2007-05-30 H.J. Lu <hongjiu.lu@intel.com>
[official-gcc.git] / gcc / doc / md.texi
bloba3f1243b20018c7fc3f696368630a432670de756
1 @c Copyright (C) 1988, 1989, 1992, 1993, 1994, 1996, 1998, 1999, 2000, 2001,
2 @c 2002, 2003, 2004, 2005, 2006 Free Software Foundation, Inc.
3 @c This is part of the GCC manual.
4 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
6 @ifset INTERNALS
7 @node Machine Desc
8 @chapter Machine Descriptions
9 @cindex machine descriptions
11 A machine description has two parts: a file of instruction patterns
12 (@file{.md} file) and a C header file of macro definitions.
14 The @file{.md} file for a target machine contains a pattern for each
15 instruction that the target machine supports (or at least each instruction
16 that is worth telling the compiler about).  It may also contain comments.
17 A semicolon causes the rest of the line to be a comment, unless the semicolon
18 is inside a quoted string.
20 See the next chapter for information on the C header file.
22 @menu
23 * Overview::            How the machine description is used.
24 * Patterns::            How to write instruction patterns.
25 * Example::             An explained example of a @code{define_insn} pattern.
26 * RTL Template::        The RTL template defines what insns match a pattern.
27 * Output Template::     The output template says how to make assembler code
28                           from such an insn.
29 * Output Statement::    For more generality, write C code to output
30                           the assembler code.
31 * Predicates::          Controlling what kinds of operands can be used
32                           for an insn.
33 * Constraints::         Fine-tuning operand selection.
34 * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
35 * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
36 * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
37 * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
38 * Looping Patterns::    How to define patterns for special looping insns.
39 * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
40 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
41                           for a standard operation.
42 * Insn Splitting::      Splitting Instructions into Multiple Instructions.
43 * Including Patterns::      Including Patterns in Machine Descriptions.
44 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
45 * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
46 * Conditional Execution::Generating @code{define_insn} patterns for
47                            predication.
48 * Constant Definitions::Defining symbolic constants that can be used in the
49                         md file.
50 * Macros::              Using macros to generate patterns from a template.
51 @end menu
53 @node Overview
54 @section Overview of How the Machine Description is Used
56 There are three main conversions that happen in the compiler:
58 @enumerate
60 @item
61 The front end reads the source code and builds a parse tree.
63 @item
64 The parse tree is used to generate an RTL insn list based on named
65 instruction patterns.
67 @item
68 The insn list is matched against the RTL templates to produce assembler
69 code.
71 @end enumerate
73 For the generate pass, only the names of the insns matter, from either a
74 named @code{define_insn} or a @code{define_expand}.  The compiler will
75 choose the pattern with the right name and apply the operands according
76 to the documentation later in this chapter, without regard for the RTL
77 template or operand constraints.  Note that the names the compiler looks
78 for are hard-coded in the compiler---it will ignore unnamed patterns and
79 patterns with names it doesn't know about, but if you don't provide a
80 named pattern it needs, it will abort.
82 If a @code{define_insn} is used, the template given is inserted into the
83 insn list.  If a @code{define_expand} is used, one of three things
84 happens, based on the condition logic.  The condition logic may manually
85 create new insns for the insn list, say via @code{emit_insn()}, and
86 invoke @code{DONE}.  For certain named patterns, it may invoke @code{FAIL} to tell the
87 compiler to use an alternate way of performing that task.  If it invokes
88 neither @code{DONE} nor @code{FAIL}, the template given in the pattern
89 is inserted, as if the @code{define_expand} were a @code{define_insn}.
91 Once the insn list is generated, various optimization passes convert,
92 replace, and rearrange the insns in the insn list.  This is where the
93 @code{define_split} and @code{define_peephole} patterns get used, for
94 example.
96 Finally, the insn list's RTL is matched up with the RTL templates in the
97 @code{define_insn} patterns, and those patterns are used to emit the
98 final assembly code.  For this purpose, each named @code{define_insn}
99 acts like it's unnamed, since the names are ignored.
101 @node Patterns
102 @section Everything about Instruction Patterns
103 @cindex patterns
104 @cindex instruction patterns
106 @findex define_insn
107 Each instruction pattern contains an incomplete RTL expression, with pieces
108 to be filled in later, operand constraints that restrict how the pieces can
109 be filled in, and an output pattern or C code to generate the assembler
110 output, all wrapped up in a @code{define_insn} expression.
112 A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
114 @enumerate
115 @item
116 An optional name.  The presence of a name indicate that this instruction
117 pattern can perform a certain standard job for the RTL-generation
118 pass of the compiler.  This pass knows certain names and will use
119 the instruction patterns with those names, if the names are defined
120 in the machine description.
122 The absence of a name is indicated by writing an empty string
123 where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
124 used for generating RTL code, but they may permit several simpler insns
125 to be combined later on.
127 Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
128 effect; they are equivalent to no name at all.
130 For the purpose of debugging the compiler, you may also specify a
131 name beginning with the @samp{*} character.  Such a name is used only
132 for identifying the instruction in RTL dumps; it is entirely equivalent
133 to having a nameless pattern for all other purposes.
135 @item
136 The @dfn{RTL template} (@pxref{RTL Template}) is a vector of incomplete
137 RTL expressions which show what the instruction should look like.  It is
138 incomplete because it may contain @code{match_operand},
139 @code{match_operator}, and @code{match_dup} expressions that stand for
140 operands of the instruction.
142 If the vector has only one element, that element is the template for the
143 instruction pattern.  If the vector has multiple elements, then the
144 instruction pattern is a @code{parallel} expression containing the
145 elements described.
147 @item
148 @cindex pattern conditions
149 @cindex conditions, in patterns
150 A condition.  This is a string which contains a C expression that is
151 the final test to decide whether an insn body matches this pattern.
153 @cindex named patterns and conditions
154 For a named pattern, the condition (if present) may not depend on
155 the data in the insn being matched, but only the target-machine-type
156 flags.  The compiler needs to test these conditions during
157 initialization in order to learn exactly which named instructions are
158 available in a particular run.
160 @findex operands
161 For nameless patterns, the condition is applied only when matching an
162 individual insn, and only after the insn has matched the pattern's
163 recognition template.  The insn's operands may be found in the vector
164 @code{operands}.  For an insn where the condition has once matched, it
165 can't be used to control register allocation, for example by excluding
166 certain hard registers or hard register combinations.
168 @item
169 The @dfn{output template}: a string that says how to output matching
170 insns as assembler code.  @samp{%} in this string specifies where
171 to substitute the value of an operand.  @xref{Output Template}.
173 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
174 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
176 @item
177 Optionally, a vector containing the values of attributes for insns matching
178 this pattern.  @xref{Insn Attributes}.
179 @end enumerate
181 @node Example
182 @section Example of @code{define_insn}
183 @cindex @code{define_insn} example
185 Here is an actual example of an instruction pattern, for the 68000/68020.
187 @smallexample
188 (define_insn "tstsi"
189   [(set (cc0)
190         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
191   ""
192   "*
194   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
195     return \"tstl %0\";
196   return \"cmpl #0,%0\";
197 @}")
198 @end smallexample
200 @noindent
201 This can also be written using braced strings:
203 @smallexample
204 (define_insn "tstsi"
205   [(set (cc0)
206         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
207   ""
209   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
210     return "tstl %0";
211   return "cmpl #0,%0";
213 @end smallexample
215 This is an instruction that sets the condition codes based on the value of
216 a general operand.  It has no condition, so any insn whose RTL description
217 has the form shown may be handled according to this pattern.  The name
218 @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL generation
219 pass that, when it is necessary to test such a value, an insn to do so
220 can be constructed using this pattern.
222 The output control string is a piece of C code which chooses which
223 output template to return based on the kind of operand and the specific
224 type of CPU for which code is being generated.
226 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
228 @node RTL Template
229 @section RTL Template
230 @cindex RTL insn template
231 @cindex generating insns
232 @cindex insns, generating
233 @cindex recognizing insns
234 @cindex insns, recognizing
236 The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
237 and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
238 says how to construct an insn from specified operands.
240 Construction involves substituting specified operands into a copy of the
241 template.  Matching involves determining the values that serve as the
242 operands in the insn being matched.  Both of these activities are
243 controlled by special expression types that direct matching and
244 substitution of the operands.
246 @table @code
247 @findex match_operand
248 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
249 This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
250 the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
251 will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
252 appears at this position in the insn will be taken as operand
253 number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
254 pattern will not match at all.
256 Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
257 each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
258 expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
259 are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
260 expressions.  In the case of a @code{define_expand}, any operand numbers
261 used only in @code{match_dup} expressions have higher values than all
262 other operand numbers.
264 @var{predicate} is a string that is the name of a function that
265 accepts two arguments, an expression and a machine mode.
266 @xref{Predicates}.  During matching, the function will be called with
267 the putative operand as the expression and @var{m} as the mode
268 argument (if @var{m} is not specified, @code{VOIDmode} will be used,
269 which normally causes @var{predicate} to accept any mode).  If it
270 returns zero, this instruction pattern fails to match.
271 @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be
272 done on the operand, so anything which occurs in this position is
273 valid.
275 Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
276 not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
277 @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
278 Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
279 @code{VOIDmode}.
281 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
282 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
283 If the constraint would be an empty string, it can be omitted.
285 People are often unclear on the difference between the constraint and the
286 predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
287 pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
288 controls various decisions in the case of an insn which does match.
290 @findex match_scratch
291 @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
292 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
293 and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
294 expression.
296 When matching patterns, this is equivalent to
298 @smallexample
299 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{pred})
300 @end smallexample
302 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
303 expression.
305 If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
306 expressions whose operands are either a hard register or
307 @code{match_scratch}, the combiner can add or delete them when
308 necessary.  @xref{Side Effects}.
310 @findex match_dup
311 @item (match_dup @var{n})
312 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
313 It is used when the operand needs to appear more than once in the
314 insn.
316 In construction, @code{match_dup} acts just like @code{match_operand}:
317 the operand is substituted into the insn being constructed.  But in
318 matching, @code{match_dup} behaves differently.  It assumes that operand
319 number @var{n} has already been determined by a @code{match_operand}
320 appearing earlier in the recognition template, and it matches only an
321 identical-looking expression.
323 Note that @code{match_dup} should not be used to tell the compiler that
324 a particular register is being used for two operands (example:
325 @code{add} that adds one register to another; the second register is
326 both an input operand and the output operand).  Use a matching
327 constraint (@pxref{Simple Constraints}) for those.  @code{match_dup} is for the cases where one
328 operand is used in two places in the template, such as an instruction
329 that computes both a quotient and a remainder, where the opcode takes
330 two input operands but the RTL template has to refer to each of those
331 twice; once for the quotient pattern and once for the remainder pattern.
333 @findex match_operator
334 @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
335 This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
336 code.
338 When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
339 expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
340 operands are constructed from the patterns @var{operands}.
342 When matching an expression, it matches an expression if the function
343 @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
344 patterns @var{operands} match the operands of the expression.
346 Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
347 follows, to match any expression whose operator is one of the
348 commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
350 @smallexample
352 commutative_integer_operator (x, mode)
353      rtx x;
354      enum machine_mode mode;
356   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
357   if (GET_MODE (x) != mode)
358     return 0;
359   return (GET_RTX_CLASS (code) == RTX_COMM_ARITH
360           || code == EQ || code == NE);
362 @end smallexample
364 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
365 of a commutative operator applied to two general operands:
367 @smallexample
368 (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
369   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
370    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
371 @end smallexample
373 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
374 because the expressions to be matched all contain two operands.
376 When this pattern does match, the two operands of the commutative
377 operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
378 by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
379 will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
380 (operands[3])} to see which commutative operator was used.
382 The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
383 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
384 predicate function, and that function is solely responsible for
385 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
387 When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
388 the operation (i.e.@: the expression code) for the expression to be
389 made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
390 into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
391 gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
392 only its expression code matters.
394 When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
395 it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
396 is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
397 register allocation because the register allocator often looks at
398 operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
400 There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
401 operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
402 never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
403 However, if parts of its @var{operands} are matched by
404 @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
405 their own.
407 @findex match_op_dup
408 @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
409 Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
410 operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
411 substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
412 differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
413 determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
414 recognition template, and it matches only an identical-looking
415 expression.
417 @findex match_parallel
418 @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
419 This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
420 @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
421 expression should only appear at the top level of an insn pattern.
423 When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
424 this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
425 is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
426 vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
427 @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
428 @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
429 @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
430 of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
431 those listed in the @code{match_parallel}.
433 A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
434 multiple expressions, which can contain a variable number of elements
435 in a @code{parallel}.  For example,
437 @smallexample
438 (define_insn ""
439   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
440      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
441            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
442       (use (reg:SI 179))
443       (clobber (reg:SI 179))])]
444   ""
445   "loadm 0,0,%1,%2")
446 @end smallexample
448 This example comes from @file{a29k.md}.  The function
449 @code{load_multiple_operation} is defined in @file{a29k.c} and checks
450 that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
451 @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
452 registers and memory locations.
454 An insn that matches this pattern might look like:
456 @smallexample
457 (parallel
458  [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
459   (use (reg:SI 179))
460   (clobber (reg:SI 179))
461   (set (reg:SI 21)
462        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
463                         (const_int 4))))
464   (set (reg:SI 22)
465        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
466                         (const_int 8))))])
467 @end smallexample
469 @findex match_par_dup
470 @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
471 Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
472 @code{match_operator}.
474 @end table
476 @node Output Template
477 @section Output Templates and Operand Substitution
478 @cindex output templates
479 @cindex operand substitution
481 @cindex @samp{%} in template
482 @cindex percent sign
483 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
484 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
485 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
486 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
487 identify places where different variants of the assembler require
488 different syntax.
490 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
491 operand @var{n} at that point in the string.
493 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
494 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
495 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
496 additional letters with nonstandard meanings.
498 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
499 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
500 operand.
502 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
503 the constant is negated before printing.
505 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
506 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
507 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
508 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
509 as if it were a memory reference.
511 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
512 instruction.
514 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
515 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
516 referred to more than once in a single template that generates multiple
517 assembler instructions.
519 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
520 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
521 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
522 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
523 which punctuation characters are valid with the
524 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
526 @cindex \
527 @cindex backslash
528 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
529 for the instructions, with @samp{\;} between them.
531 @cindex matching operands
532 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
533 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
534 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
535 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
536 operand.
538 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
539 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
540 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
541 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
542 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
543 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
544 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
545 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
546 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
547 it to do nothing.
549 @cindex @code{#} in template
550 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
551 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
552 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
553 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
554 multiple assembler instructions, and there is an matching @code{define_split}
555 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
556 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
557 instructions.
559 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
560 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
561 describe multiple variants of assembler language syntax.
562 @xref{Instruction Output}.
564 @node Output Statement
565 @section C Statements for Assembler Output
566 @cindex output statements
567 @cindex C statements for assembler output
568 @cindex generating assembler output
570 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
571 assembler code for all the cases that are recognized by a single
572 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
573 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
574 machine instructions.
576 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
577 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
578 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
579 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
580 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
581 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
582 might write this pattern:
584 @smallexample
585 (define_insn "addsi3"
586   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
587         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
588                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
589   ""
590   "@@
591    addr %2,%0
592    addm %2,%0")
593 @end smallexample
595 @cindex @code{*} in template
596 @cindex asterisk in template
597 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
598 output template but rather a piece of C program that should compute a
599 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
600 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
601 require doublequote characters to delimit them.  To include these
602 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
604 If the output control string is written as a brace block instead of a
605 double-quoted string, it is automatically assumed to be C code.  In that
606 case, it is not necessary to put in a leading asterisk, or to escape the
607 doublequotes surrounding C string literals.
609 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
610 is @code{rtx []}.
612 It is very common to select different ways of generating assembler code
613 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
614 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
615 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
616 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
617 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
618 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
619 values of those bits.
621 @findex output_asm_insn
622 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
623 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
624 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
625 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
626 that you declare locally and initialize yourself.
628 @findex which_alternative
629 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
630 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
631 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
632 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
633 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
634 etc.).
636 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
637 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
638 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
640 @smallexample
641 (define_insn ""
642   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
643         (const_int 0))]
644   ""
645   @{
646   return (which_alternative == 0
647           ? "clrreg %0" : "clrmem %0");
648   @})
649 @end smallexample
651 The example above, where the assembler code to generate was
652 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
653 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
655 @smallexample
656 @group
657 (define_insn ""
658   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
659         (const_int 0))]
660   ""
661   "@@
662    clrreg %0
663    clrmem %0")
664 @end group
665 @end smallexample
667 @node Predicates
668 @section Predicates
669 @cindex predicates
670 @cindex operand predicates
671 @cindex operator predicates
673 A predicate determines whether a @code{match_operand} or
674 @code{match_operator} expression matches, and therefore whether the
675 surrounding instruction pattern will be used for that combination of
676 operands.  GCC has a number of machine-independent predicates, and you
677 can define machine-specific predicates as needed.  By convention,
678 predicates used with @code{match_operand} have names that end in
679 @samp{_operand}, and those used with @code{match_operator} have names
680 that end in @samp{_operator}.
682 All predicates are Boolean functions (in the mathematical sense) of
683 two arguments: the RTL expression that is being considered at that
684 position in the instruction pattern, and the machine mode that the
685 @code{match_operand} or @code{match_operator} specifies.  In this
686 section, the first argument is called @var{op} and the second argument
687 @var{mode}.  Predicates can be called from C as ordinary two-argument
688 functions; this can be useful in output templates or other
689 machine-specific code.
691 Operand predicates can allow operands that are not actually acceptable
692 to the hardware, as long as the constraints give reload the ability to
693 fix them up (@pxref{Constraints}).  However, GCC will usually generate
694 better code if the predicates specify the requirements of the machine
695 instructions as closely as possible.  Reload cannot fix up operands
696 that must be constants (``immediate operands''); you must use a
697 predicate that allows only constants, or else enforce the requirement
698 in the extra condition.
700 @cindex predicates and machine modes
701 @cindex normal predicates
702 @cindex special predicates
703 Most predicates handle their @var{mode} argument in a uniform manner.
704 If @var{mode} is @code{VOIDmode} (unspecified), then @var{op} can have
705 any mode.  If @var{mode} is anything else, then @var{op} must have the
706 same mode, unless @var{op} is a @code{CONST_INT} or integer
707 @code{CONST_DOUBLE}.  These RTL expressions always have
708 @code{VOIDmode}, so it would be counterproductive to check that their
709 mode matches.  Instead, predicates that accept @code{CONST_INT} and/or
710 integer @code{CONST_DOUBLE} check that the value stored in the
711 constant will fit in the requested mode.
713 Predicates with this behavior are called @dfn{normal}.
714 @command{genrecog} can optimize the instruction recognizer based on
715 knowledge of how normal predicates treat modes.  It can also diagnose
716 certain kinds of common errors in the use of normal predicates; for
717 instance, it is almost always an error to use a normal predicate
718 without specifying a mode.
720 Predicates that do something different with their @var{mode} argument
721 are called @dfn{special}.  The generic predicates
722 @code{address_operand} and @code{pmode_register_operand} are special
723 predicates.  @command{genrecog} does not do any optimizations or
724 diagnosis when special predicates are used.
726 @menu
727 * Machine-Independent Predicates::  Predicates available to all back ends.
728 * Defining Predicates::             How to write machine-specific predicate
729                                     functions.
730 @end menu
732 @node Machine-Independent Predicates
733 @subsection Machine-Independent Predicates
734 @cindex machine-independent predicates
735 @cindex generic predicates
737 These are the generic predicates available to all back ends.  They are
738 defined in @file{recog.c}.  The first category of predicates allow
739 only constant, or @dfn{immediate}, operands.
741 @defun immediate_operand
742 This predicate allows any sort of constant that fits in @var{mode}.
743 It is an appropriate choice for instructions that take operands that
744 must be constant.
745 @end defun
747 @defun const_int_operand
748 This predicate allows any @code{CONST_INT} expression that fits in
749 @var{mode}.  It is an appropriate choice for an immediate operand that
750 does not allow a symbol or label.
751 @end defun
753 @defun const_double_operand
754 This predicate accepts any @code{CONST_DOUBLE} expression that has
755 exactly @var{mode}.  If @var{mode} is @code{VOIDmode}, it will also
756 accept @code{CONST_INT}.  It is intended for immediate floating point
757 constants.
758 @end defun
760 @noindent
761 The second category of predicates allow only some kind of machine
762 register.
764 @defun register_operand
765 This predicate allows any @code{REG} or @code{SUBREG} expression that
766 is valid for @var{mode}.  It is often suitable for arithmetic
767 instruction operands on a RISC machine.
768 @end defun
770 @defun pmode_register_operand
771 This is a slight variant on @code{register_operand} which works around
772 a limitation in the machine-description reader.
774 @smallexample
775 (match_operand @var{n} "pmode_register_operand" @var{constraint})
776 @end smallexample
778 @noindent
779 means exactly what
781 @smallexample
782 (match_operand:P @var{n} "register_operand" @var{constraint})
783 @end smallexample
785 @noindent
786 would mean, if the machine-description reader accepted @samp{:P}
787 mode suffixes.  Unfortunately, it cannot, because @code{Pmode} is an
788 alias for some other mode, and might vary with machine-specific
789 options.  @xref{Misc}.
790 @end defun
792 @defun scratch_operand
793 This predicate allows hard registers and @code{SCRATCH} expressions,
794 but not pseudo-registers.  It is used internally by @code{match_scratch};
795 it should not be used directly.
796 @end defun
798 @noindent
799 The third category of predicates allow only some kind of memory reference.
801 @defun memory_operand
802 This predicate allows any valid reference to a quantity of mode
803 @var{mode} in memory, as determined by the weak form of
804 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS} (@pxref{Addressing Modes}).
805 @end defun
807 @defun address_operand
808 This predicate is a little unusual; it allows any operand that is a
809 valid expression for the @emph{address} of a quantity of mode
810 @var{mode}, again determined by the weak form of
811 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS}.  To first order, if
812 @samp{@w{(mem:@var{mode} (@var{exp}))}} is acceptable to
813 @code{memory_operand}, then @var{exp} is acceptable to
814 @code{address_operand}.  Note that @var{exp} does not necessarily have
815 the mode @var{mode}.
816 @end defun
818 @defun indirect_operand
819 This is a stricter form of @code{memory_operand} which allows only
820 memory references with a @code{general_operand} as the address
821 expression.  New uses of this predicate are discouraged, because
822 @code{general_operand} is very permissive, so it's hard to tell what
823 an @code{indirect_operand} does or does not allow.  If a target has
824 different requirements for memory operands for different instructions,
825 it is better to define target-specific predicates which enforce the
826 hardware's requirements explicitly.
827 @end defun
829 @defun push_operand
830 This predicate allows a memory reference suitable for pushing a value
831 onto the stack.  This will be a @code{MEM} which refers to
832 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address expression
833 (@pxref{Incdec}); which one is determined by the
834 @code{STACK_PUSH_CODE} macro (@pxref{Frame Layout}).
835 @end defun
837 @defun pop_operand
838 This predicate allows a memory reference suitable for popping a value
839 off the stack.  Again, this will be a @code{MEM} referring to
840 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address
841 expression.  However, this time @code{STACK_POP_CODE} is expected.
842 @end defun
844 @noindent
845 The fourth category of predicates allow some combination of the above
846 operands.
848 @defun nonmemory_operand
849 This predicate allows any immediate or register operand valid for @var{mode}.
850 @end defun
852 @defun nonimmediate_operand
853 This predicate allows any register or memory operand valid for @var{mode}.
854 @end defun
856 @defun general_operand
857 This predicate allows any immediate, register, or memory operand
858 valid for @var{mode}.
859 @end defun
861 @noindent
862 Finally, there is one generic operator predicate.
864 @defun comparison_operator
865 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
866 comparison in @var{mode}; that is, @code{COMPARISON_P} is true for the
867 expression code.
868 @end defun
870 @node Defining Predicates
871 @subsection Defining Machine-Specific Predicates
872 @cindex defining predicates
873 @findex define_predicate
874 @findex define_special_predicate
876 Many machines have requirements for their operands that cannot be
877 expressed precisely using the generic predicates.  You can define
878 additional predicates using @code{define_predicate} and
879 @code{define_special_predicate} expressions.  These expressions have
880 three operands:
882 @itemize @bullet
883 @item
884 The name of the predicate, as it will be referred to in
885 @code{match_operand} or @code{match_operator} expressions.
887 @item
888 An RTL expression which evaluates to true if the predicate allows the
889 operand @var{op}, false if it does not.  This expression can only use
890 the following RTL codes:
892 @table @code
893 @item MATCH_OPERAND
894 When written inside a predicate expression, a @code{MATCH_OPERAND}
895 expression evaluates to true if the predicate it names would allow
896 @var{op}.  The operand number and constraint are ignored.  Due to
897 limitations in @command{genrecog}, you can only refer to generic
898 predicates and predicates that have already been defined.
900 @item MATCH_CODE
901 This expression evaluates to true if @var{op} or a specified
902 subexpression of @var{op} has one of a given list of RTX codes.
904 The first operand of this expression is a string constant containing a
905 comma-separated list of RTX code names (in lower case).  These are the
906 codes for which the @code{MATCH_CODE} will be true.
908 The second operand is a string constant which indicates what
909 subexpression of @var{op} to examine.  If it is absent or the empty
910 string, @var{op} itself is examined.  Otherwise, the string constant
911 must be a sequence of digits and/or lowercase letters.  Each character
912 indicates a subexpression to extract from the current expression; for
913 the first character this is @var{op}, for the second and subsequent
914 characters it is the result of the previous character.  A digit
915 @var{n} extracts @samp{@w{XEXP (@var{e}, @var{n})}}; a letter @var{l}
916 extracts @samp{@w{XVECEXP (@var{e}, 0, @var{n})}} where @var{n} is the
917 alphabetic ordinal of @var{l} (0 for `a', 1 for 'b', and so on).  The
918 @code{MATCH_CODE} then examines the RTX code of the subexpression
919 extracted by the complete string.  It is not possible to extract
920 components of an @code{rtvec} that is not at position 0 within its RTX
921 object.
923 @item MATCH_TEST
924 This expression has one operand, a string constant containing a C
925 expression.  The predicate's arguments, @var{op} and @var{mode}, are
926 available with those names in the C expression.  The @code{MATCH_TEST}
927 evaluates to true if the C expression evaluates to a nonzero value.
928 @code{MATCH_TEST} expressions must not have side effects.
930 @item  AND
931 @itemx IOR
932 @itemx NOT
933 @itemx IF_THEN_ELSE
934 The basic @samp{MATCH_} expressions can be combined using these
935 logical operators, which have the semantics of the C operators
936 @samp{&&}, @samp{||}, @samp{!}, and @samp{@w{? :}} respectively.  As
937 in Common Lisp, you may give an @code{AND} or @code{IOR} expression an
938 arbitrary number of arguments; this has exactly the same effect as
939 writing a chain of two-argument @code{AND} or @code{IOR} expressions.
940 @end table
942 @item
943 An optional block of C code, which should execute
944 @samp{@w{return true}} if the predicate is found to match and
945 @samp{@w{return false}} if it does not.  It must not have any side
946 effects.  The predicate arguments, @var{op} and @var{mode}, are
947 available with those names.
949 If a code block is present in a predicate definition, then the RTL
950 expression must evaluate to true @emph{and} the code block must
951 execute @samp{@w{return true}} for the predicate to allow the operand.
952 The RTL expression is evaluated first; do not re-check anything in the
953 code block that was checked in the RTL expression.
954 @end itemize
956 The program @command{genrecog} scans @code{define_predicate} and
957 @code{define_special_predicate} expressions to determine which RTX
958 codes are possibly allowed.  You should always make this explicit in
959 the RTL predicate expression, using @code{MATCH_OPERAND} and
960 @code{MATCH_CODE}.
962 Here is an example of a simple predicate definition, from the IA64
963 machine description:
965 @smallexample
966 @group
967 ;; @r{True if @var{op} is a @code{SYMBOL_REF} which refers to the sdata section.}
968 (define_predicate "small_addr_symbolic_operand"
969   (and (match_code "symbol_ref")
970        (match_test "SYMBOL_REF_SMALL_ADDR_P (op)")))
971 @end group
972 @end smallexample
974 @noindent
975 And here is another, showing the use of the C block.
977 @smallexample
978 @group
979 ;; @r{True if @var{op} is a register operand that is (or could be) a GR reg.}
980 (define_predicate "gr_register_operand"
981   (match_operand 0 "register_operand")
983   unsigned int regno;
984   if (GET_CODE (op) == SUBREG)
985     op = SUBREG_REG (op);
987   regno = REGNO (op);
988   return (regno >= FIRST_PSEUDO_REGISTER || GENERAL_REGNO_P (regno));
990 @end group
991 @end smallexample
993 Predicates written with @code{define_predicate} automatically include
994 a test that @var{mode} is @code{VOIDmode}, or @var{op} has the same
995 mode as @var{mode}, or @var{op} is a @code{CONST_INT} or
996 @code{CONST_DOUBLE}.  They do @emph{not} check specifically for
997 integer @code{CONST_DOUBLE}, nor do they test that the value of either
998 kind of constant fits in the requested mode.  This is because
999 target-specific predicates that take constants usually have to do more
1000 stringent value checks anyway.  If you need the exact same treatment
1001 of @code{CONST_INT} or @code{CONST_DOUBLE} that the generic predicates
1002 provide, use a @code{MATCH_OPERAND} subexpression to call
1003 @code{const_int_operand}, @code{const_double_operand}, or
1004 @code{immediate_operand}.
1006 Predicates written with @code{define_special_predicate} do not get any
1007 automatic mode checks, and are treated as having special mode handling
1008 by @command{genrecog}.
1010 The program @command{genpreds} is responsible for generating code to
1011 test predicates.  It also writes a header file containing function
1012 declarations for all machine-specific predicates.  It is not necessary
1013 to declare these predicates in @file{@var{cpu}-protos.h}.
1014 @end ifset
1016 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
1017 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the internals
1018 @c manual's context are conditionalized to appear only in the internals manual.
1019 @ifset INTERNALS
1020 @node Constraints
1021 @section Operand Constraints
1022 @cindex operand constraints
1023 @cindex constraints
1025 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify
1026 constraints for the operands allowed.  The constraints allow you to
1027 fine-tune matching within the set of operands allowed by the
1028 predicate.
1030 @end ifset
1031 @ifclear INTERNALS
1032 @node Constraints
1033 @section Constraints for @code{asm} Operands
1034 @cindex operand constraints, @code{asm}
1035 @cindex constraints, @code{asm}
1036 @cindex @code{asm} constraints
1038 Here are specific details on what constraint letters you can use with
1039 @code{asm} operands.
1040 @end ifclear
1041 Constraints can say whether
1042 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
1043 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
1044 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
1045 have.  Constraints can also require two operands to match.
1047 @ifset INTERNALS
1048 @menu
1049 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1050 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1051 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
1052 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1053 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
1054 * Define Constraints::  How to define machine-specific constraints.
1055 * C Constraint Interface:: How to test constraints from C code.
1056 @end menu
1057 @end ifset
1059 @ifclear INTERNALS
1060 @menu
1061 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1062 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1063 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1064 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
1065 @end menu
1066 @end ifclear
1068 @node Simple Constraints
1069 @subsection Simple Constraints
1070 @cindex simple constraints
1072 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
1073 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
1074 the letters that are allowed:
1076 @table @asis
1077 @item whitespace
1078 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
1079 except the first.  This enables each alternative for different operands to
1080 be visually aligned in the machine description even if they have different
1081 number of constraints and modifiers.
1083 @cindex @samp{m} in constraint
1084 @cindex memory references in constraints
1085 @item @samp{m}
1086 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
1087 supports in general.
1089 @cindex offsettable address
1090 @cindex @samp{o} in constraint
1091 @item @samp{o}
1092 A memory operand is allowed, but only if the address is
1093 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
1094 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
1095 may be added to the address and the result is also a valid memory
1096 address.
1098 @cindex autoincrement/decrement addressing
1099 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
1100 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
1101 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
1102 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
1103 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
1104 addresses may or may not be offsettable depending on the other
1105 addressing modes that the machine supports.
1107 Note that in an output operand which can be matched by another
1108 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
1109 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
1110 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
1112 @cindex @samp{V} in constraint
1113 @item @samp{V}
1114 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
1115 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
1117 @cindex @samp{<} in constraint
1118 @item @samp{<}
1119 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
1120 postdecrement) is allowed.
1122 @cindex @samp{>} in constraint
1123 @item @samp{>}
1124 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
1125 postincrement) is allowed.
1127 @cindex @samp{r} in constraint
1128 @cindex registers in constraints
1129 @item @samp{r}
1130 A register operand is allowed provided that it is in a general
1131 register.
1133 @cindex constants in constraints
1134 @cindex @samp{i} in constraint
1135 @item @samp{i}
1136 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
1137 This includes symbolic constants whose values will be known only at
1138 assembly time or later.
1140 @cindex @samp{n} in constraint
1141 @item @samp{n}
1142 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
1143 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
1144 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
1145 rather than @samp{i}.
1147 @cindex @samp{I} in constraint
1148 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
1149 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
1150 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
1151 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
1152 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
1153 This is the range permitted as a shift count in the shift
1154 instructions.
1156 @cindex @samp{E} in constraint
1157 @item @samp{E}
1158 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
1159 allowed, but only if the target floating point format is the same as
1160 that of the host machine (on which the compiler is running).
1162 @cindex @samp{F} in constraint
1163 @item @samp{F}
1164 An immediate floating operand (expression code @code{const_double} or
1165 @code{const_vector}) is allowed.
1167 @cindex @samp{G} in constraint
1168 @cindex @samp{H} in constraint
1169 @item @samp{G}, @samp{H}
1170 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
1171 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
1173 @cindex @samp{s} in constraint
1174 @item @samp{s}
1175 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
1176 allowed.
1178 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
1179 value not known at compile time, it certainly must allow any known
1180 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
1181 better code to be generated.
1183 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
1184 use an immediate operand; but if the immediate value is between @minus{}128
1185 and 127, better code results from loading the value into a register and
1186 using the register.  This is because the load into the register can be
1187 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
1188 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
1189 range @minus{}128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
1190 constraints.
1192 @cindex @samp{g} in constraint
1193 @item @samp{g}
1194 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
1195 registers that are not general registers.
1197 @cindex @samp{X} in constraint
1198 @item @samp{X}
1199 @ifset INTERNALS
1200 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
1201 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
1202 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
1203 require a scratch register.
1204 @end ifset
1205 @ifclear INTERNALS
1206 Any operand whatsoever is allowed.
1207 @end ifclear
1209 @cindex @samp{0} in constraint
1210 @cindex digits in constraint
1211 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
1212 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
1213 digit is used together with letters within the same alternative, the
1214 digit should come last.
1216 This number is allowed to be more than a single digit.  If multiple
1217 digits are encountered consecutively, they are interpreted as a single
1218 decimal integer.  There is scant chance for ambiguity, since to-date
1219 it has never been desirable that @samp{10} be interpreted as matching
1220 either operand 1 @emph{or} operand 0.  Should this be desired, one
1221 can use multiple alternatives instead.
1223 @cindex matching constraint
1224 @cindex constraint, matching
1225 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
1226 that the assembler has only a single operand that fills two roles
1227 @ifset INTERNALS
1228 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
1229 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
1230 @end ifset
1231 @ifclear INTERNALS
1232 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
1233 two input operands and an output operand, but on most CISC
1234 @end ifclear
1235 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
1236 input-output operand:
1238 @smallexample
1239 addl #35,r12
1240 @end smallexample
1242 Matching constraints are used in these circumstances.
1243 More precisely, the two operands that match must include one input-only
1244 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
1245 smaller number than the number of the operand that uses it in the
1246 constraint.
1248 @ifset INTERNALS
1249 For operands to match in a particular case usually means that they
1250 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
1251 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
1252 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
1253 For proper results in such cases, the output template should always
1254 use the output-operand's number when printing the operand.
1255 @end ifset
1257 @cindex load address instruction
1258 @cindex push address instruction
1259 @cindex address constraints
1260 @cindex @samp{p} in constraint
1261 @item @samp{p}
1262 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
1263 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
1265 @findex address_operand
1266 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
1267 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
1268 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
1269 reference for which the address would be valid.
1271 @cindex other register constraints
1272 @cindex extensible constraints
1273 @item @var{other-letters}
1274 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
1275 particular classes of registers or other arbitrary operand types.
1276 @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are defined on the 68000/68020 to stand
1277 for data, address and floating point registers.
1278 @end table
1280 @ifset INTERNALS
1281 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
1282 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
1283 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
1284 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
1285 done by copying an operand into a register.
1287 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
1289 @smallexample
1290 (define_insn ""
1291   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1292         (plus:SI (match_dup 0)
1293                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
1294   ""
1295   "@dots{}")
1296 @end smallexample
1298 @noindent
1299 which has two operands, one of which must appear in two places, and
1301 @smallexample
1302 (define_insn ""
1303   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1304         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
1305                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
1306   ""
1307   "@dots{}")
1308 @end smallexample
1310 @noindent
1311 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
1312 identical.  If we are considering an insn of the form
1314 @smallexample
1315 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
1316   (set (reg:SI 3)
1317        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
1318   @dots{})
1319 @end smallexample
1321 @noindent
1322 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
1323 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
1324 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns''.
1325 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
1326 is something wrong with it''.  It would direct the reload pass of the
1327 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
1328 results might look like this:
1330 @smallexample
1331 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
1332   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
1333   @dots{})
1335 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
1336   (set (reg:SI 3)
1337        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
1338   @dots{})
1339 @end smallexample
1341 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
1342 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
1343 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
1344 for each possible combination of operand expressions, have at least one
1345 alternative which can handle that combination of operands.)  The
1346 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
1347 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
1348 reloading any possible operand so that it will fit.
1350 @itemize @bullet
1351 @item
1352 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
1353 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
1355 For example, an operand whose constraints permit everything except
1356 registers is safe provided its predicate rejects registers.
1358 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
1359 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
1360 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
1361 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
1362 more selective.
1364 @item
1365 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
1366 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
1367 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
1368 compiler knows how to copy a register into another register of the
1369 proper class in order to make an instruction valid.
1371 @cindex nonoffsettable memory reference
1372 @cindex memory reference, nonoffsettable
1373 @item
1374 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
1375 address into a register.  So if the constraint uses the letter
1376 @samp{o}, all memory references are taken care of.
1378 @item
1379 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
1380 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1381 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1382 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1384 @item
1385 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1386 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1387 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1388 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1389 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1390 objects allowed by the constraint.
1391 @end itemize
1393 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1394 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1395 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1396 how to copy a register temporarily into memory.
1398 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1399 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1400 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1401 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1402 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1403 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1404 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1405 @code{sign_extend}.
1406 @end ifset
1408 @node Multi-Alternative
1409 @subsection Multiple Alternative Constraints
1410 @cindex multiple alternative constraints
1412 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1413 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1414 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1415 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1416 another.
1418 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1419 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1420 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1421 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1422 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1423 @ifset INTERNALS
1424 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1426 @smallexample
1427 (define_insn "iorsi3"
1428   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1429         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1430                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1431   @dots{})
1432 @end smallexample
1434 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1435 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1436 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1437 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1438 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1439 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1440 @end ifset
1442 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1443 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1444 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1445 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1446 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1447 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1448 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1450 @table @code
1451 @cindex @samp{?} in constraint
1452 @cindex question mark
1453 @item ?
1454 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1455 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1456 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1457 in it.
1459 @cindex @samp{!} in constraint
1460 @cindex exclamation point
1461 @item !
1462 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1463 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1464 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1465 @end table
1467 @ifset INTERNALS
1468 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1469 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1470 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1471 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1472 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1473 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1474 @end ifset
1476 @ifset INTERNALS
1477 @node Class Preferences
1478 @subsection Register Class Preferences
1479 @cindex class preference constraints
1480 @cindex register class preference constraints
1482 @cindex voting between constraint alternatives
1483 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1484 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1485 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1486 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1487 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1488 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1489 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1490 favor of a general register.  The machine description says which registers
1491 are considered general.
1493 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1494 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1495 @end ifset
1497 @node Modifiers
1498 @subsection Constraint Modifier Characters
1499 @cindex modifiers in constraints
1500 @cindex constraint modifier characters
1502 @c prevent bad page break with this line
1503 Here are constraint modifier characters.
1505 @table @samp
1506 @cindex @samp{=} in constraint
1507 @item =
1508 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1509 value is discarded and replaced by output data.
1511 @cindex @samp{+} in constraint
1512 @item +
1513 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1515 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1516 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1517 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1518 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1519 are assumed to be input only.
1521 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1522 first character of the constraint string.
1524 @cindex @samp{&} in constraint
1525 @cindex earlyclobber operand
1526 @item &
1527 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1528 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1529 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1530 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1531 address.
1533 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1534 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1535 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1536 @samp{movdf} insn of the 68000.
1538 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only
1539 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1540 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1541 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber.
1542 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM@.
1544 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1546 @cindex @samp{%} in constraint
1547 @item %
1548 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1549 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1550 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1551 constraints.
1552 @ifset INTERNALS
1553 This is often used in patterns for addition instructions
1554 that really have only two operands: the result must go in one of the
1555 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1556 instruction is defined:
1558 @smallexample
1559 (define_insn "addhi3"
1560   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1561      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1562               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1563   @dots{})
1564 @end smallexample
1565 @end ifset
1566 GCC can only handle one commutative pair in an asm; if you use more,
1567 the compiler may fail.  Note that you need not use the modifier if
1568 the two alternatives are strictly identical; this would only waste
1569 time in the reload pass.  The modifier is not operational after
1570 register allocation, so the result of @code{define_peephole2}
1571 and @code{define_split}s performed after reload cannot rely on
1572 @samp{%} to make the intended insn match.
1574 @cindex @samp{#} in constraint
1575 @item #
1576 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1577 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1578 register preferences.
1580 @cindex @samp{*} in constraint
1581 @item *
1582 Says that the following character should be ignored when choosing
1583 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1584 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1586 @ifset INTERNALS
1587 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1588 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1589 copying it into an address register.  While either kind of register is
1590 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1591 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1592 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1593 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1594 register preferences.
1596 @smallexample
1597 (define_insn "extendhisi2"
1598   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1599         (sign_extend:SI
1600          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1601   @dots{})
1602 @end smallexample
1603 @end ifset
1604 @end table
1606 @node Machine Constraints
1607 @subsection Constraints for Particular Machines
1608 @cindex machine specific constraints
1609 @cindex constraints, machine specific
1611 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1612 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1613 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1614 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1615 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1616 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1617 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1618 immediate-constant format.
1620 Each architecture defines additional constraints.  These constraints
1621 are used by the compiler itself for instruction generation, as well as
1622 for @code{asm} statements; therefore, some of the constraints are not
1623 particularly useful for @code{asm}.  Here is a summary of some of the
1624 machine-dependent constraints available on some particular machines;
1625 it includes both constraints that are useful for @code{asm} and
1626 constraints that aren't.  The compiler source file mentioned in the
1627 table heading for each architecture is the definitive reference for
1628 the meanings of that architecture's constraints.
1630 @table @emph
1631 @item ARM family---@file{config/arm/arm.h}
1632 @table @code
1633 @item f
1634 Floating-point register
1636 @item w
1637 VFP floating-point register
1639 @item F
1640 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1641 or 10.0
1643 @item G
1644 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1645 were negated
1647 @item I
1648 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1649 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1650 multiple of 2
1652 @item J
1653 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1655 @item K
1656 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1658 @item L
1659 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1661 @item M
1662 Integer in the range 0 to 32
1664 @item Q
1665 A memory reference where the exact address is in a single register
1666 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1668 @item R
1669 An item in the constant pool
1671 @item S
1672 A symbol in the text segment of the current file
1674 @item Uv
1675 A memory reference suitable for VFP load/store insns (reg+constant offset)
1677 @item Uy
1678 A memory reference suitable for iWMMXt load/store instructions.
1680 @item Uq
1681 A memory reference suitable for the ARMv4 ldrsb instruction.
1682 @end table
1684 @item AVR family---@file{config/avr/constraints.md}
1685 @table @code
1686 @item l
1687 Registers from r0 to r15
1689 @item a
1690 Registers from r16 to r23
1692 @item d
1693 Registers from r16 to r31
1695 @item w
1696 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1698 @item e
1699 Pointer register (r26--r31)
1701 @item b
1702 Base pointer register (r28--r31)
1704 @item q
1705 Stack pointer register (SPH:SPL)
1707 @item t
1708 Temporary register r0
1710 @item x
1711 Register pair X (r27:r26)
1713 @item y
1714 Register pair Y (r29:r28)
1716 @item z
1717 Register pair Z (r31:r30)
1719 @item I
1720 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1722 @item J
1723 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1725 @item K
1726 Constant integer 2
1728 @item L
1729 Constant integer 0
1731 @item M
1732 Constant that fits in 8 bits
1734 @item N
1735 Constant integer @minus{}1
1737 @item O
1738 Constant integer 8, 16, or 24
1740 @item P
1741 Constant integer 1
1743 @item G
1744 A floating point constant 0.0
1745 @end table
1747 @item CRX Architecture---@file{config/crx/crx.h}
1748 @table @code
1750 @item b
1751 Registers from r0 to r14 (registers without stack pointer)
1753 @item l
1754 Register r16 (64-bit accumulator lo register)
1756 @item h
1757 Register r17 (64-bit accumulator hi register)
1759 @item k
1760 Register pair r16-r17. (64-bit accumulator lo-hi pair)
1762 @item I
1763 Constant that fits in 3 bits
1765 @item J
1766 Constant that fits in 4 bits
1768 @item K
1769 Constant that fits in 5 bits
1771 @item L
1772 Constant that is one of -1, 4, -4, 7, 8, 12, 16, 20, 32, 48
1774 @item G
1775 Floating point constant that is legal for store immediate
1776 @end table
1778 @item Hewlett-Packard PA-RISC---@file{config/pa/pa.h}
1779 @table @code
1780 @item a
1781 General register 1
1783 @item f
1784 Floating point register
1786 @item q
1787 Shift amount register
1789 @item x
1790 Floating point register (deprecated)
1792 @item y
1793 Upper floating point register (32-bit), floating point register (64-bit)
1795 @item Z
1796 Any register
1798 @item I
1799 Signed 11-bit integer constant
1801 @item J
1802 Signed 14-bit integer constant
1804 @item K
1805 Integer constant that can be deposited with a @code{zdepi} instruction
1807 @item L
1808 Signed 5-bit integer constant
1810 @item M
1811 Integer constant 0
1813 @item N
1814 Integer constant that can be loaded with a @code{ldil} instruction
1816 @item O
1817 Integer constant whose value plus one is a power of 2
1819 @item P
1820 Integer constant that can be used for @code{and} operations in @code{depi}
1821 and @code{extru} instructions
1823 @item S
1824 Integer constant 31
1826 @item U
1827 Integer constant 63
1829 @item G
1830 Floating-point constant 0.0
1832 @item A
1833 A @code{lo_sum} data-linkage-table memory operand
1835 @item Q
1836 A memory operand that can be used as the destination operand of an
1837 integer store instruction
1839 @item R
1840 A scaled or unscaled indexed memory operand
1842 @item T
1843 A memory operand for floating-point loads and stores
1845 @item W
1846 A register indirect memory operand
1847 @end table
1849 @item PowerPC and IBM RS6000---@file{config/rs6000/rs6000.h}
1850 @table @code
1851 @item b
1852 Address base register
1854 @item f
1855 Floating point register
1857 @item v
1858 Vector register
1860 @item h
1861 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1863 @item q
1864 @samp{MQ} register
1866 @item c
1867 @samp{CTR} register
1869 @item l
1870 @samp{LINK} register
1872 @item x
1873 @samp{CR} register (condition register) number 0
1875 @item y
1876 @samp{CR} register (condition register)
1878 @item z
1879 @samp{FPMEM} stack memory for FPR-GPR transfers
1881 @item I
1882 Signed 16-bit constant
1884 @item J
1885 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
1886 @code{SImode} constants)
1888 @item K
1889 Unsigned 16-bit constant
1891 @item L
1892 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
1894 @item M
1895 Constant larger than 31
1897 @item N
1898 Exact power of 2
1900 @item O
1901 Zero
1903 @item P
1904 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
1906 @item G
1907 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1908 instruction per word
1910 @item H
1911 Integer/Floating point constant that can be loaded into a register using
1912 three instructions
1914 @item Q
1915 Memory operand that is an offset from a register (@samp{m} is preferable
1916 for @code{asm} statements)
1918 @item Z
1919 Memory operand that is an indexed or indirect from a register (@samp{m} is
1920 preferable for @code{asm} statements)
1922 @item R
1923 AIX TOC entry
1925 @item a
1926 Address operand that is an indexed or indirect from a register (@samp{p} is
1927 preferable for @code{asm} statements)
1929 @item S
1930 Constant suitable as a 64-bit mask operand
1932 @item T
1933 Constant suitable as a 32-bit mask operand
1935 @item U
1936 System V Release 4 small data area reference
1938 @item t
1939 AND masks that can be performed by two rldic@{l, r@} instructions
1941 @item W
1942 Vector constant that does not require memory
1944 @end table
1946 @item MorphoTech family---@file{config/mt/mt.h}
1947 @table @code
1948 @item I
1949 Constant for an arithmetic insn (16-bit signed integer).
1951 @item J
1952 The constant 0.
1954 @item K
1955 Constant for a logical insn (16-bit zero-extended integer).
1957 @item L
1958 A constant that can be loaded with @code{lui} (i.e.@: the bottom 16
1959 bits are zero).
1961 @item M
1962 A constant that takes two words to load (i.e.@: not matched by
1963 @code{I}, @code{K}, or @code{L}).
1965 @item N
1966 Negative 16-bit constants other than -65536.
1968 @item O
1969 A 15-bit signed integer constant.
1971 @item P
1972 A positive 16-bit constant.
1973 @end table
1975 @item Intel 386---@file{config/i386/constraints.md}
1976 @table @code
1977 @item R
1978 Legacy register---the eight integer registers available on all
1979 i386 processors (@code{a}, @code{b}, @code{c}, @code{d},
1980 @code{si}, @code{di}, @code{bp}, @code{sp}).
1982 @item q
1983 Any register accessible as @code{@var{r}l}.  In 32-bit mode, @code{a},
1984 @code{b}, @code{c}, and @code{d}; in 64-bit mode, any integer register.
1986 @item Q
1987 Any register accessible as @code{@var{r}h}: @code{a}, @code{b},
1988 @code{c}, and @code{d}.
1990 @ifset INTERNALS
1991 @item l
1992 Any register that can be used as the index in a base+index memory
1993 access: that is, any general register except the stack pointer.
1994 @end ifset
1996 @item a
1997 The @code{a} register.
1999 @item b
2000 The @code{b} register.
2002 @item c
2003 The @code{c} register.
2005 @item d
2006 The @code{d} register.
2008 @item S
2009 The @code{si} register.
2011 @item D
2012 The @code{di} register.
2014 @item A
2015 The @code{a} and @code{d} registers, as a pair (for instructions that
2016 return half the result in one and half in the other).
2018 @item f
2019 Any 80387 floating-point (stack) register.
2021 @item t
2022 Top of 80387 floating-point stack (@code{%st(0)}).
2024 @item u
2025 Second from top of 80387 floating-point stack (@code{%st(1)}).
2027 @item y
2028 Any MMX register.
2030 @item x
2031 Any SSE register.
2033 @ifset INTERNALS
2034 @item Y
2035 Any SSE2 register.
2036 @end ifset
2038 @item I
2039 Integer constant in the range 0 @dots{} 31, for 32-bit shifts.
2041 @item J
2042 Integer constant in the range 0 @dots{} 63, for 64-bit shifts.
2044 @item K
2045 Signed 8-bit integer constant.
2047 @item L
2048 @code{0xFF} or @code{0xFFFF}, for andsi as a zero-extending move.
2050 @item M
2051 0, 1, 2, or 3 (shifts for the @code{lea} instruction).
2053 @item N
2054 Unsigned 8-bit integer constant (for @code{in} and @code{out} 
2055 instructions).
2057 @ifset INTERNALS
2058 @item O
2059 Integer constant in the range 0 @dots{} 127, for 128-bit shifts.
2060 @end ifset
2062 @item G
2063 Standard 80387 floating point constant.
2065 @item C
2066 Standard SSE floating point constant.
2068 @item e
2069 32-bit signed integer constant, or a symbolic reference known
2070 to fit that range (for immediate operands in sign-extending x86-64
2071 instructions).
2073 @item Z
2074 32-bit unsigned integer constant, or a symbolic reference known
2075 to fit that range (for immediate operands in zero-extending x86-64
2076 instructions).
2078 @end table
2080 @item Intel IA-64---@file{config/ia64/ia64.h}
2081 @table @code
2082 @item a
2083 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
2085 @item b
2086 Branch register
2088 @item c
2089 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
2091 @item d
2092 Application register residing in M-unit
2094 @item e
2095 Application register residing in I-unit
2097 @item f
2098 Floating-point register
2100 @item m
2101 Memory operand.
2102 Remember that @samp{m} allows postincrement and postdecrement which
2103 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
2104 Use @samp{S} to disallow postincrement and postdecrement.
2106 @item G
2107 Floating-point constant 0.0 or 1.0
2109 @item I
2110 14-bit signed integer constant
2112 @item J
2113 22-bit signed integer constant
2115 @item K
2116 8-bit signed integer constant for logical instructions
2118 @item L
2119 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
2121 @item M
2122 6-bit unsigned integer constant for shift counts
2124 @item N
2125 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
2127 @item O
2128 The constant zero
2130 @item P
2131 0 or @minus{}1 for @code{dep} instruction
2133 @item Q
2134 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
2136 @item R
2137 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
2139 @item S
2140 Memory operand except postincrement and postdecrement
2141 @end table
2143 @item FRV---@file{config/frv/frv.h}
2144 @table @code
2145 @item a
2146 Register in the class @code{ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2148 @item b
2149 Register in the class @code{EVEN_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2151 @item c
2152 Register in the class @code{CC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3} and
2153 @code{icc0} to @code{icc3}).
2155 @item d
2156 Register in the class @code{GPR_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2158 @item e
2159 Register in the class @code{EVEN_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2160 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2161 mode larger than 4 bytes.
2163 @item f
2164 Register in the class @code{FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2166 @item h
2167 Register in the class @code{FEVEN_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2168 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2169 mode larger than 4 bytes.
2171 @item l
2172 Register in the class @code{LR_REG} (the @code{lr} register).
2174 @item q
2175 Register in the class @code{QUAD_REGS} (@code{gr2} to @code{gr63}).
2176 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2177 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2179 @item t
2180 Register in the class @code{ICC_REGS} (@code{icc0} to @code{icc3}).
2182 @item u
2183 Register in the class @code{FCC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3}).
2185 @item v
2186 Register in the class @code{ICR_REGS} (@code{cc4} to @code{cc7}).
2188 @item w
2189 Register in the class @code{FCR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc3}).
2191 @item x
2192 Register in the class @code{QUAD_FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2193 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2194 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2196 @item z
2197 Register in the class @code{SPR_REGS} (@code{lcr} and @code{lr}).
2199 @item A
2200 Register in the class @code{QUAD_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2202 @item B
2203 Register in the class @code{ACCG_REGS} (@code{accg0} to @code{accg7}).
2205 @item C
2206 Register in the class @code{CR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc7}).
2208 @item G
2209 Floating point constant zero
2211 @item I
2212 6-bit signed integer constant
2214 @item J
2215 10-bit signed integer constant
2217 @item L
2218 16-bit signed integer constant
2220 @item M
2221 16-bit unsigned integer constant
2223 @item N
2224 12-bit signed integer constant that is negative---i.e.@: in the
2225 range of @minus{}2048 to @minus{}1
2227 @item O
2228 Constant zero
2230 @item P
2231 12-bit signed integer constant that is greater than zero---i.e.@: in the
2232 range of 1 to 2047.
2234 @end table
2236 @item Blackfin family---@file{config/bfin/bfin.h}
2237 @table @code
2238 @item a
2239 P register
2241 @item d
2242 D register
2244 @item z
2245 A call clobbered P register.
2247 @item D
2248 Even-numbered D register
2250 @item W
2251 Odd-numbered D register
2253 @item e
2254 Accumulator register.
2256 @item A
2257 Even-numbered accumulator register.
2259 @item B
2260 Odd-numbered accumulator register.
2262 @item b
2263 I register
2265 @item v
2266 B register
2268 @item f
2269 M register
2271 @item c
2272 Registers used for circular buffering, i.e. I, B, or L registers.
2274 @item C
2275 The CC register.
2277 @item t
2278 LT0 or LT1.
2280 @item k
2281 LC0 or LC1.
2283 @item u
2284 LB0 or LB1.
2286 @item x
2287 Any D, P, B, M, I or L register.
2289 @item y
2290 Additional registers typically used only in prologues and epilogues: RETS,
2291 RETN, RETI, RETX, RETE, ASTAT, SEQSTAT and USP.
2293 @item w
2294 Any register except accumulators or CC.
2296 @item Ksh
2297 Signed 16 bit integer (in the range -32768 to 32767)
2299 @item Kuh
2300 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535)
2302 @item Ks7
2303 Signed 7 bit integer (in the range -64 to 63)
2305 @item Ku7
2306 Unsigned 7 bit integer (in the range 0 to 127)
2308 @item Ku5
2309 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31)
2311 @item Ks4
2312 Signed 4 bit integer (in the range -8 to 7)
2314 @item Ks3
2315 Signed 3 bit integer (in the range -3 to 4)
2317 @item Ku3
2318 Unsigned 3 bit integer (in the range 0 to 7)
2320 @item P@var{n}
2321 Constant @var{n}, where @var{n} is a single-digit constant in the range 0 to 4.
2323 @item PA
2324 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2325 use with either accumulator.
2327 @item PB
2328 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2329 use only with accumulator A1.
2331 @item M1
2332 Constant 255.
2334 @item M2
2335 Constant 65535.
2337 @item J
2338 An integer constant with exactly a single bit set.
2340 @item L
2341 An integer constant with all bits set except exactly one.
2343 @item H
2345 @item Q
2346 Any SYMBOL_REF.
2347 @end table
2349 @item M32C---@file{config/m32c/m32c.c}
2350 @table @code
2351 @item Rsp
2352 @itemx Rfb
2353 @itemx Rsb
2354 @samp{$sp}, @samp{$fb}, @samp{$sb}.
2356 @item Rcr
2357 Any control register, when they're 16 bits wide (nothing if control
2358 registers are 24 bits wide)
2360 @item Rcl
2361 Any control register, when they're 24 bits wide.
2363 @item R0w
2364 @itemx R1w
2365 @itemx R2w
2366 @itemx R3w
2367 $r0, $r1, $r2, $r3.
2369 @item R02
2370 $r0 or $r2, or $r2r0 for 32 bit values.
2372 @item R13
2373 $r1 or $r3, or $r3r1 for 32 bit values.
2375 @item Rdi
2376 A register that can hold a 64 bit value.
2378 @item Rhl
2379 $r0 or $r1 (registers with addressable high/low bytes)
2381 @item R23
2382 $r2 or $r3
2384 @item Raa
2385 Address registers
2387 @item Raw
2388 Address registers when they're 16 bits wide.
2390 @item Ral
2391 Address registers when they're 24 bits wide.
2393 @item Rqi
2394 Registers that can hold QI values.
2396 @item Rad
2397 Registers that can be used with displacements ($a0, $a1, $sb).
2399 @item Rsi
2400 Registers that can hold 32 bit values.
2402 @item Rhi
2403 Registers that can hold 16 bit values.
2405 @item Rhc
2406 Registers chat can hold 16 bit values, including all control
2407 registers.
2409 @item Rra
2410 $r0 through R1, plus $a0 and $a1.
2412 @item Rfl
2413 The flags register.
2415 @item Rmm
2416 The memory-based pseudo-registers $mem0 through $mem15.
2418 @item Rpi
2419 Registers that can hold pointers (16 bit registers for r8c, m16c; 24
2420 bit registers for m32cm, m32c).
2422 @item Rpa
2423 Matches multiple registers in a PARALLEL to form a larger register.
2424 Used to match function return values.
2426 @item Is3
2427 -8 @dots{} 7
2429 @item IS1
2430 -128 @dots{} 127
2432 @item IS2
2433 -32768 @dots{} 32767
2435 @item IU2
2436 0 @dots{} 65535
2438 @item In4
2439 -8 @dots{} -1 or 1 @dots{} 8
2441 @item In5
2442 -16 @dots{} -1 or 1 @dots{} 16
2444 @item In6
2445 -32 @dots{} -1 or 1 @dots{} 32
2447 @item IM2
2448 -65536 @dots{} -1
2450 @item Ilb
2451 An 8 bit value with exactly one bit set.
2453 @item Ilw
2454 A 16 bit value with exactly one bit set.
2456 @item Sd
2457 The common src/dest memory addressing modes.
2459 @item Sa
2460 Memory addressed using $a0 or $a1.
2462 @item Si
2463 Memory addressed with immediate addresses.
2465 @item Ss
2466 Memory addressed using the stack pointer ($sp).
2468 @item Sf
2469 Memory addressed using the frame base register ($fb).
2471 @item Ss
2472 Memory addressed using the small base register ($sb).
2474 @item S1
2475 $r1h
2476 @end table
2478 @item MIPS---@file{config/mips/constraints.md}
2479 @table @code
2480 @item d
2481 An address register.  This is equivalent to @code{r} unless
2482 generating MIPS16 code.
2484 @item f
2485 A floating-point register (if available).
2487 @item h
2488 The @code{hi} register.
2490 @item l
2491 The @code{lo} register.
2493 @item x
2494 The @code{hi} and @code{lo} registers.
2496 @item c
2497 A register suitable for use in an indirect jump.  This will always be
2498 @code{$25} for @option{-mabicalls}.
2500 @item y
2501 Equivalent to @code{r}; retained for backwards compatibility.
2503 @item z
2504 A floating-point condition code register.
2506 @item I
2507 A signed 16-bit constant (for arithmetic instructions).
2509 @item J
2510 Integer zero.
2512 @item K
2513 An unsigned 16-bit constant (for logic instructions).
2515 @item L
2516 A signed 32-bit constant in which the lower 16 bits are zero.
2517 Such constants can be loaded using @code{lui}.
2519 @item M
2520 A constant that cannot be loaded using @code{lui}, @code{addiu}
2521 or @code{ori}.
2523 @item N
2524 A constant in the range -65535 to -1 (inclusive).
2526 @item O
2527 A signed 15-bit constant.
2529 @item P
2530 A constant in the range 1 to 65535 (inclusive).
2532 @item G
2533 Floating-point zero.
2535 @item R
2536 An address that can be used in a non-macro load or store.
2537 @end table
2539 @item Motorola 680x0---@file{config/m68k/m68k.h}
2540 @table @code
2541 @item a
2542 Address register
2544 @item d
2545 Data register
2547 @item f
2548 68881 floating-point register, if available
2550 @item I
2551 Integer in the range 1 to 8
2553 @item J
2554 16-bit signed number
2556 @item K
2557 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
2559 @item L
2560 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
2562 @item M
2563 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
2565 @item G
2566 Floating point constant that is not a 68881 constant
2567 @end table
2569 @item Motorola 68HC11 & 68HC12 families---@file{config/m68hc11/m68hc11.h}
2570 @table @code
2571 @item a
2572 Register `a'
2574 @item b
2575 Register `b'
2577 @item d
2578 Register `d'
2580 @item q
2581 An 8-bit register
2583 @item t
2584 Temporary soft register _.tmp
2586 @item u
2587 A soft register _.d1 to _.d31
2589 @item w
2590 Stack pointer register
2592 @item x
2593 Register `x'
2595 @item y
2596 Register `y'
2598 @item z
2599 Pseudo register `z' (replaced by `x' or `y' at the end)
2601 @item A
2602 An address register: x, y or z
2604 @item B
2605 An address register: x or y
2607 @item D
2608 Register pair (x:d) to form a 32-bit value
2610 @item L
2611 Constants in the range @minus{}65536 to 65535
2613 @item M
2614 Constants whose 16-bit low part is zero
2616 @item N
2617 Constant integer 1 or @minus{}1
2619 @item O
2620 Constant integer 16
2622 @item P
2623 Constants in the range @minus{}8 to 2
2625 @end table
2627 @need 1000
2628 @item SPARC---@file{config/sparc/sparc.h}
2629 @table @code
2630 @item f
2631 Floating-point register on the SPARC-V8 architecture and
2632 lower floating-point register on the SPARC-V9 architecture.
2634 @item e
2635 Floating-point register.  It is equivalent to @samp{f} on the
2636 SPARC-V8 architecture and contains both lower and upper
2637 floating-point registers on the SPARC-V9 architecture.
2639 @item c
2640 Floating-point condition code register.
2642 @item d
2643 Lower floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9
2644 architecture when the Visual Instruction Set is available.
2646 @item b
2647 Floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9 architecture
2648 when the Visual Instruction Set is available.
2650 @item h
2651 64-bit global or out register for the SPARC-V8+ architecture.
2653 @item I
2654 Signed 13-bit constant
2656 @item J
2657 Zero
2659 @item K
2660 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
2661 loaded with the @code{sethi} instruction)
2663 @item L
2664 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions
2666 @item M
2667 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions
2669 @item N
2670 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
2671 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
2672 modes wider than @code{SImode}
2674 @item O
2675 The constant 4096
2677 @item G
2678 Floating-point zero
2680 @item H
2681 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
2683 @item Q
2684 Floating-point constant whose integral representation can
2685 be moved into an integer register using a single sethi
2686 instruction
2688 @item R
2689 Floating-point constant whose integral representation can
2690 be moved into an integer register using a single mov
2691 instruction
2693 @item S
2694 Floating-point constant whose integral representation can
2695 be moved into an integer register using a high/lo_sum
2696 instruction sequence
2698 @item T
2699 Memory address aligned to an 8-byte boundary
2701 @item U
2702 Even register
2704 @item W
2705 Memory address for @samp{e} constraint registers
2707 @item Y
2708 Vector zero
2710 @end table
2712 @item SPU---@file{config/spu/spu.h}
2713 @table @code
2714 @item a
2715 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.  
2717 @item c
2718 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.  
2720 @item d
2721 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 64 bit value.  
2723 @item f
2724 An immediate which can be loaded with @code{fsmbi}.  
2726 @item A
2727 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
2729 @item B
2730 An immediate for most arithmetic instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
2732 @item C
2733 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
2735 @item D
2736 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 32 bit value.  
2738 @item I
2739 A constant in the range [-64, 63] for shift/rotate instructions.  
2741 @item J
2742 An unsigned 7-bit constant for conversion/nop/channel instructions.  
2744 @item K
2745 A signed 10-bit constant for most arithmetic instructions.  
2747 @item M
2748 A signed 16 bit immediate for @code{stop}.  
2750 @item N
2751 An unsigned 16-bit constant for @code{iohl} and @code{fsmbi}.  
2753 @item O
2754 An unsigned 7-bit constant whose 3 least significant bits are 0.  
2756 @item P
2757 An unsigned 3-bit constant for 16-byte rotates and shifts 
2759 @item R
2760 Call operand, reg, for indirect calls 
2762 @item S
2763 Call operand, symbol, for relative calls.  
2765 @item T
2766 Call operand, const_int, for absolute calls.  
2768 @item U
2769 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is sign extended to 128 bit.  
2771 @item W
2772 An immediate for shift and rotate instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
2774 @item Y
2775 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is sign extended as a 128 bit.  
2777 @item Z
2778 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is sign extended to 128 bit.  
2780 @end table
2782 @item TMS320C3x/C4x---@file{config/c4x/c4x.h}
2783 @table @code
2784 @item a
2785 Auxiliary (address) register (ar0-ar7)
2787 @item b
2788 Stack pointer register (sp)
2790 @item c
2791 Standard (32-bit) precision integer register
2793 @item f
2794 Extended (40-bit) precision register (r0-r11)
2796 @item k
2797 Block count register (bk)
2799 @item q
2800 Extended (40-bit) precision low register (r0-r7)
2802 @item t
2803 Extended (40-bit) precision register (r0-r1)
2805 @item u
2806 Extended (40-bit) precision register (r2-r3)
2808 @item v
2809 Repeat count register (rc)
2811 @item x
2812 Index register (ir0-ir1)
2814 @item y
2815 Status (condition code) register (st)
2817 @item z
2818 Data page register (dp)
2820 @item G
2821 Floating-point zero
2823 @item H
2824 Immediate 16-bit floating-point constant
2826 @item I
2827 Signed 16-bit constant
2829 @item J
2830 Signed 8-bit constant
2832 @item K
2833 Signed 5-bit constant
2835 @item L
2836 Unsigned 16-bit constant
2838 @item M
2839 Unsigned 8-bit constant
2841 @item N
2842 Ones complement of unsigned 16-bit constant
2844 @item O
2845 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero)
2847 @item Q
2848 Indirect memory reference with signed 8-bit or index register displacement
2850 @item R
2851 Indirect memory reference with unsigned 5-bit displacement
2853 @item S
2854 Indirect memory reference with 1 bit or index register displacement
2856 @item T
2857 Direct memory reference
2859 @item U
2860 Symbolic address
2862 @end table
2864 @item S/390 and zSeries---@file{config/s390/s390.h}
2865 @table @code
2866 @item a
2867 Address register (general purpose register except r0)
2869 @item c
2870 Condition code register
2872 @item d
2873 Data register (arbitrary general purpose register)
2875 @item f
2876 Floating-point register
2878 @item I
2879 Unsigned 8-bit constant (0--255)
2881 @item J
2882 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
2884 @item K
2885 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
2887 @item L
2888 Value appropriate as displacement.
2889 @table @code
2890        @item (0..4095)
2891        for short displacement
2892        @item (-524288..524287)
2893        for long displacement
2894 @end table
2896 @item M
2897 Constant integer with a value of 0x7fffffff.
2899 @item N
2900 Multiple letter constraint followed by 4 parameter letters.
2901 @table @code
2902          @item 0..9:
2903          number of the part counting from most to least significant
2904          @item H,Q:
2905          mode of the part
2906          @item D,S,H:
2907          mode of the containing operand
2908          @item 0,F:
2909          value of the other parts (F---all bits set)
2910 @end table
2911 The constraint matches if the specified part of a constant
2912 has a value different from it's other parts.
2914 @item Q
2915 Memory reference without index register and with short displacement.
2917 @item R
2918 Memory reference with index register and short displacement.
2920 @item S
2921 Memory reference without index register but with long displacement.
2923 @item T
2924 Memory reference with index register and long displacement.
2926 @item U
2927 Pointer with short displacement.
2929 @item W
2930 Pointer with long displacement.
2932 @item Y
2933 Shift count operand.
2935 @end table
2937 @item Score family---@file{config/score/score.h}
2938 @table @code
2939 @item d
2940 Registers from r0 to r32.
2942 @item e
2943 Registers from r0 to r16.
2945 @item t
2946 r8---r11 or r22---r27 registers.
2948 @item h
2949 hi register.
2951 @item l
2952 lo register.
2954 @item x
2955 hi + lo register.
2957 @item q
2958 cnt register.
2960 @item y
2961 lcb register.
2963 @item z
2964 scb register.
2966 @item a
2967 cnt + lcb + scb register.
2969 @item c
2970 cr0---cr15 register.
2972 @item b
2973 cp1 registers.
2975 @item f
2976 cp2 registers.
2978 @item i
2979 cp3 registers.
2981 @item j
2982 cp1 + cp2 + cp3 registers.
2984 @item I
2985 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero).
2987 @item J
2988 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31).
2990 @item K
2991 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535).
2993 @item L
2994 Signed 16 bit integer (in the range @minus{}32768 to 32767).
2996 @item M
2997 Unsigned 14 bit integer (in the range 0 to 16383).
2999 @item N
3000 Signed 14 bit integer (in the range @minus{}8192 to 8191).
3002 @item Z
3003 Any SYMBOL_REF.
3004 @end table
3006 @item Xstormy16---@file{config/stormy16/stormy16.h}
3007 @table @code
3008 @item a
3009 Register r0.
3011 @item b
3012 Register r1.
3014 @item c
3015 Register r2.
3017 @item d
3018 Register r8.
3020 @item e
3021 Registers r0 through r7.
3023 @item t
3024 Registers r0 and r1.
3026 @item y
3027 The carry register.
3029 @item z
3030 Registers r8 and r9.
3032 @item I
3033 A constant between 0 and 3 inclusive.
3035 @item J
3036 A constant that has exactly one bit set.
3038 @item K
3039 A constant that has exactly one bit clear.
3041 @item L
3042 A constant between 0 and 255 inclusive.
3044 @item M
3045 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
3047 @item N
3048 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
3050 @item O
3051 A constant between 1 and 4 inclusive.
3053 @item P
3054 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
3056 @item Q
3057 A memory reference that is a stack push.
3059 @item R
3060 A memory reference that is a stack pop.
3062 @item S
3063 A memory reference that refers to a constant address of known value.
3065 @item T
3066 The register indicated by Rx (not implemented yet).
3068 @item U
3069 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
3071 @item Z
3072 The constant 0.
3074 @end table
3076 @item Xtensa---@file{config/xtensa/constraints.md}
3077 @table @code
3078 @item a
3079 General-purpose 32-bit register
3081 @item b
3082 One-bit boolean register
3084 @item A
3085 MAC16 40-bit accumulator register
3087 @item I
3088 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
3090 @item J
3091 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
3093 @item K
3094 Integer constant valid for BccI instructions
3096 @item L
3097 Unsigned constant valid for BccUI instructions
3099 @end table
3101 @end table
3103 @ifset INTERNALS
3104 @node Define Constraints
3105 @subsection Defining Machine-Specific Constraints
3106 @cindex defining constraints
3107 @cindex constraints, defining
3109 Machine-specific constraints fall into two categories: register and
3110 non-register constraints.  Within the latter category, constraints
3111 which allow subsets of all possible memory or address operands should
3112 be specially marked, to give @code{reload} more information.
3114 Machine-specific constraints can be given names of arbitrary length,
3115 but they must be entirely composed of letters, digits, underscores
3116 (@samp{_}), and angle brackets (@samp{< >}).  Like C identifiers, they
3117 must begin with a letter or underscore. 
3119 In order to avoid ambiguity in operand constraint strings, no
3120 constraint can have a name that begins with any other constraint's
3121 name.  For example, if @code{x} is defined as a constraint name,
3122 @code{xy} may not be, and vice versa.  As a consequence of this rule,
3123 no constraint may begin with one of the generic constraint letters:
3124 @samp{E F V X g i m n o p r s}.
3126 Register constraints correspond directly to register classes.
3127 @xref{Register Classes}.  There is thus not much flexibility in their
3128 definitions.
3130 @deffn {MD Expression} define_register_constraint name regclass docstring
3131 All three arguments are string constants.
3132 @var{name} is the name of the constraint, as it will appear in
3133 @code{match_operand} expressions.  If @var{name} is a multi-letter
3134 constraint its length shall be the same for all constraints starting
3135 with the same letter.  @var{regclass} can be either the
3136 name of the corresponding register class (@pxref{Register Classes}),
3137 or a C expression which evaluates to the appropriate register class.
3138 If it is an expression, it must have no side effects, and it cannot
3139 look at the operand.  The usual use of expressions is to map some
3140 register constraints to @code{NO_REGS} when the register class
3141 is not available on a given subarchitecture.
3143 @var{docstring} is a sentence documenting the meaning of the
3144 constraint.  Docstrings are explained further below.
3145 @end deffn
3147 Non-register constraints are more like predicates: the constraint
3148 definition gives a Boolean expression which indicates whether the
3149 constraint matches.
3151 @deffn {MD Expression} define_constraint name docstring exp
3152 The @var{name} and @var{docstring} arguments are the same as for
3153 @code{define_register_constraint}, but note that the docstring comes
3154 immediately after the name for these expressions.  @var{exp} is an RTL
3155 expression, obeying the same rules as the RTL expressions in predicate
3156 definitions.  @xref{Defining Predicates}, for details.  If it
3157 evaluates true, the constraint matches; if it evaluates false, it
3158 doesn't. Constraint expressions should indicate which RTL codes they
3159 might match, just like predicate expressions.
3161 @code{match_test} C expressions have access to the
3162 following variables:
3164 @table @var
3165 @item op
3166 The RTL object defining the operand.
3167 @item mode
3168 The machine mode of @var{op}.
3169 @item ival
3170 @samp{INTVAL (@var{op})}, if @var{op} is a @code{const_int}.
3171 @item hval
3172 @samp{CONST_DOUBLE_HIGH (@var{op})}, if @var{op} is an integer
3173 @code{const_double}.
3174 @item lval
3175 @samp{CONST_DOUBLE_LOW (@var{op})}, if @var{op} is an integer
3176 @code{const_double}.
3177 @item rval
3178 @samp{CONST_DOUBLE_REAL_VALUE (@var{op})}, if @var{op} is a floating-point
3179 @code{const_double}.
3180 @end table
3182 The @var{*val} variables should only be used once another piece of the
3183 expression has verified that @var{op} is the appropriate kind of RTL
3184 object.
3185 @end deffn
3187 Most non-register constraints should be defined with
3188 @code{define_constraint}.  The remaining two definition expressions
3189 are only appropriate for constraints that should be handled specially
3190 by @code{reload} if they fail to match.
3192 @deffn {MD Expression} define_memory_constraint name docstring exp
3193 Use this expression for constraints that match a subset of all memory
3194 operands: that is, @code{reload} can make them match by converting the
3195 operand to the form @samp{@w{(mem (reg @var{X}))}}, where @var{X} is a
3196 base register (from the register class specified by
3197 @code{BASE_REG_CLASS}, @pxref{Register Classes}).
3199 For example, on the S/390, some instructions do not accept arbitrary
3200 memory references, but only those that do not make use of an index
3201 register.  The constraint letter @samp{Q} is defined to represent a
3202 memory address of this type.  If @samp{Q} is defined with
3203 @code{define_memory_constraint}, a @samp{Q} constraint can handle any
3204 memory operand, because @code{reload} knows it can simply copy the
3205 memory address into a base register if required.  This is analogous to
3206 the way a @samp{o} constraint can handle any memory operand.
3208 The syntax and semantics are otherwise identical to
3209 @code{define_constraint}.
3210 @end deffn
3212 @deffn {MD Expression} define_address_constraint name docstring exp
3213 Use this expression for constraints that match a subset of all address
3214 operands: that is, @code{reload} can make the constraint match by
3215 converting the operand to the form @samp{@w{(reg @var{X})}}, again
3216 with @var{X} a base register.
3218 Constraints defined with @code{define_address_constraint} can only be
3219 used with the @code{address_operand} predicate, or machine-specific
3220 predicates that work the same way.  They are treated analogously to
3221 the generic @samp{p} constraint.
3223 The syntax and semantics are otherwise identical to
3224 @code{define_constraint}.
3225 @end deffn
3227 For historical reasons, names beginning with the letters @samp{G H}
3228 are reserved for constraints that match only @code{const_double}s, and
3229 names beginning with the letters @samp{I J K L M N O P} are reserved
3230 for constraints that match only @code{const_int}s.  This may change in
3231 the future.  For the time being, constraints with these names must be
3232 written in a stylized form, so that @code{genpreds} can tell you did
3233 it correctly:
3235 @smallexample
3236 @group
3237 (define_constraint "[@var{GHIJKLMNOP}]@dots{}"
3238   "@var{doc}@dots{}"
3239   (and (match_code "const_int")  ; @r{@code{const_double} for G/H}
3240        @var{condition}@dots{}))            ; @r{usually a @code{match_test}}
3241 @end group
3242 @end smallexample
3243 @c the semicolons line up in the formatted manual
3245 It is fine to use names beginning with other letters for constraints
3246 that match @code{const_double}s or @code{const_int}s.
3248 Each docstring in a constraint definition should be one or more complete
3249 sentences, marked up in Texinfo format.  @emph{They are currently unused.}
3250 In the future they will be copied into the GCC manual, in @ref{Machine
3251 Constraints}, replacing the hand-maintained tables currently found in
3252 that section.  Also, in the future the compiler may use this to give
3253 more helpful diagnostics when poor choice of @code{asm} constraints
3254 causes a reload failure.
3256 If you put the pseudo-Texinfo directive @samp{@@internal} at the
3257 beginning of a docstring, then (in the future) it will appear only in
3258 the internals manual's version of the machine-specific constraint tables.
3259 Use this for constraints that should not appear in @code{asm} statements.
3261 @node C Constraint Interface
3262 @subsection Testing constraints from C
3263 @cindex testing constraints
3264 @cindex constraints, testing
3266 It is occasionally useful to test a constraint from C code rather than
3267 implicitly via the constraint string in a @code{match_operand}.  The
3268 generated file @file{tm_p.h} declares a few interfaces for working
3269 with machine-specific constraints.  None of these interfaces work with
3270 the generic constraints described in @ref{Simple Constraints}.  This
3271 may change in the future.
3273 @strong{Warning:} @file{tm_p.h} may declare other functions that
3274 operate on constraints, besides the ones documented here.  Do not use
3275 those functions from machine-dependent code.  They exist to implement
3276 the old constraint interface that machine-independent components of
3277 the compiler still expect.  They will change or disappear in the
3278 future.
3280 Some valid constraint names are not valid C identifiers, so there is a
3281 mangling scheme for referring to them from C@.  Constraint names that
3282 do not contain angle brackets or underscores are left unchanged.
3283 Underscores are doubled, each @samp{<} is replaced with @samp{_l}, and
3284 each @samp{>} with @samp{_g}.  Here are some examples:
3286 @c the @c's prevent double blank lines in the printed manual.
3287 @example
3288 @multitable {Original} {Mangled}
3289 @item @strong{Original} @tab @strong{Mangled}  @c
3290 @item @code{x}     @tab @code{x}       @c
3291 @item @code{P42x}  @tab @code{P42x}    @c
3292 @item @code{P4_x}  @tab @code{P4__x}   @c
3293 @item @code{P4>x}  @tab @code{P4_gx}   @c
3294 @item @code{P4>>}  @tab @code{P4_g_g}  @c
3295 @item @code{P4_g>} @tab @code{P4__g_g} @c
3296 @end multitable
3297 @end example
3299 Throughout this section, the variable @var{c} is either a constraint
3300 in the abstract sense, or a constant from @code{enum constraint_num};
3301 the variable @var{m} is a mangled constraint name (usually as part of
3302 a larger identifier).
3304 @deftp Enum constraint_num
3305 For each machine-specific constraint, there is a corresponding
3306 enumeration constant: @samp{CONSTRAINT_} plus the mangled name of the
3307 constraint.  Functions that take an @code{enum constraint_num} as an
3308 argument expect one of these constants.
3310 Machine-independent constraints do not have associated constants.
3311 This may change in the future.
3312 @end deftp
3314 @deftypefun {inline bool} satisfies_constraint_@var{m} (rtx @var{exp})
3315 For each machine-specific, non-register constraint @var{m}, there is
3316 one of these functions; it returns @code{true} if @var{exp} satisfies the
3317 constraint.  These functions are only visible if @file{rtl.h} was included
3318 before @file{tm_p.h}.
3319 @end deftypefun
3321 @deftypefun bool constraint_satisfied_p (rtx @var{exp}, enum constraint_num @var{c})
3322 Like the @code{satisfies_constraint_@var{m}} functions, but the
3323 constraint to test is given as an argument, @var{c}.  If @var{c}
3324 specifies a register constraint, this function will always return
3325 @code{false}.
3326 @end deftypefun
3328 @deftypefun {enum reg_class} regclass_for_constraint (enum constraint_num @var{c})
3329 Returns the register class associated with @var{c}.  If @var{c} is not
3330 a register constraint, or those registers are not available for the
3331 currently selected subtarget, returns @code{NO_REGS}.
3332 @end deftypefun
3334 Here is an example use of @code{satisfies_constraint_@var{m}}.  In
3335 peephole optimizations (@pxref{Peephole Definitions}), operand
3336 constraint strings are ignored, so if there are relevant constraints,
3337 they must be tested in the C condition.  In the example, the
3338 optimization is applied if operand 2 does @emph{not} satisfy the
3339 @samp{K} constraint.  (This is a simplified version of a peephole
3340 definition from the i386 machine description.)
3342 @smallexample
3343 (define_peephole2
3344   [(match_scratch:SI 3 "r")
3345    (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3346         (mult:SI (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")
3347                  (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "")))]
3349   "!satisfies_constraint_K (operands[2])"
3351   [(set (match_dup 3) (match_dup 1))
3352    (set (match_dup 0) (mult:SI (match_dup 3) (match_dup 2)))]
3354   "")
3355 @end smallexample
3357 @node Standard Names
3358 @section Standard Pattern Names For Generation
3359 @cindex standard pattern names
3360 @cindex pattern names
3361 @cindex names, pattern
3363 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
3364 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
3365 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
3366 pattern to accomplish a certain task.
3368 @table @asis
3369 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
3370 @item @samp{mov@var{m}}
3371 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lowercase.
3372 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
3373 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
3375 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
3376 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
3377 to store the specified value in the part of the register that corresponds
3378 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
3379 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
3380 outside the target word are left unchanged.
3382 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
3383 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
3384 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
3385 If there are patterns accepting operands in larger modes,
3386 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
3388 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
3389 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
3390 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
3391 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
3392 into a register.
3394 @findex force_reg
3395 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
3396 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
3397 registers other than the operands.  For example, if you support the
3398 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
3399 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
3400 function which might generate new pseudo registers.
3402 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
3403 fetching those modes from memory normally requires several insns and
3404 some temporary registers.
3406 @findex change_address
3407 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
3408 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
3409 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
3410 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
3411 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
3412 an address into a valid address and no routine (such as
3413 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
3414 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
3416 @findex reload_in_progress
3417 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
3418 declared if required) can be used to determine whether such special
3419 handling is required.
3421 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
3422 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
3423 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
3424 machines explicit memory references will get optional reloads.
3426 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
3427 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
3429 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
3430 you must provide an appropriate secondary_reload target hook.
3432 @findex no_new_pseudos
3433 The global variable @code{no_new_pseudos} can be used to determine if it
3434 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
3435 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
3437 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
3438 register to any other hard register provided that
3439 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
3440 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
3442 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
3443 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
3444 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
3445 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
3446 point members.
3448 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
3449 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
3450 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
3451 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
3452 floating point registers, then the constraints of the fixed point
3453 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
3454 reload into a floating point register.
3456 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
3457 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
3458 @item @samp{reload_in@var{m}}
3459 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
3460 These named patterns have been obsoleted by the target hook
3461 @code{secondary_reload}.
3463 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
3464 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
3465 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
3466 macro in @pxref{Register Classes}.
3468 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
3469 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
3470 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
3471 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
3472 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
3473 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
3474 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
3475 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
3476 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
3477 for these patterns.
3479 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
3480 @item @samp{movstrict@var{m}}
3481 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
3482 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
3483 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
3484 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
3486 @cindex @code{movmisalign@var{m}} instruction pattern
3487 @item @samp{movmisalign@var{m}}
3488 This variant of a move pattern is designed to load or store a value
3489 from a memory address that is not naturally aligned for its mode.
3490 For a store, the memory will be in operand 0; for a load, the memory
3491 will be in operand 1.  The other operand is guaranteed not to be a
3492 memory, so that it's easy to tell whether this is a load or store.
3494 This pattern is used by the autovectorizer, and when expanding a
3495 @code{MISALIGNED_INDIRECT_REF} expression.
3497 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
3498 @item @samp{load_multiple}
3499 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
3500 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
3501 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
3502 number of consecutive registers.
3504 Define this only if the target machine really has such an instruction;
3505 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
3506 registers from memory is to do them one at a time.
3508 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
3509 registers can be stored into memory, such as particular starting or
3510 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
3511 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3512 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
3514 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
3515 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
3516 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
3517 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
3518 @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn pattern.
3520 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
3521 @item @samp{store_multiple}
3522 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
3523 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
3524 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
3525 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
3527 @cindex @code{vec_set@var{m}} instruction pattern
3528 @item @samp{vec_set@var{m}}
3529 Set given field in the vector value.  Operand 0 is the vector to modify,
3530 operand 1 is new value of field and operand 2 specify the field index.
3532 @cindex @code{vec_extract@var{m}} instruction pattern
3533 @item @samp{vec_extract@var{m}}
3534 Extract given field from the vector value.  Operand 1 is the vector, operand 2
3535 specify field index and operand 0 place to store value into.
3537 @cindex @code{vec_extract_even@var{m}} instruction pattern
3538 @item @samp{vec_extract_even@var{m}}
3539 Extract even elements from the input vectors (operand 1 and operand 2). 
3540 The even elements of operand 2 are concatenated to the even elements of operand
3541 1 in their original order. The result is stored in operand 0. 
3542 The output and input vectors should have the same modes. 
3544 @cindex @code{vec_extract_odd@var{m}} instruction pattern
3545 @item @samp{vec_extract_odd@var{m}}
3546 Extract odd elements from the input vectors (operand 1 and operand 2). 
3547 The odd elements of operand 2 are concatenated to the odd elements of operand 
3548 1 in their original order. The result is stored in operand 0.
3549 The output and input vectors should have the same modes.
3551 @cindex @code{vec_interleave_high@var{m}} instruction pattern
3552 @item @samp{vec_interleave_high@var{m}}
3553 Merge high elements of the two input vectors into the output vector. The output
3554 and input vectors should have the same modes (@code{N} elements). The high
3555 @code{N/2} elements of the first input vector are interleaved with the high
3556 @code{N/2} elements of the second input vector.
3558 @cindex @code{vec_interleave_low@var{m}} instruction pattern
3559 @item @samp{vec_interleave_low@var{m}}
3560 Merge low elements of the two input vectors into the output vector. The output
3561 and input vectors should have the same modes (@code{N} elements). The low
3562 @code{N/2} elements of the first input vector are interleaved with the low 
3563 @code{N/2} elements of the second input vector.
3565 @cindex @code{vec_init@var{m}} instruction pattern
3566 @item @samp{vec_init@var{m}}
3567 Initialize the vector to given values.  Operand 0 is the vector to initialize
3568 and operand 1 is parallel containing values for individual fields.
3570 @cindex @code{push@var{m}1} instruction pattern
3571 @item @samp{push@var{m}1}
3572 Output a push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
3573 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
3574 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
3575 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
3576 method is deprecated.
3578 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
3579 @item @samp{add@var{m}3}
3580 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
3581 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
3582 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
3584 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
3585 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
3586 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
3587 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
3588 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
3589 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
3590 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
3591 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
3592 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
3593 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
3594 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
3595 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{mul@var{m}3}
3596 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{udiv@var{m}3}
3597 @itemx @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
3598 @itemx @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
3599 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
3600 Similar, for other arithmetic operations.
3602 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
3603 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
3604 @item @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}
3605 Signed minimum and maximum operations.  When used with floating point,
3606 if both operands are zeros, or if either operand is @code{NaN}, then
3607 it is unspecified which of the two operands is returned as the result.
3609 @cindex @code{reduc_smin_@var{m}} instruction pattern
3610 @cindex @code{reduc_smax_@var{m}} instruction pattern
3611 @item @samp{reduc_smin_@var{m}}, @samp{reduc_smax_@var{m}}
3612 Find the signed minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
3613 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
3614 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
3615 modes.
3617 @cindex @code{reduc_umin_@var{m}} instruction pattern
3618 @cindex @code{reduc_umax_@var{m}} instruction pattern
3619 @item @samp{reduc_umin_@var{m}}, @samp{reduc_umax_@var{m}}
3620 Find the unsigned minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
3621 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
3622 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
3623 modes.
3625 @cindex @code{reduc_splus_@var{m}} instruction pattern
3626 @item @samp{reduc_splus_@var{m}}
3627 Compute the sum of the signed elements of a vector. The vector is operand 1,
3628 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
3629 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
3631 @cindex @code{reduc_uplus_@var{m}} instruction pattern
3632 @item @samp{reduc_uplus_@var{m}}
3633 Compute the sum of the unsigned elements of a vector. The vector is operand 1,
3634 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
3635 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
3637 @cindex @code{sdot_prod@var{m}} instruction pattern
3638 @item @samp{sdot_prod@var{m}}
3639 @cindex @code{udot_prod@var{m}} instruction pattern
3640 @item @samp{udot_prod@var{m}}
3641 Compute the sum of the products of two signed/unsigned elements. 
3642 Operand 1 and operand 2 are of the same mode. Their product, which is of a 
3643 wider mode, is computed and added to operand 3. Operand 3 is of a mode equal or 
3644 wider than the mode of the product. The result is placed in operand 0, which
3645 is of the same mode as operand 3. 
3647 @cindex @code{ssum_widen@var{m3}} instruction pattern
3648 @item @samp{ssum_widen@var{m3}}
3649 @cindex @code{usum_widen@var{m3}} instruction pattern
3650 @item @samp{usum_widen@var{m3}}
3651 Operands 0 and 2 are of the same mode, which is wider than the mode of 
3652 operand 1. Add operand 1 to operand 2 and place the widened result in
3653 operand 0. (This is used express accumulation of elements into an accumulator
3654 of a wider mode.)
3656 @cindex @code{vec_shl_@var{m}} instruction pattern
3657 @cindex @code{vec_shr_@var{m}} instruction pattern
3658 @item @samp{vec_shl_@var{m}}, @samp{vec_shr_@var{m}}
3659 Whole vector left/right shift in bits.
3660 Operand 1 is a vector to be shifted.
3661 Operand 2 is an integer shift amount in bits.
3662 Operand 0 is where the resulting shifted vector is stored.
3663 The output and input vectors should have the same modes.
3665 @cindex @code{vec_pack_trunc_@var{m}} instruction pattern
3666 @item @samp{vec_pack_trunc_@var{m}}
3667 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors. Operands 1 and 2
3668 are vectors of the same mode having N integral or floating point elements
3669 of size S.  Operand 0 is the resulting vector in which 2*N elements of
3670 size N/2 are concatenated after narrowing them down using truncation.
3672 @cindex @code{vec_pack_ssat_@var{m}} instruction pattern
3673 @cindex @code{vec_pack_usat_@var{m}} instruction pattern
3674 @item @samp{vec_pack_ssat_@var{m}}, @samp{vec_pack_usat_@var{m}}
3675 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors.  Operands 1 and 2
3676 are vectors of the same mode having N integral elements of size S.
3677 Operand 0 is the resulting vector in which the elements of the two input
3678 vectors are concatenated after narrowing them down using signed/unsigned
3679 saturating arithmetic.
3681 @cindex @code{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}} instruction pattern
3682 @cindex @code{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}} instruction pattern
3683 @item @samp{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}}, @samp{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}}
3684 Narrow, convert to signed/unsigned integral type and merge the elements
3685 of two vectors.  Operands 1 and 2 are vectors of the same mode having N
3686 floating point elements of size S.  Operand 0 is the resulting vector
3687 in which 2*N elements of size N/2 are concatenated.
3689 @cindex @code{vec_unpacks_hi_@var{m}} instruction pattern
3690 @cindex @code{vec_unpacks_lo_@var{m}} instruction pattern
3691 @item @samp{vec_unpacks_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_lo_@var{m}}
3692 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of signed
3693 integral or floating point elements.  The input vector (operand 1) has N
3694 elements of size S.  Widen (promote) the high/low elements of the vector
3695 using signed or floating point extension and place the resulting N/2
3696 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
3698 @cindex @code{vec_unpacku_hi_@var{m}} instruction pattern
3699 @cindex @code{vec_unpacku_lo_@var{m}} instruction pattern
3700 @item @samp{vec_unpacku_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_lo_@var{m}}
3701 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of unsigned
3702 integral elements.  The input vector (operand 1) has N elements of size S.
3703 Widen (promote) the high/low elements of the vector using zero extension and
3704 place the resulting N/2 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
3706 @cindex @code{vec_unpacks_float_hi_@var{m}} instruction pattern
3707 @cindex @code{vec_unpacks_float_lo_@var{m}} instruction pattern
3708 @cindex @code{vec_unpacku_float_hi_@var{m}} instruction pattern
3709 @cindex @code{vec_unpacku_float_lo_@var{m}} instruction pattern
3710 @item @samp{vec_unpacks_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_float_lo_@var{m}}
3711 @itemx @samp{vec_unpacku_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_float_lo_@var{m}}
3712 Extract, convert to floating point type and widen the high/low part of a
3713 vector of signed/unsigned integral elements.  The input vector (operand 1)
3714 has N elements of size S.  Convert the high/low elements of the vector using
3715 floating point conversion and place the resulting N/2 values of size 2*S in
3716 the output vector (operand 0).
3718 @cindex @code{vec_widen_umult_hi_@var{m}} instruction pattern
3719 @cindex @code{vec_widen_umult_lo__@var{m}} instruction pattern
3720 @cindex @code{vec_widen_smult_hi_@var{m}} instruction pattern
3721 @cindex @code{vec_widen_smult_lo_@var{m}} instruction pattern
3722 @item @samp{vec_widen_umult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_umult_lo_@var{m}}
3723 @itemx @samp{vec_widen_smult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_smult_lo_@var{m}}
3724 Signed/Unsigned widening multiplication.  The two inputs (operands 1 and 2)
3725 are vectors with N signed/unsigned elements of size S.  Multiply the high/low
3726 elements of the two vectors, and put the N/2 products of size 2*S in the
3727 output vector (operand 0).
3729 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
3730 @item @samp{mulhisi3}
3731 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
3732 a @code{SImode} product in operand 0.
3734 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
3735 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
3736 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
3737 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
3739 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
3740 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
3741 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
3742 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
3743 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
3744 multiplication.
3746 @cindex @code{usmulqihi3} instruction pattern
3747 @cindex @code{usmulhisi3} instruction pattern
3748 @cindex @code{usmulsidi3} instruction pattern
3749 @item @samp{usmulqihi3}, @samp{usmulhisi3}, @samp{usmulsidi3}
3750 Similar widening-multiplication instructions that interpret the first
3751 operand as unsigned and the second operand as signed, then do a signed
3752 multiplication.
3754 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
3755 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
3756 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
3757 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
3758 The least significant half of the product is discarded.
3760 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
3761 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
3762 Similar, but the multiplication is unsigned.
3764 @cindex @code{madd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
3765 @item @samp{madd@var{m}@var{n}4}
3766 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, add
3767 operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
3768 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
3769 Both modes must be integer modes and @var{n} must be twice
3770 the size of @var{m}.
3772 In other words, @code{madd@var{m}@var{n}4} is like
3773 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also adds operand 3.
3775 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
3777 @cindex @code{umadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
3778 @item @samp{umadd@var{m}@var{n}4}
3779 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
3780 operands instead of sign-extending them.
3782 @cindex @code{msub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
3783 @item @samp{msub@var{m}@var{n}4}
3784 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, subtract the
3785 result from operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
3786 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
3787 Both modes must be integer modes and @var{n} must be twice
3788 the size of @var{m}.
3790 In other words, @code{msub@var{m}@var{n}4} is like
3791 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also subtracts the result
3792 from operand 3.
3794 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
3796 @cindex @code{umsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
3797 @item @samp{umsub@var{m}@var{n}4}
3798 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
3799 operands instead of sign-extending them.
3801 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
3802 @item @samp{divmod@var{m}4}
3803 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
3804 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
3805 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
3807 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
3808 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
3809 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
3810 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
3811 and remainder are computed.
3813 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
3814 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
3815 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
3816 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
3817 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
3819 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
3820 @item @samp{udivmod@var{m}4}
3821 Similar, but does unsigned division.
3823 @anchor{shift patterns}
3824 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
3825 @item @samp{ashl@var{m}3}
3826 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
3827 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
3828 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
3829 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
3830 mode before generating the instruction.  The meaning of out-of-range shift
3831 counts can optionally be specified by @code{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
3832 @xref{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
3834 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
3835 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
3836 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
3837 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
3838 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
3839 Other shift and rotate instructions, analogous to the
3840 @code{ashl@var{m}3} instructions.
3842 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
3843 @item @samp{neg@var{m}2}
3844 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
3846 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
3847 @item @samp{abs@var{m}2}
3848 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
3850 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
3851 @item @samp{sqrt@var{m}2}
3852 Store the square root of operand 1 into operand 0.
3854 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
3855 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sqrtf}
3856 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3857 type @code{float}.
3859 @cindex @code{fmod@var{m}3} instruction pattern
3860 @item @samp{fmod@var{m}3}
3861 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
3862 operand 0, rounded towards zero to an integer.
3864 The @code{fmod} built-in function of C always uses the mode which
3865 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{fmodf}
3866 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3867 type @code{float}.
3869 @cindex @code{remainder@var{m}3} instruction pattern
3870 @item @samp{remainder@var{m}3}
3871 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
3872 operand 0, rounded to the nearest integer.
3874 The @code{remainder} built-in function of C always uses the mode
3875 which corresponds to the C data type @code{double} and the
3876 @code{remainderf} built-in function uses the mode which corresponds
3877 to the C data type @code{float}.
3879 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
3880 @item @samp{cos@var{m}2}
3881 Store the cosine of operand 1 into operand 0.
3883 The @code{cos} built-in function of C always uses the mode which
3884 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{cosf}
3885 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3886 type @code{float}.
3888 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
3889 @item @samp{sin@var{m}2}
3890 Store the sine of operand 1 into operand 0.
3892 The @code{sin} built-in function of C always uses the mode which
3893 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sinf}
3894 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3895 type @code{float}.
3897 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
3898 @item @samp{exp@var{m}2}
3899 Store the exponential of operand 1 into operand 0.
3901 The @code{exp} built-in function of C always uses the mode which
3902 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{expf}
3903 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3904 type @code{float}.
3906 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
3907 @item @samp{log@var{m}2}
3908 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.
3910 The @code{log} built-in function of C always uses the mode which
3911 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{logf}
3912 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3913 type @code{float}.
3915 @cindex @code{pow@var{m}3} instruction pattern
3916 @item @samp{pow@var{m}3}
3917 Store the value of operand 1 raised to the exponent operand 2
3918 into operand 0.
3920 The @code{pow} built-in function of C always uses the mode which
3921 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{powf}
3922 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3923 type @code{float}.
3925 @cindex @code{atan2@var{m}3} instruction pattern
3926 @item @samp{atan2@var{m}3}
3927 Store the arc tangent (inverse tangent) of operand 1 divided by
3928 operand 2 into operand 0, using the signs of both arguments to
3929 determine the quadrant of the result.
3931 The @code{atan2} built-in function of C always uses the mode which
3932 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{atan2f}
3933 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3934 type @code{float}.
3936 @cindex @code{floor@var{m}2} instruction pattern
3937 @item @samp{floor@var{m}2}
3938 Store the largest integral value not greater than argument.
3940 The @code{floor} built-in function of C always uses the mode which
3941 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{floorf}
3942 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3943 type @code{float}.
3945 @cindex @code{btrunc@var{m}2} instruction pattern
3946 @item @samp{btrunc@var{m}2}
3947 Store the argument rounded to integer towards zero.
3949 The @code{trunc} built-in function of C always uses the mode which
3950 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{truncf}
3951 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3952 type @code{float}.
3954 @cindex @code{round@var{m}2} instruction pattern
3955 @item @samp{round@var{m}2}
3956 Store the argument rounded to integer away from zero.
3958 The @code{round} built-in function of C always uses the mode which
3959 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{roundf}
3960 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3961 type @code{float}.
3963 @cindex @code{ceil@var{m}2} instruction pattern
3964 @item @samp{ceil@var{m}2}
3965 Store the argument rounded to integer away from zero.
3967 The @code{ceil} built-in function of C always uses the mode which
3968 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{ceilf}
3969 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3970 type @code{float}.
3972 @cindex @code{nearbyint@var{m}2} instruction pattern
3973 @item @samp{nearbyint@var{m}2}
3974 Store the argument rounded according to the default rounding mode
3976 The @code{nearbyint} built-in function of C always uses the mode which
3977 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{nearbyintf}
3978 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3979 type @code{float}.
3981 @cindex @code{rint@var{m}2} instruction pattern
3982 @item @samp{rint@var{m}2}
3983 Store the argument rounded according to the default rounding mode and
3984 raise the inexact exception when the result differs in value from
3985 the argument
3987 The @code{rint} built-in function of C always uses the mode which
3988 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{rintf}
3989 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3990 type @code{float}.
3992 @cindex @code{lrint@var{m}@var{n}2}
3993 @item @samp{lrint@var{m}@var{n}2}
3994 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
3995 point mode @var{n} as a signed number according to the current
3996 rounding mode and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
3998 @cindex @code{lround@var{m}@var{n}2}
3999 @item @samp{lround@var{m}2}
4000 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4001 point mode @var{n} as a signed number rounding to nearest and away
4002 from zero and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
4004 @cindex @code{lfloor@var{m}@var{n}2}
4005 @item @samp{lfloor@var{m}2}
4006 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4007 point mode @var{n} as a signed number rounding down and store in
4008 operand 0 (which has mode @var{n}).
4010 @cindex @code{lceil@var{m}@var{n}2}
4011 @item @samp{lceil@var{m}2}
4012 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4013 point mode @var{n} as a signed number rounding up and store in
4014 operand 0 (which has mode @var{n}).
4016 @cindex @code{copysign@var{m}3} instruction pattern
4017 @item @samp{copysign@var{m}3}
4018 Store a value with the magnitude of operand 1 and the sign of operand
4019 2 into operand 0.
4021 The @code{copysign} built-in function of C always uses the mode which
4022 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{copysignf}
4023 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4024 type @code{float}.
4026 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
4027 @item @samp{ffs@var{m}2}
4028 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
4029 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
4030 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
4031 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
4032 generating the instruction.
4034 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
4035 corresponds to the C data type @code{int}.
4037 @cindex @code{clz@var{m}2} instruction pattern
4038 @item @samp{clz@var{m}2}
4039 Store into operand 0 the number of leading 0-bits in @var{x}, starting
4040 at the most significant bit position.  If @var{x} is 0, the result is
4041 undefined.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
4042 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
4043 operand to that mode before generating the instruction.
4045 @cindex @code{ctz@var{m}2} instruction pattern
4046 @item @samp{ctz@var{m}2}
4047 Store into operand 0 the number of trailing 0-bits in @var{x}, starting
4048 at the least significant bit position.  If @var{x} is 0, the result is
4049 undefined.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
4050 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
4051 operand to that mode before generating the instruction.
4053 @cindex @code{popcount@var{m}2} instruction pattern
4054 @item @samp{popcount@var{m}2}
4055 Store into operand 0 the number of 1-bits in @var{x}.  @var{m} is the
4056 mode of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
4057 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
4058 generating the instruction.
4060 @cindex @code{parity@var{m}2} instruction pattern
4061 @item @samp{parity@var{m}2}
4062 Store into operand 0 the parity of @var{x}, i.e.@: the number of 1-bits
4063 in @var{x} modulo 2.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode
4064 is specified by the instruction pattern, and the compiler will convert
4065 the operand to that mode before generating the instruction.
4067 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
4068 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
4069 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
4071 @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
4072 @item @samp{cmp@var{m}}
4073 Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
4074 The RTL pattern should look like this:
4076 @smallexample
4077 (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
4078                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
4079 @end smallexample
4081 @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
4082 @item @samp{tst@var{m}}
4083 Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
4084 The RTL pattern should look like this:
4086 @smallexample
4087 (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
4088 @end smallexample
4090 @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
4091 not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
4092 would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
4093 The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
4095 @cindex @code{movmem@var{m}} instruction pattern
4096 @item @samp{movmem@var{m}}
4097 Block move instruction.  The destination and source blocks of memory
4098 are the first two operands, and both are @code{mem:BLK}s with an
4099 address in mode @code{Pmode}.
4101 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
4102 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
4103 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
4104 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
4105 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
4106 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
4107 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
4109 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
4110 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
4111 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
4112 it may provide the value 4 for this operand.
4114 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
4115 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
4116 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
4117 all cases. Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
4119 Descriptions of multiple @code{movmem@var{m}} patterns can only be
4120 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
4121 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
4122 in @code{movmem@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
4123 individually moved data units in the block.
4125 These patterns need not give special consideration to the possibility
4126 that the source and destination strings might overlap.
4128 @cindex @code{movstr} instruction pattern
4129 @item @samp{movstr}
4130 String copy instruction, with @code{stpcpy} semantics.  Operand 0 is
4131 an output operand in mode @code{Pmode}.  The addresses of the
4132 destination and source strings are operands 1 and 2, and both are
4133 @code{mem:BLK}s with addresses in mode @code{Pmode}.  The execution of
4134 the expansion of this pattern should store in operand 0 the address in
4135 which the @code{NUL} terminator was stored in the destination string.
4137 @cindex @code{setmem@var{m}} instruction pattern
4138 @item @samp{setmem@var{m}}
4139 Block set instruction.  The destination string is the first operand,
4140 given as a @code{mem:BLK} whose address is in mode @code{Pmode}.  The
4141 number of bytes to set is the second operand, in mode @var{m}.  The value to
4142 initialize the memory with is the third operand. Targets that only support the
4143 clearing of memory should reject any value that is not the constant 0.  See
4144 @samp{movmem@var{m}} for a discussion of the choice of mode.
4146 The fourth operand is the known alignment of the destination, in the form
4147 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
4148 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
4149 operand.
4151 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
4152 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
4153 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
4154 all cases. Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
4156 The use for multiple @code{setmem@var{m}} is as for @code{movmem@var{m}}.
4158 @cindex @code{cmpstrn@var{m}} instruction pattern
4159 @item @samp{cmpstrn@var{m}}
4160 String compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
4161 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
4162 of @samp{movmem@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
4163 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
4164 string.  The instruction is not allowed to prefetch more than one byte
4165 at a time since either string may end in the first byte and reading past
4166 that may access an invalid page or segment and cause a fault.  The
4167 effect of the instruction is to store a value in operand 0 whose sign
4168 indicates the result of the comparison.
4170 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
4171 @item @samp{cmpstr@var{m}}
4172 String compare instruction, without known maximum length.  Operand 0 is the
4173 output; it has mode @var{m}.  The second and third operand are the blocks of
4174 memory to be compared; both are @code{mem:BLK} with an address in mode
4175 @code{Pmode}.
4177 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
4178 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
4179 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
4180 it may provide the value 4 for this operand.
4182 The two memory blocks specified are compared byte by byte in lexicographic
4183 order starting at the beginning of each string.  The instruction is not allowed
4184 to prefetch more than one byte at a time since either string may end in the
4185 first byte and reading past that may access an invalid page or segment and
4186 cause a fault.  The effect of the instruction is to store a value in operand 0
4187 whose sign indicates the result of the comparison.
4189 @cindex @code{cmpmem@var{m}} instruction pattern
4190 @item @samp{cmpmem@var{m}}
4191 Block compare instruction, with five operands like the operands
4192 of @samp{cmpstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
4193 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
4194 block.  Unlike @samp{cmpstr@var{m}} the instruction can prefetch
4195 any bytes in the two memory blocks.  The effect of the instruction is
4196 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
4197 comparison.
4199 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
4200 @item @samp{strlen@var{m}}
4201 Compute the length of a string, with three operands.
4202 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
4203 a @code{mem} referring to the first character of the string,
4204 operand 2 is the character to search for (normally zero),
4205 and operand 3 is a constant describing the known alignment
4206 of the beginning of the string.
4208 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
4209 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
4210 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
4211 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
4212 @var{n}).
4214 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
4215 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
4216 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
4217 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
4218 @var{n}).
4220 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
4221 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
4222 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4223 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
4224 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
4225 the value of operand 1 is an integer.
4227 If the machine description defines this pattern, it also needs to
4228 define the @code{ftrunc} pattern.
4230 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
4231 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
4232 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4233 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
4234 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
4235 value of operand 1 is an integer.
4237 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
4238 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
4239 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
4240 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
4241 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
4243 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
4244 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
4245 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
4246 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
4248 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
4249 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
4250 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
4251 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
4253 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
4254 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
4255 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4256 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4257 point or both floating point.
4259 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
4260 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
4261 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4262 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4263 point or both floating point.
4265 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
4266 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
4267 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4268 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4269 point.
4271 @cindex @code{extv} instruction pattern
4272 @item @samp{extv}
4273 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
4274 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
4275 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
4276 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
4277 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
4278 be valid for @code{word_mode}.
4280 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
4281 for operands 2 and 3 and the constant is never zero for operand 2.
4283 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
4284 before it is stored in operand 0.
4286 @cindex @code{extzv} instruction pattern
4287 @item @samp{extzv}
4288 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
4290 @cindex @code{insv} instruction pattern
4291 @item @samp{insv}
4292 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
4293 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
4294 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
4295 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
4296 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
4298 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
4299 for operands 1 and 2 and the constant is never zero for operand 1.
4301 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
4302 @item @samp{mov@var{mode}cc}
4303 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
4304 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
4305 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
4307 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
4308 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
4309 conditionally move an integer value based on the floating point condition
4310 codes and vice versa.
4312 If the machine does not have conditional move instructions, do not
4313 define these patterns.
4315 @cindex @code{add@var{mode}cc} instruction pattern
4316 @item @samp{add@var{mode}cc}
4317 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional addition.  Conditionally
4318 move operand 2 or (operands 2 + operand 3) into operand 0 according to the
4319 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved into
4320 operand 0, otherwise (operand 2 + operand 3) is moved.
4322 @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
4323 @item @samp{s@var{cond}}
4324 Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
4325 Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
4326 @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
4327 as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
4329 You specify the mode that the operand must have when you write the
4330 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
4331 which mode you have used and supplies an operand of that mode.
4333 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
4334 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
4335 you should omit it from the machine description.  You describe to the
4336 compiler exactly which value is stored by defining the macro
4337 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
4338 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
4339 should omit those operations from the machine description.
4341 These operations may fail, but should do so only in relatively
4342 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
4343 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
4345 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
4346 that copies the constant one to the target and branches around an
4347 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
4348 the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
4349 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
4350 @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
4351 the machine description.
4353 @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
4354 @item @samp{b@var{cond}}
4355 Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
4356 refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
4357 condition @var{cond}.
4359 Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
4360 instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
4361 case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
4362 simply store the operands away and generate all the required insns in a
4363 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
4364 branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
4365 immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
4366 pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
4368 Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
4369 where the mode used for the comparison depends on the condition being
4370 tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}.
4372 The above discussion also applies to the @samp{mov@var{mode}cc} and
4373 @samp{s@var{cond}} patterns.
4375 @cindex @code{cbranch@var{mode}4} instruction pattern
4376 @item @samp{cbranch@var{mode}4}
4377 Conditional branch instruction combined with a compare instruction.
4378 Operand 0 is a comparison operator.  Operand 1 and operand 2 are the
4379 first and second operands of the comparison, respectively.  Operand 3
4380 is a @code{label_ref} that refers to the label to jump to.
4382 @cindex @code{jump} instruction pattern
4383 @item @samp{jump}
4384 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
4385 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
4386 on all machines.
4388 @cindex @code{call} instruction pattern
4389 @item @samp{call}
4390 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
4391 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
4392 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
4393 operands.
4395 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
4396 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
4397 to put this information into the assembler code; they can put it in
4398 the RTL instead of operand 1.
4400 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
4401 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
4402 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
4403 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
4404 instruction, the pattern for this operation should be a
4405 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
4406 address into a register and uses that register in the call instruction.
4408 @cindex @code{call_value} instruction pattern
4409 @item @samp{call_value}
4410 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
4411 register in which the value is returned.  There are three more
4412 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
4413 instruction (but with numbers increased by one).
4415 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
4416 insn.
4418 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
4419 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
4420 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
4421 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
4422 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
4423 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
4424 adjustment made to the frame pointer.
4426 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
4427 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
4428 can be eliminated, if desired.
4430 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
4431 @item @samp{untyped_call}
4432 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
4433 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
4434 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
4435 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
4436 the saving of a function return value into the result block.
4438 This instruction pattern should be defined to support
4439 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
4440 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
4441 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
4442 multiple registers that can hold a return value
4443 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
4445 @cindex @code{return} instruction pattern
4446 @item @samp{return}
4447 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
4448 defined only if a single instruction can do all the work of returning
4449 from a function.
4451 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
4452 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
4453 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
4454 some class of functions only requires one instruction to implement a
4455 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
4456 to save any registers or allocate stack space.
4458 @findex reload_completed
4459 @findex leaf_function_p
4460 For such machines, the condition specified in this pattern should only
4461 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
4462 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
4463 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
4464 a register window push is required.
4466 Machines that have conditional return instructions should define patterns
4467 such as
4469 @smallexample
4470 (define_insn ""
4471   [(set (pc)
4472         (if_then_else (match_operator
4473                          0 "comparison_operator"
4474                          [(cc0) (const_int 0)])
4475                       (return)
4476                       (pc)))]
4477   "@var{condition}"
4478   "@dots{}")
4479 @end smallexample
4481 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
4482 named @samp{return} pattern.
4484 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
4485 @item @samp{untyped_return}
4486 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
4487 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
4488 instructions are needed to return a value of any type.
4490 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
4491 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
4492 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
4493 the restoring of a function return value from the result block.
4495 @cindex @code{nop} instruction pattern
4496 @item @samp{nop}
4497 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
4498 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
4499 RTL pattern.
4501 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
4502 @item @samp{indirect_jump}
4503 An instruction to jump to an address which is operand zero.
4504 This pattern name is mandatory on all machines.
4506 @cindex @code{casesi} instruction pattern
4507 @item @samp{casesi}
4508 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
4509 This instruction takes five operands:
4511 @enumerate
4512 @item
4513 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
4515 @item
4516 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
4518 @item
4519 The total range of indices in the table---the largest index
4520 minus the smallest one (both inclusive).
4522 @item
4523 A label that precedes the table itself.
4525 @item
4526 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
4527 @end enumerate
4529 The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
4530 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
4531 difference between the upper bound and the lower bound.
4533 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
4534 @item @samp{tablejump}
4535 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
4536 capability which can be used to implement a dispatch table when there
4537 is no @samp{casesi} pattern.
4539 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
4540 which should immediately precede the jump table.  If the macro
4541 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
4542 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
4543 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
4544 mode @code{Pmode}.
4546 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
4547 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
4548 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
4549 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
4552 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
4553 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
4554 Conditional branch instruction that decrements a register and
4555 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
4556 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
4557 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
4559 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
4560 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
4561 reduction is enabled.
4563 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
4564 @item @samp{doloop_end}
4565 Conditional branch instruction that decrements a register and jumps if
4566 the register is nonzero.  This instruction takes five operands: Operand
4567 0 is the register to decrement and test; operand 1 is the number of loop
4568 iterations as a @code{const_int} or @code{const0_rtx} if this cannot be
4569 determined until run-time; operand 2 is the actual or estimated maximum
4570 number of iterations as a @code{const_int}; operand 3 is the number of
4571 enclosed loops as a @code{const_int} (an innermost loop has a value of
4572 1); operand 4 is the label to jump to if the register is nonzero.
4573 @xref{Looping Patterns}.
4575 This optional instruction pattern should be defined for machines with
4576 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
4577 modify suitable loops to utilize it.  If nested low-overhead looping is
4578 not supported, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
4579 and make the pattern fail if operand 3 is not @code{const1_rtx}.
4580 Similarly, if the actual or estimated maximum number of iterations is
4581 too large for this instruction, make it fail.
4583 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
4584 @item @samp{doloop_begin}
4585 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
4586 need to perform some initialization, such as loading special registers
4587 used by a low-overhead looping instruction.  If initialization insns do
4588 not always need to be emitted, use a @code{define_expand}
4589 (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
4592 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
4593 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
4594 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
4595 into operand 0.
4597 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
4598 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
4599 and also has mode @code{Pmode}.
4601 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
4602 the address of the function which would be called if the function
4603 pointer were used in an indirect call.
4605 Only define this pattern if function pointers on the target machine
4606 can have different values but still call the same function when
4607 used in an indirect call.
4609 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
4610 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
4611 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
4612 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
4613 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
4614 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
4615 @item @samp{save_stack_block}
4616 @itemx @samp{save_stack_function}
4617 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
4618 @itemx @samp{restore_stack_block}
4619 @itemx @samp{restore_stack_function}
4620 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
4621 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
4622 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
4623 such machines.
4625 Some machines require special handling for stack pointer saves and
4626 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
4627 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
4628 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
4629 saves and restores are:
4631 @enumerate
4632 @item
4633 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
4634 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
4635 restores the stack pointer when the block is exited.
4637 @item
4638 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
4639 similar job for the outermost block of a function and are used when the
4640 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
4641 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
4642 restore sequence on some machines.
4644 @item
4645 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
4646 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
4647 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
4648 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
4649 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
4650 and restoring additional data such as register window information or
4651 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
4652 such required data.
4653 @end enumerate
4655 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
4656 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
4657 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
4658 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
4659 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
4660 for a particular type of save (either because no save is needed or
4661 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
4662 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
4663 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
4664 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
4666 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
4667 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
4668 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
4670 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
4671 @item @samp{allocate_stack}
4672 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
4673 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
4675 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
4676 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
4677 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
4678 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
4679 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
4680 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
4681 stack is free.
4683 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
4684 Some machines require other operations such as stack probes or
4685 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
4686 operations in addition to updating the stack pointer.
4688 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
4689 @item @samp{check_stack}
4690 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
4691 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
4692 to perform the needed check and signaling an error if the stack
4693 has overflowed.  The single operand is the location in the stack furthest
4694 from the current stack pointer that you need to validate.  Normally,
4695 on machines where this pattern is needed, you would obtain the stack
4696 limit from a global or thread-specific variable or register.
4698 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
4699 @item @samp{nonlocal_goto}
4700 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
4701 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
4702 each representing a value to be used in the jump.  The first
4703 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
4704 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
4705 the third is the address of a location where the stack is saved,
4706 and the last is the address of the label, to be placed in the
4707 location for the incoming static chain.
4709 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
4710 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
4711 and static chain, restore the stack (using the
4712 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
4713 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
4714 not work on your machine.
4716 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
4717 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
4718 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
4719 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
4720 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
4721 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
4722 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
4723 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
4724 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
4725 There are no arguments.
4727 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
4728 @item @samp{exception_receiver}
4729 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
4730 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
4731 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
4732 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
4733 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
4734 an exception.  There are no arguments.
4736 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
4737 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
4738 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
4739 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
4740 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
4741 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
4742 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
4743 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
4744 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
4745 the first three are normally used by the generic mechanism.
4747 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
4748 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
4749 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
4750 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
4751 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
4752 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
4753 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
4754 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
4755 at a small offset from that label.
4757 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
4758 @item @samp{builtin_longjmp}
4759 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
4760 You will not normally need to define this pattern unless you also define
4761 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
4762 @code{jmp_buf}.
4764 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
4765 @item @samp{eh_return}
4766 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
4767 and thence the call frame exception handling library routines, are
4768 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
4769 the abnormal return path.
4771 The address of the exception handler to which the function should return
4772 is passed as operand to this pattern.  It will normally need to copied by
4773 the pattern to some special register or memory location.
4774 If the pattern needs to determine the location of the target call
4775 frame in order to do so, it may use @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX},
4776 if defined; it will have already been assigned.
4778 If this pattern is not defined, the default action will be to simply
4779 copy the return address to @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX}.  Either
4780 that macro or this pattern needs to be defined if call frame exception
4781 handling is to be used.
4783 @cindex @code{prologue} instruction pattern
4784 @anchor{prologue instruction pattern}
4785 @item @samp{prologue}
4786 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
4787 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
4788 pointer register, saving callee saved registers, etc.
4790 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
4791 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
4793 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
4794 instruction scheduling.
4796 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
4797 @anchor{epilogue instruction pattern}
4798 @item @samp{epilogue}
4799 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
4800 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
4801 registers and emitting the return instruction.
4803 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
4804 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
4806 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
4807 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
4809 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
4810 @item @samp{sibcall_epilogue}
4811 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
4812 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
4813 sibling call (aka tail call) sites.
4815 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
4816 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
4817 function.
4819 @cindex @code{trap} instruction pattern
4820 @item @samp{trap}
4821 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
4822 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
4823 front end to signal `invalid array index' exceptions.
4825 @cindex @code{conditional_trap} instruction pattern
4826 @item @samp{conditional_trap}
4827 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
4828 performs a comparison.  Operand 1 is the trap code, an integer.
4830 A typical @code{conditional_trap} pattern looks like
4832 @smallexample
4833 (define_insn "conditional_trap"
4834   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
4835              [(cc0) (const_int 0)])
4836             (match_operand 1 "const_int_operand" "i"))]
4837   ""
4838   "@dots{}")
4839 @end smallexample
4841 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
4842 @item @samp{prefetch}
4844 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
4845 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
4846 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
4847 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
4848 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
4849 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
4850 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
4851 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
4852 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
4854 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
4855 the values of operands 1 and 2.
4857 @cindex @code{blockage} instruction pattern
4858 @item @samp{blockage}
4860 This pattern defines a pseudo insn that prevents the instruction
4861 scheduler from moving instructions across the boundary defined by the
4862 blockage insn.  Normally an UNSPEC_VOLATILE pattern.
4864 @cindex @code{memory_barrier} instruction pattern
4865 @item @samp{memory_barrier}
4867 If the target memory model is not fully synchronous, then this pattern
4868 should be defined to an instruction that orders both loads and stores
4869 before the instruction with respect to loads and stores after the instruction.
4870 This pattern has no operands.
4872 @cindex @code{sync_compare_and_swap@var{mode}} instruction pattern
4873 @item @samp{sync_compare_and_swap@var{mode}}
4875 This pattern, if defined, emits code for an atomic compare-and-swap
4876 operation.  Operand 1 is the memory on which the atomic operation is
4877 performed.  Operand 2 is the ``old'' value to be compared against the
4878 current contents of the memory location.  Operand 3 is the ``new'' value
4879 to store in the memory if the compare succeeds.  Operand 0 is the result
4880 of the operation; it should contain the contents of the memory
4881 before the operation.  If the compare succeeds, this should obviously be
4882 a copy of operand 2.
4884 This pattern must show that both operand 0 and operand 1 are modified.
4886 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
4887 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
4888 operation and all memory operations after the atomic operation occur
4889 after the atomic operation.
4891 @cindex @code{sync_compare_and_swap_cc@var{mode}} instruction pattern
4892 @item @samp{sync_compare_and_swap_cc@var{mode}}
4894 This pattern is just like @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}, except
4895 it should act as if compare part of the compare-and-swap were issued via
4896 @code{cmp@var{m}}.  This comparison will only be used with @code{EQ} and
4897 @code{NE} branches and @code{setcc} operations.
4899 Some targets do expose the success or failure of the compare-and-swap
4900 operation via the status flags.  Ideally we wouldn't need a separate
4901 named pattern in order to take advantage of this, but the combine pass
4902 does not handle patterns with multiple sets, which is required by
4903 definition for @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}.
4905 @cindex @code{sync_add@var{mode}} instruction pattern
4906 @cindex @code{sync_sub@var{mode}} instruction pattern
4907 @cindex @code{sync_ior@var{mode}} instruction pattern
4908 @cindex @code{sync_and@var{mode}} instruction pattern
4909 @cindex @code{sync_xor@var{mode}} instruction pattern
4910 @cindex @code{sync_nand@var{mode}} instruction pattern
4911 @item @samp{sync_add@var{mode}}, @samp{sync_sub@var{mode}}
4912 @itemx @samp{sync_ior@var{mode}}, @samp{sync_and@var{mode}}
4913 @itemx @samp{sync_xor@var{mode}}, @samp{sync_nand@var{mode}}
4915 These patterns emit code for an atomic operation on memory.
4916 Operand 0 is the memory on which the atomic operation is performed.
4917 Operand 1 is the second operand to the binary operator.
4919 The ``nand'' operation is @code{~op0 & op1}.
4921 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
4922 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
4923 operation and all memory operations after the atomic operation occur
4924 after the atomic operation.
4926 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
4927 from a compare-and-swap operation, if defined.
4929 @cindex @code{sync_old_add@var{mode}} instruction pattern
4930 @cindex @code{sync_old_sub@var{mode}} instruction pattern
4931 @cindex @code{sync_old_ior@var{mode}} instruction pattern
4932 @cindex @code{sync_old_and@var{mode}} instruction pattern
4933 @cindex @code{sync_old_xor@var{mode}} instruction pattern
4934 @cindex @code{sync_old_nand@var{mode}} instruction pattern
4935 @item @samp{sync_old_add@var{mode}}, @samp{sync_old_sub@var{mode}}
4936 @itemx @samp{sync_old_ior@var{mode}}, @samp{sync_old_and@var{mode}}
4937 @itemx @samp{sync_old_xor@var{mode}}, @samp{sync_old_nand@var{mode}}
4939 These patterns are emit code for an atomic operation on memory,
4940 and return the value that the memory contained before the operation.
4941 Operand 0 is the result value, operand 1 is the memory on which the
4942 atomic operation is performed, and operand 2 is the second operand
4943 to the binary operator.
4945 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
4946 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
4947 operation and all memory operations after the atomic operation occur
4948 after the atomic operation.
4950 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
4951 from a compare-and-swap operation, if defined.
4953 @cindex @code{sync_new_add@var{mode}} instruction pattern
4954 @cindex @code{sync_new_sub@var{mode}} instruction pattern
4955 @cindex @code{sync_new_ior@var{mode}} instruction pattern
4956 @cindex @code{sync_new_and@var{mode}} instruction pattern
4957 @cindex @code{sync_new_xor@var{mode}} instruction pattern
4958 @cindex @code{sync_new_nand@var{mode}} instruction pattern
4959 @item @samp{sync_new_add@var{mode}}, @samp{sync_new_sub@var{mode}}
4960 @itemx @samp{sync_new_ior@var{mode}}, @samp{sync_new_and@var{mode}}
4961 @itemx @samp{sync_new_xor@var{mode}}, @samp{sync_new_nand@var{mode}}
4963 These patterns are like their @code{sync_old_@var{op}} counterparts,
4964 except that they return the value that exists in the memory location
4965 after the operation, rather than before the operation.
4967 @cindex @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}} instruction pattern
4968 @item @samp{sync_lock_test_and_set@var{mode}}
4970 This pattern takes two forms, based on the capabilities of the target.
4971 In either case, operand 0 is the result of the operand, operand 1 is
4972 the memory on which the atomic operation is performed, and operand 2
4973 is the value to set in the lock.
4975 In the ideal case, this operation is an atomic exchange operation, in
4976 which the previous value in memory operand is copied into the result
4977 operand, and the value operand is stored in the memory operand.
4979 For less capable targets, any value operand that is not the constant 1
4980 should be rejected with @code{FAIL}.  In this case the target may use
4981 an atomic test-and-set bit operation.  The result operand should contain
4982 1 if the bit was previously set and 0 if the bit was previously clear.
4983 The true contents of the memory operand are implementation defined.
4985 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
4986 pattern as a whole acts as an acquire barrier, that is all memory
4987 operations after the pattern do not occur until the lock is acquired.
4989 If this pattern is not defined, the operation will be constructed from
4990 a compare-and-swap operation, if defined.
4992 @cindex @code{sync_lock_release@var{mode}} instruction pattern
4993 @item @samp{sync_lock_release@var{mode}}
4995 This pattern, if defined, releases a lock set by
4996 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}.  Operand 0 is the memory
4997 that contains the lock; operand 1 is the value to store in the lock.
4999 If the target doesn't implement full semantics for
5000 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}, any value operand which is not
5001 the constant 0 should be rejected with @code{FAIL}, and the true contents
5002 of the memory operand are implementation defined.
5004 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
5005 pattern as a whole acts as a release barrier, that is the lock is
5006 released only after all previous memory operations have completed.
5008 If this pattern is not defined, then a @code{memory_barrier} pattern
5009 will be emitted, followed by a store of the value to the memory operand.
5011 @cindex @code{stack_protect_set} instruction pattern
5012 @item @samp{stack_protect_set}
5014 This pattern, if defined, moves a @code{Pmode} value from the memory
5015 in operand 1 to the memory in operand 0 without leaving the value in
5016 a register afterward.  This is to avoid leaking the value some place
5017 that an attacker might use to rewrite the stack guard slot after
5018 having clobbered it.
5020 If this pattern is not defined, then a plain move pattern is generated.
5022 @cindex @code{stack_protect_test} instruction pattern
5023 @item @samp{stack_protect_test}
5025 This pattern, if defined, compares a @code{Pmode} value from the
5026 memory in operand 1 with the memory in operand 0 without leaving the
5027 value in a register afterward and branches to operand 2 if the values
5028 weren't equal.
5030 If this pattern is not defined, then a plain compare pattern and
5031 conditional branch pattern is used.
5033 @end table
5035 @end ifset
5036 @c Each of the following nodes are wrapped in separate
5037 @c "@ifset INTERNALS" to work around memory limits for the default
5038 @c configuration in older tetex distributions.  Known to not work:
5039 @c tetex-1.0.7, known to work: tetex-2.0.2.
5040 @ifset INTERNALS
5041 @node Pattern Ordering
5042 @section When the Order of Patterns Matters
5043 @cindex Pattern Ordering
5044 @cindex Ordering of Patterns
5046 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
5047 pattern that appears first in the machine description is the one used.
5048 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
5049 and faster instructions (those that will produce better code when they
5050 do match) should usually go first in the description.
5052 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
5053 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
5054 instruction for converting a fullword to floating point and another
5055 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
5056 an integer to floating point could match either one.  We put the
5057 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
5058 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
5059 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
5060 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
5061 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
5062 constant value.
5064 @end ifset
5065 @ifset INTERNALS
5066 @node Dependent Patterns
5067 @section Interdependence of Patterns
5068 @cindex Dependent Patterns
5069 @cindex Interdependence of Patterns
5071 Every machine description must have a named pattern for each of the
5072 conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
5073 must always have the form
5075 @smallexample
5076 (set (pc)
5077      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
5078                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
5079                    (pc)))
5080 @end smallexample
5082 @noindent
5083 In addition, every machine description must have an anonymous pattern
5084 for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
5085 look like
5087 @smallexample
5088 (set (pc)
5089      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
5090                    (pc)
5091                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
5092 @end smallexample
5094 @noindent
5095 They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
5096 branches into reverse-conditional branches.
5098 It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
5099 reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
5100 example,
5102 @smallexample
5103 (define_insn ""
5104   [(set (pc)
5105         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
5106                                       [(cc0) (const_int 0)])
5107                       (pc)
5108                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
5109   "@var{condition}"
5110   "@dots{}")
5111 @end smallexample
5113 In some cases machines support instructions identical except for the
5114 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
5115 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
5116 patterns are
5118 @smallexample
5119 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
5120      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
5122 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
5123      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
5124 @end smallexample
5126 @noindent
5127 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
5128 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
5129 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
5130 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
5131 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
5132 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
5134 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
5135 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
5136 compilations.
5138 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
5139 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
5140 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
5141 you should not provide separate patterns for increment and decrement
5142 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
5143 that supports register-register add insns by examining the operands and
5144 generating the appropriate machine instruction.
5146 @end ifset
5147 @ifset INTERNALS
5148 @node Jump Patterns
5149 @section Defining Jump Instruction Patterns
5150 @cindex jump instruction patterns
5151 @cindex defining jump instruction patterns
5153 For most machines, GCC assumes that the machine has a condition code.
5154 A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
5155 signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
5156 insn tests the condition code and branches or not according its value.
5157 The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
5158 common machines, such as the VAX, the 68000 and the 32000, work this
5159 way.
5161 Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
5162 only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
5163 these machines is to treat them just like the others until the final stage
5164 where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
5165 compare instruction, peek ahead at the following branch using
5166 @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
5167 being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
5168 the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
5169 otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
5170 can treat signed and unsigned branches identically.
5172 The reason you can do this is that GCC always generates a pair of
5173 consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
5174 set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
5175 until the end.
5177 To go with this technique, you must define the machine-description macro
5178 @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
5179 compare instruction is superfluous.
5181 Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
5182 A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
5183 compare instruction, record its operands in two static variables.  When
5184 outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
5185 output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
5187 It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
5188 In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
5189 will be combined according to these patterns.  But this does not happen
5190 if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
5191 above in addition to any special patterns you define.
5193 In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
5194 code and there may not even be a separate condition code register.  On
5195 these machines, the restriction that the definition and use of the
5196 condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
5197 important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
5198 delay for taken branches unless the condition code register is set three
5199 instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
5200 scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
5201 separate the definition and use of the condition code register.
5203 On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
5204 to represent the condition code.  If there is a specific condition code
5205 register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
5206 comparison result can be placed in any general register, or if there are
5207 multiple condition registers, use a pseudo register.
5209 @findex prev_cc0_setter
5210 @findex next_cc0_user
5211 On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
5212 the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
5213 SPARC, setting the condition code directly from an add or subtract
5214 instruction does not clear the overflow bit the way that a test
5215 instruction does, so a different branch instruction must be used for
5216 some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
5217 and use of the condition code must be adjacent (separated only by
5218 @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
5219 (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
5220 located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
5221 and @code{next_cc0_user}.
5223 However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
5224 those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
5225 compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
5226 we use the machine mode of the condition code register to record
5227 different formats of the condition code register.
5229 Registers used to store the condition code value should have a mode that
5230 is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
5231 additional modes are required (as for the add example mentioned above in
5232 the SPARC), define them in @file{@var{machine}-modes.def}
5233 (@pxref{Condition Code}).  Also define @code{SELECT_CC_MODE} to choose
5234 a mode given an operand of a compare.
5236 If it is known during RTL generation that a different mode will be
5237 required (for example, if the machine has separate compare instructions
5238 for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
5239 be specified at that time.
5241 If the cases that require different modes would be made by instruction
5242 combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
5243 mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
5244 written using that mode.  To support the case of the add on the SPARC
5245 discussed above, we have the pattern
5247 @smallexample
5248 (define_insn ""
5249   [(set (reg:CC_NOOV 0)
5250         (compare:CC_NOOV
5251           (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
5252                    (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
5253           (const_int 0)))]
5254   ""
5255   "@dots{}")
5256 @end smallexample
5258 The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the SPARC returns @code{CC_NOOVmode}
5259 for comparisons whose argument is a @code{plus}.
5261 @end ifset
5262 @ifset INTERNALS
5263 @node Looping Patterns
5264 @section Defining Looping Instruction Patterns
5265 @cindex looping instruction patterns
5266 @cindex defining looping instruction patterns
5268 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
5269 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
5270 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
5271 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
5272 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
5273 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
5274 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
5275 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
5276 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
5277 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
5278 the jump.
5280 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
5281 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
5282 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
5283 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
5284 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
5285 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
5286 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
5287 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
5288 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
5289 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
5290 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
5291 following for its @code{dbra} instruction:
5293 @smallexample
5294 @group
5295 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
5296   [(set (pc)
5297         (if_then_else
5298           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
5299                        (const_int -1))
5300               (const_int 0))
5301           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
5302           (pc)))
5303    (set (match_dup 0)
5304         (plus:SI (match_dup 0)
5305                  (const_int -1)))]
5306   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
5307   "@dots{}")
5308 @end group
5309 @end smallexample
5311 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
5312 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
5313 since this insn is generated by the instruction combination phase
5314 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
5315 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
5316 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
5317 pattern will not be matched by the combiner.
5319 @smallexample
5320 @group
5321 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
5322   [(set (pc)
5323         (if_then_else
5324           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
5325               (const_int 1))
5326           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
5327           (pc)))
5328    (set (match_dup 0)
5329         (plus:SI (match_dup 0)
5330                  (const_int -1)))]
5331   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
5332   "@dots{}")
5333 @end group
5334 @end smallexample
5336 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
5337 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
5338 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
5339 information collected during strength reduction.
5341 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
5342 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
5343 is an optional companion pattern that can be used for initialization
5344 needed for some low-overhead looping instructions.
5346 Note that some machines require the actual looping instruction to be
5347 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
5348 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
5349 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
5350 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
5351 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
5352 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
5353 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
5354 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
5355 desired special iteration counter register was not allocated, this
5356 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
5357 instruction pair.
5359 The essential difference between the
5360 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
5361 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
5362 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
5363 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
5364 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
5365 may become redundant and removed by the flow pass.
5368 @end ifset
5369 @ifset INTERNALS
5370 @node Insn Canonicalizations
5371 @section Canonicalization of Instructions
5372 @cindex canonicalization of instructions
5373 @cindex insn canonicalization
5375 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
5376 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
5377 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
5378 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
5379 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
5380 number of insn patterns required.
5382 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
5383 are performed:
5385 @itemize @bullet
5386 @item
5387 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
5388 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
5389 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
5390 be supplied.
5392 @item
5393 For associative operators, a sequence of operators will always chain
5394 to the left; for instance, only the left operand of an integer @code{plus}
5395 can itself be a @code{plus}.  @code{and}, @code{ior}, @code{xor},
5396 @code{plus}, @code{mult}, @code{smin}, @code{smax}, @code{umin}, and
5397 @code{umax} are associative when applied to integers, and sometimes to
5398 floating-point.
5400 @item
5401 @cindex @code{neg}, canonicalization of
5402 @cindex @code{not}, canonicalization of
5403 @cindex @code{mult}, canonicalization of
5404 @cindex @code{plus}, canonicalization of
5405 @cindex @code{minus}, canonicalization of
5406 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
5407 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
5408 first operand.
5410 @item
5411 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
5412 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
5413 the operations as far as possible.  For instance,
5414 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
5415 @code{(plus (mult (neg A) B) C)} is canonicalized as
5416 @code{(minus A (mult B C))}.
5418 @cindex @code{compare}, canonicalization of
5419 @item
5420 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
5421 on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
5422 machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
5423 a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
5424 cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
5425 matching a constant as the first operand unless the machine actually has
5426 such an instruction.
5428 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
5429 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
5430 above.
5432 @item
5433 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
5434 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
5436 @item
5437 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
5438 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
5440 @cindex @code{ior}, canonicalization of
5441 @cindex @code{and}, canonicalization of
5442 @cindex De Morgan's law
5443 @item
5444 De Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
5445 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
5446 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
5448 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
5449 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
5450 for that instruction as
5452 @smallexample
5453 (define_insn ""
5454   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
5455         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
5456                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
5457   "@dots{}"
5458   "@dots{}")
5459 @end smallexample
5461 @noindent
5462 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
5464 @smallexample
5465 (define_insn ""
5466   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
5467         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
5468                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
5469   "@dots{}"
5470   "@dots{}")
5471 @end smallexample
5473 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
5474 logically equivalent RTL expressions.
5476 @cindex @code{xor}, canonicalization of
5477 @item
5478 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
5479 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
5480 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
5482 @item
5483 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
5484 the form
5486 @smallexample
5487 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
5488 @end smallexample
5490 @item
5491 On machines that do not use @code{cc0},
5492 @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
5493 @var{x}.
5495 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
5496 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
5497 @item
5498 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
5499 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
5500 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
5502 @end itemize
5504 Further canonicalization rules are defined in the function
5505 @code{commutative_operand_precedence} in @file{gcc/rtlanal.c}.
5507 @end ifset
5508 @ifset INTERNALS
5509 @node Expander Definitions
5510 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
5511 @cindex expander definitions
5512 @cindex code generation RTL sequences
5513 @cindex defining RTL sequences for code generation
5515 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
5516 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
5517 represent them.  For these target machines, you can write a
5518 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
5520 @findex define_expand
5521 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
5522 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
5523 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
5525 A @code{define_expand} RTX has four operands:
5527 @itemize @bullet
5528 @item
5529 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
5530 use for it is to refer to it by name.
5532 @item
5533 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
5534 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
5535 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
5537 @item
5538 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
5539 used to express how the availability of this pattern depends on
5540 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
5541 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
5542 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
5543 depend on the data in the insn being matched, but only the
5544 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
5545 during initialization in order to learn exactly which named instructions
5546 are available in a particular run.
5548 @item
5549 The preparation statements, a string containing zero or more C
5550 statements which are to be executed before RTL code is generated from
5551 the RTL template.
5553 Usually these statements prepare temporary registers for use as
5554 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
5555 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
5556 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
5557 @end itemize
5559 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
5560 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
5561 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
5564 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
5565 also describes the operands that need to be specified when this pattern
5566 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
5568 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
5569 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
5570 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
5571 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
5572 information to preload the operand into a register if that is required for
5573 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
5574 references should use @code{match_dup}.
5576 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
5577 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
5578 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
5579 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
5580 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
5581 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
5582 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
5583 compute the values and store them into the appropriate elements of
5584 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
5586 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
5587 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
5588 as a statement.
5590 @table @code
5592 @findex DONE
5593 @item DONE
5594 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
5595 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
5596 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
5597 preparation statements; the RTL template will not be generated.
5599 @findex FAIL
5600 @item FAIL
5601 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
5602 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
5603 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
5605 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
5606 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
5607 operations.
5608 @end table
5610 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
5611 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
5612 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
5613 insn.
5615 The RTL template is not used for matching, only for generating the
5616 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
5617 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
5618 list of operands, such as this example:
5620 @smallexample
5621 @group
5622 (define_expand "addsi3"
5623   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5624    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
5625    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
5626 @end group
5627 @group
5628   ""
5629   "
5631   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
5632   DONE;
5633 @}")
5634 @end group
5635 @end smallexample
5637 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
5639 @smallexample
5640 @group
5641 (define_expand "ashlsi3"
5642   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5643         (ashift:SI
5644 @end group
5645 @group
5646           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
5647           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
5648   ""
5649   "
5650 @end group
5651 @end smallexample
5653 @smallexample
5654 @group
5656   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
5657       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
5658     FAIL;
5659 @}")
5660 @end group
5661 @end smallexample
5663 @noindent
5664 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
5665 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
5666 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
5667 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
5668 library call).
5670 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
5671 patterns with names, then it would be possible to use a
5672 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
5673 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
5675 @smallexample
5676 (define_expand "zero_extendhisi2"
5677   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
5678         (const_int 0))
5679    (set (strict_low_part
5680           (subreg:HI
5681             (match_dup 0)
5682             0))
5683         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
5684   ""
5685   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
5686 @end smallexample
5688 @noindent
5689 @findex make_safe_from
5690 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
5691 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
5692 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
5693 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
5694 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
5695 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
5696 by emitting another RTL insn.
5698 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
5699 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
5700 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
5701 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
5702 on this machine.  So it must be copied into a register with
5703 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
5705 @smallexample
5706 (define_expand "zero_extendhisi2"
5707   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5708         (and:SI (subreg:SI
5709                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
5710                   0)
5711                 (match_dup 2)))]
5712   ""
5713   "operands[2]
5714      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
5715 @end smallexample
5717 @emph{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
5718 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
5719 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
5720 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
5721 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
5722 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
5723 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
5724 in the compiler.
5726 @end ifset
5727 @ifset INTERNALS
5728 @node Insn Splitting
5729 @section Defining How to Split Instructions
5730 @cindex insn splitting
5731 @cindex instruction splitting
5732 @cindex splitting instructions
5734 There are two cases where you should specify how to split a pattern
5735 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
5736 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
5737 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
5738 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
5739 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
5740 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
5741 cannot be placed into a delay slot.
5743 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
5744 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
5745 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
5746 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
5747 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
5748 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
5749 scheduling.
5751 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
5752 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
5753 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
5754 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
5755 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
5756 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
5757 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
5758 split the addition into two insns is machine-dependent.
5760 @findex define_split
5761 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
5762 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
5764 @smallexample
5765 (define_split
5766   [@var{insn-pattern}]
5767   "@var{condition}"
5768   [@var{new-insn-pattern-1}
5769    @var{new-insn-pattern-2}
5770    @dots{}]
5771   "@var{preparation-statements}")
5772 @end smallexample
5774 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
5775 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
5776 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
5777 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
5778 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
5779 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
5781 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
5782 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
5783 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
5784 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
5785 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
5786 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
5787 must not allocate any space in the stack frame.
5789 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
5790 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
5791 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
5792 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
5793 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
5794 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
5795 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
5796 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
5797 of those definitions.
5799 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
5800 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
5801 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
5803 @smallexample
5804 (define_split
5805   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
5806         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
5807   ""
5808   [(set (match_dup 0)
5809         (ashift:SI (match_dup 1)
5810                    (const_int 16)))
5811    (set (match_dup 0)
5812         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
5813                      (const_int 16)))]
5814   "
5815 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
5816 @end smallexample
5818 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
5819 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
5820 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
5821 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
5822 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
5823 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
5824 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
5825 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
5826 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
5827 @code{define_split} that will never produce insns that match).
5829 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
5830 @file{rs6000.md}:
5832 @smallexample
5833 (define_split
5834   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
5835         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
5836                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
5837   ""
5838   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
5839    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
5842   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
5843   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
5845   if (low & 0x8000)
5846     high++, low |= 0xffff0000;
5848   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
5849   operands[4] = GEN_INT (low);
5850 @}")
5851 @end smallexample
5853 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
5854 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
5855 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
5856 can be substituted into the address of a subsequent operation.
5858 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
5859 an equality comparison of a register and a large constant:
5861 @smallexample
5862 (define_split
5863   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
5864         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
5865                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
5866    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
5867   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
5868    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
5869        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
5870   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
5871    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
5872   "
5874   /* @r{Get the constant we are comparing against, C, and see what it
5875      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
5876      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.}  */
5878   int c = INTVAL (operands[2]);
5879   int sextc = (c << 16) >> 16;
5880   int xorv = c ^ sextc;
5882   operands[4] = GEN_INT (xorv);
5883   operands[5] = GEN_INT (sextc);
5884 @}")
5885 @end smallexample
5887 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
5888 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
5889 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
5890 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
5891 are not valid.
5893 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
5894 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
5895 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
5896 several restriction apply.
5898 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
5899 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
5900 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
5901 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
5902 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
5903 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump.  A global variable
5904 @code{split_branch_probability} holds the probability of the original branch in case
5905 it was an simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
5906 recomputing of edge frequencies, the new sequence is required to have only
5907 forward jumps to the newly created labels.
5909 @findex define_insn_and_split
5910 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
5911 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
5912 this:
5914 @smallexample
5915 (define_insn_and_split
5916   [@var{insn-pattern}]
5917   "@var{condition}"
5918   "@var{output-template}"
5919   "@var{split-condition}"
5920   [@var{new-insn-pattern-1}
5921    @var{new-insn-pattern-2}
5922    @dots{}]
5923   "@var{preparation-statements}"
5924   [@var{insn-attributes}])
5926 @end smallexample
5928 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
5929 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
5930 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
5931 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
5932 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
5933 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
5934 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
5935 from i386.md:
5937 @smallexample
5938 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
5939   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
5940      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
5941    (clobber (reg:CC 17))]
5942   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
5943   "#"
5944   "&& reload_completed"
5945   [(parallel [(set (match_dup 0)
5946                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
5947               (clobber (reg:CC 17))])]
5948   ""
5949   [(set_attr "type" "alu1")])
5951 @end smallexample
5953 In this case, the actual split condition will be
5954 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
5956 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
5957 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
5958 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
5959 having to ensure the two patterns' templates match.
5961 @end ifset
5962 @ifset INTERNALS
5963 @node Including Patterns
5964 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
5965 @cindex insn includes
5967 @findex include
5968 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
5969 look for patterns that are in files other than in the file
5970 @file{.md}.  This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
5972 It looks like:
5974 @smallexample
5976 (include
5977   @var{pathname})
5978 @end smallexample
5980 For example:
5982 @smallexample
5984 (include "filestuff")
5986 @end smallexample
5988 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
5989 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}.  The
5990 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
5993 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
5994 and placed into subdirectories.
5996 By specifying:
5998 @smallexample
6000 (include "BOGUS/filestuff")
6002 @end smallexample
6004 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
6006 Specifying an absolute path for the include file such as;
6007 @smallexample
6009 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
6011 @end smallexample
6012 is permitted but is not encouraged.
6014 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
6015 @cindex directory options .md
6016 @cindex options, directory search
6017 @cindex search options
6019 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
6020 For example:
6022 @smallexample
6024 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
6026 @end smallexample
6029 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
6030 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
6031 file, substituting your own version, since these directories are
6032 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
6033 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
6034 order; the standard default directory come after.
6037 @end ifset
6038 @ifset INTERNALS
6039 @node Peephole Definitions
6040 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
6041 @cindex peephole optimizer definitions
6042 @cindex defining peephole optimizers
6044 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
6045 definitions of machine-specific peephole optimizations.
6047 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
6048 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
6049 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
6050 though the second one does not appear to use a register computed in the
6051 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
6052 opportunities.
6054 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
6055 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
6056 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
6057 is deprecated.
6059 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
6060 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
6061 but before scheduling, which may result in much better code for
6062 targets that do scheduling.
6064 @menu
6065 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
6066 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
6067 @end menu
6069 @end ifset
6070 @ifset INTERNALS
6071 @node define_peephole
6072 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
6073 @findex define_peephole
6075 @need 1000
6076 A definition looks like this:
6078 @smallexample
6079 (define_peephole
6080   [@var{insn-pattern-1}
6081    @var{insn-pattern-2}
6082    @dots{}]
6083   "@var{condition}"
6084   "@var{template}"
6085   "@var{optional-insn-attributes}")
6086 @end smallexample
6088 @noindent
6089 The last string operand may be omitted if you are not using any
6090 machine-specific information in this machine description.  If present,
6091 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
6093 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
6094 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
6095 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
6096 the next, and so on.
6098 Each of the insns matched by a peephole must also match a
6099 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
6100 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
6101 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
6102 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
6103 stages.
6105 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
6106 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
6107 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
6108 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
6109 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
6110 other.
6112 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
6113 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
6114 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
6115 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
6116 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
6118 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
6119 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
6120 previously tested.
6122 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
6123 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
6124 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
6125 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
6126 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
6127 patterns.
6129 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
6130 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
6131 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
6132 the operands.
6134 @findex prev_active_insn
6135 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
6136 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
6137 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
6138 to refer to the last of the insns being matched; use
6139 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
6141 @findex dead_or_set_p
6142 When optimizing computations with intermediate results, you can use
6143 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
6144 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
6145 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
6146 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
6147 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
6148 value (from @code{operands[@var{i}]}).
6150 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
6151 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
6152 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
6153 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
6154 used in matching the original sequence of insns.
6156 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
6157 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
6158 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
6159 as the insn pattern to control how the insn is output.
6161 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
6162 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
6164 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
6166 @smallexample
6167 (define_peephole
6168   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
6169    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
6170         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
6171   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
6173   rtx xoperands[2];
6174   xoperands[1] = gen_rtx_REG (SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
6175 #ifdef MOTOROLA
6176   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
6177   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
6178   return "fmove.d (sp)+,%0";
6179 #else
6180   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
6181   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
6182   return "fmoved sp@@+,%0";
6183 #endif
6185 @end smallexample
6187 @need 1000
6188 The effect of this optimization is to change
6190 @smallexample
6191 @group
6192 jbsr _foobar
6193 addql #4,sp
6194 movel d1,sp@@-
6195 movel d0,sp@@-
6196 fmoved sp@@+,fp0
6197 @end group
6198 @end smallexample
6200 @noindent
6201 into
6203 @smallexample
6204 @group
6205 jbsr _foobar
6206 movel d1,sp@@
6207 movel d0,sp@@-
6208 fmoved sp@@+,fp0
6209 @end group
6210 @end smallexample
6212 @ignore
6213 @findex CC_REVERSED
6214 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
6215 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
6216 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
6217 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
6218 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
6219 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
6220 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
6221 and in this C code check the condition code status flags and change the
6222 assembler code as appropriate.
6223 @end ignore
6225 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
6226 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
6227 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
6228 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
6229 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
6230 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
6231 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
6232 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
6233 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
6235 @smallexample
6236 (define_insn "divmodsi4"
6237   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
6238         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
6239                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
6240    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
6241         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
6242   "TARGET_68020"
6243   "divsl%.l %2,%3:%0")
6244 @end smallexample
6246 @noindent
6247 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
6249 @smallexample
6250 (define_peephole
6251   [@dots{}
6252    (parallel
6253     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
6254           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
6255                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
6256      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
6257           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
6258    @dots{}]
6259   @dots{})
6260 @end smallexample
6262 @end ifset
6263 @ifset INTERNALS
6264 @node define_peephole2
6265 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
6266 @findex define_peephole2
6268 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
6269 substitute one sequence of instructions for another sequence,
6270 what additional scratch registers may be needed and what their
6271 lifetimes must be.
6273 @smallexample
6274 (define_peephole2
6275   [@var{insn-pattern-1}
6276    @var{insn-pattern-2}
6277    @dots{}]
6278   "@var{condition}"
6279   [@var{new-insn-pattern-1}
6280    @var{new-insn-pattern-2}
6281    @dots{}]
6282   "@var{preparation-statements}")
6283 @end smallexample
6285 The definition is almost identical to @code{define_split}
6286 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
6287 single instruction, but a sequence of instructions.
6289 It is possible to request additional scratch registers for use in the
6290 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
6291 will simply not match.
6293 @findex match_scratch
6294 @findex match_dup
6295 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
6296 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
6297 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
6298 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
6299 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
6300 at which the register must be available.
6302 Here is an example from the IA-32 machine description:
6304 @smallexample
6305 (define_peephole2
6306   [(match_scratch:SI 2 "r")
6307    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
6308                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
6309                      [(match_dup 0)
6310                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
6311               (clobber (reg:CC 17))])]
6312   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
6313   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
6314    (parallel [(set (match_dup 0)
6315                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
6316               (clobber (reg:CC 17))])]
6317   "")
6318 @end smallexample
6320 @noindent
6321 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
6322 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
6323 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
6324 to be live only at the point just before the arithmetic.
6326 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
6327 so here's a silly made-up example:
6329 @smallexample
6330 (define_peephole2
6331   [(match_scratch:SI 4 "r")
6332    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
6333    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
6334    (match_dup 4)
6335    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
6336   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
6337   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
6338    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
6339    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
6340    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
6341   "")
6342 @end smallexample
6344 @noindent
6345 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
6346 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
6347 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
6349 @end ifset
6350 @ifset INTERNALS
6351 @node Insn Attributes
6352 @section Instruction Attributes
6353 @cindex insn attributes
6354 @cindex instruction attributes
6356 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
6357 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
6358 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
6359 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
6360 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
6361 to track the condition codes.
6363 @menu
6364 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
6365 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
6366 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
6367 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
6368 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
6369 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
6370 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
6371 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
6372 @end menu
6374 @end ifset
6375 @ifset INTERNALS
6376 @node Defining Attributes
6377 @subsection Defining Attributes and their Values
6378 @cindex defining attributes and their values
6379 @cindex attributes, defining
6381 @findex define_attr
6382 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
6383 by the target machine.  It looks like:
6385 @smallexample
6386 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
6387 @end smallexample
6389 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
6391 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
6392 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
6393 indicate that the attribute takes numeric values.
6395 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
6396 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
6397 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
6398 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
6399 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
6401 @findex insn-attr.h
6402 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
6403 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
6404 specified for an attribute, the following are defined:
6406 @itemize @bullet
6407 @item
6408 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
6410 @item
6411 An enumerated class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
6412 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
6413 the attribute name and value are first converted to uppercase.
6415 @item
6416 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
6417 returns the attribute value for that insn.
6418 @end itemize
6420 For example, if the following is present in the @file{md} file:
6422 @smallexample
6423 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
6424 @end smallexample
6426 @noindent
6427 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
6429 @smallexample
6430 #define HAVE_ATTR_type
6431 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
6432                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
6433 extern enum attr_type get_attr_type ();
6434 @end smallexample
6436 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
6437 defined and the function to obtain the attribute's value will return
6438 @code{int}.
6440 @end ifset
6441 @ifset INTERNALS
6442 @node Expressions
6443 @subsection Attribute Expressions
6444 @cindex attribute expressions
6446 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
6447 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
6448 Attribute value expressions must have one of the following forms:
6450 @table @code
6451 @cindex @code{const_int} and attributes
6452 @item (const_int @var{i})
6453 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
6454 must be non-negative.
6456 The value of a numeric attribute can be specified either with a
6457 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
6458 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
6459 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
6460 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
6462 @cindex @code{const_string} and attributes
6463 @item (const_string @var{value})
6464 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
6465 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
6466 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
6467 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
6468 of a @code{define_attr}.
6470 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
6471 must be a string containing a non-negative integer (normally
6472 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
6473 contain one of the valid values for the attribute.
6475 @cindex @code{if_then_else} and attributes
6476 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
6477 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
6478 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
6479 otherwise it is @var{false-value}.
6481 @cindex @code{cond} and attributes
6482 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
6483 The first operand of this expression is a vector containing an even
6484 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
6485 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
6486 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
6487 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
6488 expression is that of the @var{default} expression.
6489 @end table
6491 @var{test} expressions can have one of the following forms:
6493 @table @code
6494 @cindex @code{const_int} and attribute tests
6495 @item (const_int @var{i})
6496 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
6498 @cindex @code{not} and attributes
6499 @cindex @code{ior} and attributes
6500 @cindex @code{and} and attributes
6501 @item (not @var{test})
6502 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
6503 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
6504 These tests are true if the indicated logical function is true.
6506 @cindex @code{match_operand} and attributes
6507 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
6508 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
6509 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
6510 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
6511 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
6512 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
6513 string).
6515 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
6517 @cindex @code{le} and attributes
6518 @cindex @code{leu} and attributes
6519 @cindex @code{lt} and attributes
6520 @cindex @code{gt} and attributes
6521 @cindex @code{gtu} and attributes
6522 @cindex @code{ge} and attributes
6523 @cindex @code{geu} and attributes
6524 @cindex @code{ne} and attributes
6525 @cindex @code{eq} and attributes
6526 @cindex @code{plus} and attributes
6527 @cindex @code{minus} and attributes
6528 @cindex @code{mult} and attributes
6529 @cindex @code{div} and attributes
6530 @cindex @code{mod} and attributes
6531 @cindex @code{abs} and attributes
6532 @cindex @code{neg} and attributes
6533 @cindex @code{ashift} and attributes
6534 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
6535 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
6536 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
6537 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
6538 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
6539 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
6540 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
6541 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
6542 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
6543 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
6544 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
6545 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
6546 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
6547 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
6548 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
6549 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
6550 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
6552 @findex get_attr
6553 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
6554 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
6555 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
6556 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
6557 variable.
6559 @findex eq_attr
6560 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
6561 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
6563 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
6564 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
6565 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
6566 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
6567 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
6568 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
6569 @emph{not} in the specified list.
6571 For example,
6573 @smallexample
6574 (eq_attr "type" "load,store")
6575 @end smallexample
6577 @noindent
6578 is equivalent to
6580 @smallexample
6581 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
6582 @end smallexample
6584 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
6585 value of the compiler variable @code{which_alternative}
6586 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
6587 example,
6589 @smallexample
6590 (eq_attr "alternative" "2,3")
6591 @end smallexample
6593 @noindent
6594 is equivalent to
6596 @smallexample
6597 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
6598      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
6599 @end smallexample
6601 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
6602 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
6603 a particular pattern.  This is by far the most common case.
6605 @findex attr_flag
6606 @item (attr_flag @var{name})
6607 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
6608 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
6609 scheduled.
6611 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
6612 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
6613 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
6614 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
6615 if a conditional branch is expected to be taken.
6617 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
6618 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
6620 This example describes a conditional branch delay slot which
6621 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
6622 for backward branches which are not taken (annul-false).
6624 @smallexample
6625 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
6626   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
6627    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
6628         (attr_flag "forward"))
6629    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
6630         (attr_flag "backward"))])
6631 @end smallexample
6633 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
6634 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
6636 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
6637 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
6638 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
6639 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
6641 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
6642 meaning to other passes of the compiler.
6644 @findex attr
6645 @item (attr @var{name})
6646 The value of another attribute is returned.  This is most useful
6647 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
6648 produce more efficient code for non-numeric attributes.
6649 @end table
6651 @end ifset
6652 @ifset INTERNALS
6653 @node Tagging Insns
6654 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
6655 @cindex tagging insns
6656 @cindex assigning attribute values to insns
6658 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
6659 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
6660 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
6661 have an optional last argument to specify the values of attributes for
6662 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
6663 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
6664 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
6665 permits the specification of the values for only one or two attributes
6666 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
6667 next section.
6669 The optional last argument of @code{define_insn} and
6670 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
6671 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
6672 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
6673 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
6674 second operand of the @code{set} is an attribute expression
6675 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
6677 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
6678 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
6679 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
6680 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
6681 each alternative.
6683 @findex set_attr
6684 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
6685 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
6686 specifying a string giving either a single attribute value or a list
6687 of attribute values, one for each alternative.
6689 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
6690 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
6692 @table @code
6693 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
6694 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
6695 or a string containing a comma-separated list giving the values for
6696 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
6697 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
6699 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
6700 which case the attribute will assume its default value for insns matching
6701 that alternative.
6703 @findex set_attr_alternative
6704 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
6705 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
6706 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
6707 tests on the @samp{alternative} attribute.
6709 @findex attr
6710 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
6711 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
6712 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
6713 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
6714 @end table
6716 The following shows three different ways of representing the same
6717 attribute value specification:
6719 @smallexample
6720 (set_attr "type" "load,store,arith")
6722 (set_attr_alternative "type"
6723                       [(const_string "load") (const_string "store")
6724                        (const_string "arith")])
6726 (set (attr "type")
6727      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
6728             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
6729            (const_string "arith")))
6730 @end smallexample
6732 @need 1000
6733 @findex define_asm_attributes
6734 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
6735 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
6736 statement.  It has the form:
6738 @smallexample
6739 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
6740 @end smallexample
6742 @noindent
6743 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
6744 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
6746 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
6747 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
6749 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
6750 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
6751 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
6752 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
6753 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
6754 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
6755 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
6756 of a single machine instruction.
6758 @end ifset
6759 @ifset INTERNALS
6760 @node Attr Example
6761 @subsection Example of Attribute Specifications
6762 @cindex attribute specifications example
6763 @cindex attribute specifications
6765 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
6766 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
6767 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
6768 value.  This attribute is normally used only to define the default value
6769 for other attributes.  An example will clarify this usage.
6771 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
6772 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
6773 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
6774 operations, floating point operations, and branches.
6776 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
6777 the condition code and will limit ourselves to the following possible
6778 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
6779 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
6780 changed if the item previously set into the condition code has been
6781 modified.
6783 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
6785 @smallexample
6786 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
6788 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
6789              (cond [(eq_attr "type" "load")
6790                         (const_string "change0")
6791                     (eq_attr "type" "store,branch")
6792                         (const_string "unchanged")
6793                     (eq_attr "type" "arith")
6794                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
6795                                       (const_string "set")
6796                                       (const_string "clobber"))]
6797                    (const_string "clobber")))
6799 (define_insn ""
6800   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
6801         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
6802   ""
6803   "@@
6804    move %0,%1
6805    load %0,%1
6806    store %0,%1"
6807   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
6808 @end smallexample
6810 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
6811 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
6812 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
6813 full-word result.
6815 @end ifset
6816 @ifset INTERNALS
6817 @node Insn Lengths
6818 @subsection Computing the Length of an Insn
6819 @cindex insn lengths, computing
6820 @cindex computing the length of an insn
6822 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
6823 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
6824 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
6825 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @code{length}
6826 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
6827 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
6829 In the case of the @code{length} attribute, two additional forms of
6830 arithmetic terms are allowed in test expressions:
6832 @table @code
6833 @cindex @code{match_dup} and attributes
6834 @item (match_dup @var{n})
6835 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
6836 must be a @code{label_ref}.
6838 @cindex @code{pc} and attributes
6839 @item (pc)
6840 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
6841 been more consistent with other usage to make this the address of the
6842 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
6843 current insn is to be computed.
6844 @end table
6846 @cindex @code{addr_vec}, length of
6847 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
6848 For normal insns, the length will be determined by value of the
6849 @code{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
6850 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
6851 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
6853 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
6855 The following macros can be used to refine the length computation:
6857 @table @code
6858 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
6859 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
6860 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
6861 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
6862 that contains the initially computed length of the insn and should be
6863 updated with the correct length of the insn.
6865 This macro will normally not be required.  A case in which it is
6866 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
6867 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
6868 may be required.
6869 @end table
6871 @findex get_attr_length
6872 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
6873 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
6874 determine the form of the branch instruction to be written, as the
6875 example below illustrates.
6877 As an example of the specification of variable-length branches, consider
6878 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
6879 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
6880 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
6881 sequence to load the address from memory and then branch to it.
6883 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
6884 as follows:
6886 @smallexample
6887 (define_insn "jump"
6888   [(set (pc)
6889         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
6890   ""
6892    return (get_attr_length (insn) == 4
6893            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
6895   [(set (attr "length")
6896         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
6897                       (const_int 4)
6898                       (const_int 6)))])
6899 @end smallexample
6901 @end ifset
6902 @ifset INTERNALS
6903 @node Constant Attributes
6904 @subsection Constant Attributes
6905 @cindex constant attributes
6907 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
6908 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
6909 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
6910 used to specify which variety of processor is used.  For example,
6912 @smallexample
6913 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
6914  (const
6915   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
6916          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
6917         (const_string "m88000"))))
6919 (define_attr "memory" "fast,slow"
6920  (const
6921   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
6922                 (const_string "fast")
6923                 (const_string "slow"))))
6924 @end smallexample
6926 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
6927 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
6928 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
6929 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
6930 forms involving insn attributes.
6932 @end ifset
6933 @ifset INTERNALS
6934 @node Delay Slots
6935 @subsection Delay Slot Scheduling
6936 @cindex delay slots, defining
6938 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
6939 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
6940 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
6941 after the instruction are executed as if they were located before it.
6942 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
6943 the following instruction before the branch or call is performed.
6945 On some machines, conditional branch instructions can optionally
6946 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
6947 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
6948 instructions that annul if the branch is true and instructions that
6949 annul if the branch is false are supported.
6951 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
6952 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
6953 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
6954 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
6955 instruction scheduling.
6957 @findex define_delay
6958 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
6959 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
6961 @smallexample
6962 (define_delay @var{test}
6963               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
6964                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
6965                @dots{}])
6966 @end smallexample
6968 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
6969 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
6970 required delay slots is determined by the length of the vector specified
6971 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
6972 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
6973 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
6974 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
6975 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
6976 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
6978 For example, in the common case where branch and call insns require
6979 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
6980 call, the following would be placed in the @file{md} file:
6982 @smallexample
6983 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
6984               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
6985 @end smallexample
6987 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
6988 case, each such expression specifies different delay slot requirements
6989 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
6990 expressions are both true.
6992 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
6993 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
6994 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
6995 branch is true, we might represent this as follows:
6997 @smallexample
6998 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
6999    [(eq_attr "type" "!branch,call")
7000     (eq_attr "type" "!branch,call")
7001     (nil)])
7003 (define_delay (eq_attr "type" "call")
7004               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
7005                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
7006 @end smallexample
7007 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
7009 @end ifset
7010 @ifset INTERNALS
7011 @node Processor pipeline description
7012 @subsection Specifying processor pipeline description
7013 @cindex processor pipeline description
7014 @cindex processor functional units
7015 @cindex instruction latency time
7016 @cindex interlock delays
7017 @cindex data dependence delays
7018 @cindex reservation delays
7019 @cindex pipeline hazard recognizer
7020 @cindex automaton based pipeline description
7021 @cindex regular expressions
7022 @cindex deterministic finite state automaton
7023 @cindex automaton based scheduler
7024 @cindex RISC
7025 @cindex VLIW
7027 To achieve better performance, most modern processors
7028 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
7029 processors) have many @dfn{functional units} on which several
7030 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
7031 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
7032 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
7033 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
7034 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g.@: for some
7035 MIPS processors).
7037 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
7038 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
7039 latency time}.  The instruction execution is not started until all
7040 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
7041 complex cases when the instruction execution starts even when the data
7042 are not available but will be ready in given time after the
7043 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
7044 account is simple.  The data dependence (true, output, and
7045 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
7046 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
7047 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
7048 means that two instructions under execution will be in need of shared
7049 processors resources, i.e.@: buses, internal registers, and/or
7050 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
7051 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
7052 processors.
7054 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
7055 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
7056 instruction scheduler has to have an adequate description of the
7057 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  GCC
7058 machine descriptions describe processor parallelism and functional
7059 unit reservations for groups of instructions with the aid of
7060 @dfn{regular expressions}.
7062 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
7063 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
7064 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
7065 automatically generated from the processor pipeline description.  The
7066 pipeline hazard recognizer generated from the machine description
7067 is based on a deterministic finite state automaton (@acronym{DFA}):
7068 the instruction issue is possible if there is a transition from one
7069 automaton state to another one.  This algorithm is very fast, and
7070 furthermore, its speed is not dependent on processor
7071 complexity@footnote{However, the size of the automaton depends on
7072   processor complexity.  To limit this effect, machine descriptions
7073   can split orthogonal parts of the machine description among several
7074   automata: but then, since each of these must be stepped independently,
7075   this does cause a small decrease in the algorithm's performance.}.
7077 @cindex automaton based pipeline description
7078 The rest of this section describes the directives that constitute
7079 an automaton-based processor pipeline description.  The order of
7080 these constructions within the machine description file is not
7081 important.
7083 @findex define_automaton
7084 @cindex pipeline hazard recognizer
7085 The following optional construction describes names of automata
7086 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
7087 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
7088 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
7089 units to the automata, the total size of the automata is usually
7090 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
7091 construction, only one finite state automaton is generated.
7093 @smallexample
7094 (define_automaton @var{automata-names})
7095 @end smallexample
7097 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
7098 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
7099 The automaton name is used in the constructions @code{define_cpu_unit} and
7100 @code{define_query_cpu_unit}.
7102 @findex define_cpu_unit
7103 @cindex processor functional units
7104 Each processor functional unit used in the description of instruction
7105 reservations should be described by the following construction.
7107 @smallexample
7108 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
7109 @end smallexample
7111 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
7112 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
7113 for other goals.
7115 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
7116 which the unit is bound.  The automaton should be described in
7117 construction @code{define_automaton}.  You should give
7118 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
7120 The assignment of units to automata are constrained by the uses of the
7121 units in insn reservations.  The most important constraint is: if a
7122 unit reservation is present on a particular cycle of an alternative
7123 for an insn reservation, then some unit from the same automaton must
7124 be present on the same cycle for the other alternatives of the insn
7125 reservation.  The rest of the constraints are mentioned in the
7126 description of the subsequent constructions.
7128 @findex define_query_cpu_unit
7129 @cindex querying function unit reservations
7130 The following construction describes CPU functional units analogously
7131 to @code{define_cpu_unit}.  The reservation of such units can be
7132 queried for an automaton state.  The instruction scheduler never
7133 queries reservation of functional units for given automaton state.  So
7134 as a rule, you don't need this construction.  This construction could
7135 be used for future code generation goals (e.g.@: to generate
7136 @acronym{VLIW} insn templates).
7138 @smallexample
7139 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
7140 @end smallexample
7142 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
7143 separated by commas.
7145 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
7146 which the unit is bound.
7148 @findex define_insn_reservation
7149 @cindex instruction latency time
7150 @cindex regular expressions
7151 @cindex data bypass
7152 The following construction is the major one to describe pipeline
7153 characteristics of an instruction.
7155 @smallexample
7156 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
7157                          @var{condition} @var{regexp})
7158 @end smallexample
7160 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
7161 instruction.  There is an important difference between the old
7162 description and the automaton based pipeline description.  The latency
7163 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
7164 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
7165 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
7166 zero and the cost of output dependencies is the difference between
7167 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
7168 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
7169 change the default costs for any description by using the target hook
7170 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
7172 @var{insn-name} is a string giving the internal name of the insn.  The
7173 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
7174 the automaton description file generated for debugging.  The internal
7175 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
7176 good practice to use insn classes described in the processor manual.
7178 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
7179 construction.  You should remember that you will be in trouble if
7180 @var{condition} for two or more different
7181 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
7182 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
7183 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
7184 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
7185 the same value is quite difficult (especially if the conditions
7186 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
7187 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
7188 recognizer considerably.
7190 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
7191 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
7192 expression according to the following syntax:
7194 @smallexample
7195        regexp = regexp "," oneof
7196               | oneof
7198        oneof = oneof "|" allof
7199              | allof
7201        allof = allof "+" repeat
7202              | repeat
7204        repeat = element "*" number
7205               | element
7207        element = cpu_function_unit_name
7208                | reservation_name
7209                | result_name
7210                | "nothing"
7211                | "(" regexp ")"
7212 @end smallexample
7214 @itemize @bullet
7215 @item
7216 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
7217 the reservation.
7219 @item
7220 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
7221 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
7222 regular expression @strong{or} etc.
7224 @item
7225 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
7226 regular expression @strong{and} a reservation described by the
7227 second regular expression @strong{and} etc.
7229 @item
7230 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
7231 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
7232 advancing (see @samp{,}).
7234 @item
7235 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
7236 functional unit.
7238 @item
7239 @samp{reservation_name} --- see description of construction
7240 @samp{define_reservation}.
7242 @item
7243 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
7244 @end itemize
7246 @findex define_reservation
7247 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
7248 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
7249 the common part by the following construction
7251 @smallexample
7252 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
7253 @end smallexample
7255 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
7256 Functional unit names and reservation names are in the same name
7257 space.  So the reservation names should be different from the
7258 functional unit names and can not be the reserved name @samp{nothing}.
7260 @findex define_bypass
7261 @cindex instruction latency time
7262 @cindex data bypass
7263 The following construction is used to describe exceptions in the
7264 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
7266 @smallexample
7267 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
7268                [@var{guard}])
7269 @end smallexample
7271 @var{number} defines when the result generated by the instructions
7272 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
7273 instructions given in string @var{in_insn_names}.  The instructions in
7274 the string are separated by commas.
7276 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
7277 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
7278 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
7279 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
7280 recognize complicated bypasses, e.g.@: when the consumer is only an address
7281 of insn @samp{store} (not a stored value).
7283 @findex exclusion_set
7284 @findex presence_set
7285 @findex final_presence_set
7286 @findex absence_set
7287 @findex final_absence_set
7288 @cindex VLIW
7289 @cindex RISC
7290 The following five constructions are usually used to describe
7291 @acronym{VLIW} processors, or more precisely, to describe a placement
7292 of small instructions into @acronym{VLIW} instruction slots.  They
7293 can be used for @acronym{RISC} processors, too.
7295 @smallexample
7296 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
7297 (presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7298 (final_presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7299 (absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7300 (final_absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7301 @end smallexample
7303 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
7304 separated by commas.
7306 @var{patterns} is a string giving patterns of functional units
7307 separated by comma.  Currently pattern is one unit or units
7308 separated by white-spaces.
7310 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
7311 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
7312 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
7313 example, the construction is useful for describing processors
7314 (e.g.@: some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
7315 functional unit which can execute simultaneously only single floating
7316 point insns or only double floating point insns.
7318 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
7319 functional unit in the first string can not be reserved unless at
7320 least one of pattern of units whose names are in the second string is
7321 reserved.  This is an asymmetric relation.  For example, it is useful
7322 for description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
7323 @samp{slot0} reservation.  We could describe it by the following
7324 construction
7326 @smallexample
7327 (presence_set "slot1" "slot0")
7328 @end smallexample
7330 Or @samp{slot1} is reserved only after @samp{slot0} and unit @samp{b0}
7331 reservation.  In this case we could write
7333 @smallexample
7334 (presence_set "slot1" "slot0 b0")
7335 @end smallexample
7337 The third construction (@samp{final_presence_set}) is analogous to
7338 @samp{presence_set}.  The difference between them is when checking is
7339 done.  When an instruction is issued in given automaton state
7340 reflecting all current and planned unit reservations, the automaton
7341 state is changed.  The first state is a source state, the second one
7342 is a result state.  Checking for @samp{presence_set} is done on the
7343 source state reservation, checking for @samp{final_presence_set} is
7344 done on the result reservation.  This construction is useful to
7345 describe a reservation which is actually two subsequent reservations.
7346 For example, if we use
7348 @smallexample
7349 (presence_set "slot1" "slot0")
7350 @end smallexample
7352 the following insn will be never issued (because @samp{slot1} requires
7353 @samp{slot0} which is absent in the source state).
7355 @smallexample
7356 (define_reservation "insn_and_nop" "slot0 + slot1")
7357 @end smallexample
7359 but it can be issued if we use analogous @samp{final_presence_set}.
7361 The forth construction (@samp{absence_set}) means that each functional
7362 unit in the first string can be reserved only if each pattern of units
7363 whose names are in the second string is not reserved.  This is an
7364 asymmetric relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to
7365 this one but it is symmetric).  For example it might be useful in a 
7366 @acronym{VLIW} description to say that @samp{slot0} cannot be reserved
7367 after either @samp{slot1} or @samp{slot2} have been reserved.  This
7368 can be described as:
7370 @smallexample
7371 (absence_set "slot0" "slot1, slot2")
7372 @end smallexample
7374 Or @samp{slot2} can not be reserved if @samp{slot0} and unit @samp{b0}
7375 are reserved or @samp{slot1} and unit @samp{b1} are reserved.  In
7376 this case we could write
7378 @smallexample
7379 (absence_set "slot2" "slot0 b0, slot1 b1")
7380 @end smallexample
7382 All functional units mentioned in a set should belong to the same
7383 automaton.
7385 The last construction (@samp{final_absence_set}) is analogous to
7386 @samp{absence_set} but checking is done on the result (state)
7387 reservation.  See comments for @samp{final_presence_set}.
7389 @findex automata_option
7390 @cindex deterministic finite state automaton
7391 @cindex nondeterministic finite state automaton
7392 @cindex finite state automaton minimization
7393 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
7394 the following construction.
7396 @smallexample
7397 (automata_option @var{options})
7398 @end smallexample
7400 @var{options} is a string giving options which affect the generated
7401 code.  Currently there are the following options:
7403 @itemize @bullet
7404 @item
7405 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
7406 only worth to do when we are debugging the description and need to
7407 look more accurately at reservations of states.
7409 @item
7410 @dfn{time} means printing time statistics about the generation of
7411 automata.
7413 @item
7414 @dfn{stats} means printing statistics about the generated automata
7415 such as the number of DFA states, NDFA states and arcs.
7417 @item
7418 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
7419 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
7420 verification and debugging.
7422 @item
7423 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
7424 non-critical errors.
7426 @item
7427 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
7428 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
7429 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
7430 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
7431 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
7432 may be rejected by reservations in the subsequent insns.
7434 @item
7435 @dfn{progress} means output of a progress bar showing how many states
7436 were generated so far for automaton being processed.  This is useful
7437 during debugging a @acronym{DFA} description.  If you see too many
7438 generated states, you could interrupt the generator of the pipeline
7439 hazard recognizer and try to figure out a reason for generation of the
7440 huge automaton.
7441 @end itemize
7443 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
7444 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
7445 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
7446 the following functional units.
7448 @smallexample
7449 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
7450 (define_cpu_unit "port0, port1")
7451 @end smallexample
7453 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
7454 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
7455 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
7456 are issued into the second pipeline.  Integer division and
7457 multiplication insns can be executed only in the second integer
7458 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
7459 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e.@: the subsequent
7460 integer division insn can not be issued until the current division
7461 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
7462 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
7463 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
7464 incurred.  To describe all of this we could specify
7466 @smallexample
7467 (define_cpu_unit "div")
7469 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
7470                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
7472 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "type" "mult")
7473                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
7475 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "type" "div")
7476                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
7478 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "type" "float")
7479                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
7481 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
7482 @end smallexample
7484 To simplify the description we could describe the following reservation
7486 @smallexample
7487 (define_reservation "finish" "port0|port1")
7488 @end smallexample
7490 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
7491 construction
7493 @smallexample
7494 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
7495                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
7496 @end smallexample
7499 @end ifset
7500 @ifset INTERNALS
7501 @node Conditional Execution
7502 @section Conditional Execution
7503 @cindex conditional execution
7504 @cindex predication
7506 A number of architectures provide for some form of conditional
7507 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
7508 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
7509 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
7510 can be quite tedious to describe these forms directly in the
7511 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
7513 @findex define_cond_exec
7514 @smallexample
7515 (define_cond_exec
7516   [@var{predicate-pattern}]
7517   "@var{condition}"
7518   "@var{output-template}")
7519 @end smallexample
7521 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
7522 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
7523 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
7524 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
7525 alternative.
7527 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
7528 pattern to match.
7530 @findex current_insn_predicate
7531 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
7532 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
7533 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
7534 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
7535 In order to handle the general case, there is a global variable
7536 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
7537 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
7539 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
7540 the @code{predicable} instruction attribute is made.
7541 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be boolean (i.e.@: have
7542 exactly two elements in its @var{list-of-values}).  Further, it must
7543 not be used with complex expressions.  That is, the default and all
7544 uses in the insns must be a simple constant, not dependent on the
7545 alternative or anything else.
7547 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
7548 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
7549 generated that matches a predicated version of the instruction.
7550 For example,
7552 @smallexample
7553 (define_insn "addsi"
7554   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
7555         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
7556                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
7557   "@var{test1}"
7558   "add %2,%1,%0")
7560 (define_cond_exec
7561   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
7562        (const_int 0))]
7563   "@var{test2}"
7564   "(%0)")
7565 @end smallexample
7567 @noindent
7568 generates a new pattern
7570 @smallexample
7571 (define_insn ""
7572   [(cond_exec
7573      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
7574      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
7575           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
7576                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
7577   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
7578   "(%3) add %2,%1,%0")
7579 @end smallexample
7581 @end ifset
7582 @ifset INTERNALS
7583 @node Constant Definitions
7584 @section Constant Definitions
7585 @cindex constant definitions
7586 @findex define_constants
7588 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
7589 can be a maintenance problem.
7591 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
7592 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
7593 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
7594 if the corresponding value had been written instead.  You may use
7595 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
7596 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
7597 a different value.
7599 To come back to the a29k load multiple example, instead of
7601 @smallexample
7602 (define_insn ""
7603   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
7604      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
7605            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
7606       (use (reg:SI 179))
7607       (clobber (reg:SI 179))])]
7608   ""
7609   "loadm 0,0,%1,%2")
7610 @end smallexample
7612 You could write:
7614 @smallexample
7615 (define_constants [
7616     (R_BP 177)
7617     (R_FC 178)
7618     (R_CR 179)
7619     (R_Q  180)
7622 (define_insn ""
7623   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
7624      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
7625            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
7626       (use (reg:SI R_CR))
7627       (clobber (reg:SI R_CR))])]
7628   ""
7629   "loadm 0,0,%1,%2")
7630 @end smallexample
7632 The constants that are defined with a define_constant are also output
7633 in the insn-codes.h header file as #defines.
7634 @end ifset
7635 @ifset INTERNALS
7636 @node Macros
7637 @section Macros
7638 @cindex macros in @file{.md} files
7640 Ports often need to define similar patterns for more than one machine
7641 mode or for more than one rtx code.  GCC provides some simple macro
7642 facilities to make this process easier.
7644 @menu
7645 * Mode Macros::         Generating variations of patterns for different modes.
7646 * Code Macros::         Doing the same for codes.
7647 @end menu
7649 @node Mode Macros
7650 @subsection Mode Macros
7651 @cindex mode macros in @file{.md} files
7653 Ports often need to define similar patterns for two or more different modes.
7654 For example:
7656 @itemize @bullet
7657 @item
7658 If a processor has hardware support for both single and double
7659 floating-point arithmetic, the @code{SFmode} patterns tend to be
7660 very similar to the @code{DFmode} ones.
7662 @item
7663 If a port uses @code{SImode} pointers in one configuration and
7664 @code{DImode} pointers in another, it will usually have very similar
7665 @code{SImode} and @code{DImode} patterns for manipulating pointers.
7666 @end itemize
7668 Mode macros allow several patterns to be instantiated from one
7669 @file{.md} file template.  They can be used with any type of
7670 rtx-based construct, such as a @code{define_insn},
7671 @code{define_split}, or @code{define_peephole2}.
7673 @menu
7674 * Defining Mode Macros:: Defining a new mode macro.
7675 * Substitutions::        Combining mode macros with substitutions
7676 * Examples::             Examples
7677 @end menu
7679 @node Defining Mode Macros
7680 @subsubsection Defining Mode Macros
7681 @findex define_mode_macro
7683 The syntax for defining a mode macro is:
7685 @smallexample
7686 (define_mode_macro @var{name} [(@var{mode1} "@var{cond1}") ... (@var{moden} "@var{condn}")])
7687 @end smallexample
7689 This allows subsequent @file{.md} file constructs to use the mode suffix
7690 @code{:@var{name}}.  Every construct that does so will be expanded
7691 @var{n} times, once with every use of @code{:@var{name}} replaced by
7692 @code{:@var{mode1}}, once with every use replaced by @code{:@var{mode2}},
7693 and so on.  In the expansion for a particular @var{modei}, every
7694 C condition will also require that @var{condi} be true.
7696 For example:
7698 @smallexample
7699 (define_mode_macro P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
7700 @end smallexample
7702 defines a new mode suffix @code{:P}.  Every construct that uses
7703 @code{:P} will be expanded twice, once with every @code{:P} replaced
7704 by @code{:SI} and once with every @code{:P} replaced by @code{:DI}.
7705 The @code{:SI} version will only apply if @code{Pmode == SImode} and
7706 the @code{:DI} version will only apply if @code{Pmode == DImode}.
7708 As with other @file{.md} conditions, an empty string is treated
7709 as ``always true''.  @code{(@var{mode} "")} can also be abbreviated
7710 to @code{@var{mode}}.  For example:
7712 @smallexample
7713 (define_mode_macro GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
7714 @end smallexample
7716 means that the @code{:DI} expansion only applies if @code{TARGET_64BIT}
7717 but that the @code{:SI} expansion has no such constraint.
7719 Macros are applied in the order they are defined.  This can be
7720 significant if two macros are used in a construct that requires
7721 substitutions.  @xref{Substitutions}.
7723 @node Substitutions
7724 @subsubsection Substitution in Mode Macros
7725 @findex define_mode_attr
7727 If an @file{.md} file construct uses mode macros, each version of the
7728 construct will often need slightly different strings or modes.  For
7729 example:
7731 @itemize @bullet
7732 @item
7733 When a @code{define_expand} defines several @code{add@var{m}3} patterns
7734 (@pxref{Standard Names}), each expander will need to use the
7735 appropriate mode name for @var{m}.
7737 @item
7738 When a @code{define_insn} defines several instruction patterns,
7739 each instruction will often use a different assembler mnemonic.
7741 @item
7742 When a @code{define_insn} requires operands with different modes,
7743 using a macro for one of the operand modes usually requires a specific
7744 mode for the other operand(s).
7745 @end itemize
7747 GCC supports such variations through a system of ``mode attributes''.
7748 There are two standard attributes: @code{mode}, which is the name of
7749 the mode in lower case, and @code{MODE}, which is the same thing in
7750 upper case.  You can define other attributes using:
7752 @smallexample
7753 (define_mode_attr @var{name} [(@var{mode1} "@var{value1}") ... (@var{moden} "@var{valuen}")])
7754 @end smallexample
7756 where @var{name} is the name of the attribute and @var{valuei}
7757 is the value associated with @var{modei}.
7759 When GCC replaces some @var{:macro} with @var{:mode}, it will scan
7760 each string and mode in the pattern for sequences of the form
7761 @code{<@var{macro}:@var{attr}>}, where @var{attr} is the name of a
7762 mode attribute.  If the attribute is defined for @var{mode}, the whole
7763 @code{<...>} sequence will be replaced by the appropriate attribute
7764 value.
7766 For example, suppose an @file{.md} file has:
7768 @smallexample
7769 (define_mode_macro P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
7770 (define_mode_attr load [(SI "lw") (DI "ld")])
7771 @end smallexample
7773 If one of the patterns that uses @code{:P} contains the string
7774 @code{"<P:load>\t%0,%1"}, the @code{SI} version of that pattern
7775 will use @code{"lw\t%0,%1"} and the @code{DI} version will use
7776 @code{"ld\t%0,%1"}.
7778 Here is an example of using an attribute for a mode:
7780 @smallexample
7781 (define_mode_macro LONG [SI DI])
7782 (define_mode_attr SHORT [(SI "HI") (DI "SI")])
7783 (define_insn ...
7784   (sign_extend:LONG (match_operand:<LONG:SHORT> ...)) ...)
7785 @end smallexample
7787 The @code{@var{macro}:} prefix may be omitted, in which case the
7788 substitution will be attempted for every macro expansion.
7790 @node Examples
7791 @subsubsection Mode Macro Examples
7793 Here is an example from the MIPS port.  It defines the following
7794 modes and attributes (among others):
7796 @smallexample
7797 (define_mode_macro GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
7798 (define_mode_attr d [(SI "") (DI "d")])
7799 @end smallexample
7801 and uses the following template to define both @code{subsi3}
7802 and @code{subdi3}:
7804 @smallexample
7805 (define_insn "sub<mode>3"
7806   [(set (match_operand:GPR 0 "register_operand" "=d")
7807         (minus:GPR (match_operand:GPR 1 "register_operand" "d")
7808                    (match_operand:GPR 2 "register_operand" "d")))]
7809   ""
7810   "<d>subu\t%0,%1,%2"
7811   [(set_attr "type" "arith")
7812    (set_attr "mode" "<MODE>")])
7813 @end smallexample
7815 This is exactly equivalent to:
7817 @smallexample
7818 (define_insn "subsi3"
7819   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=d")
7820         (minus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "d")
7821                   (match_operand:SI 2 "register_operand" "d")))]
7822   ""
7823   "subu\t%0,%1,%2"
7824   [(set_attr "type" "arith")
7825    (set_attr "mode" "SI")])
7827 (define_insn "subdi3"
7828   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
7829         (minus:DI (match_operand:DI 1 "register_operand" "d")
7830                   (match_operand:DI 2 "register_operand" "d")))]
7831   ""
7832   "dsubu\t%0,%1,%2"
7833   [(set_attr "type" "arith")
7834    (set_attr "mode" "DI")])
7835 @end smallexample
7837 @node Code Macros
7838 @subsection Code Macros
7839 @cindex code macros in @file{.md} files
7840 @findex define_code_macro
7841 @findex define_code_attr
7843 Code macros operate in a similar way to mode macros.  @xref{Mode Macros}.
7845 The construct:
7847 @smallexample
7848 (define_code_macro @var{name} [(@var{code1} "@var{cond1}") ... (@var{coden} "@var{condn}")])
7849 @end smallexample
7851 defines a pseudo rtx code @var{name} that can be instantiated as
7852 @var{codei} if condition @var{condi} is true.  Each @var{codei}
7853 must have the same rtx format.  @xref{RTL Classes}.
7855 As with mode macros, each pattern that uses @var{name} will be
7856 expanded @var{n} times, once with all uses of @var{name} replaced by
7857 @var{code1}, once with all uses replaced by @var{code2}, and so on.
7858 @xref{Defining Mode Macros}.
7860 It is possible to define attributes for codes as well as for modes.
7861 There are two standard code attributes: @code{code}, the name of the
7862 code in lower case, and @code{CODE}, the name of the code in upper case.
7863 Other attributes are defined using:
7865 @smallexample
7866 (define_code_attr @var{name} [(@var{code1} "@var{value1}") ... (@var{coden} "@var{valuen}")])
7867 @end smallexample
7869 Here's an example of code macros in action, taken from the MIPS port:
7871 @smallexample
7872 (define_code_macro any_cond [unordered ordered unlt unge uneq ltgt unle ungt
7873                              eq ne gt ge lt le gtu geu ltu leu])
7875 (define_expand "b<code>"
7876   [(set (pc)
7877         (if_then_else (any_cond:CC (cc0)
7878                                    (const_int 0))
7879                       (label_ref (match_operand 0 ""))
7880                       (pc)))]
7881   ""
7883   gen_conditional_branch (operands, <CODE>);
7884   DONE;
7886 @end smallexample
7888 This is equivalent to:
7890 @smallexample
7891 (define_expand "bunordered"
7892   [(set (pc)
7893         (if_then_else (unordered:CC (cc0)
7894                                     (const_int 0))
7895                       (label_ref (match_operand 0 ""))
7896                       (pc)))]
7897   ""
7899   gen_conditional_branch (operands, UNORDERED);
7900   DONE;
7903 (define_expand "bordered"
7904   [(set (pc)
7905         (if_then_else (ordered:CC (cc0)
7906                                   (const_int 0))
7907                       (label_ref (match_operand 0 ""))
7908                       (pc)))]
7909   ""
7911   gen_conditional_branch (operands, ORDERED);
7912   DONE;
7916 @end smallexample
7918 @end ifset