to
694 fix them up (@pxref{Constraints}).  However, GCC will usually generate
695 better code if the predicates specify the requirements of the machine
696 instructions as closely as possible.  Reload cannot fix up operands
697 that must be constants (``immediate operands''); you must use a
698 predicate that allows only constants, or else enforce the requirement
699 in the extra condition.
701 @cindex predicates and machine modes
702 @cindex normal predicates
703 @cindex special predicates
704 Most predicates handle their @var{mode} argument in a uniform manner.
705 If @var{mode} is @code{VOIDmode} (unspecified), then @var{op} can have
706 any mode.  If @var{mode} is anything else, then @var{op} must have the
707 same mode, unless @var{op} is a @code{CONST_INT} or integer
708 @code{CONST_DOUBLE}.  These RTL expressions always have
709 @code{VOIDmode}, so it would be counterproductive to check that their
710 mode matches.  Instead, predicates that accept @code{CONST_INT} and/or
711 integer @code{CONST_DOUBLE} check that the value stored in the
712 constant will fit in the requested mode.
714 Predicates with this behavior are called @dfn{normal}.
715 @command{genrecog} can optimize the instruction recognizer based on
716 knowledge of how normal predicates treat modes.  It can also diagnose
717 certain kinds of common errors in the use of normal predicates; for
718 instance, it is almost always an error to use a normal predicate
719 without specifying a mode.
721 Predicates that do something different with their @var{mode} argument
722 are called @dfn{special}.  The generic predicates
723 @code{address_operand} and @code{pmode_register_operand} are special
724 predicates.  @command{genrecog} does not do any optimizations or
725 diagnosis when special predicates are used.
727 @menu
728 * Machine-Independent Predicates::  Predicates available to all back ends.
729 * Defining Predicates::             How to write machine-specific predicate
730                                     functions.
731 @end menu
733 @node Machine-Independent Predicates
734 @subsection Machine-Independent Predicates
735 @cindex machine-independent predicates
736 @cindex generic predicates
738 These are the generic predicates available to all back ends.  They are
739 defined in @file{recog.c}.  The first category of predicates allow
740 only constant, or @dfn{immediate}, operands.
742 @defun immediate_operand
743 This predicate allows any sort of constant that fits in @var{mode}.
744 It is an appropriate choice for instructions that take operands that
745 must be constant.
746 @end defun
748 @defun const_int_operand
749 This predicate allows any @code{CONST_INT} expression that fits in
750 @var{mode}.  It is an appropriate choice for an immediate operand that
751 does not allow a symbol or label.
752 @end defun
754 @defun const_double_operand
755 This predicate accepts any @code{CONST_DOUBLE} expression that has
756 exactly @var{mode}.  If @var{mode} is @code{VOIDmode}, it will also
757 accept @code{CONST_INT}.  It is intended for immediate floating point
758 constants.
759 @end defun
761 @noindent
762 The second category of predicates allow only some kind of machine
763 register.
765 @defun register_operand
766 This predicate allows any @code{REG} or @code{SUBREG} expression that
767 is valid for @var{mode}.  It is often suitable for arithmetic
768 instruction operands on a RISC machine.
769 @end defun
771 @defun pmode_register_operand
772 This is a slight variant on @code{register_operand} which works around
773 a limitation in the machine-description reader.
775 @smallexample
776 (match_operand @var{n} "pmode_register_operand" @var{constraint})
777 @end smallexample
779 @noindent
780 means exactly what
782 @smallexample
783 (match_operand:P @var{n} "register_operand" @var{constraint})
784 @end smallexample
786 @noindent
787 would mean, if the machine-description reader accepted @samp{:P}
788 mode suffixes.  Unfortunately, it cannot, because @code{Pmode} is an
789 alias for some other mode, and might vary with machine-specific
790 options.  @xref{Misc}.
791 @end defun
793 @defun scratch_operand
794 This predicate allows hard registers and @code{SCRATCH} expressions,
795 but not pseudo-registers.  It is used internally by @code{match_scratch};
796 it should not be used directly.
797 @end defun
799 @noindent
800 The third category of predicates allow only some kind of memory reference.
802 @defun memory_operand
803 This predicate allows any valid reference to a quantity of mode
804 @var{mode} in memory, as determined by the weak form of
805 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS} (@pxref{Addressing Modes}).
806 @end defun
808 @defun address_operand
809 This predicate is a little unusual; it allows any operand that is a
810 valid expression for the @emph{address} of a quantity of mode
811 @var{mode}, again determined by the weak form of
812 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS}.  To first order, if
813 @samp{@w{(mem:@var{mode} (@var{exp}))}} is acceptable to
814 @code{memory_operand}, then @var{exp} is acceptable to
815 @code{address_operand}.  Note that @var{exp} does not necessarily have
816 the mode @var{mode}.
817 @end defun
819 @defun indirect_operand
820 This is a stricter form of @code{memory_operand} which allows only
821 memory references with a @code{general_operand} as the address
822 expression.  New uses of this predicate are discouraged, because
823 @code{general_operand} is very permissive, so it's hard to tell what
824 an @code{indirect_operand} does or does not allow.  If a target has
825 different requirements for memory operands for different instructions,
826 it is better to define target-specific predicates which enforce the
827 hardware's requirements explicitly.
828 @end defun
830 @defun push_operand
831 This predicate allows a memory reference suitable for pushing a value
832 onto the stack.  This will be a @code{MEM} which refers to
833 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address expression
834 (@pxref{Incdec}); which one is determined by the
835 @code{STACK_PUSH_CODE} macro (@pxref{Frame Layout}).
836 @end defun
838 @defun pop_operand
839 This predicate allows a memory reference suitable for popping a value
840 off the stack.  Again, this will be a @code{MEM} referring to
841 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address
842 expression.  However, this time @code{STACK_POP_CODE} is expected.
843 @end defun
845 @noindent
846 The fourth category of predicates allow some combination of the above
847 operands.
849 @defun nonmemory_operand
850 This predicate allows any immediate or register operand valid for @var{mode}.
851 @end defun
853 @defun nonimmediate_operand
854 This predicate allows any register or memory operand valid for @var{mode}.
855 @end defun
857 @defun general_operand
858 This predicate allows any immediate, register, or memory operand
859 valid for @var{mode}.
860 @end defun
862 @noindent
863 Finally, there are two generic operator predicates.
865 @defun comparison_operator
866 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
867 comparison in @var{mode}; that is, @code{COMPARISON_P} is true for the
868 expression code.
869 @end defun
871 @defun ordered_comparison_operator
872 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
873 comparison in @var{mode} and whose expression code is valid for integer
874 modes; that is, the expression code will be one of @code{eq}, @code{ne},
875 @code{lt}, @code{ltu}, @code{le}, @code{leu}, @code{gt}, @code{gtu},
876 @code{ge}, @code{geu}.
877 @end defun
879 @node Defining Predicates
880 @subsection Defining Machine-Specific Predicates
881 @cindex defining predicates
882 @findex define_predicate
883 @findex define_special_predicate
885 Many machines have requirements for their operands that cannot be
886 expressed precisely using the generic predicates.  You can define
887 additional predicates using @code{define_predicate} and
888 @code{define_special_predicate} expressions.  These expressions have
889 three operands:
891 @itemize @bullet
892 @item
893 The name of the predicate, as it will be referred to in
894 @code{match_operand} or @code{match_operator} expressions.
896 @item
897 An RTL expression which evaluates to true if the predicate allows the
898 operand @var{op}, false if it does not.  This expression can only use
899 the following RTL codes:
901 @table @code
902 @item MATCH_OPERAND
903 When written inside a predicate expression, a @code{MATCH_OPERAND}
904 expression evaluates to true if the predicate it names would allow
905 @var{op}.  The operand number and constraint are ignored.  Due to
906 limitations in @command{genrecog}, you can only refer to generic
907 predicates and predicates that have already been defined.
909 @item MATCH_CODE
910 This expression evaluates to true if @var{op} or a specified
911 subexpression of @var{op} has one of a given list of RTX codes.
913 The first operand of this expression is a string constant containing a
914 comma-separated list of RTX code names (in lower case).  These are the
915 codes for which the @code{MATCH_CODE} will be true.
917 The second operand is a string constant which indicates what
918 subexpression of @var{op} to examine.  If it is absent or the empty
919 string, @var{op} itself is examined.  Otherwise, the string constant
920 must be a sequence of digits and/or lowercase letters.  Each character
921 indicates a subexpression to extract from the current expression; for
922 the first character this is @var{op}, for the second and subsequent
923 characters it is the result of the previous character.  A digit
924 @var{n} extracts @samp{@w{XEXP (@var{e}, @var{n})}}; a letter @var{l}
925 extracts @samp{@w{XVECEXP (@var{e}, 0, @var{n})}} where @var{n} is the
926 alphabetic ordinal of @var{l} (0 for `a', 1 for 'b', and so on).  The
927 @code{MATCH_CODE} then examines the RTX code of the subexpression
928 extracted by the complete string.  It is not possible to extract
929 components of an @code{rtvec} that is not at position 0 within its RTX
930 object.
932 @item MATCH_TEST
933 This expression has one operand, a string constant containing a C
934 expression.  The predicate's arguments, @var{op} and @var{mode}, are
935 available with those names in the C expression.  The @code{MATCH_TEST}
936 evaluates to true if the C expression evaluates to a nonzero value.
937 @code{MATCH_TEST} expressions must not have side effects.
939 @item  AND
940 @itemx IOR
941 @itemx NOT
942 @itemx IF_THEN_ELSE
943 The basic @samp{MATCH_} expressions can be combined using these
944 logical operators, which have the semantics of the C operators
945 @samp{&&}, @samp{||}, @samp{!}, and @samp{@w{? :}} respectively.  As
946 in Common Lisp, you may give an @code{AND} or @code{IOR} expression an
947 arbitrary number of arguments; this has exactly the same effect as
948 writing a chain of two-argument @code{AND} or @code{IOR} expressions.
949 @end table
951 @item
952 An optional block of C code, which should execute
953 @samp{@w{return true}} if the predicate is found to match and
954 @samp{@w{return false}} if it does not.  It must not have any side
955 effects.  The predicate arguments, @var{op} and @var{mode}, are
956 available with those names.
958 If a code block is present in a predicate definition, then the RTL
959 expression must evaluate to true @emph{and} the code block must
960 execute @samp{@w{return true}} for the predicate to allow the operand.
961 The RTL expression is evaluated first; do not re-check anything in the
962 code block that was checked in the RTL expression.
963 @end itemize
965 The program @command{genrecog} scans @code{define_predicate} and
966 @code{define_special_predicate} expressions to determine which RTX
967 codes are possibly allowed.  You should always make this explicit in
968 the RTL predicate expression, using @code{MATCH_OPERAND} and
969 @code{MATCH_CODE}.
971 Here is an example of a simple predicate definition, from the IA64
972 machine description:
974 @smallexample
975 @group
976 ;; @r{True if @var{op} is a @code{SYMBOL_REF} which refers to the sdata section.}
977 (define_predicate "small_addr_symbolic_operand"
978   (and (match_code "symbol_ref")
979        (match_test "SYMBOL_REF_SMALL_ADDR_P (op)")))
980 @end group
981 @end smallexample
983 @noindent
984 And here is another, showing the use of the C block.
986 @smallexample
987 @group
988 ;; @r{True if @var{op} is a register operand that is (or could be) a GR reg.}
989 (define_predicate "gr_register_operand"
990   (match_operand 0 "register_operand")
992   unsigned int regno;
993   if (GET_CODE (op) == SUBREG)
994     op = SUBREG_REG (op);
996   regno = REGNO (op);
997   return (regno >= FIRST_PSEUDO_REGISTER || GENERAL_REGNO_P (regno));
999 @end group
1000 @end smallexample
1002 Predicates written with @code{define_predicate} automatically include
1003 a test that @var{mode} is @code{VOIDmode}, or @var{op} has the same
1004 mode as @var{mode}, or @var{op} is a @code{CONST_INT} or
1005 @code{CONST_DOUBLE}.  They do @emph{not} check specifically for
1006 integer @code{CONST_DOUBLE}, nor do they test that the value of either
1007 kind of constant fits in the requested mode.  This is because
1008 target-specific predicates that take constants usually have to do more
1009 stringent value checks anyway.  If you need the exact same treatment
1010 of @code{CONST_INT} or @code{CONST_DOUBLE} that the generic predicates
1011 provide, use a @code{MATCH_OPERAND} subexpression to call
1012 @code{const_int_operand}, @code{const_double_operand}, or
1013 @code{immediate_operand}.
1015 Predicates written with @code{define_special_predicate} do not get any
1016 automatic mode checks, and are treated as having special mode handling
1017 by @command{genrecog}.
1019 The program @command{genpreds} is responsible for generating code to
1020 test predicates.  It also writes a header file containing function
1021 declarations for all machine-specific predicates.  It is not necessary
1022 to declare these predicates in @file{@var{cpu}-protos.h}.
1023 @end ifset
1025 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
1026 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the internals
1027 @c manual's context are conditionalized to appear only in the internals manual.
1028 @ifset INTERNALS
1029 @node Constraints
1030 @section Operand Constraints
1031 @cindex operand constraints
1032 @cindex constraints
1034 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify
1035 constraints for the operands allowed.  The constraints allow you to
1036 fine-tune matching within the set of operands allowed by the
1037 predicate.
1039 @end ifset
1040 @ifclear INTERNALS
1041 @node Constraints
1042 @section Constraints for @code{asm} Operands
1043 @cindex operand constraints, @code{asm}
1044 @cindex constraints, @code{asm}
1045 @cindex @code{asm} constraints
1047 Here are specific details on what constraint letters you can use with
1048 @code{asm} operands.
1049 @end ifclear
1050 Constraints can say whether
1051 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
1052 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
1053 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
1054 have.  Constraints can also require two operands to match.
1055 Side-effects aren't allowed in operands of inline @code{asm}, unless
1056 @samp{<} or @samp{>} constraints are used, because there is no guarantee
1057 that the side-effects will happen exactly once in an instruction that can update
1058 the addressing register.
1060 @ifset INTERNALS
1061 @menu
1062 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1063 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1064 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
1065 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1066 * Disable Insn Alternatives:: Disable insn alternatives using the @code{enabled} attribute.
1067 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
1068 * Define Constraints::  How to define machine-specific constraints.
1069 * C Constraint Interface:: How to test constraints from C code.
1070 @end menu
1071 @end ifset
1073 @ifclear INTERNALS
1074 @menu
1075 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1076 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1077 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1078 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
1079 @end menu
1080 @end ifclear
1082 @node Simple Constraints
1083 @subsection Simple Constraints
1084 @cindex simple constraints
1086 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
1087 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
1088 the letters that are allowed:
1090 @table @asis
1091 @item whitespace
1092 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
1093 except the first.  This enables each alternative for different operands to
1094 be visually aligned in the machine description even if they have different
1095 number of constraints and modifiers.
1097 @cindex @samp{m} in constraint
1098 @cindex memory references in constraints
1099 @item @samp{m}
1100 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
1101 supports in general.
1102 Note that the letter used for the general memory constraint can be
1103 re-defined by a back end using the @code{TARGET_MEM_CONSTRAINT} macro.
1105 @cindex offsettable address
1106 @cindex @samp{o} in constraint
1107 @item @samp{o}
1108 A memory operand is allowed, but only if the address is
1109 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
1110 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
1111 may be added to the address and the result is also a valid memory
1112 address.
1114 @cindex autoincrement/decrement addressing
1115 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
1116 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
1117 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
1118 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
1119 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
1120 addresses may or may not be offsettable depending on the other
1121 addressing modes that the machine supports.
1123 Note that in an output operand which can be matched by another
1124 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
1125 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
1126 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
1128 @cindex @samp{V} in constraint
1129 @item @samp{V}
1130 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
1131 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
1133 @cindex @samp{<} in constraint
1134 @item @samp{<}
1135 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
1136 postdecrement) is allowed.  In inline @code{asm} this constraint is only
1137 allowed if the operand is used exactly once in an instruction that can
1138 handle the side-effects.  Not using an operand with @samp{<} in constraint
1139 string in the inline @code{asm} pattern at all or using it in multiple
1140 instructions isn't valid, because the side-effects wouldn't be performed
1141 or would be performed more than once.  Furthermore, on some targets
1142 the operand with @samp{<} in constraint string must be accompanied by
1143 special instruction suffixes like @code{%U0} instruction suffix on PowerPC
1144 or @code{%P0} on IA-64.
1146 @cindex @samp{>} in constraint
1147 @item @samp{>}
1148 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
1149 postincrement) is allowed.  In inline @code{asm} the same restrictions
1150 as for @samp{<} apply.
1152 @cindex @samp{r} in constraint
1153 @cindex registers in constraints
1154 @item @samp{r}
1155 A register operand is allowed provided that it is in a general
1156 register.
1158 @cindex constants in constraints
1159 @cindex @samp{i} in constraint
1160 @item @samp{i}
1161 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
1162 This includes symbolic constants whose values will be known only at
1163 assembly time or later.
1165 @cindex @samp{n} in constraint
1166 @item @samp{n}
1167 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
1168 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
1169 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
1170 rather than @samp{i}.
1172 @cindex @samp{I} in constraint
1173 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
1174 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
1175 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
1176 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
1177 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
1178 This is the range permitted as a shift count in the shift
1179 instructions.
1181 @cindex @samp{E} in constraint
1182 @item @samp{E}
1183 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
1184 allowed, but only if the target floating point format is the same as
1185 that of the host machine (on which the compiler is running).
1187 @cindex @samp{F} in constraint
1188 @item @samp{F}
1189 An immediate floating operand (expression code @code{const_double} or
1190 @code{const_vector}) is allowed.
1192 @cindex @samp{G} in constraint
1193 @cindex @samp{H} in constraint
1194 @item @samp{G}, @samp{H}
1195 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
1196 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
1198 @cindex @samp{s} in constraint
1199 @item @samp{s}
1200 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
1201 allowed.
1203 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
1204 value not known at compile time, it certainly must allow any known
1205 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
1206 better code to be generated.
1208 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
1209 use an immediate operand; but if the immediate value is between @minus{}128
1210 and 127, better code results from loading the value into a register and
1211 using the register.  This is because the load into the register can be
1212 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
1213 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
1214 range @minus{}128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
1215 constraints.
1217 @cindex @samp{g} in constraint
1218 @item @samp{g}
1219 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
1220 registers that are not general registers.
1222 @cindex @samp{X} in constraint
1223 @item @samp{X}
1224 @ifset INTERNALS
1225 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
1226 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
1227 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
1228 require a scratch register.
1229 @end ifset
1230 @ifclear INTERNALS
1231 Any operand whatsoever is allowed.
1232 @end ifclear
1234 @cindex @samp{0} in constraint
1235 @cindex digits in constraint
1236 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
1237 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
1238 digit is used together with letters within the same alternative, the
1239 digit should come last.
1241 This number is allowed to be more than a single digit.  If multiple
1242 digits are encountered consecutively, they are interpreted as a single
1243 decimal integer.  There is scant chance for ambiguity, since to-date
1244 it has never been desirable that @samp{10} be interpreted as matching
1245 either operand 1 @emph{or} operand 0.  Should this be desired, one
1246 can use multiple alternatives instead.
1248 @cindex matching constraint
1249 @cindex constraint, matching
1250 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
1251 that the assembler has only a single operand that fills two roles
1252 @ifset INTERNALS
1253 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
1254 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
1255 @end ifset
1256 @ifclear INTERNALS
1257 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
1258 two input operands and an output operand, but on most CISC
1259 @end ifclear
1260 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
1261 input-output operand:
1263 @smallexample
1264 addl #35,r12
1265 @end smallexample
1267 Matching constraints are used in these circumstances.
1268 More precisely, the two operands that match must include one input-only
1269 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
1270 smaller number than the number of the operand that uses it in the
1271 constraint.
1273 @ifset INTERNALS
1274 For operands to match in a particular case usually means that they
1275 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
1276 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
1277 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
1278 For proper results in such cases, the output template should always
1279 use the output-operand's number when printing the operand.
1280 @end ifset
1282 @cindex load address instruction
1283 @cindex push address instruction
1284 @cindex address constraints
1285 @cindex @samp{p} in constraint
1286 @item @samp{p}
1287 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
1288 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
1290 @findex address_operand
1291 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
1292 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
1293 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
1294 reference for which the address would be valid.
1296 @cindex other register constraints
1297 @cindex extensible constraints
1298 @item @var{other-letters}
1299 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
1300 particular classes of registers or other arbitrary operand types.
1301 @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are defined on the 68000/68020 to stand
1302 for data, address and floating point registers.
1303 @end table
1305 @ifset INTERNALS
1306 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
1307 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
1308 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
1309 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
1310 done by copying an operand into a register.
1312 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
1314 @smallexample
1315 (define_insn ""
1316   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1317         (plus:SI (match_dup 0)
1318                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
1319   ""
1320   "@dots{}")
1321 @end smallexample
1323 @noindent
1324 which has two operands, one of which must appear in two places, and
1326 @smallexample
1327 (define_insn ""
1328   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1329         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
1330                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
1331   ""
1332   "@dots{}")
1333 @end smallexample
1335 @noindent
1336 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
1337 identical.  If we are considering an insn of the form
1339 @smallexample
1340 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
1341   (set (reg:SI 3)
1342        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
1343   @dots{})
1344 @end smallexample
1346 @noindent
1347 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
1348 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
1349 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns''.
1350 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
1351 is something wrong with it''.  It would direct the reload pass of the
1352 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
1353 results might look like this:
1355 @smallexample
1356 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
1357   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
1358   @dots{})
1360 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
1361   (set (reg:SI 3)
1362        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
1363   @dots{})
1364 @end smallexample
1366 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
1367 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
1368 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
1369 for each possible combination of operand expressions, have at least one
1370 alternative which can handle that combination of operands.)  The
1371 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
1372 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
1373 reloading any possible operand so that it will fit.
1375 @itemize @bullet
1376 @item
1377 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
1378 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
1380 For example, an operand whose constraints permit everything except
1381 registers is safe provided its predicate rejects registers.
1383 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
1384 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
1385 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
1386 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
1387 more selective.
1389 @item
1390 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
1391 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
1392 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
1393 compiler knows how to copy a register into another register of the
1394 proper class in order to make an instruction valid.
1396 @cindex nonoffsettable memory reference
1397 @cindex memory reference, nonoffsettable
1398 @item
1399 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
1400 address into a register.  So if the constraint uses the letter
1401 @samp{o}, all memory references are taken care of.
1403 @item
1404 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
1405 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1406 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1407 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1409 @item
1410 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1411 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1412 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1413 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1414 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1415 objects allowed by the constraint.
1416 @end itemize
1418 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1419 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1420 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1421 how to copy a register temporarily into memory.
1423 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1424 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1425 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1426 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1427 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1428 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1429 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1430 @code{sign_extend}.
1431 @end ifset
1433 @node Multi-Alternative
1434 @subsection Multiple Alternative Constraints
1435 @cindex multiple alternative constraints
1437 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1438 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1439 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1440 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1441 another.
1443 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1444 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1445 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1446 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1447 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1448 @ifset INTERNALS
1449 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1451 @smallexample
1452 (define_insn "iorsi3"
1453   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1454         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1455                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1456   @dots{})
1457 @end smallexample
1459 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1460 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1461 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1462 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1463 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1464 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1465 @end ifset
1467 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1468 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1469 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1470 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1471 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1472 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1473 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1475 @table @code
1476 @cindex @samp{?} in constraint
1477 @cindex question mark
1478 @item ?
1479 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1480 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1481 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1482 in it.
1484 @cindex @samp{!} in constraint
1485 @cindex exclamation point
1486 @item !
1487 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1488 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1489 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1490 @end table
1492 @ifset INTERNALS
1493 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1494 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1495 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1496 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1497 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1498 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1499 @end ifset
1501 @ifset INTERNALS
1502 @node Class Preferences
1503 @subsection Register Class Preferences
1504 @cindex class preference constraints
1505 @cindex register class preference constraints
1507 @cindex voting between constraint alternatives
1508 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1509 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1510 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1511 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1512 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1513 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1514 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1515 favor of a general register.  The machine description says which registers
1516 are considered general.
1518 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1519 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1520 @end ifset
1522 @node Modifiers
1523 @subsection Constraint Modifier Characters
1524 @cindex modifiers in constraints
1525 @cindex constraint modifier characters
1527 @c prevent bad page break with this line
1528 Here are constraint modifier characters.
1530 @table @samp
1531 @cindex @samp{=} in constraint
1532 @item =
1533 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1534 value is discarded and replaced by output data.
1536 @cindex @samp{+} in constraint
1537 @item +
1538 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1540 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1541 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1542 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1543 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1544 are assumed to be input only.
1546 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1547 first character of the constraint string.
1549 @cindex @samp{&} in constraint
1550 @cindex earlyclobber operand
1551 @item &
1552 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1553 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1554 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1555 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1556 address.
1558 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1559 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1560 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1561 @samp{movdf} insn of the 68000.
1563 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only
1564 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1565 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1566 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber.
1567 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM@.
1569 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1571 @cindex @samp{%} in constraint
1572 @item %
1573 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1574 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1575 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1576 constraints.
1577 @ifset INTERNALS
1578 This is often used in patterns for addition instructions
1579 that really have only two operands: the result must go in one of the
1580 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1581 instruction is defined:
1583 @smallexample
1584 (define_insn "addhi3"
1585   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1586      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1587               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1588   @dots{})
1589 @end smallexample
1590 @end ifset
1591 GCC can only handle one commutative pair in an asm; if you use more,
1592 the compiler may fail.  Note that you need not use the modifier if
1593 the two alternatives are strictly identical; this would only waste
1594 time in the reload pass.  The modifier is not operational after
1595 register allocation, so the result of @code{define_peephole2}
1596 and @code{define_split}s performed after reload cannot rely on
1597 @samp{%} to make the intended insn match.
1599 @cindex @samp{#} in constraint
1600 @item #
1601 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1602 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1603 register preferences.
1605 @cindex @samp{*} in constraint
1606 @item *
1607 Says that the following character should be ignored when choosing
1608 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1609 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1611 @ifset INTERNALS
1612 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1613 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1614 copying it into an address register.  While either kind of register is
1615 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1616 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1617 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1618 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1619 register preferences.
1621 @smallexample
1622 (define_insn "extendhisi2"
1623   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1624         (sign_extend:SI
1625          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1626   @dots{})
1627 @end smallexample
1628 @end ifset
1629 @end table
1631 @node Machine Constraints
1632 @subsection Constraints for Particular Machines
1633 @cindex machine specific constraints
1634 @cindex constraints, machine specific
1636 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1637 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1638 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1639 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1640 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1641 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1642 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1643 immediate-constant format.
1645 Each architecture defines additional constraints.  These constraints
1646 are used by the compiler itself for instruction generation, as well as
1647 for @code{asm} statements; therefore, some of the constraints are not
1648 particularly useful for @code{asm}.  Here is a summary of some of the
1649 machine-dependent constraints available on some particular machines;
1650 it includes both constraints that are useful for @code{asm} and
1651 constraints that aren't.  The compiler source file mentioned in the
1652 table heading for each architecture is the definitive reference for
1653 the meanings of that architecture's constraints.
1655 @table @emph
1656 @item ARM family---@file{config/arm/arm.h}
1657 @table @code
1658 @item f
1659 Floating-point register
1661 @item w
1662 VFP floating-point register
1664 @item F
1665 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1666 or 10.0
1668 @item G
1669 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1670 were negated
1672 @item I
1673 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1674 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1675 multiple of 2
1677 @item J
1678 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1680 @item K
1681 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1683 @item L
1684 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1686 @item M
1687 Integer in the range 0 to 32
1689 @item Q
1690 A memory reference where the exact address is in a single register
1691 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1693 @item R
1694 An item in the constant pool
1696 @item S
1697 A symbol in the text segment of the current file
1699 @item Uv
1700 A memory reference suitable for VFP load/store insns (reg+constant offset)
1702 @item Uy
1703 A memory reference suitable for iWMMXt load/store instructions.
1705 @item Uq
1706 A memory reference suitable for the ARMv4 ldrsb instruction.
1707 @end table
1709 @item AVR family---@file{config/avr/constraints.md}
1710 @table @code
1711 @item l
1712 Registers from r0 to r15
1714 @item a
1715 Registers from r16 to r23
1717 @item d
1718 Registers from r16 to r31
1720 @item w
1721 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1723 @item e
1724 Pointer register (r26--r31)
1726 @item b
1727 Base pointer register (r28--r31)
1729 @item q
1730 Stack pointer register (SPH:SPL)
1732 @item t
1733 Temporary register r0
1735 @item x
1736 Register pair X (r27:r26)
1738 @item y
1739 Register pair Y (r29:r28)
1741 @item z
1742 Register pair Z (r31:r30)
1744 @item I
1745 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1747 @item J
1748 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1750 @item K
1751 Constant integer 2
1753 @item L
1754 Constant integer 0
1756 @item M
1757 Constant that fits in 8 bits
1759 @item N
1760 Constant integer @minus{}1
1762 @item O
1763 Constant integer 8, 16, or 24
1765 @item P
1766 Constant integer 1
1768 @item G
1769 A floating point constant 0.0
1771 @item R
1772 Integer constant in the range @minus{}6 @dots{} 5.
1774 @item Q
1775 A memory address based on Y or Z pointer with displacement.
1777 @item C04
1778 Constant integer 4
1779 @end table
1781 @item Hewlett-Packard PA-RISC---@file{config/pa/pa.h}
1782 @table @code
1783 @item a
1784 General register 1
1786 @item f
1787 Floating point register
1789 @item q
1790 Shift amount register
1792 @item x
1793 Floating point register (deprecated)
1795 @item y
1796 Upper floating point register (32-bit), floating point register (64-bit)
1798 @item Z
1799 Any register
1801 @item I
1802 Signed 11-bit integer constant
1804 @item J
1805 Signed 14-bit integer constant
1807 @item K
1808 Integer constant that can be deposited with a @code{zdepi} instruction
1810 @item L
1811 Signed 5-bit integer constant
1813 @item M
1814 Integer constant 0
1816 @item N
1817 Integer constant that can be loaded with a @code{ldil} instruction
1819 @item O
1820 Integer constant whose value plus one is a power of 2
1822 @item P
1823 Integer constant that can be used for @code{and} operations in @code{depi}
1824 and @code{extru} instructions
1826 @item S
1827 Integer constant 31
1829 @item U
1830 Integer constant 63
1832 @item G
1833 Floating-point constant 0.0
1835 @item A
1836 A @code{lo_sum} data-linkage-table memory operand
1838 @item Q
1839 A memory operand that can be used as the destination operand of an
1840 integer store instruction
1842 @item R
1843 A scaled or unscaled indexed memory operand
1845 @item T
1846 A memory operand for floating-point loads and stores
1848 @item W
1849 A register indirect memory operand
1850 @end table
1852 @item picoChip family---@file{picochip.h}
1853 @table @code
1854 @item k
1855 Stack register.
1857 @item f
1858 Pointer register.  A register which can be used to access memory without
1859 supplying an offset.  Any other register can be used to access memory,
1860 but will need a constant offset.  In the case of the offset being zero,
1861 it is more efficient to use a pointer register, since this reduces code
1862 size.
1864 @item t
1865 A twin register.  A register which may be paired with an adjacent
1866 register to create a 32-bit register.
1868 @item a
1869 Any absolute memory address (e.g., symbolic constant, symbolic
1870 constant + offset).
1872 @item I
1873 4-bit signed integer.
1875 @item J
1876 4-bit unsigned integer.
1878 @item K
1879 8-bit signed integer.
1881 @item M
1882 Any constant whose absolute value is no greater than 4-bits.
1884 @item N
1885 10-bit signed integer
1887 @item O
1888 16-bit signed integer.
1890 @end table
1892 @item PowerPC and IBM RS6000---@file{config/rs6000/rs6000.h}
1893 @table @code
1894 @item b
1895 Address base register
1897 @item d
1898 Floating point register (containing 64-bit value)
1900 @item f
1901 Floating point register (containing 32-bit value)
1903 @item v
1904 Altivec vector register
1906 @item wd
1907 VSX vector register to hold vector double data
1909 @item wf
1910 VSX vector register to hold vector float data
1912 @item ws
1913 VSX vector register to hold scalar float data
1915 @item wa
1916 Any VSX register
1918 @item h
1919 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1921 @item q
1922 @samp{MQ} register
1924 @item c
1925 @samp{CTR} register
1927 @item l
1928 @samp{LINK} register
1930 @item x
1931 @samp{CR} register (condition register) number 0
1933 @item y
1934 @samp{CR} register (condition register)
1936 @item z
1937 @samp{XER[CA]} carry bit (part of the XER register)
1939 @item I
1940 Signed 16-bit constant
1942 @item J
1943 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
1944 @code{SImode} constants)
1946 @item K
1947 Unsigned 16-bit constant
1949 @item L
1950 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
1952 @item M
1953 Constant larger than 31
1955 @item N
1956 Exact power of 2
1958 @item O
1959 Zero
1961 @item P
1962 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
1964 @item G
1965 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1966 instruction per word
1968 @item H
1969 Integer/Floating point constant that can be loaded into a register using
1970 three instructions
1972 @item m
1973 Memory operand.
1974 Normally, @code{m} does not allow addresses that update the base register.
1975 If @samp{<} or @samp{>} constraint is also used, they are allowed and
1976 therefore on PowerPC targets in that case it is only safe
1977 to use @samp{m<>} in an @code{asm} statement if that @code{asm} statement
1978 accesses the operand exactly once.  The @code{asm} statement must also
1979 use @samp{%U@var{<opno>}} as a placeholder for the ``update'' flag in the
1980 corresponding load or store instruction.  For example:
1982 @smallexample
1983 asm ("st%U0 %1,%0" : "=m<>" (mem) : "r" (val));
1984 @end smallexample
1986 is correct but:
1988 @smallexample
1989 asm ("st %1,%0" : "=m<>" (mem) : "r" (val));
1990 @end smallexample
1992 is not.
1994 @item es
1995 A ``stable'' memory operand; that is, one which does not include any
1996 automodification of the base register.  This used to be useful when
1997 @samp{m} allowed automodification of the base register, but as those are now only
1998 allowed when @samp{<} or @samp{>} is used, @samp{es} is basically the same
1999 as @samp{m} without @samp{<} and @samp{>}.
2001 @item Q
2002 Memory operand that is an offset from a register (it is usually better
2003 to use @samp{m} or @samp{es} in @code{asm} statements)
2005 @item Z
2006 Memory operand that is an indexed or indirect from a register (it is
2007 usually better to use @samp{m} or @samp{es} in @code{asm} statements)
2009 @item R
2010 AIX TOC entry
2012 @item a
2013 Address operand that is an indexed or indirect from a register (@samp{p} is
2014 preferable for @code{asm} statements)
2016 @item S
2017 Constant suitable as a 64-bit mask operand
2019 @item T
2020 Constant suitable as a 32-bit mask operand
2022 @item U
2023 System V Release 4 small data area reference
2025 @item t
2026 AND masks that can be performed by two rldic@{l, r@} instructions
2028 @item W
2029 Vector constant that does not require memory
2031 @item j
2032 Vector constant that is all zeros.
2034 @end table
2036 @item Intel 386---@file{config/i386/constraints.md}
2037 @table @code
2038 @item R
2039 Legacy register---the eight integer registers available on all
2040 i386 processors (@code{a}, @code{b}, @code{c}, @code{d},
2041 @code{si}, @code{di}, @code{bp}, @code{sp}).
2043 @item q
2044 Any register accessible as @code{@var{r}l}.  In 32-bit mode, @code{a},
2045 @code{b}, @code{c}, and @code{d}; in 64-bit mode, any integer register.
2047 @item Q
2048 Any register accessible as @code{@var{r}h}: @code{a}, @code{b},
2049 @code{c}, and @code{d}.
2051 @ifset INTERNALS
2052 @item l
2053 Any register that can be used as the index in a base+index memory
2054 access: that is, any general register except the stack pointer.
2055 @end ifset
2057 @item a
2058 The @code{a} register.
2060 @item b
2061 The @code{b} register.
2063 @item c
2064 The @code{c} register.
2066 @item d
2067 The @code{d} register.
2069 @item S
2070 The @code{si} register.
2072 @item D
2073 The @code{di} register.
2075 @item A
2076 The @code{a} and @code{d} registers.  This class is used for instructions
2077 that return double word results in the @code{ax:dx} register pair.  Single
2078 word values will be allocated either in @code{ax} or @code{dx}.
2079 For example on i386 the following implements @code{rdtsc}:
2081 @smallexample
2082 unsigned long long rdtsc (void)
2084   unsigned long long tick;
2085   __asm__ __volatile__("rdtsc":"=A"(tick));
2086   return tick;
2088 @end smallexample
2090 This is not correct on x86_64 as it would allocate tick in either @code{ax}
2091 or @code{dx}.  You have to use the following variant instead:
2093 @smallexample
2094 unsigned long long rdtsc (void)
2096   unsigned int tickl, tickh;
2097   __asm__ __volatile__("rdtsc":"=a"(tickl),"=d"(tickh));
2098   return ((unsigned long long)tickh << 32)|tickl;
2100 @end smallexample
2103 @item f
2104 Any 80387 floating-point (stack) register.
2106 @item t
2107 Top of 80387 floating-point stack (@code{%st(0)}).
2109 @item u
2110 Second from top of 80387 floating-point stack (@code{%st(1)}).
2112 @item y
2113 Any MMX register.
2115 @item x
2116 Any SSE register.
2118 @item Yz
2119 First SSE register (@code{%xmm0}).
2121 @ifset INTERNALS
2122 @item Y2
2123 Any SSE register, when SSE2 is enabled.
2125 @item Yi
2126 Any SSE register, when SSE2 and inter-unit moves are enabled.
2128 @item Ym
2129 Any MMX register, when inter-unit moves are enabled.
2130 @end ifset
2132 @item I
2133 Integer constant in the range 0 @dots{} 31, for 32-bit shifts.
2135 @item J
2136 Integer constant in the range 0 @dots{} 63, for 64-bit shifts.
2138 @item K
2139 Signed 8-bit integer constant.
2141 @item L
2142 @code{0xFF} or @code{0xFFFF}, for andsi as a zero-extending move.
2144 @item M
2145 0, 1, 2, or 3 (shifts for the @code{lea} instruction).
2147 @item N
2148 Unsigned 8-bit integer constant (for @code{in} and @code{out}
2149 instructions).
2151 @ifset INTERNALS
2152 @item O
2153 Integer constant in the range 0 @dots{} 127, for 128-bit shifts.
2154 @end ifset
2156 @item G
2157 Standard 80387 floating point constant.
2159 @item C
2160 Standard SSE floating point constant.
2162 @item e
2163 32-bit signed integer constant, or a symbolic reference known
2164 to fit that range (for immediate operands in sign-extending x86-64
2165 instructions).
2167 @item Z
2168 32-bit unsigned integer constant, or a symbolic reference known
2169 to fit that range (for immediate operands in zero-extending x86-64
2170 instructions).
2172 @end table
2174 @item Intel IA-64---@file{config/ia64/ia64.h}
2175 @table @code
2176 @item a
2177 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
2179 @item b
2180 Branch register
2182 @item c
2183 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
2185 @item d
2186 Application register residing in M-unit
2188 @item e
2189 Application register residing in I-unit
2191 @item f
2192 Floating-point register
2194 @item m
2195 Memory operand.  If used together with @samp{<} or @samp{>},
2196 the operand can have postincrement and postdecrement which
2197 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
2199 @item G
2200 Floating-point constant 0.0 or 1.0
2202 @item I
2203 14-bit signed integer constant
2205 @item J
2206 22-bit signed integer constant
2208 @item K
2209 8-bit signed integer constant for logical instructions
2211 @item L
2212 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
2214 @item M
2215 6-bit unsigned integer constant for shift counts
2217 @item N
2218 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
2220 @item O
2221 The constant zero
2223 @item P
2224 0 or @minus{}1 for @code{dep} instruction
2226 @item Q
2227 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
2229 @item R
2230 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
2232 @item S
2233 Memory operand except postincrement and postdecrement.  This is
2234 now roughly the same as @samp{m} when not used together with @samp{<}
2235 or @samp{>}.
2236 @end table
2238 @item FRV---@file{config/frv/frv.h}
2239 @table @code
2240 @item a
2241 Register in the class @code{ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2243 @item b
2244 Register in the class @code{EVEN_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2246 @item c
2247 Register in the class @code{CC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3} and
2248 @code{icc0} to @code{icc3}).
2250 @item d
2251 Register in the class @code{GPR_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2253 @item e
2254 Register in the class @code{EVEN_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2255 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2256 mode larger than 4 bytes.
2258 @item f
2259 Register in the class @code{FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2261 @item h
2262 Register in the class @code{FEVEN_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2263 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2264 mode larger than 4 bytes.
2266 @item l
2267 Register in the class @code{LR_REG} (the @code{lr} register).
2269 @item q
2270 Register in the class @code{QUAD_REGS} (@code{gr2} to @code{gr63}).
2271 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2272 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2274 @item t
2275 Register in the class @code{ICC_REGS} (@code{icc0} to @code{icc3}).
2277 @item u
2278 Register in the class @code{FCC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3}).
2280 @item v
2281 Register in the class @code{ICR_REGS} (@code{cc4} to @code{cc7}).
2283 @item w
2284 Register in the class @code{FCR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc3}).
2286 @item x
2287 Register in the class @code{QUAD_FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2288 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2289 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2291 @item z
2292 Register in the class @code{SPR_REGS} (@code{lcr} and @code{lr}).
2294 @item A
2295 Register in the class @code{QUAD_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2297 @item B
2298 Register in the class @code{ACCG_REGS} (@code{accg0} to @code{accg7}).
2300 @item C
2301 Register in the class @code{CR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc7}).
2303 @item G
2304 Floating point constant zero
2306 @item I
2307 6-bit signed integer constant
2309 @item J
2310 10-bit signed integer constant
2312 @item L
2313 16-bit signed integer constant
2315 @item M
2316 16-bit unsigned integer constant
2318 @item N
2319 12-bit signed integer constant that is negative---i.e.@: in the
2320 range of @minus{}2048 to @minus{}1
2322 @item O
2323 Constant zero
2325 @item P
2326 12-bit signed integer constant that is greater than zero---i.e.@: in the
2327 range of 1 to 2047.
2329 @end table
2331 @item Blackfin family---@file{config/bfin/constraints.md}
2332 @table @code
2333 @item a
2334 P register
2336 @item d
2337 D register
2339 @item z
2340 A call clobbered P register.
2342 @item q@var{n}
2343 A single register.  If @var{n} is in the range 0 to 7, the corresponding D
2344 register.  If it is @code{A}, then the register P0.
2346 @item D
2347 Even-numbered D register
2349 @item W
2350 Odd-numbered D register
2352 @item e
2353 Accumulator register.
2355 @item A
2356 Even-numbered accumulator register.
2358 @item B
2359 Odd-numbered accumulator register.
2361 @item b
2362 I register
2364 @item v
2365 B register
2367 @item f
2368 M register
2370 @item c
2371 Registers used for circular buffering, i.e. I, B, or L registers.
2373 @item C
2374 The CC register.
2376 @item t
2377 LT0 or LT1.
2379 @item k
2380 LC0 or LC1.
2382 @item u
2383 LB0 or LB1.
2385 @item x
2386 Any D, P, B, M, I or L register.
2388 @item y
2389 Additional registers typically used only in prologues and epilogues: RETS,
2390 RETN, RETI, RETX, RETE, ASTAT, SEQSTAT and USP.
2392 @item w
2393 Any register except accumulators or CC.
2395 @item Ksh
2396 Signed 16 bit integer (in the range @minus{}32768 to 32767)
2398 @item Kuh
2399 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535)
2401 @item Ks7
2402 Signed 7 bit integer (in the range @minus{}64 to 63)
2404 @item Ku7
2405 Unsigned 7 bit integer (in the range 0 to 127)
2407 @item Ku5
2408 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31)
2410 @item Ks4
2411 Signed 4 bit integer (in the range @minus{}8 to 7)
2413 @item Ks3
2414 Signed 3 bit integer (in the range @minus{}3 to 4)
2416 @item Ku3
2417 Unsigned 3 bit integer (in the range 0 to 7)
2419 @item P@var{n}
2420 Constant @var{n}, where @var{n} is a single-digit constant in the range 0 to 4.
2422 @item PA
2423 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2424 use with either accumulator.
2426 @item PB
2427 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2428 use only with accumulator A1.
2430 @item M1
2431 Constant 255.
2433 @item M2
2434 Constant 65535.
2436 @item J
2437 An integer constant with exactly a single bit set.
2439 @item L
2440 An integer constant with all bits set except exactly one.
2442 @item H
2444 @item Q
2445 Any SYMBOL_REF.
2446 @end table
2448 @item M32C---@file{config/m32c/m32c.c}
2449 @table @code
2450 @item Rsp
2451 @itemx Rfb
2452 @itemx Rsb
2453 @samp{$sp}, @samp{$fb}, @samp{$sb}.
2455 @item Rcr
2456 Any control register, when they're 16 bits wide (nothing if control
2457 registers are 24 bits wide)
2459 @item Rcl
2460 Any control register, when they're 24 bits wide.
2462 @item R0w
2463 @itemx R1w
2464 @itemx R2w
2465 @itemx R3w
2466 $r0, $r1, $r2, $r3.
2468 @item R02
2469 $r0 or $r2, or $r2r0 for 32 bit values.
2471 @item R13
2472 $r1 or $r3, or $r3r1 for 32 bit values.
2474 @item Rdi
2475 A register that can hold a 64 bit value.
2477 @item Rhl
2478 $r0 or $r1 (registers with addressable high/low bytes)
2480 @item R23
2481 $r2 or $r3
2483 @item Raa
2484 Address registers
2486 @item Raw
2487 Address registers when they're 16 bits wide.
2489 @item Ral
2490 Address registers when they're 24 bits wide.
2492 @item Rqi
2493 Registers that can hold QI values.
2495 @item Rad
2496 Registers that can be used with displacements ($a0, $a1, $sb).
2498 @item Rsi
2499 Registers that can hold 32 bit values.
2501 @item Rhi
2502 Registers that can hold 16 bit values.
2504 @item Rhc
2505 Registers chat can hold 16 bit values, including all control
2506 registers.
2508 @item Rra
2509 $r0 through R1, plus $a0 and $a1.
2511 @item Rfl
2512 The flags register.
2514 @item Rmm
2515 The memory-based pseudo-registers $mem0 through $mem15.
2517 @item Rpi
2518 Registers that can hold pointers (16 bit registers for r8c, m16c; 24
2519 bit registers for m32cm, m32c).
2521 @item Rpa
2522 Matches multiple registers in a PARALLEL to form a larger register.
2523 Used to match function return values.
2525 @item Is3
2526 @minus{}8 @dots{} 7
2528 @item IS1
2529 @minus{}128 @dots{} 127
2531 @item IS2
2532 @minus{}32768 @dots{} 32767
2534 @item IU2
2535 0 @dots{} 65535
2537 @item In4
2538 @minus{}8 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 8
2540 @item In5
2541 @minus{}16 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 16
2543 @item In6
2544 @minus{}32 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 32
2546 @item IM2
2547 @minus{}65536 @dots{} @minus{}1
2549 @item Ilb
2550 An 8 bit value with exactly one bit set.
2552 @item Ilw
2553 A 16 bit value with exactly one bit set.
2555 @item Sd
2556 The common src/dest memory addressing modes.
2558 @item Sa
2559 Memory addressed using $a0 or $a1.
2561 @item Si
2562 Memory addressed with immediate addresses.
2564 @item Ss
2565 Memory addressed using the stack pointer ($sp).
2567 @item Sf
2568 Memory addressed using the frame base register ($fb).
2570 @item Ss
2571 Memory addressed using the small base register ($sb).
2573 @item S1
2574 $r1h
2575 @end table
2577 @item MeP---@file{config/mep/constraints.md}
2578 @table @code
2580 @item a
2581 The $sp register.
2583 @item b
2584 The $tp register.
2586 @item c
2587 Any control register.
2589 @item d
2590 Either the $hi or the $lo register.
2592 @item em
2593 Coprocessor registers that can be directly loaded ($c0-$c15).
2595 @item ex
2596 Coprocessor registers that can be moved to each other.
2598 @item er
2599 Coprocessor registers that can be moved to core registers.
2601 @item h
2602 The $hi register.
2604 @item j
2605 The $rpc register.
2607 @item l
2608 The $lo register.
2610 @item t
2611 Registers which can be used in $tp-relative addressing.
2613 @item v
2614 The $gp register.
2616 @item x
2617 The coprocessor registers.
2619 @item y
2620 The coprocessor control registers.
2622 @item z
2623 The $0 register.
2625 @item A
2626 User-defined register set A.
2628 @item B
2629 User-defined register set B.
2631 @item C
2632 User-defined register set C.
2634 @item D
2635 User-defined register set D.
2637 @item I
2638 Offsets for $gp-rel addressing.
2640 @item J
2641 Constants that can be used directly with boolean insns.
2643 @item K
2644 Constants that can be moved directly to registers.
2646 @item L
2647 Small constants that can be added to registers.
2649 @item M
2650 Long shift counts.
2652 @item N
2653 Small constants that can be compared to registers.
2655 @item O
2656 Constants that can be loaded into the top half of registers.
2658 @item S
2659 Signed 8-bit immediates.
2661 @item T
2662 Symbols encoded for $tp-rel or $gp-rel addressing.
2664 @item U
2665 Non-constant addresses for loading/saving coprocessor registers.
2667 @item W
2668 The top half of a symbol's value.
2670 @item Y
2671 A register indirect address without offset.
2673 @item Z
2674 Symbolic references to the control bus.
2676 @end table
2678 @item MicroBlaze---@file{config/microblaze/constraints.md}
2679 @table @code
2680 @item d
2681 A general register (@code{r0} to @code{r31}).
2683 @item z
2684 A status register (@code{rmsr}, @code{$fcc1} to @code{$fcc7}).
2686 @end table
2688 @item MIPS---@file{config/mips/constraints.md}
2689 @table @code
2690 @item d
2691 An address register.  This is equivalent to @code{r} unless
2692 generating MIPS16 code.
2694 @item f
2695 A floating-point register (if available).
2697 @item h
2698 Formerly the @code{hi} register.  This constraint is no longer supported.
2700 @item l
2701 The @code{lo} register.  Use this register to store values that are
2702 no bigger than a word.
2704 @item x
2705 The concatenated @code{hi} and @code{lo} registers.  Use this register
2706 to store doubleword values.
2708 @item c
2709 A register suitable for use in an indirect jump.  This will always be
2710 @code{$25} for @option{-mabicalls}.
2712 @item v
2713 Register @code{$3}.  Do not use this constraint in new code;
2714 it is retained only for compatibility with glibc.
2716 @item y
2717 Equivalent to @code{r}; retained for backwards compatibility.
2719 @item z
2720 A floating-point condition code register.
2722 @item I
2723 A signed 16-bit constant (for arithmetic instructions).
2725 @item J
2726 Integer zero.
2728 @item K
2729 An unsigned 16-bit constant (for logic instructions).
2731 @item L
2732 A signed 32-bit constant in which the lower 16 bits are zero.
2733 Such constants can be loaded using @code{lui}.
2735 @item M
2736 A constant that cannot be loaded using @code{lui}, @code{addiu}
2737 or @code{ori}.
2739 @item N
2740 A constant in the range @minus{}65535 to @minus{}1 (inclusive).
2742 @item O
2743 A signed 15-bit constant.
2745 @item P
2746 A constant in the range 1 to 65535 (inclusive).
2748 @item G
2749 Floating-point zero.
2751 @item R
2752 An address that can be used in a non-macro load or store.
2753 @end table
2755 @item Motorola 680x0---@file{config/m68k/constraints.md}
2756 @table @code
2757 @item a
2758 Address register
2760 @item d
2761 Data register
2763 @item f
2764 68881 floating-point register, if available
2766 @item I
2767 Integer in the range 1 to 8
2769 @item J
2770 16-bit signed number
2772 @item K
2773 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
2775 @item L
2776 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
2778 @item M
2779 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
2781 @item N
2782 Range 24 to 31, rotatert:SI 8 to 1 expressed as rotate
2784 @item O
2785 16 (for rotate using swap)
2787 @item P
2788 Range 8 to 15, rotatert:HI 8 to 1 expressed as rotate
2790 @item R
2791 Numbers that mov3q can handle
2793 @item G
2794 Floating point constant that is not a 68881 constant
2796 @item S
2797 Operands that satisfy 'm' when -mpcrel is in effect
2799 @item T
2800 Operands that satisfy 's' when -mpcrel is not in effect
2802 @item Q
2803 Address register indirect addressing mode
2805 @item U
2806 Register offset addressing
2808 @item W
2809 const_call_operand
2811 @item Cs
2812 symbol_ref or const
2814 @item Ci
2815 const_int
2817 @item C0
2818 const_int 0
2820 @item Cj
2821 Range of signed numbers that don't fit in 16 bits
2823 @item Cmvq
2824 Integers valid for mvq
2826 @item Capsw
2827 Integers valid for a moveq followed by a swap
2829 @item Cmvz
2830 Integers valid for mvz
2832 @item Cmvs
2833 Integers valid for mvs
2835 @item Ap
2836 push_operand
2838 @item Ac
2839 Non-register operands allowed in clr
2841 @end table
2843 @item Moxie---@file{config/moxie/constraints.md}
2844 @table @code
2845 @item A
2846 An absolute address
2848 @item B
2849 An offset address
2851 @item W
2852 A register indirect memory operand
2854 @item I
2855 A constant in the range of 0 to 255.
2857 @item N
2858 A constant in the range of 0 to @minus{}255.
2860 @end table
2862 @item PDP-11---@file{config/pdp11/constraints.md}
2863 @table @code
2864 @item a
2865 Floating point registers AC0 through AC3.  These can be loaded from/to
2866 memory with a single instruction.
2868 @item d
2869 Odd numbered general registers (R1, R3, R5).  These are used for
2870 16-bit multiply operations.
2872 @item f
2873 Any of the floating point registers (AC0 through AC5).
2875 @item G
2876 Floating point constant 0.
2878 @item I
2879 An integer constant that fits in 16 bits.
2881 @item J
2882 An integer constant whose low order 16 bits are zero.
2884 @item K
2885 An integer constant that does not meet the constraints for codes
2886 @samp{I} or @samp{J}.
2888 @item L
2889 The integer constant 1.
2891 @item M
2892 The integer constant @minus{}1.
2894 @item N
2895 The integer constant 0.
2897 @item O
2898 Integer constants @minus{}4 through @minus{}1 and 1 through 4; shifts by these
2899 amounts are handled as multiple single-bit shifts rather than a single
2900 variable-length shift.
2902 @item Q
2903 A memory reference which requires an additional word (address or
2904 offset) after the opcode.
2906 @item R
2907 A memory reference that is encoded within the opcode.
2909 @end table
2911 @item RX---@file{config/rx/constraints.md}
2912 @table @code
2913 @item Q
2914 An address which does not involve register indirect addressing or
2915 pre/post increment/decrement addressing.
2917 @item Symbol
2918 A symbol reference.
2920 @item Int08
2921 A constant in the range @minus{}256 to 255, inclusive.
2923 @item Sint08
2924 A constant in the range @minus{}128 to 127, inclusive.
2926 @item Sint16
2927 A constant in the range @minus{}32768 to 32767, inclusive.
2929 @item Sint24
2930 A constant in the range @minus{}8388608 to 8388607, inclusive.
2932 @item Uint04
2933 A constant in the range 0 to 15, inclusive.
2935 @end table
2937 @need 1000
2938 @item SPARC---@file{config/sparc/sparc.h}
2939 @table @code
2940 @item f
2941 Floating-point register on the SPARC-V8 architecture and
2942 lower floating-point register on the SPARC-V9 architecture.
2944 @item e
2945 Floating-point register.  It is equivalent to @samp{f} on the
2946 SPARC-V8 architecture and contains both lower and upper
2947 floating-point registers on the SPARC-V9 architecture.
2949 @item c
2950 Floating-point condition code register.
2952 @item d
2953 Lower floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9
2954 architecture when the Visual Instruction Set is available.
2956 @item b
2957 Floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9 architecture
2958 when the Visual Instruction Set is available.
2960 @item h
2961 64-bit global or out register for the SPARC-V8+ architecture.
2963 @item D
2964 A vector constant
2966 @item I
2967 Signed 13-bit constant
2969 @item J
2970 Zero
2972 @item K
2973 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
2974 loaded with the @code{sethi} instruction)
2976 @item L
2977 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions
2979 @item M
2980 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions
2982 @item N
2983 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
2984 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
2985 modes wider than @code{SImode}
2987 @item O
2988 The constant 4096
2990 @item G
2991 Floating-point zero
2993 @item H
2994 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
2996 @item Q
2997 Floating-point constant whose integral representation can
2998 be moved into an integer register using a single sethi
2999 instruction
3001 @item R
3002 Floating-point constant whose integral representation can
3003 be moved into an integer register using a single mov
3004 instruction
3006 @item S
3007 Floating-point constant whose integral representation can
3008 be moved into an integer register using a high/lo_sum
3009 instruction sequence
3011 @item T
3012 Memory address aligned to an 8-byte boundary
3014 @item U
3015 Even register
3017 @item W
3018 Memory address for @samp{e} constraint registers
3020 @item Y
3021 Vector zero
3023 @end table
3025 @item SPU---@file{config/spu/spu.h}
3026 @table @code
3027 @item a
3028 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.
3030 @item c
3031 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.
3033 @item d
3034 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 64 bit value.
3036 @item f
3037 An immediate which can be loaded with @code{fsmbi}.
3039 @item A
3040 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3042 @item B
3043 An immediate for most arithmetic instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3045 @item C
3046 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3048 @item D
3049 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 32 bit value.
3051 @item I
3052 A constant in the range [@minus{}64, 63] for shift/rotate instructions.
3054 @item J
3055 An unsigned 7-bit constant for conversion/nop/channel instructions.
3057 @item K
3058 A signed 10-bit constant for most arithmetic instructions.
3060 @item M
3061 A signed 16 bit immediate for @code{stop}.
3063 @item N
3064 An unsigned 16-bit constant for @code{iohl} and @code{fsmbi}.
3066 @item O
3067 An unsigned 7-bit constant whose 3 least significant bits are 0.
3069 @item P
3070 An unsigned 3-bit constant for 16-byte rotates and shifts
3072 @item R
3073 Call operand, reg, for indirect calls
3075 @item S
3076 Call operand, symbol, for relative calls.
3078 @item T
3079 Call operand, const_int, for absolute calls.
3081 @item U
3082 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is sign extended to 128 bit.
3084 @item W
3085 An immediate for shift and rotate instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3087 @item Y
3088 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is sign extended as a 128 bit.
3090 @item Z
3091 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is sign extended to 128 bit.
3093 @end table
3095 @item S/390 and zSeries---@file{config/s390/s390.h}
3096 @table @code
3097 @item a
3098 Address register (general purpose register except r0)
3100 @item c
3101 Condition code register
3103 @item d
3104 Data register (arbitrary general purpose register)
3106 @item f
3107 Floating-point register
3109 @item I
3110 Unsigned 8-bit constant (0--255)
3112 @item J
3113 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
3115 @item K
3116 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
3118 @item L
3119 Value appropriate as displacement.
3120 @table @code
3121 @item (0..4095)
3122 for short displacement
3123 @item (@minus{}524288..524287)
3124 for long displacement
3125 @end table
3127 @item M
3128 Constant integer with a value of 0x7fffffff.
3130 @item N
3131 Multiple letter constraint followed by 4 parameter letters.
3132 @table @code
3133 @item 0..9:
3134 number of the part counting from most to least significant
3135 @item H,Q:
3136 mode of the part
3137 @item D,S,H:
3138 mode of the containing operand
3139 @item 0,F:
3140 value of the other parts (F---all bits set)
3141 @end table
3142 The constraint matches if the specified part of a constant
3143 has a value different from its other parts.
3145 @item Q
3146 Memory reference without index register and with short displacement.
3148 @item R
3149 Memory reference with index register and short displacement.
3151 @item S
3152 Memory reference without index register but with long displacement.
3154 @item T
3155 Memory reference with index register and long displacement.
3157 @item U
3158 Pointer with short displacement.
3160 @item W
3161 Pointer with long displacement.
3163 @item Y
3164 Shift count operand.
3166 @end table
3168 @item Score family---@file{config/score/score.h}
3169 @table @code
3170 @item d
3171 Registers from r0 to r32.
3173 @item e
3174 Registers from r0 to r16.
3176 @item t
3177 r8---r11 or r22---r27 registers.
3179 @item h
3180 hi register.
3182 @item l
3183 lo register.
3185 @item x
3186 hi + lo register.
3188 @item q
3189 cnt register.
3191 @item y
3192 lcb register.
3194 @item z
3195 scb register.
3197 @item a
3198 cnt + lcb + scb register.
3200 @item c
3201 cr0---cr15 register.
3203 @item b
3204 cp1 registers.
3206 @item f
3207 cp2 registers.
3209 @item i
3210 cp3 registers.
3212 @item j
3213 cp1 + cp2 + cp3 registers.
3215 @item I
3216 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero).
3218 @item J
3219 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31).
3221 @item K
3222 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535).
3224 @item L
3225 Signed 16 bit integer (in the range @minus{}32768 to 32767).
3227 @item M
3228 Unsigned 14 bit integer (in the range 0 to 16383).
3230 @item N
3231 Signed 14 bit integer (in the range @minus{}8192 to 8191).
3233 @item Z
3234 Any SYMBOL_REF.
3235 @end table
3237 @item Xstormy16---@file{config/stormy16/stormy16.h}
3238 @table @code
3239 @item a
3240 Register r0.
3242 @item b
3243 Register r1.
3245 @item c
3246 Register r2.
3248 @item d
3249 Register r8.
3251 @item e
3252 Registers r0 through r7.
3254 @item t
3255 Registers r0 and r1.
3257 @item y
3258 The carry register.
3260 @item z
3261 Registers r8 and r9.
3263 @item I
3264 A constant between 0 and 3 inclusive.
3266 @item J
3267 A constant that has exactly one bit set.
3269 @item K
3270 A constant that has exactly one bit clear.
3272 @item L
3273 A constant between 0 and 255 inclusive.
3275 @item M
3276 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
3278 @item N
3279 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
3281 @item O
3282 A constant between 1 and 4 inclusive.
3284 @item P
3285 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
3287 @item Q
3288 A memory reference that is a stack push.
3290 @item R
3291 A memory reference that is a stack pop.
3293 @item S
3294 A memory reference that refers to a constant address of known value.
3296 @item T
3297 The register indicated by Rx (not implemented yet).
3299 @item U
3300 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
3302 @item Z
3303 The constant 0.
3305 @end table
3307 @item TI C6X family---@file{config/c6x/constraints.md}
3308 @table @code
3309 @item a
3310 Register file A (A0--A31).
3312 @item b
3313 Register file B (B0--B31).
3315 @item A
3316 Predicate registers in register file A (A0--A2 on C64X and
3317 higher, A1 and A2 otherwise).
3319 @item B
3320 Predicate registers in register file B (B0--B2).
3322 @item C
3323 A call-used register in register file B (B0--B9, B16--B31).
3325 @item Da
3326 Register file A, excluding predicate registers (A3--A31,
3327 plus A0 if not C64X or higher).
3329 @item Db
3330 Register file B, excluding predicate registers (B3--B31).
3332 @item Iu4
3333 Integer constant in the range 0 @dots{} 15.
3335 @item Iu5
3336 Integer constant in the range 0 @dots{} 31.
3338 @item In5
3339 Integer constant in the range @minus{}31 @dots{} 0.
3341 @item Is5
3342 Integer constant in the range @minus{}16 @dots{} 15.
3344 @item I5x
3345 Integer constant that can be the operand of an ADDA or a SUBA insn.
3347 @item IuB
3348 Integer constant in the range 0 @dots{} 65535.
3350 @item IsB
3351 Integer constant in the range @minus{}32768 @dots{} 32767.
3353 @item IsC
3354 Integer constant in the range @math{-2^{20}} @dots{} @math{2^{20} - 1}.
3356 @item Jc
3357 Integer constant that is a valid mask for the clr instruction.
3359 @item Js
3360 Integer constant that is a valid mask for the set instruction.
3362 @item Q
3363 Memory location with A base register.
3365 @item R
3366 Memory location with B base register.
3368 @ifset INTERNALS
3369 @item S0
3370 On C64x+ targets, a GP-relative small data reference.
3372 @item S1
3373 Any kind of @code{SYMBOL_REF}, for use in a call address.
3375 @item Si
3376 Any kind of immediate operand, unless it matches the S0 constraint.
3378 @item T
3379 Memory location with B base register, but not using a long offset.
3381 @item W
3382 A memory operand with an address that can't be used in an unaligned access.
3384 @end ifset
3385 @item Z
3386 Register B14 (aka DP).
3388 @end table
3390 @item Xtensa---@file{config/xtensa/constraints.md}
3391 @table @code
3392 @item a
3393 General-purpose 32-bit register
3395 @item b
3396 One-bit boolean register
3398 @item A
3399 MAC16 40-bit accumulator register
3401 @item I
3402 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
3404 @item J
3405 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
3407 @item K
3408 Integer constant valid for BccI instructions
3410 @item L
3411 Unsigned constant valid for BccUI instructions
3413 @end table
3415 @end table
3417 @ifset INTERNALS
3418 @node Disable Insn Alternatives
3419 @subsection Disable insn alternatives using the @code{enabled} attribute
3420 @cindex enabled
3422 The @code{enabled} insn attribute may be used to disable certain insn
3423 alternatives for machine-specific reasons.  This is useful when adding
3424 new instructions to an existing pattern which are only available for
3425 certain cpu architecture levels as specified with the @code{-march=}
3426 option.
3428 If an insn alternative is disabled, then it will never be used.  The
3429 compiler treats the constraints for the disabled alternative as
3430 unsatisfiable.
3432 In order to make use of the @code{enabled} attribute a back end has to add
3433 in the machine description files:
3435 @enumerate
3436 @item
3437 A definition of the @code{enabled} insn attribute.  The attribute is
3438 defined as usual using the @code{define_attr} command.  This
3439 definition should be based on other insn attributes and/or target flags.
3440 The @code{enabled} attribute is a numeric attribute and should evaluate to
3441 @code{(const_int 1)} for an enabled alternative and to
3442 @code{(const_int 0)} otherwise.
3443 @item
3444 A definition of another insn attribute used to describe for what
3445 reason an insn alternative might be available or
3446 not.  E.g. @code{cpu_facility} as in the example below.
3447 @item
3448 An assignment for the second attribute to each insn definition
3449 combining instructions which are not all available under the same
3450 circumstances.  (Note: It obviously only makes sense for definitions
3451 with more than one alternative.  Otherwise the insn pattern should be
3452 disabled or enabled using the insn condition.)
3453 @end enumerate
3455 E.g. the following two patterns could easily be merged using the @code{enabled}
3456 attribute:
3458 @smallexample
3460 (define_insn "*movdi_old"
3461   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
3462         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d"))]
3463   "!TARGET_NEW"
3464   "lgr %0,%1")
3466 (define_insn "*movdi_new"
3467   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d,f,d")
3468         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d,d,f"))]
3469   "TARGET_NEW"
3470   "@@
3471    lgr  %0,%1
3472    ldgr %0,%1
3473    lgdr %0,%1")
3475 @end smallexample
3479 @smallexample
3481 (define_insn "*movdi_combined"
3482   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d,f,d")
3483         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d,d,f"))]
3484   ""
3485   "@@
3486    lgr  %0,%1
3487    ldgr %0,%1
3488    lgdr %0,%1"
3489   [(set_attr "cpu_facility" "*,new,new")])
3491 @end smallexample
3493 with the @code{enabled} attribute defined like this:
3495 @smallexample
3497 (define_attr "cpu_facility" "standard,new" (const_string "standard"))
3499 (define_attr "enabled" ""
3500   (cond [(eq_attr "cpu_facility" "standard") (const_int 1)
3501          (and (eq_attr "cpu_facility" "new")
3502               (ne (symbol_ref "TARGET_NEW") (const_int 0)))
3503          (const_int 1)]
3504         (const_int 0)))
3506 @end smallexample
3508 @end ifset
3510 @ifset INTERNALS
3511 @node Define Constraints
3512 @subsection Defining Machine-Specific Constraints
3513 @cindex defining constraints
3514 @cindex constraints, defining
3516 Machine-specific constraints fall into two categories: register and
3517 non-register constraints.  Within the latter category, constraints
3518 which allow subsets of all possible memory or address operands should
3519 be specially marked, to give @code{reload} more information.
3521 Machine-specific constraints can be given names of arbitrary length,
3522 but they must be entirely composed of letters, digits, underscores
3523 (@samp{_}), and angle brackets (@samp{< >}).  Like C identifiers, they
3524 must begin with a letter or underscore.
3526 In order to avoid ambiguity in operand constraint strings, no
3527 constraint can have a name that begins with any other constraint's
3528 name.  For example, if @code{x} is defined as a constraint name,
3529 @code{xy} may not be, and vice versa.  As a consequence of this rule,
3530 no constraint may begin with one of the generic constraint letters:
3531 @samp{E F V X g i m n o p r s}.
3533 Register constraints correspond directly to register classes.
3534 @xref{Register Classes}.  There is thus not much flexibility in their
3535 definitions.
3537 @deffn {MD Expression} define_register_constraint name regclass docstring
3538 All three arguments are string constants.
3539 @var{name} is the name of the constraint, as it will appear in
3540 @code{match_operand} expressions.  If @var{name} is a multi-letter
3541 constraint its length shall be the same for all constraints starting
3542 with the same letter.  @var{regclass} can be either the
3543 name of the corresponding register class (@pxref{Register Classes}),
3544 or a C expression which evaluates to the appropriate register class.
3545 If it is an expression, it must have no side effects, and it cannot
3546 look at the operand.  The usual use of expressions is to map some
3547 register constraints to @code{NO_REGS} when the register class
3548 is not available on a given subarchitecture.
3550 @var{docstring} is a sentence documenting the meaning of the
3551 constraint.  Docstrings are explained further below.
3552 @end deffn
3554 Non-register constraints are more like predicates: the constraint
3555 definition gives a Boolean expression which indicates whether the
3556 constraint matches.
3558 @deffn {MD Expression} define_constraint name docstring exp
3559 The @var{name} and @var{docstring} arguments are the same as for
3560 @code{define_register_constraint}, but note that the docstring comes
3561 immediately after the name for these expressions.  @var{exp} is an RTL
3562 expression, obeying the same rules as the RTL expressions in predicate
3563 definitions.  @xref{Defining Predicates}, for details.  If it
3564 evaluates true, the constraint matches; if it evaluates false, it
3565 doesn't. Constraint expressions should indicate which RTL codes they
3566 might match, just like predicate expressions.
3568 @code{match_test} C expressions have access to the
3569 following variables:
3571 @table @var
3572 @item op
3573 The RTL object defining the operand.
3574 @item mode
3575 The machine mode of @var{op}.
3576 @item ival
3577 @samp{INTVAL (@var{op})}, if @var{op} is a @code{const_int}.
3578 @item hval
3579 @samp{CONST_DOUBLE_HIGH (@var{op})}, if @var{op} is an integer
3580 @code{const_double}.
3581 @item lval
3582 @samp{CONST_DOUBLE_LOW (@var{op})}, if @var{op} is an integer
3583 @code{const_double}.
3584 @item rval
3585 @samp{CONST_DOUBLE_REAL_VALUE (@var{op})}, if @var{op} is a floating-point
3586 @code{const_double}.
3587 @end table
3589 The @var{*val} variables should only be used once another piece of the
3590 expression has verified that @var{op} is the appropriate kind of RTL
3591 object.
3592 @end deffn
3594 Most non-register constraints should be defined with
3595 @code{define_constraint}.  The remaining two definition expressions
3596 are only appropriate for constraints that should be handled specially
3597 by @code{reload} if they fail to match.
3599 @deffn {MD Expression} define_memory_constraint name docstring exp
3600 Use this expression for constraints that match a subset of all memory
3601 operands: that is, @code{reload} can make them match by converting the
3602 operand to the form @samp{@w{(mem (reg @var{X}))}}, where @var{X} is a
3603 base register (from the register class specified by
3604 @code{BASE_REG_CLASS}, @pxref{Register Classes}).
3606 For example, on the S/390, some instructions do not accept arbitrary
3607 memory references, but only those that do not make use of an index
3608 register.  The constraint letter @samp{Q} is defined to represent a
3609 memory address of this type.  If @samp{Q} is defined with
3610 @code{define_memory_constraint}, a @samp{Q} constraint can handle any
3611 memory operand, because @code{reload} knows it can simply copy the
3612 memory address into a base register if required.  This is analogous to
3613 the way an @samp{o} constraint can handle any memory operand.
3615 The syntax and semantics are otherwise identical to
3616 @code{define_constraint}.
3617 @end deffn
3619 @deffn {MD Expression} define_address_constraint name docstring exp
3620 Use this expression for constraints that match a subset of all address
3621 operands: that is, @code{reload} can make the constraint match by
3622 converting the operand to the form @samp{@w{(reg @var{X})}}, again
3623 with @var{X} a base register.
3625 Constraints defined with @code{define_address_constraint} can only be
3626 used with the @code{address_operand} predicate, or machine-specific
3627 predicates that work the same way.  They are treated analogously to
3628 the generic @samp{p} constraint.
3630 The syntax and semantics are otherwise identical to
3631 @code{define_constraint}.
3632 @end deffn
3634 For historical reasons, names beginning with the letters @samp{G H}
3635 are reserved for constraints that match only @code{const_double}s, and
3636 names beginning with the letters @samp{I J K L M N O P} are reserved
3637 for constraints that match only @code{const_int}s.  This may change in
3638 the future.  For the time being, constraints with these names must be
3639 written in a stylized form, so that @code{genpreds} can tell you did
3640 it correctly:
3642 @smallexample
3643 @group
3644 (define_constraint "[@var{GHIJKLMNOP}]@dots{}"
3645   "@var{doc}@dots{}"
3646   (and (match_code "const_int")  ; @r{@code{const_double} for G/H}
3647        @var{condition}@dots{}))            ; @r{usually a @code{match_test}}
3648 @end group
3649 @end smallexample
3650 @c the semicolons line up in the formatted manual
3652 It is fine to use names beginning with other letters for constraints
3653 that match @code{const_double}s or @code{const_int}s.
3655 Each docstring in a constraint definition should be one or more complete
3656 sentences, marked up in Texinfo format.  @emph{They are currently unused.}
3657 In the future they will be copied into the GCC manual, in @ref{Machine
3658 Constraints}, replacing the hand-maintained tables currently found in
3659 that section.  Also, in the future the compiler may use this to give
3660 more helpful diagnostics when poor choice of @code{asm} constraints
3661 causes a reload failure.
3663 If you put the pseudo-Texinfo directive @samp{@@internal} at the
3664 beginning of a docstring, then (in the future) it will appear only in
3665 the internals manual's version of the machine-specific constraint tables.
3666 Use this for constraints that should not appear in @code{asm} statements.
3668 @node C Constraint Interface
3669 @subsection Testing constraints from C
3670 @cindex testing constraints
3671 @cindex constraints, testing
3673 It is occasionally useful to test a constraint from C code rather than
3674 implicitly via the constraint string in a @code{match_operand}.  The
3675 generated file @file{tm_p.h} declares a few interfaces for working
3676 with machine-specific constraints.  None of these interfaces work with
3677 the generic constraints described in @ref{Simple Constraints}.  This
3678 may change in the future.
3680 @strong{Warning:} @file{tm_p.h} may declare other functions that
3681 operate on constraints, besides the ones documented here.  Do not use
3682 those functions from machine-dependent code.  They exist to implement
3683 the old constraint interface that machine-independent components of
3684 the compiler still expect.  They will change or disappear in the
3685 future.
3687 Some valid constraint names are not valid C identifiers, so there is a
3688 mangling scheme for referring to them from C@.  Constraint names that
3689 do not contain angle brackets or underscores are left unchanged.
3690 Underscores are doubled, each @samp{<} is replaced with @samp{_l}, and
3691 each @samp{>} with @samp{_g}.  Here are some examples:
3693 @c the @c's prevent double blank lines in the printed manual.
3694 @example
3695 @multitable {Original} {Mangled}
3696 @item @strong{Original} @tab @strong{Mangled}  @c
3697 @item @code{x}     @tab @code{x}       @c
3698 @item @code{P42x}  @tab @code{P42x}    @c
3699 @item @code{P4_x}  @tab @code{P4__x}   @c
3700 @item @code{P4>x}  @tab @code{P4_gx}   @c
3701 @item @code{P4>>}  @tab @code{P4_g_g}  @c
3702 @item @code{P4_g>} @tab @code{P4__g_g} @c
3703 @end multitable
3704 @end example
3706 Throughout this section, the variable @var{c} is either a constraint
3707 in the abstract sense, or a constant from @code{enum constraint_num};
3708 the variable @var{m} is a mangled constraint name (usually as part of
3709 a larger identifier).
3711 @deftp Enum constraint_num
3712 For each machine-specific constraint, there is a corresponding
3713 enumeration constant: @samp{CONSTRAINT_} plus the mangled name of the
3714 constraint.  Functions that take an @code{enum constraint_num} as an
3715 argument expect one of these constants.
3717 Machine-independent constraints do not have associated constants.
3718 This may change in the future.
3719 @end deftp
3721 @deftypefun {inline bool} satisfies_constraint_@var{m} (rtx @var{exp})
3722 For each machine-specific, non-register constraint @var{m}, there is
3723 one of these functions; it returns @code{true} if @var{exp} satisfies the
3724 constraint.  These functions are only visible if @file{rtl.h} was included
3725 before @file{tm_p.h}.
3726 @end deftypefun
3728 @deftypefun bool constraint_satisfied_p (rtx @var{exp}, enum constraint_num @var{c})
3729 Like the @code{satisfies_constraint_@var{m}} functions, but the
3730 constraint to test is given as an argument, @var{c}.  If @var{c}
3731 specifies a register constraint, this function will always return
3732 @code{false}.
3733 @end deftypefun
3735 @deftypefun {enum reg_class} regclass_for_constraint (enum constraint_num @var{c})
3736 Returns the register class associated with @var{c}.  If @var{c} is not
3737 a register constraint, or those registers are not available for the
3738 currently selected subtarget, returns @code{NO_REGS}.
3739 @end deftypefun
3741 Here is an example use of @code{satisfies_constraint_@var{m}}.  In
3742 peephole optimizations (@pxref{Peephole Definitions}), operand
3743 constraint strings are ignored, so if there are relevant constraints,
3744 they must be tested in the C condition.  In the example, the
3745 optimization is applied if operand 2 does @emph{not} satisfy the
3746 @samp{K} constraint.  (This is a simplified version of a peephole
3747 definition from the i386 machine description.)
3749 @smallexample
3750 (define_peephole2
3751   [(match_scratch:SI 3 "r")
3752    (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3753         (mult:SI (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")
3754                  (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "")))]
3756   "!satisfies_constraint_K (operands[2])"
3758   [(set (match_dup 3) (match_dup 1))
3759    (set (match_dup 0) (mult:SI (match_dup 3) (match_dup 2)))]
3761   "")
3762 @end smallexample
3764 @node Standard Names
3765 @section Standard Pattern Names For Generation
3766 @cindex standard pattern names
3767 @cindex pattern names
3768 @cindex names, pattern
3770 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
3771 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
3772 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
3773 pattern to accomplish a certain task.
3775 @table @asis
3776 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
3777 @item @samp{mov@var{m}}
3778 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lowercase.
3779 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
3780 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
3782 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
3783 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
3784 to store the specified value in the part of the register that corresponds
3785 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
3786 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
3787 outside the target word are left unchanged.
3789 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
3790 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
3791 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
3792 If there are patterns accepting operands in larger modes,
3793 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
3795 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
3796 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
3797 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
3798 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
3799 into a register.
3801 @findex force_reg
3802 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
3803 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
3804 registers other than the operands.  For example, if you support the
3805 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
3806 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
3807 function which might generate new pseudo registers.
3809 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
3810 fetching those modes from memory normally requires several insns and
3811 some temporary registers.
3813 @findex change_address
3814 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
3815 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
3816 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
3817 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
3818 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
3819 an address into a valid address and no routine (such as
3820 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
3821 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
3823 @findex reload_in_progress
3824 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
3825 declared if required) can be used to determine whether such special
3826 handling is required.
3828 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
3829 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
3830 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
3831 machines explicit memory references will get optional reloads.
3833 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
3834 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
3836 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
3837 you must provide an appropriate secondary_reload target hook.
3839 @findex can_create_pseudo_p
3840 The macro @code{can_create_pseudo_p} can be used to determine if it
3841 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
3842 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
3844 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
3845 register to any other hard register provided that
3846 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
3847 @code{TARGET_REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value
3848 of 2.
3850 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
3851 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
3852 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
3853 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
3854 point members.
3856 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
3857 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
3858 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
3859 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
3860 floating point registers, then the constraints of the fixed point
3861 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
3862 reload into a floating point register.
3864 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
3865 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
3866 @item @samp{reload_in@var{m}}
3867 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
3868 These named patterns have been obsoleted by the target hook
3869 @code{secondary_reload}.
3871 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
3872 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
3873 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
3874 macro in @pxref{Register Classes}.
3876 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
3877 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
3878 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
3879 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
3880 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
3881 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
3882 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
3883 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
3884 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
3885 for these patterns.
3887 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
3888 @item @samp{movstrict@var{m}}
3889 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
3890 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
3891 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
3892 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
3894 @cindex @code{movmisalign@var{m}} instruction pattern
3895 @item @samp{movmisalign@var{m}}
3896 This variant of a move pattern is designed to load or store a value
3897 from a memory address that is not naturally aligned for its mode.
3898 For a store, the memory will be in operand 0; for a load, the memory
3899 will be in operand 1.  The other operand is guaranteed not to be a
3900 memory, so that it's easy to tell whether this is a load or store.
3902 This pattern is used by the autovectorizer, and when expanding a
3903 @code{MISALIGNED_INDIRECT_REF} expression.
3905 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
3906 @item @samp{load_multiple}
3907 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
3908 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
3909 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
3910 number of consecutive registers.
3912 Define this only if the target machine really has such an instruction;
3913 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
3914 registers from memory is to do them one at a time.
3916 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
3917 registers can be stored into memory, such as particular starting or
3918 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
3919 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3920 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
3922 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
3923 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
3924 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
3925 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
3926 @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn pattern.
3928 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
3929 @item @samp{store_multiple}
3930 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
3931 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
3932 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
3933 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
3935 @cindex @code{vec_load_lanes@var{m}@var{n}} instruction pattern
3936 @item @samp{vec_load_lanes@var{m}@var{n}}
3937 Perform an interleaved load of several vectors from memory operand 1
3938 into register operand 0.  Both operands have mode @var{m}.  The register
3939 operand is viewed as holding consecutive vectors of mode @var{n},
3940 while the memory operand is a flat array that contains the same number
3941 of elements.  The operation is equivalent to:
3943 @smallexample
3944 int c = GET_MODE_SIZE (@var{m}) / GET_MODE_SIZE (@var{n});
3945 for (j = 0; j < GET_MODE_NUNITS (@var{n}); j++)
3946   for (i = 0; i < c; i++)
3947     operand0[i][j] = operand1[j * c + i];
3948 @end smallexample
3950 For example, @samp{vec_load_lanestiv4hi} loads 8 16-bit values
3951 from memory into a register of mode @samp{TI}@.  The register
3952 contains two consecutive vectors of mode @samp{V4HI}@.
3954 This pattern can only be used if:
3955 @smallexample
3956 TARGET_ARRAY_MODE_SUPPORTED_P (@var{n}, @var{c})
3957 @end smallexample
3958 is true.  GCC assumes that, if a target supports this kind of
3959 instruction for some mode @var{n}, it also supports unaligned
3960 loads for vectors of mode @var{n}.
3962 @cindex @code{vec_store_lanes@var{m}@var{n}} instruction pattern
3963 @item @samp{vec_store_lanes@var{m}@var{n}}
3964 Equivalent to @samp{vec_load_lanes@var{m}@var{n}}, with the memory
3965 and register operands reversed.  That is, the instruction is
3966 equivalent to:
3968 @smallexample
3969 int c = GET_MODE_SIZE (@var{m}) / GET_MODE_SIZE (@var{n});
3970 for (j = 0; j < GET_MODE_NUNITS (@var{n}); j++)
3971   for (i = 0; i < c; i++)
3972     operand0[j * c + i] = operand1[i][j];
3973 @end smallexample
3975 for a memory operand 0 and register operand 1.
3977 @cindex @code{vec_set@var{m}} instruction pattern
3978 @item @samp{vec_set@var{m}}
3979 Set given field in the vector value.  Operand 0 is the vector to modify,
3980 operand 1 is new value of field and operand 2 specify the field index.
3982 @cindex @code{vec_extract@var{m}} instruction pattern
3983 @item @samp{vec_extract@var{m}}
3984 Extract given field from the vector value.  Operand 1 is the vector, operand 2
3985 specify field index and operand 0 place to store value into.
3987 @cindex @code{vec_extract_even@var{m}} instruction pattern
3988 @item @samp{vec_extract_even@var{m}}
3989 Extract even elements from the input vectors (operand 1 and operand 2).
3990 The even elements of operand 2 are concatenated to the even elements of operand
3991 1 in their original order. The result is stored in operand 0.
3992 The output and input vectors should have the same modes.
3994 @cindex @code{vec_extract_odd@var{m}} instruction pattern
3995 @item @samp{vec_extract_odd@var{m}}
3996 Extract odd elements from the input vectors (operand 1 and operand 2).
3997 The odd elements of operand 2 are concatenated to the odd elements of operand
3998 1 in their original order. The result is stored in operand 0.
3999 The output and input vectors should have the same modes.
4001 @cindex @code{vec_interleave_high@var{m}} instruction pattern
4002 @item @samp{vec_interleave_high@var{m}}
4003 Merge high elements of the two input vectors into the output vector. The output
4004 and input vectors should have the same modes (@code{N} elements). The high
4005 @code{N/2} elements of the first input vector are interleaved with the high
4006 @code{N/2} elements of the second input vector.
4008 @cindex @code{vec_interleave_low@var{m}} instruction pattern
4009 @item @samp{vec_interleave_low@var{m}}
4010 Merge low elements of the two input vectors into the output vector. The output
4011 and input vectors should have the same modes (@code{N} elements). The low
4012 @code{N/2} elements of the first input vector are interleaved with the low
4013 @code{N/2} elements of the second input vector.
4015 @cindex @code{vec_init@var{m}} instruction pattern
4016 @item @samp{vec_init@var{m}}
4017 Initialize the vector to given values.  Operand 0 is the vector to initialize
4018 and operand 1 is parallel containing values for individual fields.
4020 @cindex @code{push@var{m}1} instruction pattern
4021 @item @samp{push@var{m}1}
4022 Output a push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
4023 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
4024 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
4025 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
4026 method is deprecated.
4028 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
4029 @item @samp{add@var{m}3}
4030 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
4031 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
4032 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
4034 @cindex @code{ssadd@var{m}3} instruction pattern
4035 @cindex @code{usadd@var{m}3} instruction pattern
4036 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
4037 @cindex @code{sssub@var{m}3} instruction pattern
4038 @cindex @code{ussub@var{m}3} instruction pattern
4039 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
4040 @cindex @code{ssmul@var{m}3} instruction pattern
4041 @cindex @code{usmul@var{m}3} instruction pattern
4042 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
4043 @cindex @code{ssdiv@var{m}3} instruction pattern
4044 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
4045 @cindex @code{usdiv@var{m}3} instruction pattern
4046 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
4047 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
4048 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
4049 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
4050 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
4051 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
4052 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
4053 @item @samp{ssadd@var{m}3}, @samp{usadd@var{m}3}
4054 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{sssub@var{m}3}, @samp{ussub@var{m}3}
4055 @item @samp{mul@var{m}3}, @samp{ssmul@var{m}3}, @samp{usmul@var{m}3}
4056 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{ssdiv@var{m}3}
4057 @itemx @samp{udiv@var{m}3}, @samp{usdiv@var{m}3}
4058 @itemx @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
4059 @itemx @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
4060 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
4061 Similar, for other arithmetic operations.
4063 @cindex @code{fma@var{m}4} instruction pattern
4064 @item @samp{fma@var{m}4}
4065 Multiply operand 2 and operand 1, then add operand 3, storing the
4066 result in operand 0.  All operands must have mode @var{m}.  This
4067 pattern is used to implement the @code{fma}, @code{fmaf}, and
4068 @code{fmal} builtin functions from the ISO C99 standard.  The
4069 @code{fma} operation may produce different results than doing the
4070 multiply followed by the add if the machine does not perform a
4071 rounding step between the operations.
4073 @cindex @code{fms@var{m}4} instruction pattern
4074 @item @samp{fms@var{m}4}
4075 Like @code{fma@var{m}4}, except operand 3 subtracted from the
4076 product instead of added to the product.  This is represented
4077 in the rtl as
4079 @smallexample
4080 (fma:@var{m} @var{op1} @var{op2} (neg:@var{m} @var{op3}))
4081 @end smallexample
4083 @cindex @code{fnma@var{m}4} instruction pattern
4084 @item @samp{fnma@var{m}4}
4085 Like @code{fma@var{m}4} except that the intermediate product
4086 is negated before being added to operand 3.  This is represented
4087 in the rtl as
4089 @smallexample
4090 (fma:@var{m} (neg:@var{m} @var{op1}) @var{op2} @var{op3})
4091 @end smallexample
4093 @cindex @code{fnms@var{m}4} instruction pattern
4094 @item @samp{fnms@var{m}4}
4095 Like @code{fms@var{m}4} except that the intermediate product
4096 is negated before subtracting operand 3.  This is represented
4097 in the rtl as
4099 @smallexample
4100 (fma:@var{m} (neg:@var{m} @var{op1}) @var{op2} (neg:@var{m} @var{op3}))
4101 @end smallexample
4103 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
4104 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
4105 @item @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}
4106 Signed minimum and maximum operations.  When used with floating point,
4107 if both operands are zeros, or if either operand is @code{NaN}, then
4108 it is unspecified which of the two operands is returned as the result.
4110 @cindex @code{reduc_smin_@var{m}} instruction pattern
4111 @cindex @code{reduc_smax_@var{m}} instruction pattern
4112 @item @samp{reduc_smin_@var{m}}, @samp{reduc_smax_@var{m}}
4113 Find the signed minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
4114 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
4115 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
4116 modes.
4118 @cindex @code{reduc_umin_@var{m}} instruction pattern
4119 @cindex @code{reduc_umax_@var{m}} instruction pattern
4120 @item @samp{reduc_umin_@var{m}}, @samp{reduc_umax_@var{m}}
4121 Find the unsigned minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
4122 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
4123 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
4124 modes.
4126 @cindex @code{reduc_splus_@var{m}} instruction pattern
4127 @item @samp{reduc_splus_@var{m}}
4128 Compute the sum of the signed elements of a vector. The vector is operand 1,
4129 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
4130 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
4132 @cindex @code{reduc_uplus_@var{m}} instruction pattern
4133 @item @samp{reduc_uplus_@var{m}}
4134 Compute the sum of the unsigned elements of a vector. The vector is operand 1,
4135 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
4136 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
4138 @cindex @code{sdot_prod@var{m}} instruction pattern
4139 @item @samp{sdot_prod@var{m}}
4140 @cindex @code{udot_prod@var{m}} instruction pattern
4141 @item @samp{udot_prod@var{m}}
4142 Compute the sum of the products of two signed/unsigned elements.
4143 Operand 1 and operand 2 are of the same mode. Their product, which is of a
4144 wider mode, is computed and added to operand 3. Operand 3 is of a mode equal or
4145 wider than the mode of the product. The result is placed in operand 0, which
4146 is of the same mode as operand 3.
4148 @cindex @code{ssum_widen@var{m3}} instruction pattern
4149 @item @samp{ssum_widen@var{m3}}
4150 @cindex @code{usum_widen@var{m3}} instruction pattern
4151 @item @samp{usum_widen@var{m3}}
4152 Operands 0 and 2 are of the same mode, which is wider than the mode of
4153 operand 1. Add operand 1 to operand 2 and place the widened result in
4154 operand 0. (This is used express accumulation of elements into an accumulator
4155 of a wider mode.)
4157 @cindex @code{vec_shl_@var{m}} instruction pattern
4158 @cindex @code{vec_shr_@var{m}} instruction pattern
4159 @item @samp{vec_shl_@var{m}}, @samp{vec_shr_@var{m}}
4160 Whole vector left/right shift in bits.
4161 Operand 1 is a vector to be shifted.
4162 Operand 2 is an integer shift amount in bits.
4163 Operand 0 is where the resulting shifted vector is stored.
4164 The output and input vectors should have the same modes.
4166 @cindex @code{vec_pack_trunc_@var{m}} instruction pattern
4167 @item @samp{vec_pack_trunc_@var{m}}
4168 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors. Operands 1 and 2
4169 are vectors of the same mode having N integral or floating point elements
4170 of size S@.  Operand 0 is the resulting vector in which 2*N elements of
4171 size N/2 are concatenated after narrowing them down using truncation.
4173 @cindex @code{vec_pack_ssat_@var{m}} instruction pattern
4174 @cindex @code{vec_pack_usat_@var{m}} instruction pattern
4175 @item @samp{vec_pack_ssat_@var{m}}, @samp{vec_pack_usat_@var{m}}
4176 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors.  Operands 1 and 2
4177 are vectors of the same mode having N integral elements of size S.
4178 Operand 0 is the resulting vector in which the elements of the two input
4179 vectors are concatenated after narrowing them down using signed/unsigned
4180 saturating arithmetic.
4182 @cindex @code{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}} instruction pattern
4183 @cindex @code{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}} instruction pattern
4184 @item @samp{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}}, @samp{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}}
4185 Narrow, convert to signed/unsigned integral type and merge the elements
4186 of two vectors.  Operands 1 and 2 are vectors of the same mode having N
4187 floating point elements of size S@.  Operand 0 is the resulting vector
4188 in which 2*N elements of size N/2 are concatenated.
4190 @cindex @code{vec_unpacks_hi_@var{m}} instruction pattern
4191 @cindex @code{vec_unpacks_lo_@var{m}} instruction pattern
4192 @item @samp{vec_unpacks_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_lo_@var{m}}
4193 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of signed
4194 integral or floating point elements.  The input vector (operand 1) has N
4195 elements of size S@.  Widen (promote) the high/low elements of the vector
4196 using signed or floating point extension and place the resulting N/2
4197 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
4199 @cindex @code{vec_unpacku_hi_@var{m}} instruction pattern
4200 @cindex @code{vec_unpacku_lo_@var{m}} instruction pattern
4201 @item @samp{vec_unpacku_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_lo_@var{m}}
4202 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of unsigned
4203 integral elements.  The input vector (operand 1) has N elements of size S.
4204 Widen (promote) the high/low elements of the vector using zero extension and
4205 place the resulting N/2 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
4207 @cindex @code{vec_unpacks_float_hi_@var{m}} instruction pattern
4208 @cindex @code{vec_unpacks_float_lo_@var{m}} instruction pattern
4209 @cindex @code{vec_unpacku_float_hi_@var{m}} instruction pattern
4210 @cindex @code{vec_unpacku_float_lo_@var{m}} instruction pattern
4211 @item @samp{vec_unpacks_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_float_lo_@var{m}}
4212 @itemx @samp{vec_unpacku_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_float_lo_@var{m}}
4213 Extract, convert to floating point type and widen the high/low part of a
4214 vector of signed/unsigned integral elements.  The input vector (operand 1)
4215 has N elements of size S@.  Convert the high/low elements of the vector using
4216 floating point conversion and place the resulting N/2 values of size 2*S in
4217 the output vector (operand 0).
4219 @cindex @code{vec_widen_umult_hi_@var{m}} instruction pattern
4220 @cindex @code{vec_widen_umult_lo__@var{m}} instruction pattern
4221 @cindex @code{vec_widen_smult_hi_@var{m}} instruction pattern
4222 @cindex @code{vec_widen_smult_lo_@var{m}} instruction pattern
4223 @item @samp{vec_widen_umult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_umult_lo_@var{m}}
4224 @itemx @samp{vec_widen_smult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_smult_lo_@var{m}}
4225 Signed/Unsigned widening multiplication.  The two inputs (operands 1 and 2)
4226 are vectors with N signed/unsigned elements of size S@.  Multiply the high/low
4227 elements of the two vectors, and put the N/2 products of size 2*S in the
4228 output vector (operand 0).
4230 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
4231 @item @samp{mulhisi3}
4232 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
4233 a @code{SImode} product in operand 0.
4235 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
4236 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
4237 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
4238 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
4240 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
4241 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
4242 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
4243 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
4244 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
4245 multiplication.
4247 @cindex @code{usmulqihi3} instruction pattern
4248 @cindex @code{usmulhisi3} instruction pattern
4249 @cindex @code{usmulsidi3} instruction pattern
4250 @item @samp{usmulqihi3}, @samp{usmulhisi3}, @samp{usmulsidi3}
4251 Similar widening-multiplication instructions that interpret the first
4252 operand as unsigned and the second operand as signed, then do a signed
4253 multiplication.
4255 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
4256 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
4257 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
4258 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
4259 The least significant half of the product is discarded.
4261 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
4262 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
4263 Similar, but the multiplication is unsigned.
4265 @cindex @code{madd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4266 @item @samp{madd@var{m}@var{n}4}
4267 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, add
4268 operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
4269 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
4270 Both modes must be integer or fixed-point modes and @var{n} must be twice
4271 the size of @var{m}.
4273 In other words, @code{madd@var{m}@var{n}4} is like
4274 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also adds operand 3.
4276 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
4278 @cindex @code{umadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4279 @item @samp{umadd@var{m}@var{n}4}
4280 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
4281 operands instead of sign-extending them.
4283 @cindex @code{ssmadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4284 @item @samp{ssmadd@var{m}@var{n}4}
4285 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
4286 signed-saturating.
4288 @cindex @code{usmadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4289 @item @samp{usmadd@var{m}@var{n}4}
4290 Like @code{umadd@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
4291 unsigned-saturating.
4293 @cindex @code{msub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4294 @item @samp{msub@var{m}@var{n}4}
4295 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, subtract the
4296 result from operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
4297 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
4298 Both modes must be integer or fixed-point modes and @var{n} must be twice
4299 the size of @var{m}.
4301 In other words, @code{msub@var{m}@var{n}4} is like
4302 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also subtracts the result
4303 from operand 3.
4305 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
4307 @cindex @code{umsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4308 @item @samp{umsub@var{m}@var{n}4}
4309 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
4310 operands instead of sign-extending them.
4312 @cindex @code{ssmsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4313 @item @samp{ssmsub@var{m}@var{n}4}
4314 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
4315 signed-saturating.
4317 @cindex @code{usmsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4318 @item @samp{usmsub@var{m}@var{n}4}
4319 Like @code{umsub@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
4320 unsigned-saturating.
4322 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
4323 @item @samp{divmod@var{m}4}
4324 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
4325 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
4326 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
4328 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
4329 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
4330 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
4331 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
4332 and remainder are computed.
4334 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
4335 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
4336 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
4337 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
4338 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
4340 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
4341 @item @samp{udivmod@var{m}4}
4342 Similar, but does unsigned division.
4344 @anchor{shift patterns}
4345 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
4346 @cindex @code{ssashl@var{m}3} instruction pattern
4347 @cindex @code{usashl@var{m}3} instruction pattern
4348 @item @samp{ashl@var{m}3}, @samp{ssashl@var{m}3}, @samp{usashl@var{m}3}
4349 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
4350 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
4351 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
4352 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
4353 mode before generating the instruction.  The meaning of out-of-range shift
4354 counts can optionally be specified by @code{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
4355 @xref{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.  Operand 2 is always a scalar type.
4357 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
4358 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
4359 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
4360 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
4361 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
4362 Other shift and rotate instructions, analogous to the
4363 @code{ashl@var{m}3} instructions.  Operand 2 is always a scalar type.
4365 @cindex @code{vashl@var{m}3} instruction pattern
4366 @cindex @code{vashr@var{m}3} instruction pattern
4367 @cindex @code{vlshr@var{m}3} instruction pattern
4368 @cindex @code{vrotl@var{m}3} instruction pattern
4369 @cindex @code{vrotr@var{m}3} instruction pattern
4370 @item @samp{vashl@var{m}3}, @samp{vashr@var{m}3}, @samp{vlshr@var{m}3}, @samp{vrotl@var{m}3}, @samp{vrotr@var{m}3}
4371 Vector shift and rotate instructions that take vectors as operand 2
4372 instead of a scalar type.
4374 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
4375 @cindex @code{ssneg@var{m}2} instruction pattern
4376 @cindex @code{usneg@var{m}2} instruction pattern
4377 @item @samp{neg@var{m}2}, @samp{ssneg@var{m}2}, @samp{usneg@var{m}2}
4378 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
4380 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
4381 @item @samp{abs@var{m}2}
4382 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
4384 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
4385 @item @samp{sqrt@var{m}2}
4386 Store the square root of operand 1 into operand 0.
4388 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
4389 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sqrtf}
4390 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4391 type @code{float}.
4393 @cindex @code{fmod@var{m}3} instruction pattern
4394 @item @samp{fmod@var{m}3}
4395 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
4396 operand 0, rounded towards zero to an integer.
4398 The @code{fmod} built-in function of C always uses the mode which
4399 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{fmodf}
4400 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4401 type @code{float}.
4403 @cindex @code{remainder@var{m}3} instruction pattern
4404 @item @samp{remainder@var{m}3}
4405 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
4406 operand 0, rounded to the nearest integer.
4408 The @code{remainder} built-in function of C always uses the mode
4409 which corresponds to the C data type @code{double} and the
4410 @code{remainderf} built-in function uses the mode which corresponds
4411 to the C data type @code{float}.
4413 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
4414 @item @samp{cos@var{m}2}
4415 Store the cosine of operand 1 into operand 0.
4417 The @code{cos} built-in function of C always uses the mode which
4418 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{cosf}
4419 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4420 type @code{float}.
4422 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
4423 @item @samp{sin@var{m}2}
4424 Store the sine of operand 1 into operand 0.
4426 The @code{sin} built-in function of C always uses the mode which
4427 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sinf}
4428 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4429 type @code{float}.
4431 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
4432 @item @samp{exp@var{m}2}
4433 Store the exponential of operand 1 into operand 0.
4435 The @code{exp} built-in function of C always uses the mode which
4436 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{expf}
4437 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4438 type @code{float}.
4440 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
4441 @item @samp{log@var{m}2}
4442 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.
4444 The @code{log} built-in function of C always uses the mode which
4445 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{logf}
4446 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4447 type @code{float}.
4449 @cindex @code{pow@var{m}3} instruction pattern
4450 @item @samp{pow@var{m}3}
4451 Store the value of operand 1 raised to the exponent operand 2
4452 into operand 0.
4454 The @code{pow} built-in function of C always uses the mode which
4455 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{powf}
4456 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4457 type @code{float}.
4459 @cindex @code{atan2@var{m}3} instruction pattern
4460 @item @samp{atan2@var{m}3}
4461 Store the arc tangent (inverse tangent) of operand 1 divided by
4462 operand 2 into operand 0, using the signs of both arguments to
4463 determine the quadrant of the result.
4465 The @code{atan2} built-in function of C always uses the mode which
4466 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{atan2f}
4467 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4468 type @code{float}.
4470 @cindex @code{floor@var{m}2} instruction pattern
4471 @item @samp{floor@var{m}2}
4472 Store the largest integral value not greater than argument.
4474 The @code{floor} built-in function of C always uses the mode which
4475 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{floorf}
4476 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4477 type @code{float}.
4479 @cindex @code{btrunc@var{m}2} instruction pattern
4480 @item @samp{btrunc@var{m}2}
4481 Store the argument rounded to integer towards zero.
4483 The @code{trunc} built-in function of C always uses the mode which
4484 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{truncf}
4485 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4486 type @code{float}.
4488 @cindex @code{round@var{m}2} instruction pattern
4489 @item @samp{round@var{m}2}
4490 Store the argument rounded to integer away from zero.
4492 The @code{round} built-in function of C always uses the mode which
4493 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{roundf}
4494 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4495 type @code{float}.
4497 @cindex @code{ceil@var{m}2} instruction pattern
4498 @item @samp{ceil@var{m}2}
4499 Store the argument rounded to integer away from zero.
4501 The @code{ceil} built-in function of C always uses the mode which
4502 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{ceilf}
4503 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4504 type @code{float}.
4506 @cindex @code{nearbyint@var{m}2} instruction pattern
4507 @item @samp{nearbyint@var{m}2}
4508 Store the argument rounded according to the default rounding mode
4510 The @code{nearbyint} built-in function of C always uses the mode which
4511 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{nearbyintf}
4512 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4513 type @code{float}.
4515 @cindex @code{rint@var{m}2} instruction pattern
4516 @item @samp{rint@var{m}2}
4517 Store the argument rounded according to the default rounding mode and
4518 raise the inexact exception when the result differs in value from
4519 the argument
4521 The @code{rint} built-in function of C always uses the mode which
4522 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{rintf}
4523 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4524 type @code{float}.
4526 @cindex @code{lrint@var{m}@var{n}2}
4527 @item @samp{lrint@var{m}@var{n}2}
4528 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4529 point mode @var{n} as a signed number according to the current
4530 rounding mode and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
4532 @cindex @code{lround@var{m}@var{n}2}
4533 @item @samp{lround@var{m}@var{n}2}
4534 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4535 point mode @var{n} as a signed number rounding to nearest and away
4536 from zero and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
4538 @cindex @code{lfloor@var{m}@var{n}2}
4539 @item @samp{lfloor@var{m}@var{n}2}
4540 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4541 point mode @var{n} as a signed number rounding down and store in
4542 operand 0 (which has mode @var{n}).
4544 @cindex @code{lceil@var{m}@var{n}2}
4545 @item @samp{lceil@var{m}@var{n}2}
4546 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4547 point mode @var{n} as a signed number rounding up and store in
4548 operand 0 (which has mode @var{n}).
4550 @cindex @code{copysign@var{m}3} instruction pattern
4551 @item @samp{copysign@var{m}3}
4552 Store a value with the magnitude of operand 1 and the sign of operand
4553 2 into operand 0.
4555 The @code{copysign} built-in function of C always uses the mode which
4556 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{copysignf}
4557 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4558 type @code{float}.
4560 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
4561 @item @samp{ffs@var{m}2}
4562 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
4563 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
4564 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
4565 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
4566 generating the instruction.
4568 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
4569 corresponds to the C data type @code{int}.
4571 @cindex @code{clz@var{m}2} instruction pattern
4572 @item @samp{clz@var{m}2}
4573 Store into operand 0 the number of leading 0-bits in @var{x}, starting
4574 at the most significant bit position.  If @var{x} is 0, the
4575 @code{CLZ_DEFINED_VALUE_AT_ZERO} (@pxref{Misc}) macro defines if
4576 the result is undefined or has a useful value.
4577 @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
4578 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
4579 operand to that mode before generating the instruction.
4581 @cindex @code{ctz@var{m}2} instruction pattern
4582 @item @samp{ctz@var{m}2}
4583 Store into operand 0 the number of trailing 0-bits in @var{x}, starting
4584 at the least significant bit position.  If @var{x} is 0, the
4585 @code{CTZ_DEFINED_VALUE_AT_ZERO} (@pxref{Misc}) macro defines if
4586 the result is undefined or has a useful value.
4587 @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
4588 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
4589 operand to that mode before generating the instruction.
4591 @cindex @code{popcount@var{m}2} instruction pattern
4592 @item @samp{popcount@var{m}2}
4593 Store into operand 0 the number of 1-bits in @var{x}.  @var{m} is the
4594 mode of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
4595 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
4596 generating the instruction.
4598 @cindex @code{parity@var{m}2} instruction pattern
4599 @item @samp{parity@var{m}2}
4600 Store into operand 0 the parity of @var{x}, i.e.@: the number of 1-bits
4601 in @var{x} modulo 2.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode
4602 is specified by the instruction pattern, and the compiler will convert
4603 the operand to that mode before generating the instruction.
4605 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
4606 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
4607 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
4609 @cindex @code{movmem@var{m}} instruction pattern
4610 @item @samp{movmem@var{m}}
4611 Block move instruction.  The destination and source blocks of memory
4612 are the first two operands, and both are @code{mem:BLK}s with an
4613 address in mode @code{Pmode}.
4615 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
4616 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
4617 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
4618 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
4619 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
4620 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
4621 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
4623 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
4624 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
4625 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
4626 it may provide the value 4 for this operand.
4628 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
4629 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
4630 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
4631 all cases. This expected alignment is also in bytes, just like operand 4.
4632 Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
4634 Descriptions of multiple @code{movmem@var{m}} patterns can only be
4635 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
4636 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
4637 in @code{movmem@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
4638 individually moved data units in the block.
4640 These patterns need not give special consideration to the possibility
4641 that the source and destination strings might overlap.
4643 @cindex @code{movstr} instruction pattern
4644 @item @samp{movstr}
4645 String copy instruction, with @code{stpcpy} semantics.  Operand 0 is
4646 an output operand in mode @code{Pmode}.  The addresses of the
4647 destination and source strings are operands 1 and 2, and both are
4648 @code{mem:BLK}s with addresses in mode @code{Pmode}.  The execution of
4649 the expansion of this pattern should store in operand 0 the address in
4650 which the @code{NUL} terminator was stored in the destination string.
4652 @cindex @code{setmem@var{m}} instruction pattern
4653 @item @samp{setmem@var{m}}
4654 Block set instruction.  The destination string is the first operand,
4655 given as a @code{mem:BLK} whose address is in mode @code{Pmode}.  The
4656 number of bytes to set is the second operand, in mode @var{m}.  The value to
4657 initialize the memory with is the third operand. Targets that only support the
4658 clearing of memory should reject any value that is not the constant 0.  See
4659 @samp{movmem@var{m}} for a discussion of the choice of mode.
4661 The fourth operand is the known alignment of the destination, in the form
4662 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
4663 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
4664 operand.
4666 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
4667 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
4668 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
4669 all cases. This expected alignment is also in bytes, just like operand 4.
4670 Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
4672 The use for multiple @code{setmem@var{m}} is as for @code{movmem@var{m}}.
4674 @cindex @code{cmpstrn@var{m}} instruction pattern
4675 @item @samp{cmpstrn@var{m}}
4676 String compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
4677 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
4678 of @samp{movmem@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
4679 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
4680 string.  The instruction is not allowed to prefetch more than one byte
4681 at a time since either string may end in the first byte and reading past
4682 that may access an invalid page or segment and cause a fault.  The
4683 comparison terminates early if the fetched bytes are different or if
4684 they are equal to zero.  The effect of the instruction is to store a
4685 value in operand 0 whose sign indicates the result of the comparison.
4687 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
4688 @item @samp{cmpstr@var{m}}
4689 String compare instruction, without known maximum length.  Operand 0 is the
4690 output; it has mode @var{m}.  The second and third operand are the blocks of
4691 memory to be compared; both are @code{mem:BLK} with an address in mode
4692 @code{Pmode}.
4694 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
4695 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
4696 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
4697 it may provide the value 4 for this operand.
4699 The two memory blocks specified are compared byte by byte in lexicographic
4700 order starting at the beginning of each string.  The instruction is not allowed
4701 to prefetch more than one byte at a time since either string may end in the
4702 first byte and reading past that may access an invalid page or segment and
4703 cause a fault.  The comparison will terminate when the fetched bytes
4704 are different or if they are equal to zero.  The effect of the
4705 instruction is to store a value in operand 0 whose sign indicates the
4706 result of the comparison.
4708 @cindex @code{cmpmem@var{m}} instruction pattern
4709 @item @samp{cmpmem@var{m}}
4710 Block compare instruction, with five operands like the operands
4711 of @samp{cmpstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
4712 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
4713 block.  Unlike @samp{cmpstr@var{m}} the instruction can prefetch
4714 any bytes in the two memory blocks.  Also unlike @samp{cmpstr@var{m}}
4715 the comparison will not stop if both bytes are zero.  The effect of
4716 the instruction is to store a value in operand 0 whose sign indicates
4717 the result of the comparison.
4719 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
4720 @item @samp{strlen@var{m}}
4721 Compute the length of a string, with three operands.
4722 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
4723 a @code{mem} referring to the first character of the string,
4724 operand 2 is the character to search for (normally zero),
4725 and operand 3 is a constant describing the known alignment
4726 of the beginning of the string.
4728 @cindex @code{float@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4729 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
4730 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
4731 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
4732 @var{n}).
4734 @cindex @code{floatuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4735 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
4736 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
4737 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
4738 @var{n}).
4740 @cindex @code{fix@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4741 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
4742 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4743 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
4744 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
4745 the value of operand 1 is an integer.
4747 If the machine description defines this pattern, it also needs to
4748 define the @code{ftrunc} pattern.
4750 @cindex @code{fixuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4751 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
4752 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4753 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
4754 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
4755 value of operand 1 is an integer.
4757 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
4758 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
4759 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
4760 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
4761 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
4763 @cindex @code{fix_trunc@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4764 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
4765 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
4766 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
4768 @cindex @code{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4769 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
4770 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
4771 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
4773 @cindex @code{trunc@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4774 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
4775 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4776 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4777 point or both floating point.
4779 @cindex @code{extend@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4780 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
4781 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4782 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4783 point or both floating point.
4785 @cindex @code{zero_extend@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4786 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
4787 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4788 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4789 point.
4791 @cindex @code{fract@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4792 @item @samp{fract@var{m}@var{n}2}
4793 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
4794 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
4795 could be fixed-point to fixed-point, signed integer to fixed-point,
4796 fixed-point to signed integer, floating-point to fixed-point,
4797 or fixed-point to floating-point.
4798 When overflows or underflows happen, the results are undefined.
4800 @cindex @code{satfract@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4801 @item @samp{satfract@var{m}@var{n}2}
4802 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
4803 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
4804 could be fixed-point to fixed-point, signed integer to fixed-point,
4805 or floating-point to fixed-point.
4806 When overflows or underflows happen, the instruction saturates the
4807 results to the maximum or the minimum.
4809 @cindex @code{fractuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4810 @item @samp{fractuns@var{m}@var{n}2}
4811 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
4812 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
4813 could be unsigned integer to fixed-point, or
4814 fixed-point to unsigned integer.
4815 When overflows or underflows happen, the results are undefined.
4817 @cindex @code{satfractuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4818 @item @samp{satfractuns@var{m}@var{n}2}
4819 Convert unsigned integer operand 1 of mode @var{m} to fixed-point mode
4820 @var{n} and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
4821 When overflows or underflows happen, the instruction saturates the
4822 results to the maximum or the minimum.
4824 @cindex @code{extv} instruction pattern
4825 @item @samp{extv}
4826 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
4827 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
4828 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
4829 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
4830 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
4831 be valid for @code{word_mode}.
4833 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
4834 for operands 2 and 3 and the constant is never zero for operand 2.
4836 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
4837 before it is stored in operand 0.
4839 @cindex @code{extzv} instruction pattern
4840 @item @samp{extzv}
4841 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
4843 @cindex @code{insv} instruction pattern
4844 @item @samp{insv}
4845 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
4846 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
4847 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
4848 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
4849 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
4851 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
4852 for operands 1 and 2 and the constant is never zero for operand 1.
4854 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
4855 @item @samp{mov@var{mode}cc}
4856 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
4857 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
4858 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
4860 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
4861 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
4862 conditionally move an integer value based on the floating point condition
4863 codes and vice versa.
4865 If the machine does not have conditional move instructions, do not
4866 define these patterns.
4868 @cindex @code{add@var{mode}cc} instruction pattern
4869 @item @samp{add@var{mode}cc}
4870 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional addition.  Conditionally
4871 move operand 2 or (operands 2 + operand 3) into operand 0 according to the
4872 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved into
4873 operand 0, otherwise (operand 2 + operand 3) is moved.
4875 @cindex @code{cstore@var{mode}4} instruction pattern
4876 @item @samp{cstore@var{mode}4}
4877 Store zero or nonzero in operand 0 according to whether a comparison
4878 is true.  Operand 1 is a comparison operator.  Operand 2 and operand 3
4879 are the first and second operand of the comparison, respectively.
4880 You specify the mode that operand 0 must have when you write the
4881 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees which
4882 mode you have used and supplies an operand of that mode.
4884 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
4885 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
4886 you should omit it from the machine description.  You describe to the
4887 compiler exactly which value is stored by defining the macro
4888 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
4889 found that can be used for all the possible comparison operators, you
4890 should pick one and use a @code{define_expand} to map all results
4891 onto the one you chose.
4893 These operations may @code{FAIL}, but should do so only in relatively
4894 uncommon cases; if they would @code{FAIL} for common cases involving
4895 integer comparisons, it is best to restrict the predicates to not
4896 allow these operands.  Likewise if a given comparison operator will
4897 always fail, independent of the operands (for floating-point modes, the
4898 @code{ordered_comparison_operator} predicate is often useful in this case).
4900 If this pattern is omitted, the compiler will generate a conditional
4901 branch---for example, it may copy a constant one to the target and branching
4902 around an assignment of zero to the target---or a libcall.  If the predicate
4903 for operand 1 only rejects some operators, it will also try reordering the
4904 operands and/or inverting the result value (e.g.@: by an exclusive OR).
4905 These possibilities could be cheaper or equivalent to the instructions
4906 used for the @samp{cstore@var{mode}4} pattern followed by those required
4907 to convert a positive result from @code{STORE_FLAG_VALUE} to 1; in this
4908 case, you can and should make operand 1's predicate reject some operators
4909 in the @samp{cstore@var{mode}4} pattern, or remove the pattern altogether
4910 from the machine description.
4912 @cindex @code{cbranch@var{mode}4} instruction pattern
4913 @item @samp{cbranch@var{mode}4}
4914 Conditional branch instruction combined with a compare instruction.
4915 Operand 0 is a comparison operator.  Operand 1 and operand 2 are the
4916 first and second operands of the comparison, respectively.  Operand 3
4917 is a @code{label_ref} that refers to the label to jump to.
4919 @cindex @code{jump} instruction pattern
4920 @item @samp{jump}
4921 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
4922 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
4923 on all machines.
4925 @cindex @code{call} instruction pattern
4926 @item @samp{call}
4927 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
4928 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
4929 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
4930 operands.
4932 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
4933 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
4934 to put this information into the assembler code; they can put it in
4935 the RTL instead of operand 1.
4937 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
4938 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
4939 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
4940 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
4941 instruction, the pattern for this operation should be a
4942 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
4943 address into a register and uses that register in the call instruction.
4945 @cindex @code{call_value} instruction pattern
4946 @item @samp{call_value}
4947 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
4948 register in which the value is returned.  There are three more
4949 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
4950 instruction (but with numbers increased by one).
4952 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
4953 insn.
4955 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
4956 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
4957 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
4958 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
4959 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
4960 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
4961 adjustment made to the frame pointer.
4963 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
4964 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
4965 can be eliminated, if desired.
4967 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
4968 @item @samp{untyped_call}
4969 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
4970 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
4971 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
4972 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
4973 the saving of a function return value into the result block.
4975 This instruction pattern should be defined to support
4976 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
4977 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
4978 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
4979 multiple registers that can hold a return value
4980 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
4982 @cindex @code{return} instruction pattern
4983 @item @samp{return}
4984 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
4985 defined only if a single instruction can do all the work of returning
4986 from a function.
4988 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
4989 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
4990 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
4991 some class of functions only requires one instruction to implement a
4992 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
4993 to save any registers or allocate stack space.
4995 @findex reload_completed
4996 @findex leaf_function_p
4997 For such machines, the condition specified in this pattern should only
4998 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
4999 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
5000 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
5001 a register window push is required.
5003 Machines that have conditional return instructions should define patterns
5004 such as
5006 @smallexample
5007 (define_insn ""
5008   [(set (pc)
5009         (if_then_else (match_operator
5010                          0 "comparison_operator"
5011                          [(cc0) (const_int 0)])
5012                       (return)
5013                       (pc)))]
5014   "@var{condition}"
5015   "@dots{}")
5016 @end smallexample
5018 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
5019 named @samp{return} pattern.
5021 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
5022 @item @samp{untyped_return}
5023 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
5024 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
5025 instructions are needed to return a value of any type.
5027 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
5028 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
5029 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
5030 the restoring of a function return value from the result block.
5032 @cindex @code{nop} instruction pattern
5033 @item @samp{nop}
5034 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
5035 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
5036 RTL pattern.
5038 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
5039 @item @samp{indirect_jump}
5040 An instruction to jump to an address which is operand zero.
5041 This pattern name is mandatory on all machines.
5043 @cindex @code{casesi} instruction pattern
5044 @item @samp{casesi}
5045 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
5046 This instruction takes five operands:
5048 @enumerate
5049 @item
5050 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
5052 @item
5053 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
5055 @item
5056 The total range of indices in the table---the largest index
5057 minus the smallest one (both inclusive).
5059 @item
5060 A label that precedes the table itself.
5062 @item
5063 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
5064 @end enumerate
5066 The table is an @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
5067 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
5068 difference between the upper bound and the lower bound.
5070 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
5071 @item @samp{tablejump}
5072 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
5073 capability which can be used to implement a dispatch table when there
5074 is no @samp{casesi} pattern.
5076 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
5077 which should immediately precede the jump table.  If the macro
5078 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
5079 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
5080 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
5081 mode @code{Pmode}.
5083 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
5084 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
5085 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
5086 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
5089 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
5090 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
5091 Conditional branch instruction that decrements a register and
5092 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
5093 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
5094 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
5096 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
5097 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
5098 reduction is enabled.
5100 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
5101 @item @samp{doloop_end}
5102 Conditional branch instruction that decrements a register and jumps if
5103 the register is nonzero.  This instruction takes five operands: Operand
5104 0 is the register to decrement and test; operand 1 is the number of loop
5105 iterations as a @code{const_int} or @code{const0_rtx} if this cannot be
5106 determined until run-time; operand 2 is the actual or estimated maximum
5107 number of iterations as a @code{const_int}; operand 3 is the number of
5108 enclosed loops as a @code{const_int} (an innermost loop has a value of
5109 1); operand 4 is the label to jump to if the register is nonzero.
5110 @xref{Looping Patterns}.
5112 This optional instruction pattern should be defined for machines with
5113 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
5114 modify suitable loops to utilize it.  If nested low-overhead looping is
5115 not supported, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
5116 and make the pattern fail if operand 3 is not @code{const1_rtx}.
5117 Similarly, if the actual or estimated maximum number of iterations is
5118 too large for this instruction, make it fail.
5120 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
5121 @item @samp{doloop_begin}
5122 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
5123 need to perform some initialization, such as loading special registers
5124 used by a low-overhead looping instruction.  If initialization insns do
5125 not always need to be emitted, use a @code{define_expand}
5126 (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
5129 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
5130 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
5131 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
5132 into operand 0.
5134 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
5135 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
5136 and also has mode @code{Pmode}.
5138 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
5139 the address of the function which would be called if the function
5140 pointer were used in an indirect call.
5142 Only define this pattern if function pointers on the target machine
5143 can have different values but still call the same function when
5144 used in an indirect call.
5146 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
5147 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
5148 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
5149 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
5150 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
5151 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
5152 @item @samp{save_stack_block}
5153 @itemx @samp{save_stack_function}
5154 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
5155 @itemx @samp{restore_stack_block}
5156 @itemx @samp{restore_stack_function}
5157 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
5158 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
5159 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
5160 such machines.
5162 Some machines require special handling for stack pointer saves and
5163 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
5164 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
5165 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
5166 saves and restores are:
5168 @enumerate
5169 @item
5170 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
5171 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
5172 restores the stack pointer when the block is exited.
5174 @item
5175 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
5176 similar job for the outermost block of a function and are used when the
5177 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
5178 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
5179 restore sequence on some machines.
5181 @item
5182 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
5183 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
5184 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
5185 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
5186 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
5187 and restoring additional data such as register window information or
5188 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
5189 such required data.
5190 @end enumerate
5192 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
5193 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
5194 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
5195 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
5196 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
5197 for a particular type of save (either because no save is needed or
5198 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
5199 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
5200 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
5201 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
5203 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
5204 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
5205 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
5207 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
5208 @item @samp{allocate_stack}
5209 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
5210 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
5212 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
5213 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
5214 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
5215 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
5216 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
5217 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
5218 stack is free.
5220 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
5221 Some machines require other operations such as stack probes or
5222 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
5223 operations in addition to updating the stack pointer.
5225 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
5226 @item @samp{check_stack}
5227 If stack checking (@pxref{Stack Checking}) cannot be done on your system by
5228 probing the stack, define this pattern to perform the needed check and signal
5229 an error if the stack has overflowed.  The single operand is the address in
5230 the stack farthest from the current stack pointer that you need to validate.
5231 Normally, on platforms where this pattern is needed, you would obtain the
5232 stack limit from a global or thread-specific variable or register.
5234 @cindex @code{probe_stack} instruction pattern
5235 @item @samp{probe_stack}
5236 If stack checking (@pxref{Stack Checking}) can be done on your system by
5237 probing the stack but doing it with a ``store zero'' instruction is not valid
5238 or optimal, define this pattern to do the probing differently and signal an
5239 error if the stack has overflowed.  The single operand is the memory reference
5240 in the stack that needs to be probed.
5242 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
5243 @item @samp{nonlocal_goto}
5244 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
5245 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
5246 each representing a value to be used in the jump.  The first
5247 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
5248 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
5249 the third is the address of a location where the stack is saved,
5250 and the last is the address of the label, to be placed in the
5251 location for the incoming static chain.
5253 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
5254 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
5255 and static chain, restore the stack (using the
5256 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
5257 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
5258 not work on your machine.
5260 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
5261 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
5262 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
5263 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
5264 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
5265 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
5266 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
5267 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
5268 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
5269 There are no arguments.
5271 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
5272 @item @samp{exception_receiver}
5273 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
5274 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
5275 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
5276 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
5277 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
5278 an exception.  There are no arguments.
5280 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
5281 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
5282 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
5283 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
5284 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
5285 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
5286 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
5287 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
5288 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
5289 the first three are normally used by the generic mechanism.
5291 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
5292 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
5293 This pattern, if defined, contains code needed at the site of a
5294 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
5295 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
5296 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
5297 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
5298 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
5299 at a small offset from that label.
5301 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
5302 @item @samp{builtin_longjmp}
5303 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
5304 You will not normally need to define this pattern unless you also define
5305 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
5306 @code{jmp_buf}.
5308 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
5309 @item @samp{eh_return}
5310 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
5311 and thence the call frame exception handling library routines, are
5312 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
5313 the abnormal return path.
5315 The address of the exception handler to which the function should return
5316 is passed as operand to this pattern.  It will normally need to copied by
5317 the pattern to some special register or memory location.
5318 If the pattern needs to determine the location of the target call
5319 frame in order to do so, it may use @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX},
5320 if defined; it will have already been assigned.
5322 If this pattern is not defined, the default action will be to simply
5323 copy the return address to @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX}.  Either
5324 that macro or this pattern needs to be defined if call frame exception
5325 handling is to be used.
5327 @cindex @code{prologue} instruction pattern
5328 @anchor{prologue instruction pattern}
5329 @item @samp{prologue}
5330 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
5331 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
5332 pointer register, saving callee saved registers, etc.
5334 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
5335 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
5337 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
5338 instruction scheduling.
5340 @cindex @code{window_save} instruction pattern
5341 @anchor{window_save instruction pattern}
5342 @item @samp{window_save}
5343 This pattern, if defined, emits RTL for a register window save.  It should
5344 be defined if the target machine has register windows but the window events
5345 are decoupled from calls to subroutines.  The canonical example is the SPARC
5346 architecture.
5348 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
5349 @anchor{epilogue instruction pattern}
5350 @item @samp{epilogue}
5351 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
5352 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
5353 registers and emitting the return instruction.
5355 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
5356 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
5358 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
5359 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
5361 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
5362 @item @samp{sibcall_epilogue}
5363 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
5364 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
5365 sibling call (aka tail call) sites.
5367 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
5368 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
5369 function.
5371 @cindex @code{trap} instruction pattern
5372 @item @samp{trap}
5373 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
5374 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
5375 front end to signal `invalid array index' exceptions.
5377 @cindex @code{ctrap@var{MM}4} instruction pattern
5378 @item @samp{ctrap@var{MM}4}
5379 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
5380 performs a comparison, and operands 1 and 2 are the arms of the
5381 comparison.  Operand 3 is the trap code, an integer.
5383 A typical @code{ctrap} pattern looks like
5385 @smallexample
5386 (define_insn "ctrapsi4"
5387   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
5388              [(match_operand 1 "register_operand")
5389               (match_operand 2 "immediate_operand")])
5390             (match_operand 3 "const_int_operand" "i"))]
5391   ""
5392   "@dots{}")
5393 @end smallexample
5395 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
5396 @item @samp{prefetch}
5398 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
5399 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
5400 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
5401 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
5402 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
5403 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
5404 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
5405 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
5406 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
5408 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
5409 the values of operands 1 and 2.
5411 @cindex @code{blockage} instruction pattern
5412 @item @samp{blockage}
5414 This pattern defines a pseudo insn that prevents the instruction
5415 scheduler from moving instructions across the boundary defined by the
5416 blockage insn.  Normally an UNSPEC_VOLATILE pattern.
5418 @cindex @code{memory_barrier} instruction pattern
5419 @item @samp{memory_barrier}
5421 If the target memory model is not fully synchronous, then this pattern
5422 should be defined to an instruction that orders both loads and stores
5423 before the instruction with respect to loads and stores after the instruction.
5424 This pattern has no operands.
5426 @cindex @code{sync_compare_and_swap@var{mode}} instruction pattern
5427 @item @samp{sync_compare_and_swap@var{mode}}
5429 This pattern, if defined, emits code for an atomic compare-and-swap
5430 operation.  Operand 1 is the memory on which the atomic operation is
5431 performed.  Operand 2 is the ``old'' value to be compared against the
5432 current contents of the memory location.  Operand 3 is the ``new'' value
5433 to store in the memory if the compare succeeds.  Operand 0 is the result
5434 of the operation; it should contain the contents of the memory
5435 before the operation.  If the compare succeeds, this should obviously be
5436 a copy of operand 2.
5438 This pattern must show that both operand 0 and operand 1 are modified.
5440 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
5441 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
5442 operation and all memory operations after the atomic operation occur
5443 after the atomic operation.
5445 For targets where the success or failure of the compare-and-swap
5446 operation is available via the status flags, it is possible to
5447 avoid a separate compare operation and issue the subsequent
5448 branch or store-flag operation immediately after the compare-and-swap.
5449 To this end, GCC will look for a @code{MODE_CC} set in the
5450 output of @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}; if the machine
5451 description includes such a set, the target should also define special
5452 @code{cbranchcc4} and/or @code{cstorecc4} instructions.  GCC will then
5453 be able to take the destination of the @code{MODE_CC} set and pass it
5454 to the @code{cbranchcc4} or @code{cstorecc4} pattern as the first
5455 operand of the comparison (the second will be @code{(const_int 0)}).
5457 @cindex @code{sync_add@var{mode}} instruction pattern
5458 @cindex @code{sync_sub@var{mode}} instruction pattern
5459 @cindex @code{sync_ior@var{mode}} instruction pattern
5460 @cindex @code{sync_and@var{mode}} instruction pattern
5461 @cindex @code{sync_xor@var{mode}} instruction pattern
5462 @cindex @code{sync_nand@var{mode}} instruction pattern
5463 @item @samp{sync_add@var{mode}}, @samp{sync_sub@var{mode}}
5464 @itemx @samp{sync_ior@var{mode}}, @samp{sync_and@var{mode}}
5465 @itemx @samp{sync_xor@var{mode}}, @samp{sync_nand@var{mode}}
5467 These patterns emit code for an atomic operation on memory.
5468 Operand 0 is the memory on which the atomic operation is performed.
5469 Operand 1 is the second operand to the binary operator.
5471 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
5472 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
5473 operation and all memory operations after the atomic operation occur
5474 after the atomic operation.
5476 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
5477 from a compare-and-swap operation, if defined.
5479 @cindex @code{sync_old_add@var{mode}} instruction pattern
5480 @cindex @code{sync_old_sub@var{mode}} instruction pattern
5481 @cindex @code{sync_old_ior@var{mode}} instruction pattern
5482 @cindex @code{sync_old_and@var{mode}} instruction pattern
5483 @cindex @code{sync_old_xor@var{mode}} instruction pattern
5484 @cindex @code{sync_old_nand@var{mode}} instruction pattern
5485 @item @samp{sync_old_add@var{mode}}, @samp{sync_old_sub@var{mode}}
5486 @itemx @samp{sync_old_ior@var{mode}}, @samp{sync_old_and@var{mode}}
5487 @itemx @samp{sync_old_xor@var{mode}}, @samp{sync_old_nand@var{mode}}
5489 These patterns are emit code for an atomic operation on memory,
5490 and return the value that the memory contained before the operation.
5491 Operand 0 is the result value, operand 1 is the memory on which the
5492 atomic operation is performed, and operand 2 is the second operand
5493 to the binary operator.
5495 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
5496 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
5497 operation and all memory operations after the atomic operation occur
5498 after the atomic operation.
5500 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
5501 from a compare-and-swap operation, if defined.
5503 @cindex @code{sync_new_add@var{mode}} instruction pattern
5504 @cindex @code{sync_new_sub@var{mode}} instruction pattern
5505 @cindex @code{sync_new_ior@var{mode}} instruction pattern
5506 @cindex @code{sync_new_and@var{mode}} instruction pattern
5507 @cindex @code{sync_new_xor@var{mode}} instruction pattern
5508 @cindex @code{sync_new_nand@var{mode}} instruction pattern
5509 @item @samp{sync_new_add@var{mode}}, @samp{sync_new_sub@var{mode}}
5510 @itemx @samp{sync_new_ior@var{mode}}, @samp{sync_new_and@var{mode}}
5511 @itemx @samp{sync_new_xor@var{mode}}, @samp{sync_new_nand@var{mode}}
5513 These patterns are like their @code{sync_old_@var{op}} counterparts,
5514 except that they return the value that exists in the memory location
5515 after the operation, rather than before the operation.
5517 @cindex @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}} instruction pattern
5518 @item @samp{sync_lock_test_and_set@var{mode}}
5520 This pattern takes two forms, based on the capabilities of the target.
5521 In either case, operand 0 is the result of the operand, operand 1 is
5522 the memory on which the atomic operation is performed, and operand 2
5523 is the value to set in the lock.
5525 In the ideal case, this operation is an atomic exchange operation, in
5526 which the previous value in memory operand is copied into the result
5527 operand, and the value operand is stored in the memory operand.
5529 For less capable targets, any value operand that is not the constant 1
5530 should be rejected with @code{FAIL}.  In this case the target may use
5531 an atomic test-and-set bit operation.  The result operand should contain
5532 1 if the bit was previously set and 0 if the bit was previously clear.
5533 The true contents of the memory operand are implementation defined.
5535 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
5536 pattern as a whole acts as an acquire barrier, that is all memory
5537 operations after the pattern do not occur until the lock is acquired.
5539 If this pattern is not defined, the operation will be constructed from
5540 a compare-and-swap operation, if defined.
5542 @cindex @code{sync_lock_release@var{mode}} instruction pattern
5543 @item @samp{sync_lock_release@var{mode}}
5545 This pattern, if defined, releases a lock set by
5546 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}.  Operand 0 is the memory
5547 that contains the lock; operand 1 is the value to store in the lock.
5549 If the target doesn't implement full semantics for
5550 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}, any value operand which is not
5551 the constant 0 should be rejected with @code{FAIL}, and the true contents
5552 of the memory operand are implementation defined.
5554 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
5555 pattern as a whole acts as a release barrier, that is the lock is
5556 released only after all previous memory operations have completed.
5558 If this pattern is not defined, then a @code{memory_barrier} pattern
5559 will be emitted, followed by a store of the value to the memory operand.
5561 @cindex @code{stack_protect_set} instruction pattern
5562 @item @samp{stack_protect_set}
5564 This pattern, if defined, moves a @code{ptr_mode} value from the memory
5565 in operand 1 to the memory in operand 0 without leaving the value in
5566 a register afterward.  This is to avoid leaking the value some place
5567 that an attacker might use to rewrite the stack guard slot after
5568 having clobbered it.
5570 If this pattern is not defined, then a plain move pattern is generated.
5572 @cindex @code{stack_protect_test} instruction pattern
5573 @item @samp{stack_protect_test}
5575 This pattern, if defined, compares a @code{ptr_mode} value from the
5576 memory in operand 1 with the memory in operand 0 without leaving the
5577 value in a register afterward and branches to operand 2 if the values
5578 weren't equal.
5580 If this pattern is not defined, then a plain compare pattern and
5581 conditional branch pattern is used.
5583 @cindex @code{clear_cache} instruction pattern
5584 @item @samp{clear_cache}
5586 This pattern, if defined, flushes the instruction cache for a region of
5587 memory.  The region is bounded to by the Pmode pointers in operand 0
5588 inclusive and operand 1 exclusive.
5590 If this pattern is not defined, a call to the library function
5591 @code{__clear_cache} is used.
5593 @end table
5595 @end ifset
5596 @c Each of the following nodes are wrapped in separate
5597 @c "@ifset INTERNALS" to work around memory limits for the default
5598 @c configuration in older tetex distributions.  Known to not work:
5599 @c tetex-1.0.7, known to work: tetex-2.0.2.
5600 @ifset INTERNALS
5601 @node Pattern Ordering
5602 @section When the Order of Patterns Matters
5603 @cindex Pattern Ordering
5604 @cindex Ordering of Patterns
5606 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
5607 pattern that appears first in the machine description is the one used.
5608 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
5609 and faster instructions (those that will produce better code when they
5610 do match) should usually go first in the description.
5612 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
5613 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
5614 instruction for converting a fullword to floating point and another
5615 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
5616 an integer to floating point could match either one.  We put the
5617 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
5618 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
5619 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
5620 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
5621 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
5622 constant value.
5624 @end ifset
5625 @ifset INTERNALS
5626 @node Dependent Patterns
5627 @section Interdependence of Patterns
5628 @cindex Dependent Patterns
5629 @cindex Interdependence of Patterns
5631 In some cases machines support instructions identical except for the
5632 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
5633 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
5634 patterns are
5636 @smallexample
5637 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
5638      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
5640 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
5641      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
5642 @end smallexample
5644 @noindent
5645 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
5646 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
5647 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
5648 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
5649 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
5650 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
5652 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
5653 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
5654 compilations.
5656 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
5657 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
5658 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
5659 you should not provide separate patterns for increment and decrement
5660 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
5661 that supports register-register add insns by examining the operands and
5662 generating the appropriate machine instruction.
5664 @end ifset
5665 @ifset INTERNALS
5666 @node Jump Patterns
5667 @section Defining Jump Instruction Patterns
5668 @cindex jump instruction patterns
5669 @cindex defining jump instruction patterns
5671 GCC does not assume anything about how the machine realizes jumps.
5672 The machine description should define a single pattern, usually
5673 a @code{define_expand}, which expands to all the required insns.
5675 Usually, this would be a comparison insn to set the condition code
5676 and a separate branch insn testing the condition code and branching
5677 or not according to its value.  For many machines, however,
5678 separating compares and branches is limiting, which is why the
5679 more flexible approach with one @code{define_expand} is used in GCC.
5680 The machine description becomes clearer for architectures that
5681 have compare-and-branch instructions but no condition code.  It also
5682 works better when different sets of comparison operators are supported
5683 by different kinds of conditional branches (e.g. integer vs. floating-point),
5684 or by conditional branches with respect to conditional stores.
5686 Two separate insns are always used if the machine description represents
5687 a condition code register using the legacy RTL expression @code{(cc0)},
5688 and on most machines that use a separate condition code register
5689 (@pxref{Condition Code}).  For machines that use @code{(cc0)}, in
5690 fact, the set and use of the condition code must be separate and
5691 adjacent@footnote{@code{note} insns can separate them, though.}, thus
5692 allowing flags in @code{cc_status} to be used (@pxref{Condition Code}) and
5693 so that the comparison and branch insns could be located from each other
5694 by using the functions @code{prev_cc0_setter} and @code{next_cc0_user}.
5696 Even in this case having a single entry point for conditional branches
5697 is advantageous, because it handles equally well the case where a single
5698 comparison instruction records the results of both signed and unsigned
5699 comparison of the given operands (with the branch insns coming in distinct
5700 signed and unsigned flavors) as in the x86 or SPARC, and the case where
5701 there are distinct signed and unsigned compare instructions and only
5702 one set of conditional branch instructions as in the PowerPC.
5704 @end ifset
5705 @ifset INTERNALS
5706 @node Looping Patterns
5707 @section Defining Looping Instruction Patterns
5708 @cindex looping instruction patterns
5709 @cindex defining looping instruction patterns
5711 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
5712 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
5713 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
5714 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
5715 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
5716 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
5717 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
5718 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
5719 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
5720 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
5721 the jump.
5723 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
5724 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
5725 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
5726 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
5727 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
5728 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
5729 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
5730 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
5731 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
5732 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
5733 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
5734 following for its @code{dbra} instruction:
5736 @smallexample
5737 @group
5738 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
5739   [(set (pc)
5740         (if_then_else
5741           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
5742                        (const_int -1))
5743               (const_int 0))
5744           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
5745           (pc)))
5746    (set (match_dup 0)
5747         (plus:SI (match_dup 0)
5748                  (const_int -1)))]
5749   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
5750   "@dots{}")
5751 @end group
5752 @end smallexample
5754 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
5755 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
5756 since this insn is generated by the instruction combination phase
5757 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
5758 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
5759 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
5760 pattern will not be matched by the combiner.
5762 @smallexample
5763 @group
5764 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
5765   [(set (pc)
5766         (if_then_else
5767           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
5768               (const_int 1))
5769           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
5770           (pc)))
5771    (set (match_dup 0)
5772         (plus:SI (match_dup 0)
5773                  (const_int -1)))]
5774   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
5775   "@dots{}")
5776 @end group
5777 @end smallexample
5779 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
5780 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
5781 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
5782 information collected during strength reduction.
5784 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
5785 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
5786 is an optional companion pattern that can be used for initialization
5787 needed for some low-overhead looping instructions.
5789 Note that some machines require the actual looping instruction to be
5790 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
5791 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
5792 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
5793 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
5794 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
5795 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
5796 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
5797 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
5798 desired special iteration counter register was not allocated, this
5799 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
5800 instruction pair.
5802 The essential difference between the
5803 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
5804 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
5805 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
5806 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
5807 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
5808 may become redundant and removed by the flow pass.
5811 @end ifset
5812 @ifset INTERNALS
5813 @node Insn Canonicalizations
5814 @section Canonicalization of Instructions
5815 @cindex canonicalization of instructions
5816 @cindex insn canonicalization
5818 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
5819 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
5820 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
5821 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
5822 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
5823 number of insn patterns required.
5825 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
5826 are performed:
5828 @itemize @bullet
5829 @item
5830 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
5831 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
5832 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
5833 be supplied.
5835 @item
5836 For associative operators, a sequence of operators will always chain
5837 to the left; for instance, only the left operand of an integer @code{plus}
5838 can itself be a @code{plus}.  @code{and}, @code{ior}, @code{xor},
5839 @code{plus}, @code{mult}, @code{smin}, @code{smax}, @code{umin}, and
5840 @code{umax} are associative when applied to integers, and sometimes to
5841 floating-point.
5843 @item
5844 @cindex @code{neg}, canonicalization of
5845 @cindex @code{not}, canonicalization of
5846 @cindex @code{mult}, canonicalization of
5847 @cindex @code{plus}, canonicalization of
5848 @cindex @code{minus}, canonicalization of
5849 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
5850 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
5851 first operand.
5853 @item
5854 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
5855 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
5856 the operations as far as possible.  For instance,
5857 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
5858 @code{(plus (mult (neg B) C) A)} is canonicalized as
5859 @code{(minus A (mult B C))}.
5861 @cindex @code{compare}, canonicalization of
5862 @item
5863 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
5864 if the first argument is a condition code register or @code{(cc0)}.
5866 @item
5867 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
5868 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
5869 above.
5871 @item
5872 @code{(ltu (plus @var{a} @var{b}) @var{b})} is converted to
5873 @code{(ltu (plus @var{a} @var{b}) @var{a})}. Likewise with @code{geu} instead
5874 of @code{ltu}.
5876 @item
5877 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
5878 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
5880 @item
5881 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
5882 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
5884 @cindex @code{ior}, canonicalization of
5885 @cindex @code{and}, canonicalization of
5886 @cindex De Morgan's law
5887 @item
5888 De Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
5889 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
5890 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
5892 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
5893 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
5894 for that instruction as
5896 @smallexample
5897 (define_insn ""
5898   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
5899         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
5900                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
5901   "@dots{}"
5902   "@dots{}")
5903 @end smallexample
5905 @noindent
5906 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
5908 @smallexample
5909 (define_insn ""
5910   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
5911         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
5912                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
5913   "@dots{}"
5914   "@dots{}")
5915 @end smallexample
5917 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
5918 logically equivalent RTL expressions.
5920 @cindex @code{xor}, canonicalization of
5921 @item
5922 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
5923 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
5924 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
5926 @item
5927 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
5928 the form
5930 @smallexample
5931 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
5932 @end smallexample
5934 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
5935 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
5936 @item
5937 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
5938 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
5939 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
5941 @cindex @code{mult}, canonicalization of
5942 @item
5943 @code{(sign_extend:@var{m1} (mult:@var{m2} (sign_extend:@var{m2} @var{x})
5944 (sign_extend:@var{m2} @var{y})))} is converted to @code{(mult:@var{m1}
5945 (sign_extend:@var{m1} @var{x}) (sign_extend:@var{m1} @var{y}))}, and likewise
5946 for @code{zero_extend}.
5948 @item
5949 @code{(sign_extend:@var{m1} (mult:@var{m2} (ashiftrt:@var{m2}
5950 @var{x} @var{s}) (sign_extend:@var{m2} @var{y})))} is converted
5951 to @code{(mult:@var{m1} (sign_extend:@var{m1} (ashiftrt:@var{m2}
5952 @var{x} @var{s})) (sign_extend:@var{m1} @var{y}))}, and likewise for
5953 patterns using @code{zero_extend} and @code{lshiftrt}.  If the second
5954 operand of @code{mult} is also a shift, then that is extended also.
5955 This transformation is only applied when it can be proven that the
5956 original operation had sufficient precision to prevent overflow.
5958 @end itemize
5960 Further canonicalization rules are defined in the function
5961 @code{commutative_operand_precedence} in @file{gcc/rtlanal.c}.
5963 @end ifset
5964 @ifset INTERNALS
5965 @node Expander Definitions
5966 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
5967 @cindex expander definitions
5968 @cindex code generation RTL sequences
5969 @cindex defining RTL sequences for code generation
5971 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
5972 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
5973 represent them.  For these target machines, you can write a
5974 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
5976 @findex define_expand
5977 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
5978 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
5979 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
5981 A @code{define_expand} RTX has four operands:
5983 @itemize @bullet
5984 @item
5985 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
5986 use for it is to refer to it by name.
5988 @item
5989 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
5990 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
5991 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
5993 @item
5994 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
5995 used to express how the availability of this pattern depends on
5996 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
5997 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
5998 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
5999 depend on the data in the insn being matched, but only the
6000 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
6001 during initialization in order to learn exactly which named instructions
6002 are available in a particular run.
6004 @item
6005 The preparation statements, a string containing zero or more C
6006 statements which are to be executed before RTL code is generated from
6007 the RTL template.
6009 Usually these statements prepare temporary registers for use as
6010 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
6011 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
6012 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
6013 @end itemize
6015 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
6016 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
6017 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
6020 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
6021 also describes the operands that need to be specified when this pattern
6022 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
6024 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
6025 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
6026 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
6027 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
6028 information to preload the operand into a register if that is required for
6029 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
6030 references should use @code{match_dup}.
6032 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
6033 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
6034 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
6035 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
6036 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
6037 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
6038 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
6039 compute the values and store them into the appropriate elements of
6040 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
6042 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
6043 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
6044 as a statement.
6046 @table @code
6048 @findex DONE
6049 @item DONE
6050 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
6051 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
6052 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
6053 preparation statements; the RTL template will not be generated.
6055 @findex FAIL
6056 @item FAIL
6057 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
6058 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
6059 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
6061 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
6062 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
6063 operations.
6064 @end table
6066 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
6067 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
6068 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
6069 insn.
6071 The RTL template is not used for matching, only for generating the
6072 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
6073 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
6074 list of operands, such as this example:
6076 @smallexample
6077 @group
6078 (define_expand "addsi3"
6079   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
6080    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
6081    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
6082 @end group
6083 @group
6084   ""
6085   "
6087   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
6088   DONE;
6089 @}")
6090 @end group
6091 @end smallexample
6093 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
6095 @smallexample
6096 @group
6097 (define_expand "ashlsi3"
6098   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
6099         (ashift:SI
6100 @end group
6101 @group
6102           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
6103           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
6104   ""
6105   "
6106 @end group
6107 @end smallexample
6109 @smallexample
6110 @group
6112   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
6113       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
6114     FAIL;
6115 @}")
6116 @end group
6117 @end smallexample
6119 @noindent
6120 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
6121 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
6122 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
6123 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
6124 library call).
6126 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
6127 patterns with names, then it would be possible to use a
6128 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
6129 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
6131 @smallexample
6132 (define_expand "zero_extendhisi2"
6133   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
6134         (const_int 0))
6135    (set (strict_low_part
6136           (subreg:HI
6137             (match_dup 0)
6138             0))
6139         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
6140   ""
6141   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
6142 @end smallexample
6144 @noindent
6145 @findex make_safe_from
6146 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
6147 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
6148 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
6149 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
6150 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
6151 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
6152 by emitting another RTL insn.
6154 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
6155 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
6156 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
6157 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
6158 on this machine.  So it must be copied into a register with
6159 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
6161 @smallexample
6162 (define_expand "zero_extendhisi2"
6163   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
6164         (and:SI (subreg:SI
6165                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
6166                   0)
6167                 (match_dup 2)))]
6168   ""
6169   "operands[2]
6170      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
6171 @end smallexample
6173 @emph{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
6174 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
6175 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
6176 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
6177 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
6178 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
6179 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
6180 in the compiler.
6182 @end ifset
6183 @ifset INTERNALS
6184 @node Insn Splitting
6185 @section Defining How to Split Instructions
6186 @cindex insn splitting
6187 @cindex instruction splitting
6188 @cindex splitting instructions
6190 There are two cases where you should specify how to split a pattern
6191 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
6192 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
6193 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
6194 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
6195 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
6196 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
6197 cannot be placed into a delay slot.
6199 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
6200 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
6201 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
6202 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
6203 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
6204 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
6205 scheduling.
6207 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
6208 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
6209 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
6210 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
6211 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
6212 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
6213 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
6214 split the addition into two insns is machine-dependent.
6216 @findex define_split
6217 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
6218 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
6220 @smallexample
6221 (define_split
6222   [@var{insn-pattern}]
6223   "@var{condition}"
6224   [@var{new-insn-pattern-1}
6225    @var{new-insn-pattern-2}
6226    @dots{}]
6227   "@var{preparation-statements}")
6228 @end smallexample
6230 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
6231 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
6232 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
6233 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
6234 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
6235 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
6237 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
6238 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
6239 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
6240 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
6241 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
6242 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
6243 must not allocate any space in the stack frame.
6245 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
6246 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
6247 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
6248 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
6249 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
6250 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
6251 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
6252 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
6253 of those definitions.
6255 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
6256 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
6257 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
6259 @smallexample
6260 (define_split
6261   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
6262         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
6263   ""
6264   [(set (match_dup 0)
6265         (ashift:SI (match_dup 1)
6266                    (const_int 16)))
6267    (set (match_dup 0)
6268         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
6269                      (const_int 16)))]
6270   "
6271 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
6272 @end smallexample
6274 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
6275 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
6276 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
6277 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
6278 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
6279 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
6280 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
6281 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
6282 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
6283 @code{define_split} that will never produce insns that match).
6285 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
6286 @file{rs6000.md}:
6288 @smallexample
6289 (define_split
6290   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
6291         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
6292                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
6293   ""
6294   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
6295    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
6298   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
6299   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
6301   if (low & 0x8000)
6302     high++, low |= 0xffff0000;
6304   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
6305   operands[4] = GEN_INT (low);
6306 @}")
6307 @end smallexample
6309 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
6310 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
6311 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
6312 can be substituted into the address of a subsequent operation.
6314 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
6315 an equality comparison of a register and a large constant:
6317 @smallexample
6318 (define_split
6319   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
6320         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
6321                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
6322    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
6323   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
6324    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
6325        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
6326   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
6327    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
6328   "
6330   /* @r{Get the constant we are comparing against, C, and see what it
6331      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
6332      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.}  */
6334   int c = INTVAL (operands[2]);
6335   int sextc = (c << 16) >> 16;
6336   int xorv = c ^ sextc;
6338   operands[4] = GEN_INT (xorv);
6339   operands[5] = GEN_INT (sextc);
6340 @}")
6341 @end smallexample
6343 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
6344 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
6345 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
6346 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
6347 are not valid.
6349 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
6350 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
6351 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
6352 several restriction apply.
6354 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
6355 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
6356 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
6357 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
6358 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
6359 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump.  A global variable
6360 @code{split_branch_probability} holds the probability of the original branch in case
6361 it was a simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
6362 recomputing of edge frequencies, the new sequence is required to have only
6363 forward jumps to the newly created labels.
6365 @findex define_insn_and_split
6366 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
6367 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
6368 this:
6370 @smallexample
6371 (define_insn_and_split
6372   [@var{insn-pattern}]
6373   "@var{condition}"
6374   "@var{output-template}"
6375   "@var{split-condition}"
6376   [@var{new-insn-pattern-1}
6377    @var{new-insn-pattern-2}
6378    @dots{}]
6379   "@var{preparation-statements}"
6380   [@var{insn-attributes}])
6382 @end smallexample
6384 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
6385 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
6386 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
6387 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
6388 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
6389 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
6390 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
6391 from i386.md:
6393 @smallexample
6394 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
6395   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
6396      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
6397    (clobber (reg:CC 17))]
6398   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
6399   "#"
6400   "&& reload_completed"
6401   [(parallel [(set (match_dup 0)
6402                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
6403               (clobber (reg:CC 17))])]
6404   ""
6405   [(set_attr "type" "alu1")])
6407 @end smallexample
6409 In this case, the actual split condition will be
6410 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
6412 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
6413 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
6414 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
6415 having to ensure the two patterns' templates match.
6417 @end ifset
6418 @ifset INTERNALS
6419 @node Including Patterns
6420 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
6421 @cindex insn includes
6423 @findex include
6424 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
6425 look for patterns that are in files other than in the file
6426 @file{.md}.  This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
6428 It looks like:
6430 @smallexample
6432 (include
6433   @var{pathname})
6434 @end smallexample
6436 For example:
6438 @smallexample
6440 (include "filestuff")
6442 @end smallexample
6444 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
6445 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}.  The
6446 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
6449 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
6450 and placed into subdirectories.
6452 By specifying:
6454 @smallexample
6456 (include "BOGUS/filestuff")
6458 @end smallexample
6460 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
6462 Specifying an absolute path for the include file such as;
6463 @smallexample
6465 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
6467 @end smallexample
6468 is permitted but is not encouraged.
6470 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
6471 @cindex directory options .md
6472 @cindex options, directory search
6473 @cindex search options
6475 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
6476 For example:
6478 @smallexample
6480 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
6482 @end smallexample
6485 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
6486 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
6487 file, substituting your own version, since these directories are
6488 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
6489 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
6490 order; the standard default directory come after.
6493 @end ifset
6494 @ifset INTERNALS
6495 @node Peephole Definitions
6496 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
6497 @cindex peephole optimizer definitions
6498 @cindex defining peephole optimizers
6500 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
6501 definitions of machine-specific peephole optimizations.
6503 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
6504 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
6505 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
6506 though the second one does not appear to use a register computed in the
6507 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
6508 opportunities.
6510 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
6511 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
6512 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
6513 is deprecated.
6515 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
6516 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
6517 but before scheduling, which may result in much better code for
6518 targets that do scheduling.
6520 @menu
6521 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
6522 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
6523 @end menu
6525 @end ifset
6526 @ifset INTERNALS
6527 @node define_peephole
6528 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
6529 @findex define_peephole
6531 @need 1000
6532 A definition looks like this:
6534 @smallexample
6535 (define_peephole
6536   [@var{insn-pattern-1}
6537    @var{insn-pattern-2}
6538    @dots{}]
6539   "@var{condition}"
6540   "@var{template}"
6541   "@var{optional-insn-attributes}")
6542 @end smallexample
6544 @noindent
6545 The last string operand may be omitted if you are not using any
6546 machine-specific information in this machine description.  If present,
6547 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
6549 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
6550 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
6551 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
6552 the next, and so on.
6554 Each of the insns matched by a peephole must also match a
6555 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
6556 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
6557 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
6558 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
6559 stages.
6561 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
6562 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
6563 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
6564 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
6565 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
6566 other.
6568 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
6569 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
6570 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
6571 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
6572 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
6574 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
6575 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
6576 previously tested.
6578 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
6579 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
6580 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
6581 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
6582 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
6583 patterns.
6585 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
6586 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
6587 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
6588 the operands.
6590 @findex prev_active_insn
6591 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
6592 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
6593 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
6594 to refer to the last of the insns being matched; use
6595 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
6597 @findex dead_or_set_p
6598 When optimizing computations with intermediate results, you can use
6599 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
6600 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
6601 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
6602 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
6603 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
6604 value (from @code{operands[@var{i}]}).
6606 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
6607 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
6608 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
6609 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
6610 used in matching the original sequence of insns.
6612 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
6613 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
6614 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
6615 as the insn pattern to control how the insn is output.
6617 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
6618 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
6620 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
6622 @smallexample
6623 (define_peephole
6624   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
6625    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
6626         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
6627   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
6629   rtx xoperands[2];
6630   xoperands[1] = gen_rtx_REG (SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
6631 #ifdef MOTOROLA
6632   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
6633   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
6634   return "fmove.d (sp)+,%0";
6635 #else
6636   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
6637   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
6638   return "fmoved sp@@+,%0";
6639 #endif
6641 @end smallexample
6643 @need 1000
6644 The effect of this optimization is to change
6646 @smallexample
6647 @group
6648 jbsr _foobar
6649 addql #4,sp
6650 movel d1,sp@@-
6651 movel d0,sp@@-
6652 fmoved sp@@+,fp0
6653 @end group
6654 @end smallexample
6656 @noindent
6657 into
6659 @smallexample
6660 @group
6661 jbsr _foobar
6662 movel d1,sp@@
6663 movel d0,sp@@-
6664 fmoved sp@@+,fp0
6665 @end group
6666 @end smallexample
6668 @ignore
6669 @findex CC_REVERSED
6670 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
6671 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
6672 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
6673 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
6674 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
6675 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
6676 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
6677 and in this C code check the condition code status flags and change the
6678 assembler code as appropriate.
6679 @end ignore
6681 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
6682 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
6683 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
6684 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
6685 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
6686 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
6687 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
6688 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
6689 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
6691 @smallexample
6692 (define_insn "divmodsi4"
6693   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
6694         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
6695                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
6696    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
6697         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
6698   "TARGET_68020"
6699   "divsl%.l %2,%3:%0")
6700 @end smallexample
6702 @noindent
6703 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
6705 @smallexample
6706 (define_peephole
6707   [@dots{}
6708    (parallel
6709     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
6710           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
6711                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
6712      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
6713           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
6714    @dots{}]
6715   @dots{})
6716 @end smallexample
6718 @end ifset
6719 @ifset INTERNALS
6720 @node define_peephole2
6721 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
6722 @findex define_peephole2
6724 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
6725 substitute one sequence of instructions for another sequence,
6726 what additional scratch registers may be needed and what their
6727 lifetimes must be.
6729 @smallexample
6730 (define_peephole2
6731   [@var{insn-pattern-1}
6732    @var{insn-pattern-2}
6733    @dots{}]
6734   "@var{condition}"
6735   [@var{new-insn-pattern-1}
6736    @var{new-insn-pattern-2}
6737    @dots{}]
6738   "@var{preparation-statements}")
6739 @end smallexample
6741 The definition is almost identical to @code{define_split}
6742 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
6743 single instruction, but a sequence of instructions.
6745 It is possible to request additional scratch registers for use in the
6746 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
6747 will simply not match.
6749 @findex match_scratch
6750 @findex match_dup
6751 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
6752 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
6753 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
6754 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
6755 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
6756 at which the register must be available.
6758 Here is an example from the IA-32 machine description:
6760 @smallexample
6761 (define_peephole2
6762   [(match_scratch:SI 2 "r")
6763    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
6764                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
6765                      [(match_dup 0)
6766                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
6767               (clobber (reg:CC 17))])]
6768   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
6769   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
6770    (parallel [(set (match_dup 0)
6771                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
6772               (clobber (reg:CC 17))])]
6773   "")
6774 @end smallexample
6776 @noindent
6777 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
6778 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
6779 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
6780 to be live only at the point just before the arithmetic.
6782 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
6783 so here's a silly made-up example:
6785 @smallexample
6786 (define_peephole2
6787   [(match_scratch:SI 4 "r")
6788    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
6789    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
6790    (match_dup 4)
6791    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
6792   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
6793   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
6794    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
6795    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
6796    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
6797   "")
6798 @end smallexample
6800 @noindent
6801 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
6802 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
6803 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
6805 @end ifset
6806 @ifset INTERNALS
6807 @node Insn Attributes
6808 @section Instruction Attributes
6809 @cindex insn attributes
6810 @cindex instruction attributes
6812 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
6813 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
6814 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
6815 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
6816 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
6817 to track the condition codes.
6819 @menu
6820 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
6821 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
6822 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
6823 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
6824 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
6825 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
6826 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
6827 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
6828 @end menu
6830 @end ifset
6831 @ifset INTERNALS
6832 @node Defining Attributes
6833 @subsection Defining Attributes and their Values
6834 @cindex defining attributes and their values
6835 @cindex attributes, defining
6837 @findex define_attr
6838 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
6839 by the target machine.  It looks like:
6841 @smallexample
6842 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
6843 @end smallexample
6845 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
6846 Some attributes are used in a special way by the rest of the compiler. The
6847 @code{enabled} attribute can be used to conditionally enable or disable
6848 insn alternatives (@pxref{Disable Insn Alternatives}). The @code{predicable}
6849 attribute, together with a suitable @code{define_cond_exec}
6850 (@pxref{Conditional Execution}), can be used to automatically generate
6851 conditional variants of instruction patterns. The compiler internally uses
6852 the names @code{ce_enabled} and @code{nonce_enabled}, so they should not be
6853 used elsewhere as alternative names.
6855 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
6856 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
6857 indicate that the attribute takes numeric values.
6859 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
6860 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
6861 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
6862 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
6863 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
6865 @findex insn-attr.h
6866 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
6867 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
6868 specified for an attribute, the following are defined:
6870 @itemize @bullet
6871 @item
6872 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
6874 @item
6875 An enumerated class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
6876 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
6877 the attribute name and value are first converted to uppercase.
6879 @item
6880 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
6881 returns the attribute value for that insn.
6882 @end itemize
6884 For example, if the following is present in the @file{md} file:
6886 @smallexample
6887 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
6888 @end smallexample
6890 @noindent
6891 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
6893 @smallexample
6894 #define HAVE_ATTR_type
6895 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
6896                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
6897 extern enum attr_type get_attr_type ();
6898 @end smallexample
6900 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
6901 defined and the function to obtain the attribute's value will return
6902 @code{int}.
6904 There are attributes which are tied to a specific meaning.  These
6905 attributes are not free to use for other purposes:
6907 @table @code
6908 @item length
6909 The @code{length} attribute is used to calculate the length of emitted
6910 code chunks.  This is especially important when verifying branch
6911 distances. @xref{Insn Lengths}.
6913 @item enabled
6914 The @code{enabled} attribute can be defined to prevent certain
6915 alternatives of an insn definition from being used during code
6916 generation. @xref{Disable Insn Alternatives}.
6917 @end table
6919 @findex define_enum_attr
6920 @anchor{define_enum_attr}
6921 Another way of defining an attribute is to use:
6923 @smallexample
6924 (define_enum_attr "@var{attr}" "@var{enum}" @var{default})
6925 @end smallexample
6927 This works in just the same way as @code{define_attr}, except that
6928 the list of values is taken from a separate enumeration called
6929 @var{enum} (@pxref{define_enum}).  This form allows you to use
6930 the same list of values for several attributes without having to
6931 repeat the list each time.  For example:
6933 @smallexample
6934 (define_enum "processor" [
6935   model_a
6936   model_b
6937   @dots{}
6939 (define_enum_attr "arch" "processor"
6940   (const (symbol_ref "target_arch")))
6941 (define_enum_attr "tune" "processor"
6942   (const (symbol_ref "target_tune")))
6943 @end smallexample
6945 defines the same attributes as:
6947 @smallexample
6948 (define_attr "arch" "model_a,model_b,@dots{}"
6949   (const (symbol_ref "target_arch")))
6950 (define_attr "tune" "model_a,model_b,@dots{}"
6951   (const (symbol_ref "target_tune")))
6952 @end smallexample
6954 but without duplicating the processor list.  The second example defines two
6955 separate C enums (@code{attr_arch} and @code{attr_tune}) whereas the first
6956 defines a single C enum (@code{processor}).
6957 @end ifset
6958 @ifset INTERNALS
6959 @node Expressions
6960 @subsection Attribute Expressions
6961 @cindex attribute expressions
6963 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
6964 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
6965 Attribute value expressions must have one of the following forms:
6967 @table @code
6968 @cindex @code{const_int} and attributes
6969 @item (const_int @var{i})
6970 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
6971 must be non-negative.
6973 The value of a numeric attribute can be specified either with a
6974 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
6975 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
6976 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
6977 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
6979 @cindex @code{const_string} and attributes
6980 @item (const_string @var{value})
6981 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
6982 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
6983 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
6984 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
6985 of a @code{define_attr}.
6987 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
6988 must be a string containing a non-negative integer (normally
6989 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
6990 contain one of the valid values for the attribute.
6992 @cindex @code{if_then_else} and attributes
6993 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
6994 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
6995 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
6996 otherwise it is @var{false-value}.
6998 @cindex @code{cond} and attributes
6999 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
7000 The first operand of this expression is a vector containing an even
7001 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
7002 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
7003 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
7004 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
7005 expression is that of the @var{default} expression.
7006 @end table
7008 @var{test} expressions can have one of the following forms:
7010 @table @code
7011 @cindex @code{const_int} and attribute tests
7012 @item (const_int @var{i})
7013 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
7015 @cindex @code{not} and attributes
7016 @cindex @code{ior} and attributes
7017 @cindex @code{and} and attributes
7018 @item (not @var{test})
7019 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
7020 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
7021 These tests are true if the indicated logical function is true.
7023 @cindex @code{match_operand} and attributes
7024 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
7025 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
7026 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
7027 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
7028 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
7029 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
7030 string).
7032 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
7034 @cindex @code{le} and attributes
7035 @cindex @code{leu} and attributes
7036 @cindex @code{lt} and attributes
7037 @cindex @code{gt} and attributes
7038 @cindex @code{gtu} and attributes
7039 @cindex @code{ge} and attributes
7040 @cindex @code{geu} and attributes
7041 @cindex @code{ne} and attributes
7042 @cindex @code{eq} and attributes
7043 @cindex @code{plus} and attributes
7044 @cindex @code{minus} and attributes
7045 @cindex @code{mult} and attributes
7046 @cindex @code{div} and attributes
7047 @cindex @code{mod} and attributes
7048 @cindex @code{abs} and attributes
7049 @cindex @code{neg} and attributes
7050 @cindex @code{ashift} and attributes
7051 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
7052 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
7053 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
7054 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
7055 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
7056 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
7057 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
7058 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
7059 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
7060 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
7061 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
7062 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
7063 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
7064 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
7065 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
7066 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
7067 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
7069 @findex get_attr
7070 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
7071 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
7072 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
7073 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
7074 variable.
7076 @findex eq_attr
7077 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
7078 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
7080 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
7081 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
7082 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
7083 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
7084 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
7085 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
7086 @emph{not} in the specified list.
7088 For example,
7090 @smallexample
7091 (eq_attr "type" "load,store")
7092 @end smallexample
7094 @noindent
7095 is equivalent to
7097 @smallexample
7098 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
7099 @end smallexample
7101 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
7102 value of the compiler variable @code{which_alternative}
7103 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
7104 example,
7106 @smallexample
7107 (eq_attr "alternative" "2,3")
7108 @end smallexample
7110 @noindent
7111 is equivalent to
7113 @smallexample
7114 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
7115      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
7116 @end smallexample
7118 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
7119 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
7120 a particular pattern.  This is by far the most common case.
7122 @findex attr_flag
7123 @item (attr_flag @var{name})
7124 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
7125 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
7126 scheduled.
7128 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
7129 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
7130 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
7131 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
7132 if a conditional branch is expected to be taken.
7134 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
7135 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
7137 This example describes a conditional branch delay slot which
7138 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
7139 for backward branches which are not taken (annul-false).
7141 @smallexample
7142 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
7143   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
7144    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
7145         (attr_flag "forward"))
7146    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
7147         (attr_flag "backward"))])
7148 @end smallexample
7150 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
7151 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
7153 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
7154 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
7155 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
7156 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
7158 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
7159 meaning to other passes of the compiler.
7161 @findex attr
7162 @item (attr @var{name})
7163 The value of another attribute is returned.  This is most useful
7164 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
7165 produce more efficient code for non-numeric attributes.
7166 @end table
7168 @end ifset
7169 @ifset INTERNALS
7170 @node Tagging Insns
7171 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
7172 @cindex tagging insns
7173 @cindex assigning attribute values to insns
7175 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
7176 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
7177 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
7178 have an optional last argument to specify the values of attributes for
7179 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
7180 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
7181 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
7182 permits the specification of the values for only one or two attributes
7183 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
7184 next section.
7186 The optional last argument of @code{define_insn} and
7187 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
7188 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
7189 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
7190 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
7191 second operand of the @code{set} is an attribute expression
7192 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
7194 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
7195 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
7196 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
7197 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
7198 each alternative.
7200 @findex set_attr
7201 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
7202 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
7203 specifying a string giving either a single attribute value or a list
7204 of attribute values, one for each alternative.
7206 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
7207 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
7209 @table @code
7210 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
7211 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
7212 or a string containing a comma-separated list giving the values for
7213 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
7214 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
7216 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
7217 which case the attribute will assume its default value for insns matching
7218 that alternative.
7220 @findex set_attr_alternative
7221 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
7222 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
7223 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
7224 tests on the @samp{alternative} attribute.
7226 @findex attr
7227 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
7228 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
7229 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
7230 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
7231 @end table
7233 The following shows three different ways of representing the same
7234 attribute value specification:
7236 @smallexample
7237 (set_attr "type" "load,store,arith")
7239 (set_attr_alternative "type"
7240                       [(const_string "load") (const_string "store")
7241                        (const_string "arith")])
7243 (set (attr "type")
7244      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
7245             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
7246            (const_string "arith")))
7247 @end smallexample
7249 @need 1000
7250 @findex define_asm_attributes
7251 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
7252 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
7253 statement.  It has the form:
7255 @smallexample
7256 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
7257 @end smallexample
7259 @noindent
7260 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
7261 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
7263 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
7264 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
7266 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
7267 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
7268 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
7269 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
7270 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
7271 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
7272 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
7273 of a single machine instruction.
7275 @end ifset
7276 @ifset INTERNALS
7277 @node Attr Example
7278 @subsection Example of Attribute Specifications
7279 @cindex attribute specifications example
7280 @cindex attribute specifications
7282 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
7283 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
7284 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
7285 value.  This attribute is normally used only to define the default value
7286 for other attributes.  An example will clarify this usage.
7288 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
7289 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
7290 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
7291 operations, floating point operations, and branches.
7293 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
7294 the condition code and will limit ourselves to the following possible
7295 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
7296 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
7297 changed if the item previously set into the condition code has been
7298 modified.
7300 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
7302 @smallexample
7303 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
7305 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
7306              (cond [(eq_attr "type" "load")
7307                         (const_string "change0")
7308                     (eq_attr "type" "store,branch")
7309                         (const_string "unchanged")
7310                     (eq_attr "type" "arith")
7311                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
7312                                       (const_string "set")
7313                                       (const_string "clobber"))]
7314                    (const_string "clobber")))
7316 (define_insn ""
7317   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
7318         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
7319   ""
7320   "@@
7321    move %0,%1
7322    load %0,%1
7323    store %0,%1"
7324   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
7325 @end smallexample
7327 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
7328 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
7329 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
7330 full-word result.
7332 @end ifset
7333 @ifset INTERNALS
7334 @node Insn Lengths
7335 @subsection Computing the Length of an Insn
7336 @cindex insn lengths, computing
7337 @cindex computing the length of an insn
7339 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
7340 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
7341 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
7342 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @code{length}
7343 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
7344 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
7346 In the case of the @code{length} attribute, two additional forms of
7347 arithmetic terms are allowed in test expressions:
7349 @table @code
7350 @cindex @code{match_dup} and attributes
7351 @item (match_dup @var{n})
7352 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
7353 must be a @code{label_ref}.
7355 @cindex @code{pc} and attributes
7356 @item (pc)
7357 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
7358 been more consistent with other usage to make this the address of the
7359 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
7360 current insn is to be computed.
7361 @end table
7363 @cindex @code{addr_vec}, length of
7364 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
7365 For normal insns, the length will be determined by value of the
7366 @code{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
7367 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
7368 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
7370 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
7372 The following macros can be used to refine the length computation:
7374 @table @code
7375 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
7376 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
7377 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
7378 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
7379 that contains the initially computed length of the insn and should be
7380 updated with the correct length of the insn.
7382 This macro will normally not be required.  A case in which it is
7383 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
7384 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
7385 may be required.
7386 @end table
7388 @findex get_attr_length
7389 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
7390 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
7391 determine the form of the branch instruction to be written, as the
7392 example below illustrates.
7394 As an example of the specification of variable-length branches, consider
7395 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
7396 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
7397 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
7398 sequence to load the address from memory and then branch to it.
7400 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
7401 as follows:
7403 @smallexample
7404 (define_insn "jump"
7405   [(set (pc)
7406         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
7407   ""
7409    return (get_attr_length (insn) == 4
7410            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
7412   [(set (attr "length")
7413         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
7414                       (const_int 4)
7415                       (const_int 6)))])
7416 @end smallexample
7418 @end ifset
7419 @ifset INTERNALS
7420 @node Constant Attributes
7421 @subsection Constant Attributes
7422 @cindex constant attributes
7424 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
7425 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
7426 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
7427 used to specify which variety of processor is used.  For example,
7429 @smallexample
7430 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
7431  (const
7432   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
7433          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
7434         (const_string "m88000"))))
7436 (define_attr "memory" "fast,slow"
7437  (const
7438   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
7439                 (const_string "fast")
7440                 (const_string "slow"))))
7441 @end smallexample
7443 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
7444 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
7445 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
7446 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
7447 forms involving insn attributes.
7449 @end ifset
7450 @ifset INTERNALS
7451 @node Delay Slots
7452 @subsection Delay Slot Scheduling
7453 @cindex delay slots, defining
7455 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
7456 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
7457 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
7458 after the instruction are executed as if they were located before it.
7459 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
7460 the following instruction before the branch or call is performed.
7462 On some machines, conditional branch instructions can optionally
7463 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
7464 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
7465 instructions that annul if the branch is true and instructions that
7466 annul if the branch is false are supported.
7468 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
7469 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
7470 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
7471 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
7472 instruction scheduling.
7474 @findex define_delay
7475 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
7476 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
7478 @smallexample
7479 (define_delay @var{test}
7480               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
7481                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
7482                @dots{}])
7483 @end smallexample
7485 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
7486 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
7487 required delay slots is determined by the length of the vector specified
7488 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
7489 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
7490 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
7491 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
7492 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
7493 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
7495 For example, in the common case where branch and call insns require
7496 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
7497 call, the following would be placed in the @file{md} file:
7499 @smallexample
7500 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
7501               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
7502 @end smallexample
7504 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
7505 case, each such expression specifies different delay slot requirements
7506 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
7507 expressions are both true.
7509 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
7510 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
7511 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
7512 branch is true, we might represent this as follows:
7514 @smallexample
7515 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
7516    [(eq_attr "type" "!branch,call")
7517     (eq_attr "type" "!branch,call")
7518     (nil)])
7520 (define_delay (eq_attr "type" "call")
7521               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
7522                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
7523 @end smallexample
7524 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
7526 @end ifset
7527 @ifset INTERNALS
7528 @node Processor pipeline description
7529 @subsection Specifying processor pipeline description
7530 @cindex processor pipeline description
7531 @cindex processor functional units
7532 @cindex instruction latency time
7533 @cindex interlock delays
7534 @cindex data dependence delays
7535 @cindex reservation delays
7536 @cindex pipeline hazard recognizer
7537 @cindex automaton based pipeline description
7538 @cindex regular expressions
7539 @cindex deterministic finite state automaton
7540 @cindex automaton based scheduler
7541 @cindex RISC
7542 @cindex VLIW
7544 To achieve better performance, most modern processors
7545 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
7546 processors) have many @dfn{functional units} on which several
7547 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
7548 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
7549 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
7550 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
7551 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g.@: for some
7552 MIPS processors).
7554 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
7555 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
7556 latency time}.  The instruction execution is not started until all
7557 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
7558 complex cases when the instruction execution starts even when the data
7559 are not available but will be ready in given time after the
7560 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
7561 account is simple.  The data dependence (true, output, and
7562 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
7563 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
7564 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
7565 means that two instructions under execution will be in need of shared
7566 processors resources, i.e.@: buses, internal registers, and/or
7567 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
7568 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
7569 processors.
7571 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
7572 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
7573 instruction scheduler has to have an adequate description of the
7574 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  GCC
7575 machine descriptions describe processor parallelism and functional
7576 unit reservations for groups of instructions with the aid of
7577 @dfn{regular expressions}.
7579 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
7580 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
7581 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
7582 automatically generated from the processor pipeline description.  The
7583 pipeline hazard recognizer generated from the machine description
7584 is based on a deterministic finite state automaton (@acronym{DFA}):
7585 the instruction issue is possible if there is a transition from one
7586 automaton state to another one.  This algorithm is very fast, and
7587 furthermore, its speed is not dependent on processor
7588 complexity@footnote{However, the size of the automaton depends on
7589 processor complexity.  To limit this effect, machine descriptions
7590 can split orthogonal parts of the machine description among several
7591 automata: but then, since each of these must be stepped independently,
7592 this does cause a small decrease in the algorithm's performance.}.
7594 @cindex automaton based pipeline description
7595 The rest of this section describes the directives that constitute
7596 an automaton-based processor pipeline description.  The order of
7597 these constructions within the machine description file is not
7598 important.
7600 @findex define_automaton
7601 @cindex pipeline hazard recognizer
7602 The following optional construction describes names of automata
7603 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
7604 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
7605 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
7606 units to the automata, the total size of the automata is usually
7607 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
7608 construction, only one finite state automaton is generated.
7610 @smallexample
7611 (define_automaton @var{automata-names})
7612 @end smallexample
7614 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
7615 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
7616 The automaton name is used in the constructions @code{define_cpu_unit} and
7617 @code{define_query_cpu_unit}.
7619 @findex define_cpu_unit
7620 @cindex processor functional units
7621 Each processor functional unit used in the description of instruction
7622 reservations should be described by the following construction.
7624 @smallexample
7625 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
7626 @end smallexample
7628 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
7629 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
7630 for other goals.
7632 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
7633 which the unit is bound.  The automaton should be described in
7634 construction @code{define_automaton}.  You should give
7635 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
7637 The assignment of units to automata are constrained by the uses of the
7638 units in insn reservations.  The most important constraint is: if a
7639 unit reservation is present on a particular cycle of an alternative
7640 for an insn reservation, then some unit from the same automaton must
7641 be present on the same cycle for the other alternatives of the insn
7642 reservation.  The rest of the constraints are mentioned in the
7643 description of the subsequent constructions.
7645 @findex define_query_cpu_unit
7646 @cindex querying function unit reservations
7647 The following construction describes CPU functional units analogously
7648 to @code{define_cpu_unit}.  The reservation of such units can be
7649 queried for an automaton state.  The instruction scheduler never
7650 queries reservation of functional units for given automaton state.  So
7651 as a rule, you don't need this construction.  This construction could
7652 be used for future code generation goals (e.g.@: to generate
7653 @acronym{VLIW} insn templates).
7655 @smallexample
7656 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
7657 @end smallexample
7659 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
7660 separated by commas.
7662 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
7663 which the unit is bound.
7665 @findex define_insn_reservation
7666 @cindex instruction latency time
7667 @cindex regular expressions
7668 @cindex data bypass
7669 The following construction is the major one to describe pipeline
7670 characteristics of an instruction.
7672 @smallexample
7673 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
7674                          @var{condition} @var{regexp})
7675 @end smallexample
7677 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
7678 instruction.  There is an important difference between the old
7679 description and the automaton based pipeline description.  The latency
7680 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
7681 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
7682 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
7683 zero and the cost of output dependencies is the difference between
7684 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
7685 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
7686 change the default costs for any description by using the target hook
7687 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
7689 @var{insn-name} is a string giving the internal name of the insn.  The
7690 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
7691 the automaton description file generated for debugging.  The internal
7692 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
7693 good practice to use insn classes described in the processor manual.
7695 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
7696 construction.  You should remember that you will be in trouble if
7697 @var{condition} for two or more different
7698 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
7699 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
7700 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
7701 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
7702 the same value is quite difficult (especially if the conditions
7703 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
7704 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
7705 recognizer considerably.
7707 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
7708 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
7709 expression according to the following syntax:
7711 @smallexample
7712        regexp = regexp "," oneof
7713               | oneof
7715        oneof = oneof "|" allof
7716              | allof
7718        allof = allof "+" repeat
7719              | repeat
7721        repeat = element "*" number
7722               | element
7724        element = cpu_function_unit_name
7725                | reservation_name
7726                | result_name
7727                | "nothing"
7728                | "(" regexp ")"
7729 @end smallexample
7731 @itemize @bullet
7732 @item
7733 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
7734 the reservation.
7736 @item
7737 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
7738 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
7739 regular expression @strong{or} etc.
7741 @item
7742 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
7743 regular expression @strong{and} a reservation described by the
7744 second regular expression @strong{and} etc.
7746 @item
7747 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
7748 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
7749 advancing (see @samp{,}).
7751 @item
7752 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
7753 functional unit.
7755 @item
7756 @samp{reservation_name} --- see description of construction
7757 @samp{define_reservation}.
7759 @item
7760 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
7761 @end itemize
7763 @findex define_reservation
7764 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
7765 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
7766 the common part by the following construction
7768 @smallexample
7769 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
7770 @end smallexample
7772 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
7773 Functional unit names and reservation names are in the same name
7774 space.  So the reservation names should be different from the
7775 functional unit names and can not be the reserved name @samp{nothing}.
7777 @findex define_bypass
7778 @cindex instruction latency time
7779 @cindex data bypass
7780 The following construction is used to describe exceptions in the
7781 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
7783 @smallexample
7784 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
7785                [@var{guard}])
7786 @end smallexample
7788 @var{number} defines when the result generated by the instructions
7789 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
7790 instructions given in string @var{in_insn_names}.  Each of these
7791 strings is a comma-separated list of filename-style globs and
7792 they refer to the names of @code{define_insn_reservation}s.
7793 For example:
7794 @smallexample
7795 (define_bypass 1 "cpu1_load_*, cpu1_store_*" "cpu1_load_*")
7796 @end smallexample
7797 defines a bypass between instructions that start with
7798 @samp{cpu1_load_} or @samp{cpu1_store_} and those that start with
7799 @samp{cpu1_load_}.
7801 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
7802 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
7803 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
7804 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
7805 recognize complicated bypasses, e.g.@: when the consumer is only an address
7806 of insn @samp{store} (not a stored value).
7808 If there are more one bypass with the same output and input insns, the
7809 chosen bypass is the first bypass with a guard in description whose
7810 guard function returns nonzero.  If there is no such bypass, then
7811 bypass without the guard function is chosen.
7813 @findex exclusion_set
7814 @findex presence_set
7815 @findex final_presence_set
7816 @findex absence_set
7817 @findex final_absence_set
7818 @cindex VLIW
7819 @cindex RISC
7820 The following five constructions are usually used to describe
7821 @acronym{VLIW} processors, or more precisely, to describe a placement
7822 of small instructions into @acronym{VLIW} instruction slots.  They
7823 can be used for @acronym{RISC} processors, too.
7825 @smallexample
7826 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
7827 (presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7828 (final_presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7829 (absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7830 (final_absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7831 @end smallexample
7833 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
7834 separated by commas.
7836 @var{patterns} is a string giving patterns of functional units
7837 separated by comma.  Currently pattern is one unit or units
7838 separated by white-spaces.
7840 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
7841 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
7842 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
7843 example, the construction is useful for describing processors
7844 (e.g.@: some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
7845 functional unit which can execute simultaneously only single floating
7846 point insns or only double floating point insns.
7848 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
7849 functional unit in the first string can not be reserved unless at
7850 least one of pattern of units whose names are in the second string is
7851 reserved.  This is an asymmetric relation.  For example, it is useful
7852 for description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
7853 @samp{slot0} reservation.  We could describe it by the following
7854 construction
7856 @smallexample
7857 (presence_set "slot1" "slot0")
7858 @end smallexample
7860 Or @samp{slot1} is reserved only after @samp{slot0} and unit @samp{b0}
7861 reservation.  In this case we could write
7863 @smallexample
7864 (presence_set "slot1" "slot0 b0")
7865 @end smallexample
7867 The third construction (@samp{final_presence_set}) is analogous to
7868 @samp{presence_set}.  The difference between them is when checking is
7869 done.  When an instruction is issued in given automaton state
7870 reflecting all current and planned unit reservations, the automaton
7871 state is changed.  The first state is a source state, the second one
7872 is a result state.  Checking for @samp{presence_set} is done on the
7873 source state reservation, checking for @samp{final_presence_set} is
7874 done on the result reservation.  This construction is useful to
7875 describe a reservation which is actually two subsequent reservations.
7876 For example, if we use
7878 @smallexample
7879 (presence_set "slot1" "slot0")
7880 @end smallexample
7882 the following insn will be never issued (because @samp{slot1} requires
7883 @samp{slot0} which is absent in the source state).
7885 @smallexample
7886 (define_reservation "insn_and_nop" "slot0 + slot1")
7887 @end smallexample
7889 but it can be issued if we use analogous @samp{final_presence_set}.
7891 The forth construction (@samp{absence_set}) means that each functional
7892 unit in the first string can be reserved only if each pattern of units
7893 whose names are in the second string is not reserved.  This is an
7894 asymmetric relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to
7895 this one but it is symmetric).  For example it might be useful in a
7896 @acronym{VLIW} description to say that @samp{slot0} cannot be reserved
7897 after either @samp{slot1} or @samp{slot2} have been reserved.  This
7898 can be described as:
7900 @smallexample
7901 (absence_set "slot0" "slot1, slot2")
7902 @end smallexample
7904 Or @samp{slot2} can not be reserved if @samp{slot0} and unit @samp{b0}
7905 are reserved or @samp{slot1} and unit @samp{b1} are reserved.  In
7906 this case we could write
7908 @smallexample
7909 (absence_set "slot2" "slot0 b0, slot1 b1")
7910 @end smallexample
7912 All functional units mentioned in a set should belong to the same
7913 automaton.
7915 The last construction (@samp{final_absence_set}) is analogous to
7916 @samp{absence_set} but checking is done on the result (state)
7917 reservation.  See comments for @samp{final_presence_set}.
7919 @findex automata_option
7920 @cindex deterministic finite state automaton
7921 @cindex nondeterministic finite state automaton
7922 @cindex finite state automaton minimization
7923 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
7924 the following construction.
7926 @smallexample
7927 (automata_option @var{options})
7928 @end smallexample
7930 @var{options} is a string giving options which affect the generated
7931 code.  Currently there are the following options:
7933 @itemize @bullet
7934 @item
7935 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
7936 only worth to do when we are debugging the description and need to
7937 look more accurately at reservations of states.
7939 @item
7940 @dfn{time} means printing time statistics about the generation of
7941 automata.
7943 @item
7944 @dfn{stats} means printing statistics about the generated automata
7945 such as the number of DFA states, NDFA states and arcs.
7947 @item
7948 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
7949 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
7950 verification and debugging.
7952 @item
7953 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
7954 non-critical errors.
7956 @item
7957 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
7958 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
7959 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
7960 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
7961 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
7962 may be rejected by reservations in the subsequent insns.
7964 @item
7965 @dfn{progress} means output of a progress bar showing how many states
7966 were generated so far for automaton being processed.  This is useful
7967 during debugging a @acronym{DFA} description.  If you see too many
7968 generated states, you could interrupt the generator of the pipeline
7969 hazard recognizer and try to figure out a reason for generation of the
7970 huge automaton.
7971 @end itemize
7973 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
7974 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
7975 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
7976 the following functional units.
7978 @smallexample
7979 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
7980 (define_cpu_unit "port0, port1")
7981 @end smallexample
7983 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
7984 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
7985 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
7986 are issued into the second pipeline.  Integer division and
7987 multiplication insns can be executed only in the second integer
7988 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
7989 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e.@: the subsequent
7990 integer division insn can not be issued until the current division
7991 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
7992 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
7993 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
7994 incurred.  To describe all of this we could specify
7996 @smallexample
7997 (define_cpu_unit "div")
7999 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
8000                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
8002 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "type" "mult")
8003                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
8005 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "type" "div")
8006                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
8008 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "type" "float")
8009                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
8011 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
8012 @end smallexample
8014 To simplify the description we could describe the following reservation
8016 @smallexample
8017 (define_reservation "finish" "port0|port1")
8018 @end smallexample
8020 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
8021 construction
8023 @smallexample
8024 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
8025                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
8026 @end smallexample
8029 @end ifset
8030 @ifset INTERNALS
8031 @node Conditional Execution
8032 @section Conditional Execution
8033 @cindex conditional execution
8034 @cindex predication
8036 A number of architectures provide for some form of conditional
8037 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
8038 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
8039 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
8040 can be quite tedious to describe these forms directly in the
8041 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
8043 @findex define_cond_exec
8044 @smallexample
8045 (define_cond_exec
8046   [@var{predicate-pattern}]
8047   "@var{condition}"
8048   "@var{output-template}")
8049 @end smallexample
8051 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
8052 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
8053 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
8054 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
8055 alternative.
8057 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
8058 pattern to match.
8060 @findex current_insn_predicate
8061 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
8062 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
8063 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
8064 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
8065 In order to handle the general case, there is a global variable
8066 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
8067 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
8069 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
8070 the @code{predicable} instruction attribute is made.
8071 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be a boolean (i.e.@: have
8072 exactly two elements in its @var{list-of-values}), with the possible
8073 values being @code{no} and @code{yes}.  The default and all uses in
8074 the insns must be a simple constant, not a complex expressions.  It
8075 may, however, depend on the alternative, by using a comma-separated
8076 list of values.  If that is the case, the port should also define an
8077 @code{enabled} attribute (@pxref{Disable Insn Alternatives}), which
8078 should also allow only @code{no} and @code{yes} as its values.
8080 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
8081 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
8082 generated that matches a predicated version of the instruction.
8083 For example,
8085 @smallexample
8086 (define_insn "addsi"
8087   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
8088         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
8089                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
8090   "@var{test1}"
8091   "add %2,%1,%0")
8093 (define_cond_exec
8094   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
8095        (const_int 0))]
8096   "@var{test2}"
8097   "(%0)")
8098 @end smallexample
8100 @noindent
8101 generates a new pattern
8103 @smallexample
8104 (define_insn ""
8105   [(cond_exec
8106      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
8107      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
8108           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
8109                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
8110   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
8111   "(%3) add %2,%1,%0")
8112 @end smallexample
8114 @end ifset
8115 @ifset INTERNALS
8116 @node Constant Definitions
8117 @section Constant Definitions
8118 @cindex constant definitions
8119 @findex define_constants
8121 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
8122 can be a maintenance problem.
8124 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
8125 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
8126 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
8127 if the corresponding value had been written instead.  You may use
8128 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
8129 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
8130 a different value.
8132 To come back to the a29k load multiple example, instead of
8134 @smallexample
8135 (define_insn ""
8136   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
8137      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
8138            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
8139       (use (reg:SI 179))
8140       (clobber (reg:SI 179))])]
8141   ""
8142   "loadm 0,0,%1,%2")
8143 @end smallexample
8145 You could write:
8147 @smallexample
8148 (define_constants [
8149     (R_BP 177)
8150     (R_FC 178)
8151     (R_CR 179)
8152     (R_Q  180)
8155 (define_insn ""
8156   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
8157      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
8158            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
8159       (use (reg:SI R_CR))
8160       (clobber (reg:SI R_CR))])]
8161   ""
8162   "loadm 0,0,%1,%2")
8163 @end smallexample
8165 The constants that are defined with a define_constant are also output
8166 in the insn-codes.h header file as #defines.
8168 @cindex enumerations
8169 @findex define_c_enum
8170 You can also use the machine description file to define enumerations.
8171 Like the constants defined by @code{define_constant}, these enumerations
8172 are visible to both the machine description file and the main C code.
8174 The syntax is as follows:
8176 @smallexample
8177 (define_c_enum "@var{name}" [
8178   @var{value0}
8179   @var{value1}
8180   @dots{}
8181   @var{valuen}
8183 @end smallexample
8185 This definition causes the equivalent of the following C code to appear
8186 in @file{insn-constants.h}:
8188 @smallexample
8189 enum @var{name} @{
8190   @var{value0} = 0,
8191   @var{value1} = 1,
8192   @dots{}
8193   @var{valuen} = @var{n}
8195 #define NUM_@var{cname}_VALUES (@var{n} + 1)
8196 @end smallexample
8198 where @var{cname} is the capitalized form of @var{name}.
8199 It also makes each @var{valuei} available in the machine description
8200 file, just as if it had been declared with:
8202 @smallexample
8203 (define_constants [(@var{valuei} @var{i})])
8204 @end smallexample
8206 Each @var{valuei} is usually an upper-case identifier and usually
8207 begins with @var{cname}.
8209 You can split the enumeration definition into as many statements as
8210 you like.  The above example is directly equivalent to:
8212 @smallexample
8213 (define_c_enum "@var{name}" [@var{value0}])
8214 (define_c_enum "@var{name}" [@var{value1}])
8215 @dots{}
8216 (define_c_enum "@var{name}" [@var{valuen}])
8217 @end smallexample
8219 Splitting the enumeration helps to improve the modularity of each
8220 individual @code{.md} file.  For example, if a port defines its
8221 synchronization instructions in a separate @file{sync.md} file,
8222 it is convenient to define all synchronization-specific enumeration
8223 values in @file{sync.md} rather than in the main @file{.md} file.
8225 Some enumeration names have special significance to GCC:
8227 @table @code
8228 @item unspecv
8229 @findex unspec_volatile
8230 If an enumeration called @code{unspecv} is defined, GCC will use it
8231 when printing out @code{unspec_volatile} expressions.  For example:
8233 @smallexample
8234 (define_c_enum "unspecv" [
8235   UNSPECV_BLOCKAGE
8237 @end smallexample
8239 causes GCC to print @samp{(unspec_volatile @dots{} 0)} as:
8241 @smallexample
8242 (unspec_volatile ... UNSPECV_BLOCKAGE)
8243 @end smallexample
8245 @item unspec
8246 @findex unspec
8247 If an enumeration called @code{unspec} is defined, GCC will use
8248 it when printing out @code{unspec} expressions.  GCC will also use
8249 it when printing out @code{unspec_volatile} expressions unless an
8250 @code{unspecv} enumeration is also defined.  You can therefore
8251 decide whether to keep separate enumerations for volatile and
8252 non-volatile expressions or whether to use the same enumeration
8253 for both.
8254 @end table
8256 @findex define_enum
8257 @anchor{define_enum}
8258 Another way of defining an enumeration is to use @code{define_enum}:
8260 @smallexample
8261 (define_enum "@var{name}" [
8262   @var{value0}
8263   @var{value1}
8264   @dots{}
8265   @var{valuen}
8267 @end smallexample
8269 This directive implies:
8271 @smallexample
8272 (define_c_enum "@var{name}" [
8273   @var{cname}_@var{cvalue0}
8274   @var{cname}_@var{cvalue1}
8275   @dots{}
8276   @var{cname}_@var{cvaluen}
8278 @end smallexample
8280 @findex define_enum_attr
8281 where @var{cvaluei} is the capitalized form of @var{valuei}.
8282 However, unlike @code{define_c_enum}, the enumerations defined
8283 by @code{define_enum} can be used in attribute specifications
8284 (@pxref{define_enum_attr}).
8285 @end ifset
8286 @ifset INTERNALS
8287 @node Iterators
8288 @section Iterators
8289 @cindex iterators in @file{.md} files
8291 Ports often need to define similar patterns for more than one machine
8292 mode or for more than one rtx code.  GCC provides some simple iterator
8293 facilities to make this process easier.
8295 @menu
8296 * Mode Iterators::         Generating variations of patterns for different modes.
8297 * Code Iterators::         Doing the same for codes.
8298 @end menu
8300 @node Mode Iterators
8301 @subsection Mode Iterators
8302 @cindex mode iterators in @file{.md} files
8304 Ports often need to define similar patterns for two or more different modes.
8305 For example:
8307 @itemize @bullet
8308 @item
8309 If a processor has hardware support for both single and double
8310 floating-point arithmetic, the @code{SFmode} patterns tend to be
8311 very similar to the @code{DFmode} ones.
8313 @item
8314 If a port uses @code{SImode} pointers in one configuration and
8315 @code{DImode} pointers in another, it will usually have very similar
8316 @code{SImode} and @code{DImode} patterns for manipulating pointers.
8317 @end itemize
8319 Mode iterators allow several patterns to be instantiated from one
8320 @file{.md} file template.  They can be used with any type of
8321 rtx-based construct, such as a @code{define_insn},
8322 @code{define_split}, or @code{define_peephole2}.
8324 @menu
8325 * Defining Mode Iterators:: Defining a new mode iterator.
8326 * Substitutions::           Combining mode iterators with substitutions
8327 * Examples::                Examples
8328 @end menu
8330 @node Defining Mode Iterators
8331 @subsubsection Defining Mode Iterators
8332 @findex define_mode_iterator
8334 The syntax for defining a mode iterator is:
8336 @smallexample
8337 (define_mode_iterator @var{name} [(@var{mode1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{moden} "@var{condn}")])
8338 @end smallexample
8340 This allows subsequent @file{.md} file constructs to use the mode suffix
8341 @code{:@var{name}}.  Every construct that does so will be expanded
8342 @var{n} times, once with every use of @code{:@var{name}} replaced by
8343 @code{:@var{mode1}}, once with every use replaced by @code{:@var{mode2}},
8344 and so on.  In the expansion for a particular @var{modei}, every
8345 C condition will also require that @var{condi} be true.
8347 For example:
8349 @smallexample
8350 (define_mode_iterator P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
8351 @end smallexample
8353 defines a new mode suffix @code{:P}.  Every construct that uses
8354 @code{:P} will be expanded twice, once with every @code{:P} replaced
8355 by @code{:SI} and once with every @code{:P} replaced by @code{:DI}.
8356 The @code{:SI} version will only apply if @code{Pmode == SImode} and
8357 the @code{:DI} version will only apply if @code{Pmode == DImode}.
8359 As with other @file{.md} conditions, an empty string is treated
8360 as ``always true''.  @code{(@var{mode} "")} can also be abbreviated
8361 to @code{@var{mode}}.  For example:
8363 @smallexample
8364 (define_mode_iterator GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
8365 @end smallexample
8367 means that the @code{:DI} expansion only applies if @code{TARGET_64BIT}
8368 but that the @code{:SI} expansion has no such constraint.
8370 Iterators are applied in the order they are defined.  This can be
8371 significant if two iterators are used in a construct that requires
8372 substitutions.  @xref{Substitutions}.
8374 @node Substitutions
8375 @subsubsection Substitution in Mode Iterators
8376 @findex define_mode_attr
8378 If an @file{.md} file construct uses mode iterators, each version of the
8379 construct will often need slightly different strings or modes.  For
8380 example:
8382 @itemize @bullet
8383 @item
8384 When a @code{define_expand} defines several @code{add@var{m}3} patterns
8385 (@pxref{Standard Names}), each expander will need to use the
8386 appropriate mode name for @var{m}.
8388 @item
8389 When a @code{define_insn} defines several instruction patterns,
8390 each instruction will often use a different assembler mnemonic.
8392 @item
8393 When a @code{define_insn} requires operands with different modes,
8394 using an iterator for one of the operand modes usually requires a specific
8395 mode for the other operand(s).
8396 @end itemize
8398 GCC supports such variations through a system of ``mode attributes''.
8399 There are two standard attributes: @code{mode}, which is the name of
8400 the mode in lower case, and @code{MODE}, which is the same thing in
8401 upper case.  You can define other attributes using:
8403 @smallexample
8404 (define_mode_attr @var{name} [(@var{mode1} "@var{value1}") @dots{} (@var{moden} "@var{valuen}")])
8405 @end smallexample
8407 where @var{name} is the name of the attribute and @var{valuei}
8408 is the value associated with @var{modei}.
8410 When GCC replaces some @var{:iterator} with @var{:mode}, it will scan
8411 each string and mode in the pattern for sequences of the form
8412 @code{<@var{iterator}:@var{attr}>}, where @var{attr} is the name of a
8413 mode attribute.  If the attribute is defined for @var{mode}, the whole
8414 @code{<@dots{}>} sequence will be replaced by the appropriate attribute
8415 value.
8417 For example, suppose an @file{.md} file has:
8419 @smallexample
8420 (define_mode_iterator P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
8421 (define_mode_attr load [(SI "lw") (DI "ld")])
8422 @end smallexample
8424 If one of the patterns that uses @code{:P} contains the string
8425 @code{"<P:load>\t%0,%1"}, the @code{SI} version of that pattern
8426 will use @code{"lw\t%0,%1"} and the @code{DI} version will use
8427 @code{"ld\t%0,%1"}.
8429 Here is an example of using an attribute for a mode:
8431 @smallexample
8432 (define_mode_iterator LONG [SI DI])
8433 (define_mode_attr SHORT [(SI "HI") (DI "SI")])
8434 (define_insn @dots{}
8435   (sign_extend:LONG (match_operand:<LONG:SHORT> @dots{})) @dots{})
8436 @end smallexample
8438 The @code{@var{iterator}:} prefix may be omitted, in which case the
8439 substitution will be attempted for every iterator expansion.
8441 @node Examples
8442 @subsubsection Mode Iterator Examples
8444 Here is an example from the MIPS port.  It defines the following
8445 modes and attributes (among others):
8447 @smallexample
8448 (define_mode_iterator GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
8449 (define_mode_attr d [(SI "") (DI "d")])
8450 @end smallexample
8452 and uses the following template to define both @code{subsi3}
8453 and @code{subdi3}:
8455 @smallexample
8456 (define_insn "sub<mode>3"
8457   [(set (match_operand:GPR 0 "register_operand" "=d")
8458         (minus:GPR (match_operand:GPR 1 "register_operand" "d")
8459                    (match_operand:GPR 2 "register_operand" "d")))]
8460   ""
8461   "<d>subu\t%0,%1,%2"
8462   [(set_attr "type" "arith")
8463    (set_attr "mode" "<MODE>")])
8464 @end smallexample
8466 This is exactly equivalent to:
8468 @smallexample
8469 (define_insn "subsi3"
8470   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=d")
8471         (minus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "d")
8472                   (match_operand:SI 2 "register_operand" "d")))]
8473   ""
8474   "subu\t%0,%1,%2"
8475   [(set_attr "type" "arith")
8476    (set_attr "mode" "SI")])
8478 (define_insn "subdi3"
8479   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
8480         (minus:DI (match_operand:DI 1 "register_operand" "d")
8481                   (match_operand:DI 2 "register_operand" "d")))]
8482   ""
8483   "dsubu\t%0,%1,%2"
8484   [(set_attr "type" "arith")
8485    (set_attr "mode" "DI")])
8486 @end smallexample
8488 @node Code Iterators
8489 @subsection Code Iterators
8490 @cindex code iterators in @file{.md} files
8491 @findex define_code_iterator
8492 @findex define_code_attr
8494 Code iterators operate in a similar way to mode iterators.  @xref{Mode Iterators}.
8496 The construct:
8498 @smallexample
8499 (define_code_iterator @var{name} [(@var{code1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{coden} "@var{condn}")])
8500 @end smallexample
8502 defines a pseudo rtx code @var{name} that can be instantiated as
8503 @var{codei} if condition @var{condi} is true.  Each @var{codei}
8504 must have the same rtx format.  @xref{RTL Classes}.
8506 As with mode iterators, each pattern that uses @var{name} will be
8507 expanded @var{n} times, once with all uses of @var{name} replaced by
8508 @var{code1}, once with all uses replaced by @var{code2}, and so on.
8509 @xref{Defining Mode Iterators}.
8511 It is possible to define attributes for codes as well as for modes.
8512 There are two standard code attributes: @code{code}, the name of the
8513 code in lower case, and @code{CODE}, the name of the code in upper case.
8514 Other attributes are defined using:
8516 @smallexample
8517 (define_code_attr @var{name} [(@var{code1} "@var{value1}") @dots{} (@var{coden} "@var{valuen}")])
8518 @end smallexample
8520 Here's an example of code iterators in action, taken from the MIPS port:
8522 @smallexample
8523 (define_code_iterator any_cond [unordered ordered unlt unge uneq ltgt unle ungt
8524                                 eq ne gt ge lt le gtu geu ltu leu])
8526 (define_expand "b<code>"
8527   [(set (pc)
8528         (if_then_else (any_cond:CC (cc0)
8529                                    (const_int 0))
8530                       (label_ref (match_operand 0 ""))
8531                       (pc)))]
8532   ""
8534   gen_conditional_branch (operands, <CODE>);
8535   DONE;
8537 @end smallexample
8539 This is equivalent to:
8541 @smallexample
8542 (define_expand "bunordered"
8543   [(set (pc)
8544         (if_then_else (unordered:CC (cc0)
8545                                     (const_int 0))
8546                       (label_ref (match_operand 0 ""))
8547                       (pc)))]
8548   ""
8550   gen_conditional_branch (operands, UNORDERED);
8551   DONE;
8554 (define_expand "bordered"
8555   [(set (pc)
8556         (if_then_else (ordered:CC (cc0)
8557                                   (const_int 0))
8558                       (label_ref (match_operand 0 ""))
8559                       (pc)))]
8560   ""
8562   gen_conditional_branch (operands, ORDERED);
8563   DONE;
8566 @dots{}
8567 @end smallexample
8569 @end ifset