Daily bump.
[official-gcc.git] / gcc / doc / md.texi
blobb38ef5ee54a778ff647f105b10614c4ca71b01fd
1 @c Copyright (C) 1988, 1989, 1992, 1993, 1994, 1996, 1998, 1999, 2000, 2001, 2002
2 @c 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 * Constraints::         When not all operands are general operands.
32 * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
33 * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
34 * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
35 * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
36 * Looping Patterns::    How to define patterns for special looping insns.
37 * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
38 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
39                           for a standard operation.
40 * Insn Splitting::      Splitting Instructions into Multiple Instructions.
41 * Including Patterns::      Including Patterns in Machine Descriptions.
42 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
43 * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
44 * Conditional Execution::Generating @code{define_insn} patterns for
45                            predication.
46 * Constant Definitions::Defining symbolic constants that can be used in the
47                         md file.
48 @end menu
50 @node Overview
51 @section Overview of How the Machine Description is Used
53 There are three main conversions that happen in the compiler:
55 @enumerate
57 @item
58 The front end reads the source code and builds a parse tree.
60 @item
61 The parse tree is used to generate an RTL insn list based on named
62 instruction patterns.
64 @item
65 The insn list is matched against the RTL templates to produce assembler
66 code.
68 @end enumerate
70 For the generate pass, only the names of the insns matter, from either a
71 named @code{define_insn} or a @code{define_expand}.  The compiler will
72 choose the pattern with the right name and apply the operands according
73 to the documentation later in this chapter, without regard for the RTL
74 template or operand constraints.  Note that the names the compiler looks
75 for are hard-coded in the compiler---it will ignore unnamed patterns and
76 patterns with names it doesn't know about, but if you don't provide a
77 named pattern it needs, it will abort.
79 If a @code{define_insn} is used, the template given is inserted into the
80 insn list.  If a @code{define_expand} is used, one of three things
81 happens, based on the condition logic.  The condition logic may manually
82 create new insns for the insn list, say via @code{emit_insn()}, and
83 invoke @code{DONE}.  For certain named patterns, it may invoke @code{FAIL} to tell the
84 compiler to use an alternate way of performing that task.  If it invokes
85 neither @code{DONE} nor @code{FAIL}, the template given in the pattern
86 is inserted, as if the @code{define_expand} were a @code{define_insn}.
88 Once the insn list is generated, various optimization passes convert,
89 replace, and rearrange the insns in the insn list.  This is where the
90 @code{define_split} and @code{define_peephole} patterns get used, for
91 example.
93 Finally, the insn list's RTL is matched up with the RTL templates in the
94 @code{define_insn} patterns, and those patterns are used to emit the
95 final assembly code.  For this purpose, each named @code{define_insn}
96 acts like it's unnamed, since the names are ignored.
98 @node Patterns
99 @section Everything about Instruction Patterns
100 @cindex patterns
101 @cindex instruction patterns
103 @findex define_insn
104 Each instruction pattern contains an incomplete RTL expression, with pieces
105 to be filled in later, operand constraints that restrict how the pieces can
106 be filled in, and an output pattern or C code to generate the assembler
107 output, all wrapped up in a @code{define_insn} expression.
109 A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
111 @enumerate
112 @item
113 An optional name.  The presence of a name indicate that this instruction
114 pattern can perform a certain standard job for the RTL-generation
115 pass of the compiler.  This pass knows certain names and will use
116 the instruction patterns with those names, if the names are defined
117 in the machine description.
119 The absence of a name is indicated by writing an empty string
120 where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
121 used for generating RTL code, but they may permit several simpler insns
122 to be combined later on.
124 Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
125 effect; they are equivalent to no name at all.
127 For the purpose of debugging the compiler, you may also specify a
128 name beginning with the @samp{*} character.  Such a name is used only
129 for identifying the instruction in RTL dumps; it is entirely equivalent
130 to having a nameless pattern for all other purposes.
132 @item
133 The @dfn{RTL template} (@pxref{RTL Template}) is a vector of incomplete
134 RTL expressions which show what the instruction should look like.  It is
135 incomplete because it may contain @code{match_operand},
136 @code{match_operator}, and @code{match_dup} expressions that stand for
137 operands of the instruction.
139 If the vector has only one element, that element is the template for the
140 instruction pattern.  If the vector has multiple elements, then the
141 instruction pattern is a @code{parallel} expression containing the
142 elements described.
144 @item
145 @cindex pattern conditions
146 @cindex conditions, in patterns
147 A condition.  This is a string which contains a C expression that is
148 the final test to decide whether an insn body matches this pattern.
150 @cindex named patterns and conditions
151 For a named pattern, the condition (if present) may not depend on
152 the data in the insn being matched, but only the target-machine-type
153 flags.  The compiler needs to test these conditions during
154 initialization in order to learn exactly which named instructions are
155 available in a particular run.
157 @findex operands
158 For nameless patterns, the condition is applied only when matching an
159 individual insn, and only after the insn has matched the pattern's
160 recognition template.  The insn's operands may be found in the vector
161 @code{operands}.  For an insn where the condition has once matched, it
162 can't be used to control register allocation, for example by excluding
163 certain hard registers or hard register combinations.
165 @item
166 The @dfn{output template}: a string that says how to output matching
167 insns as assembler code.  @samp{%} in this string specifies where
168 to substitute the value of an operand.  @xref{Output Template}.
170 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
171 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
173 @item
174 Optionally, a vector containing the values of attributes for insns matching
175 this pattern.  @xref{Insn Attributes}.
176 @end enumerate
178 @node Example
179 @section Example of @code{define_insn}
180 @cindex @code{define_insn} example
182 Here is an actual example of an instruction pattern, for the 68000/68020.
184 @example
185 (define_insn "tstsi"
186   [(set (cc0)
187         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
188   ""
189   "*
191   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
192     return \"tstl %0\";
193   return \"cmpl #0,%0\";
194 @}")
195 @end example
197 @noindent
198 This can also be written using braced strings:
200 @example
201 (define_insn "tstsi"
202   [(set (cc0)
203         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
204   ""
206   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
207     return "tstl %0";
208   return "cmpl #0,%0";
210 @end example
212 This is an instruction that sets the condition codes based on the value of
213 a general operand.  It has no condition, so any insn whose RTL description
214 has the form shown may be handled according to this pattern.  The name
215 @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL generation
216 pass that, when it is necessary to test such a value, an insn to do so
217 can be constructed using this pattern.
219 The output control string is a piece of C code which chooses which
220 output template to return based on the kind of operand and the specific
221 type of CPU for which code is being generated.
223 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
225 @node RTL Template
226 @section RTL Template
227 @cindex RTL insn template
228 @cindex generating insns
229 @cindex insns, generating
230 @cindex recognizing insns
231 @cindex insns, recognizing
233 The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
234 and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
235 says how to construct an insn from specified operands.
237 Construction involves substituting specified operands into a copy of the
238 template.  Matching involves determining the values that serve as the
239 operands in the insn being matched.  Both of these activities are
240 controlled by special expression types that direct matching and
241 substitution of the operands.
243 @table @code
244 @findex match_operand
245 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
246 This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
247 the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
248 will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
249 appears at this position in the insn will be taken as operand
250 number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
251 pattern will not match at all.
253 Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
254 each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
255 expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
256 are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
257 expressions.  In the case of a @code{define_expand}, any operand numbers
258 used only in @code{match_dup} expressions have higher values than all
259 other operand numbers.
261 @var{predicate} is a string that is the name of a C function that accepts two
262 arguments, an expression and a machine mode.  During matching, the
263 function will be called with the putative operand as the expression and
264 @var{m} as the mode argument (if @var{m} is not specified,
265 @code{VOIDmode} will be used, which normally causes @var{predicate} to accept
266 any mode).  If it returns zero, this instruction pattern fails to match.
267 @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be done
268 on the operand, so anything which occurs in this position is valid.
270 Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
271 not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
272 @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
273 Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
274 @code{VOIDmode}.
276 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
277 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
279 People are often unclear on the difference between the constraint and the
280 predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
281 pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
282 controls various decisions in the case of an insn which does match.
284 @findex general_operand
285 On CISC machines, the most common @var{predicate} is
286 @code{"general_operand"}.  This function checks that the putative
287 operand is either a constant, a register or a memory reference, and that
288 it is valid for mode @var{m}.
290 @findex register_operand
291 For an operand that must be a register, @var{predicate} should be
292 @code{"register_operand"}.  Using @code{"general_operand"} would be
293 valid, since the reload pass would copy any non-register operands
294 through registers, but this would make GCC do extra work, it would
295 prevent invariant operands (such as constant) from being removed from
296 loops, and it would prevent the register allocator from doing the best
297 possible job.  On RISC machines, it is usually most efficient to allow
298 @var{predicate} to accept only objects that the constraints allow.
300 @findex immediate_operand
301 For an operand that must be a constant, you must be sure to either use
302 @code{"immediate_operand"} for @var{predicate}, or make the instruction
303 pattern's extra condition require a constant, or both.  You cannot
304 expect the constraints to do this work!  If the constraints allow only
305 constants, but the predicate allows something else, the compiler will
306 crash when that case arises.
308 @findex match_scratch
309 @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
310 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
311 and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
312 expression.
314 When matching patterns, this is equivalent to
316 @smallexample
317 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{pred})
318 @end smallexample
320 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
321 expression.
323 If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
324 expressions whose operands are either a hard register or
325 @code{match_scratch}, the combiner can add or delete them when
326 necessary.  @xref{Side Effects}.
328 @findex match_dup
329 @item (match_dup @var{n})
330 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
331 It is used when the operand needs to appear more than once in the
332 insn.
334 In construction, @code{match_dup} acts just like @code{match_operand}:
335 the operand is substituted into the insn being constructed.  But in
336 matching, @code{match_dup} behaves differently.  It assumes that operand
337 number @var{n} has already been determined by a @code{match_operand}
338 appearing earlier in the recognition template, and it matches only an
339 identical-looking expression.
341 Note that @code{match_dup} should not be used to tell the compiler that
342 a particular register is being used for two operands (example:
343 @code{add} that adds one register to another; the second register is
344 both an input operand and the output operand).  Use a matching
345 constraint (@pxref{Simple Constraints}) for those.  @code{match_dup} is for the cases where one
346 operand is used in two places in the template, such as an instruction
347 that computes both a quotient and a remainder, where the opcode takes
348 two input operands but the RTL template has to refer to each of those
349 twice; once for the quotient pattern and once for the remainder pattern.
351 @findex match_operator
352 @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
353 This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
354 code.
356 When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
357 expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
358 operands are constructed from the patterns @var{operands}.
360 When matching an expression, it matches an expression if the function
361 @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
362 patterns @var{operands} match the operands of the expression.
364 Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
365 follows, to match any expression whose operator is one of the
366 commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
368 @smallexample
370 commutative_operator (x, mode)
371      rtx x;
372      enum machine_mode mode;
374   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
375   if (GET_MODE (x) != mode)
376     return 0;
377   return (GET_RTX_CLASS (code) == 'c'
378           || code == EQ || code == NE);
380 @end smallexample
382 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
383 of a commutative operator applied to two general operands:
385 @smallexample
386 (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
387   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
388    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
389 @end smallexample
391 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
392 because the expressions to be matched all contain two operands.
394 When this pattern does match, the two operands of the commutative
395 operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
396 by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
397 will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
398 (operands[3])} to see which commutative operator was used.
400 The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
401 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
402 predicate function, and that function is solely responsible for
403 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
405 When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
406 the operation (i.e.@: the expression code) for the expression to be
407 made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
408 into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
409 gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
410 only its expression code matters.
412 When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
413 it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
414 is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
415 register allocation because the register allocator often looks at
416 operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
418 There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
419 operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
420 never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
421 However, if parts of its @var{operands} are matched by
422 @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
423 their own.
425 @findex match_op_dup
426 @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
427 Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
428 operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
429 substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
430 differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
431 determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
432 recognition template, and it matches only an identical-looking
433 expression.
435 @findex match_parallel
436 @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
437 This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
438 @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
439 expression should only appear at the top level of an insn pattern.
441 When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
442 this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
443 is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
444 vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
445 @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
446 @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
447 @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
448 of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
449 those listed in the @code{match_parallel}.
451 A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
452 multiple expressions, which can contain a variable number of elements
453 in a @code{parallel}.  For example,
455 @smallexample
456 (define_insn ""
457   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
458      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
459            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
460       (use (reg:SI 179))
461       (clobber (reg:SI 179))])]
462   ""
463   "loadm 0,0,%1,%2")
464 @end smallexample
466 This example comes from @file{a29k.md}.  The function
467 @code{load_multiple_operation} is defined in @file{a29k.c} and checks
468 that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
469 @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
470 registers and memory locations.
472 An insn that matches this pattern might look like:
474 @smallexample
475 (parallel
476  [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
477   (use (reg:SI 179))
478   (clobber (reg:SI 179))
479   (set (reg:SI 21)
480        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
481                         (const_int 4))))
482   (set (reg:SI 22)
483        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
484                         (const_int 8))))])
485 @end smallexample
487 @findex match_par_dup
488 @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
489 Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
490 @code{match_operator}.
492 @findex match_insn
493 @item (match_insn @var{predicate})
494 Match a complete insn.  Unlike the other @code{match_*} recognizers,
495 @code{match_insn} does not take an operand number.
497 The machine mode @var{m} of @code{match_insn} works like that of
498 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
499 predicate function, and that function is solely responsible for
500 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
502 @findex match_insn2
503 @item (match_insn2 @var{n} @var{predicate})
504 Match a complete insn.
506 The machine mode @var{m} of @code{match_insn2} works like that of
507 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
508 predicate function, and that function is solely responsible for
509 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
511 @end table
513 @node Output Template
514 @section Output Templates and Operand Substitution
515 @cindex output templates
516 @cindex operand substitution
518 @cindex @samp{%} in template
519 @cindex percent sign
520 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
521 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
522 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
523 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
524 identify places where different variants of the assembler require
525 different syntax.
527 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
528 operand @var{n} at that point in the string.
530 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
531 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
532 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
533 additional letters with nonstandard meanings.
535 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
536 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
537 operand.
539 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
540 the constant is negated before printing.
542 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
543 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
544 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
545 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
546 as if it were a memory reference.
548 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
549 instruction.
551 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
552 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
553 referred to more than once in a single template that generates multiple
554 assembler instructions.
556 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
557 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
558 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
559 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
560 which punctuation characters are valid with the
561 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
563 @cindex \
564 @cindex backslash
565 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
566 for the instructions, with @samp{\;} between them.
568 @cindex matching operands
569 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
570 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
571 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
572 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
573 operand.
575 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
576 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
577 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
578 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
579 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
580 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
581 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
582 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
583 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
584 it to do nothing.
586 @cindex @code{#} in template
587 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
588 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
589 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
590 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
591 multiple assembler instructions, and there is an matching @code{define_split}
592 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
593 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
594 instructions.
596 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
597 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
598 describe multiple variants of assembler language syntax.
599 @xref{Instruction Output}.
601 @node Output Statement
602 @section C Statements for Assembler Output
603 @cindex output statements
604 @cindex C statements for assembler output
605 @cindex generating assembler output
607 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
608 assembler code for all the cases that are recognized by a single
609 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
610 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
611 machine instructions.
613 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
614 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
615 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
616 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
617 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
618 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
619 might write this pattern:
621 @smallexample
622 (define_insn "addsi3"
623   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
624         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
625                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
626   ""
627   "@@
628    addr %2,%0
629    addm %2,%0")
630 @end smallexample
632 @cindex @code{*} in template
633 @cindex asterisk in template
634 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
635 output template but rather a piece of C program that should compute a
636 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
637 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
638 require doublequote characters to delimit them.  To include these
639 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
641 If the output control string is written as a brace block instead of a
642 double-quoted string, it is automatically assumed to be C code.  In that
643 case, it is not necessary to put in a leading asterisk, or to escape the
644 doublequotes surrounding C string literals.
646 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
647 is @code{rtx []}.
649 It is very common to select different ways of generating assembler code
650 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
651 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
652 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
653 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
654 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
655 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
656 values of those bits.
658 @findex output_asm_insn
659 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
660 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
661 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
662 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
663 that you declare locally and initialize yourself.
665 @findex which_alternative
666 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
667 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
668 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
669 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
670 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
671 etc.).
673 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
674 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
675 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
677 @smallexample
678 (define_insn ""
679   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
680         (const_int 0))]
681   ""
682   @{
683   return (which_alternative == 0
684           ? "clrreg %0" : "clrmem %0");
685   @})
686 @end smallexample
688 The example above, where the assembler code to generate was
689 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
690 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
692 @smallexample
693 @group
694 (define_insn ""
695   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
696         (const_int 0))]
697   ""
698   "@@
699    clrreg %0
700    clrmem %0")
701 @end group
702 @end smallexample
703 @end ifset
705 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
706 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the internals
707 @c manual's context are conditionalized to appear only in the internals manual.
708 @ifset INTERNALS
709 @node Constraints
710 @section Operand Constraints
711 @cindex operand constraints
712 @cindex constraints
714 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify a
715 constraint for the type of operands allowed.
716 @end ifset
717 @ifclear INTERNALS
718 @node Constraints
719 @section Constraints for @code{asm} Operands
720 @cindex operand constraints, @code{asm}
721 @cindex constraints, @code{asm}
722 @cindex @code{asm} constraints
724 Here are specific details on what constraint letters you can use with
725 @code{asm} operands.
726 @end ifclear
727 Constraints can say whether
728 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
729 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
730 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
731 have.  Constraints can also require two operands to match.
733 @ifset INTERNALS
734 @menu
735 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
736 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
737 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
738 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
739 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
740 @end menu
741 @end ifset
743 @ifclear INTERNALS
744 @menu
745 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
746 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
747 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
748 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
749 @end menu
750 @end ifclear
752 @node Simple Constraints
753 @subsection Simple Constraints
754 @cindex simple constraints
756 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
757 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
758 the letters that are allowed:
760 @table @asis
761 @item whitespace
762 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
763 except the first.  This enables each alternative for different operands to
764 be visually aligned in the machine description even if they have different
765 number of constraints and modifiers.
767 @cindex @samp{m} in constraint
768 @cindex memory references in constraints
769 @item @samp{m}
770 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
771 supports in general.
773 @cindex offsettable address
774 @cindex @samp{o} in constraint
775 @item @samp{o}
776 A memory operand is allowed, but only if the address is
777 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
778 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
779 may be added to the address and the result is also a valid memory
780 address.
782 @cindex autoincrement/decrement addressing
783 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
784 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
785 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
786 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
787 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
788 addresses may or may not be offsettable depending on the other
789 addressing modes that the machine supports.
791 Note that in an output operand which can be matched by another
792 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
793 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
794 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
796 @cindex @samp{V} in constraint
797 @item @samp{V}
798 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
799 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
801 @cindex @samp{<} in constraint
802 @item @samp{<}
803 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
804 postdecrement) is allowed.
806 @cindex @samp{>} in constraint
807 @item @samp{>}
808 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
809 postincrement) is allowed.
811 @cindex @samp{r} in constraint
812 @cindex registers in constraints
813 @item @samp{r}
814 A register operand is allowed provided that it is in a general
815 register.
817 @cindex constants in constraints
818 @cindex @samp{i} in constraint
819 @item @samp{i}
820 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
821 This includes symbolic constants whose values will be known only at
822 assembly time.
824 @cindex @samp{n} in constraint
825 @item @samp{n}
826 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
827 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
828 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
829 rather than @samp{i}.
831 @cindex @samp{I} in constraint
832 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
833 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
834 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
835 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
836 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
837 This is the range permitted as a shift count in the shift
838 instructions.
840 @cindex @samp{E} in constraint
841 @item @samp{E}
842 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
843 allowed, but only if the target floating point format is the same as
844 that of the host machine (on which the compiler is running).
846 @cindex @samp{F} in constraint
847 @item @samp{F}
848 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
849 allowed.
851 @cindex @samp{G} in constraint
852 @cindex @samp{H} in constraint
853 @item @samp{G}, @samp{H}
854 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
855 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
857 @cindex @samp{s} in constraint
858 @item @samp{s}
859 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
860 allowed.
862 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
863 value not known at compile time, it certainly must allow any known
864 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
865 better code to be generated.
867 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
868 use an immediate operand; but if the immediate value is between @minus{}128
869 and 127, better code results from loading the value into a register and
870 using the register.  This is because the load into the register can be
871 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
872 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
873 range @minus{}128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
874 constraints.
876 @cindex @samp{g} in constraint
877 @item @samp{g}
878 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
879 registers that are not general registers.
881 @cindex @samp{X} in constraint
882 @item @samp{X}
883 @ifset INTERNALS
884 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
885 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
886 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
887 require a scratch register.
888 @end ifset
889 @ifclear INTERNALS
890 Any operand whatsoever is allowed.
891 @end ifclear
893 @cindex @samp{0} in constraint
894 @cindex digits in constraint
895 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
896 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
897 digit is used together with letters within the same alternative, the
898 digit should come last.
900 This number is allowed to be more than a single digit.  If multiple
901 digits are encountered consecutavely, they are interpreted as a single
902 decimal integer.  There is scant chance for ambiguity, since to-date
903 it has never been desirable that @samp{10} be interpreted as matching
904 either operand 1 @emph{or} operand 0.  Should this be desired, one
905 can use multiple alternatives instead.
907 @cindex matching constraint
908 @cindex constraint, matching
909 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
910 that the assembler has only a single operand that fills two roles
911 @ifset INTERNALS
912 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
913 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
914 @end ifset
915 @ifclear INTERNALS
916 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
917 two input operands and an output operand, but on most CISC
918 @end ifclear
919 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
920 input-output operand:
922 @smallexample
923 addl #35,r12
924 @end smallexample
926 Matching constraints are used in these circumstances.
927 More precisely, the two operands that match must include one input-only
928 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
929 smaller number than the number of the operand that uses it in the
930 constraint.
932 @ifset INTERNALS
933 For operands to match in a particular case usually means that they
934 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
935 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
936 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
937 For proper results in such cases, the output template should always
938 use the output-operand's number when printing the operand.
939 @end ifset
941 @cindex load address instruction
942 @cindex push address instruction
943 @cindex address constraints
944 @cindex @samp{p} in constraint
945 @item @samp{p}
946 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
947 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
949 @findex address_operand
950 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
951 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
952 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
953 reference for which the address would be valid.
955 @cindex other register constraints
956 @cindex extensible constraints
957 @item @var{other-letters}
958 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
959 particular classes of registers or other arbitrary operand types.
960 @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are defined on the 68000/68020 to stand
961 for data, address and floating point registers.
963 @ifset INTERNALS
964 The machine description macro @code{REG_CLASS_FROM_LETTER} has first
965 cut at the otherwise unused letters.  If it evaluates to @code{NO_REGS},
966 then @code{EXTRA_CONSTRAINT} is evaluated.
968 A typical use for @code{EXTRA_CONSTRANT} would be to distinguish certain
969 types of memory references that affect other insn operands.
970 @end ifset
971 @end table
973 @ifset INTERNALS
974 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
975 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
976 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
977 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
978 done by copying an operand into a register.
980 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
982 @smallexample
983 (define_insn ""
984   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
985         (plus:SI (match_dup 0)
986                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
987   ""
988   "@dots{}")
989 @end smallexample
991 @noindent
992 which has two operands, one of which must appear in two places, and
994 @smallexample
995 (define_insn ""
996   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
997         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
998                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
999   ""
1000   "@dots{}")
1001 @end smallexample
1003 @noindent
1004 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
1005 identical.  If we are considering an insn of the form
1007 @smallexample
1008 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
1009   (set (reg:SI 3)
1010        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
1011   @dots{})
1012 @end smallexample
1014 @noindent
1015 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
1016 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
1017 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns.''
1018 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
1019 is something wrong with it.''  It would direct the reload pass of the
1020 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
1021 results might look like this:
1023 @smallexample
1024 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
1025   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
1026   @dots{})
1028 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
1029   (set (reg:SI 3)
1030        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
1031   @dots{})
1032 @end smallexample
1034 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
1035 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
1036 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
1037 for each possible combination of operand expressions, have at least one
1038 alternative which can handle that combination of operands.)  The
1039 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
1040 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
1041 reloading any possible operand so that it will fit.
1043 @itemize @bullet
1044 @item
1045 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
1046 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
1048 For example, an operand whose constraints permit everything except
1049 registers is safe provided its predicate rejects registers.
1051 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
1052 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
1053 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
1054 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
1055 more selective.
1057 @item
1058 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
1059 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
1060 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
1061 compiler knows how to copy a register into another register of the
1062 proper class in order to make an instruction valid.
1064 @cindex nonoffsettable memory reference
1065 @cindex memory reference, nonoffsettable
1066 @item
1067 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
1068 address into a register.  So if the constraint uses the letter
1069 @samp{o}, all memory references are taken care of.
1071 @item
1072 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
1073 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1074 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1075 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1077 @item
1078 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1079 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1080 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1081 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1082 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1083 objects allowed by the constraint.
1084 @end itemize
1086 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1087 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1088 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1089 how to copy a register temporarily into memory.
1091 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1092 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1093 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1094 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1095 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1096 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1097 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1098 @code{sign_extend}.
1099 @end ifset
1101 @node Multi-Alternative
1102 @subsection Multiple Alternative Constraints
1103 @cindex multiple alternative constraints
1105 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1106 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1107 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1108 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1109 another.
1111 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1112 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1113 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1114 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1115 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1116 @ifset INTERNALS
1117 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1119 @smallexample
1120 (define_insn "iorsi3"
1121   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1122         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1123                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1124   @dots{})
1125 @end smallexample
1127 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1128 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1129 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1130 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1131 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1132 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1133 @end ifset
1135 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1136 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1137 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1138 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1139 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1140 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1141 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1143 @table @code
1144 @cindex @samp{?} in constraint
1145 @cindex question mark
1146 @item ?
1147 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1148 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1149 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1150 in it.
1152 @cindex @samp{!} in constraint
1153 @cindex exclamation point
1154 @item !
1155 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1156 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1157 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1158 @end table
1160 @ifset INTERNALS
1161 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1162 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1163 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1164 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1165 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1166 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1167 @end ifset
1169 @ifset INTERNALS
1170 @node Class Preferences
1171 @subsection Register Class Preferences
1172 @cindex class preference constraints
1173 @cindex register class preference constraints
1175 @cindex voting between constraint alternatives
1176 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1177 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1178 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1179 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1180 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1181 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1182 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1183 favor of a general register.  The machine description says which registers
1184 are considered general.
1186 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1187 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1188 @end ifset
1190 @node Modifiers
1191 @subsection Constraint Modifier Characters
1192 @cindex modifiers in constraints
1193 @cindex constraint modifier characters
1195 @c prevent bad page break with this line
1196 Here are constraint modifier characters.
1198 @table @samp
1199 @cindex @samp{=} in constraint
1200 @item =
1201 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1202 value is discarded and replaced by output data.
1204 @cindex @samp{+} in constraint
1205 @item +
1206 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1208 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1209 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1210 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1211 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1212 are assumed to be input only.
1214 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1215 first character of the constraint string.
1217 @cindex @samp{&} in constraint
1218 @cindex earlyclobber operand
1219 @item &
1220 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1221 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1222 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1223 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1224 address.
1226 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1227 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1228 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1229 @samp{movdf} insn of the 68000.
1231 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only
1232 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1233 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1234 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber.
1235 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM@.
1237 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1239 @cindex @samp{%} in constraint
1240 @item %
1241 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1242 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1243 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1244 constraints.
1245 @ifset INTERNALS
1246 This is often used in patterns for addition instructions
1247 that really have only two operands: the result must go in one of the
1248 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1249 instruction is defined:
1251 @smallexample
1252 (define_insn "addhi3"
1253   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1254      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1255               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1256   @dots{})
1257 @end smallexample
1258 @end ifset
1260 @cindex @samp{#} in constraint
1261 @item #
1262 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1263 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1264 register preferences.
1266 @cindex @samp{*} in constraint
1267 @item *
1268 Says that the following character should be ignored when choosing
1269 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1270 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1272 @ifset INTERNALS
1273 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1274 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1275 copying it into an address register.  While either kind of register is
1276 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1277 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1278 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1279 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1280 register preferences.
1282 @smallexample
1283 (define_insn "extendhisi2"
1284   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1285         (sign_extend:SI
1286          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1287   @dots{})
1288 @end smallexample
1289 @end ifset
1290 @end table
1292 @node Machine Constraints
1293 @subsection Constraints for Particular Machines
1294 @cindex machine specific constraints
1295 @cindex constraints, machine specific
1297 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1298 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1299 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1300 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1301 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1302 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1303 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1304 immediate-constant format.
1306 For each machine architecture, the
1307 @file{config/@var{machine}/@var{machine}.h} file defines additional
1308 constraints.  These constraints are used by the compiler itself for
1309 instruction generation, as well as for @code{asm} statements; therefore,
1310 some of the constraints are not particularly interesting for @code{asm}.
1311 The constraints are defined through these macros:
1313 @table @code
1314 @item REG_CLASS_FROM_LETTER
1315 Register class constraints (usually lower case).
1317 @item CONST_OK_FOR_LETTER_P
1318 Immediate constant constraints, for non-floating point constants of
1319 word size or smaller precision (usually upper case).
1321 @item CONST_DOUBLE_OK_FOR_LETTER_P
1322 Immediate constant constraints, for all floating point constants and for
1323 constants of greater than word size precision (usually upper case).
1325 @item EXTRA_CONSTRAINT
1326 Special cases of registers or memory.  This macro is not required, and
1327 is only defined for some machines.
1328 @end table
1330 Inspecting these macro definitions in the compiler source for your
1331 machine is the best way to be certain you have the right constraints.
1332 However, here is a summary of the machine-dependent constraints
1333 available on some particular machines.
1335 @table @emph
1336 @item ARM family---@file{arm.h}
1337 @table @code
1338 @item f
1339 Floating-point register
1341 @item F
1342 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1343 or 10.0
1345 @item G
1346 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1347 were negated
1349 @item I
1350 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1351 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1352 multiple of 2
1354 @item J
1355 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1357 @item K
1358 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1360 @item L
1361 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1363 @item M
1364 Integer in the range 0 to 32
1366 @item Q
1367 A memory reference where the exact address is in a single register
1368 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1370 @item R
1371 An item in the constant pool
1373 @item S
1374 A symbol in the text segment of the current file
1375 @end table
1377 @item AMD 29000 family---@file{a29k.h}
1378 @table @code
1379 @item l
1380 Local register 0
1382 @item b
1383 Byte Pointer (@samp{BP}) register
1385 @item q
1386 @samp{Q} register
1388 @item h
1389 Special purpose register
1391 @item A
1392 First accumulator register
1394 @item a
1395 Other accumulator register
1397 @item f
1398 Floating point register
1400 @item I
1401 Constant greater than 0, less than 0x100
1403 @item J
1404 Constant greater than 0, less than 0x10000
1406 @item K
1407 Constant whose high 24 bits are on (1)
1409 @item L
1410 16-bit constant whose high 8 bits are on (1)
1412 @item M
1413 32-bit constant whose high 16 bits are on (1)
1415 @item N
1416 32-bit negative constant that fits in 8 bits
1418 @item O
1419 The constant 0x80000000 or, on the 29050, any 32-bit constant
1420 whose low 16 bits are 0.
1422 @item P
1423 16-bit negative constant that fits in 8 bits
1425 @item G
1426 @itemx H
1427 A floating point constant (in @code{asm} statements, use the machine
1428 independent @samp{E} or @samp{F} instead)
1429 @end table
1431 @item AVR family---@file{avr.h}
1432 @table @code
1433 @item l
1434 Registers from r0 to r15
1436 @item a
1437 Registers from r16 to r23
1439 @item d
1440 Registers from r16 to r31
1442 @item w
1443 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1445 @item e
1446 Pointer register (r26--r31)
1448 @item b
1449 Base pointer register (r28--r31)
1451 @item q
1452 Stack pointer register (SPH:SPL)
1454 @item t
1455 Temporary register r0
1457 @item x
1458 Register pair X (r27:r26)
1460 @item y
1461 Register pair Y (r29:r28)
1463 @item z
1464 Register pair Z (r31:r30)
1466 @item I
1467 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1469 @item J
1470 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1472 @item K
1473 Constant integer 2
1475 @item L
1476 Constant integer 0
1478 @item M
1479 Constant that fits in 8 bits
1481 @item N
1482 Constant integer @minus{}1
1484 @item O
1485 Constant integer 8, 16, or 24
1487 @item P
1488 Constant integer 1
1490 @item G
1491 A floating point constant 0.0
1492 @end table
1494 @item IBM RS6000---@file{rs6000.h}
1495 @table @code
1496 @item b
1497 Address base register
1499 @item f
1500 Floating point register
1502 @item h
1503 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1505 @item q
1506 @samp{MQ} register
1508 @item c
1509 @samp{CTR} register
1511 @item l
1512 @samp{LINK} register
1514 @item x
1515 @samp{CR} register (condition register) number 0
1517 @item y
1518 @samp{CR} register (condition register)
1520 @item z
1521 @samp{FPMEM} stack memory for FPR-GPR transfers
1523 @item I
1524 Signed 16-bit constant
1526 @item J
1527 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
1528 @code{SImode} constants)
1530 @item K
1531 Unsigned 16-bit constant
1533 @item L
1534 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
1536 @item M
1537 Constant larger than 31
1539 @item N
1540 Exact power of 2
1542 @item O
1543 Zero
1545 @item P
1546 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
1548 @item G
1549 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1550 instruction per word
1552 @item Q
1553 Memory operand that is an offset from a register (@samp{m} is preferable
1554 for @code{asm} statements)
1556 @item R
1557 AIX TOC entry
1559 @item S
1560 Constant suitable as a 64-bit mask operand
1562 @item T
1563 Constant suitable as a 32-bit mask operand
1565 @item U
1566 System V Release 4 small data area reference
1567 @end table
1569 @item Intel 386---@file{i386.h}
1570 @table @code
1571 @item q
1572 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register for the i386.
1573 For x86-64 it is equivalent to @samp{r} class. (for 8-bit instructions that
1574 do not use upper halves)
1576 @item Q
1577 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register. (for 8-bit instructions,
1578 that do use upper halves)
1580 @item R
1581 Legacy register---equivalent to @code{r} class in i386 mode.
1582 (for non-8-bit registers used together with 8-bit upper halves in a single
1583 instruction)
1585 @item A
1586 Specifies the @samp{a} or @samp{d} registers.  This is primarily useful
1587 for 64-bit integer values (when in 32-bit mode) intended to be returned
1588 with the @samp{d} register holding the most significant bits and the
1589 @samp{a} register holding the least significant bits.
1591 @item f
1592 Floating point register
1594 @item t
1595 First (top of stack) floating point register
1597 @item u
1598 Second floating point register
1600 @item a
1601 @samp{a} register
1603 @item b
1604 @samp{b} register
1606 @item c
1607 @samp{c} register
1609 @item d
1610 @samp{d} register
1612 @item D
1613 @samp{di} register
1615 @item S
1616 @samp{si} register
1618 @item x
1619 @samp{xmm} SSE register
1621 @item y
1622 MMX register
1624 @item I
1625 Constant in range 0 to 31 (for 32-bit shifts)
1627 @item J
1628 Constant in range 0 to 63 (for 64-bit shifts)
1630 @item K
1631 @samp{0xff}
1633 @item L
1634 @samp{0xffff}
1636 @item M
1637 0, 1, 2, or 3 (shifts for @code{lea} instruction)
1639 @item N
1640 Constant in range 0 to 255 (for @code{out} instruction)
1642 @item Z
1643 Constant in range 0 to @code{0xffffffff} or symbolic reference known to fit specified range.
1644 (for using immediates in zero extending 32-bit to 64-bit x86-64 instructions)
1646 @item e
1647 Constant in range @minus{}2147483648 to 2147483647 or symbolic reference known to fit specified range.
1648 (for using immediates in 64-bit x86-64 instructions)
1650 @item G
1651 Standard 80387 floating point constant
1652 @end table
1654 @item Intel 960---@file{i960.h}
1655 @table @code
1656 @item f
1657 Floating point register (@code{fp0} to @code{fp3})
1659 @item l
1660 Local register (@code{r0} to @code{r15})
1662 @item b
1663 Global register (@code{g0} to @code{g15})
1665 @item d
1666 Any local or global register
1668 @item I
1669 Integers from 0 to 31
1671 @item J
1674 @item K
1675 Integers from @minus{}31 to 0
1677 @item G
1678 Floating point 0
1680 @item H
1681 Floating point 1
1682 @end table
1684 @item MIPS---@file{mips.h}
1685 @table @code
1686 @item d
1687 General-purpose integer register
1689 @item f
1690 Floating-point register (if available)
1692 @item h
1693 @samp{Hi} register
1695 @item l
1696 @samp{Lo} register
1698 @item x
1699 @samp{Hi} or @samp{Lo} register
1701 @item y
1702 General-purpose integer register
1704 @item z
1705 Floating-point status register
1707 @item I
1708 Signed 16-bit constant (for arithmetic instructions)
1710 @item J
1711 Zero
1713 @item K
1714 Zero-extended 16-bit constant (for logic instructions)
1716 @item L
1717 Constant with low 16 bits zero (can be loaded with @code{lui})
1719 @item M
1720 32-bit constant which requires two instructions to load (a constant
1721 which is not @samp{I}, @samp{K}, or @samp{L})
1723 @item N
1724 Negative 16-bit constant
1726 @item O
1727 Exact power of two
1729 @item P
1730 Positive 16-bit constant
1732 @item G
1733 Floating point zero
1735 @item Q
1736 Memory reference that can be loaded with more than one instruction
1737 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1739 @item R
1740 Memory reference that can be loaded with one instruction
1741 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1743 @item S
1744 Memory reference in external OSF/rose PIC format
1745 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1746 @end table
1748 @item Motorola 680x0---@file{m68k.h}
1749 @table @code
1750 @item a
1751 Address register
1753 @item d
1754 Data register
1756 @item f
1757 68881 floating-point register, if available
1759 @item x
1760 Sun FPA (floating-point) register, if available
1762 @item y
1763 First 16 Sun FPA registers, if available
1765 @item I
1766 Integer in the range 1 to 8
1768 @item J
1769 16-bit signed number
1771 @item K
1772 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
1774 @item L
1775 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
1777 @item M
1778 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
1780 @item G
1781 Floating point constant that is not a 68881 constant
1783 @item H
1784 Floating point constant that can be used by Sun FPA
1785 @end table
1787 @item Motorola 68HC11 & 68HC12 families---@file{m68hc11.h}
1788 @table @code
1789 @item a
1790 Register 'a'
1792 @item b
1793 Register 'b'
1795 @item d
1796 Register 'd'
1798 @item q
1799 An 8-bit register
1801 @item t
1802 Temporary soft register _.tmp
1804 @item u
1805 A soft register _.d1 to _.d31
1807 @item w
1808 Stack pointer register
1810 @item x
1811 Register 'x'
1813 @item y
1814 Register 'y'
1816 @item z
1817 Pseudo register 'z' (replaced by 'x' or 'y' at the end)
1819 @item A
1820 An address register: x, y or z
1822 @item B
1823 An address register: x or y
1825 @item D
1826 Register pair (x:d) to form a 32-bit value
1828 @item L
1829 Constants in the range @minus{}65536 to 65535
1831 @item M
1832 Constants whose 16-bit low part is zero
1834 @item N
1835 Constant integer 1 or @minus{}1
1837 @item O
1838 Constant integer 16
1840 @item P
1841 Constants in the range @minus{}8 to 2
1843 @end table
1845 @need 1000
1846 @item SPARC---@file{sparc.h}
1847 @table @code
1848 @item f
1849 Floating-point register that can hold 32- or 64-bit values.
1851 @item e
1852 Floating-point register that can hold 64- or 128-bit values.
1854 @item I
1855 Signed 13-bit constant
1857 @item J
1858 Zero
1860 @item K
1861 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
1862 loaded with the @code{sethi} instruction)
1864 @item L
1865 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions
1867 @item M
1868 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions
1870 @item N
1871 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
1872 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
1873 modes wider than @code{SImode}
1875 @item G
1876 Floating-point zero
1878 @item H
1879 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
1881 @item Q
1882 Floating-point constant whose integral representation can
1883 be moved into an integer register using a single sethi
1884 instruction
1886 @item R
1887 Floating-point constant whose integral representation can
1888 be moved into an integer register using a single mov
1889 instruction
1891 @item S
1892 Floating-point constant whose integral representation can
1893 be moved into an integer register using a high/lo_sum
1894 instruction sequence
1896 @item T
1897 Memory address aligned to an 8-byte boundary
1899 @item U
1900 Even register
1902 @item W
1903 Memory address for @samp{e} constraint registers.
1905 @end table
1907 @item TMS320C3x/C4x---@file{c4x.h}
1908 @table @code
1909 @item a
1910 Auxiliary (address) register (ar0-ar7)
1912 @item b
1913 Stack pointer register (sp)
1915 @item c
1916 Standard (32-bit) precision integer register
1918 @item f
1919 Extended (40-bit) precision register (r0-r11)
1921 @item k
1922 Block count register (bk)
1924 @item q
1925 Extended (40-bit) precision low register (r0-r7)
1927 @item t
1928 Extended (40-bit) precision register (r0-r1)
1930 @item u
1931 Extended (40-bit) precision register (r2-r3)
1933 @item v
1934 Repeat count register (rc)
1936 @item x
1937 Index register (ir0-ir1)
1939 @item y
1940 Status (condition code) register (st)
1942 @item z
1943 Data page register (dp)
1945 @item G
1946 Floating-point zero
1948 @item H
1949 Immediate 16-bit floating-point constant
1951 @item I
1952 Signed 16-bit constant
1954 @item J
1955 Signed 8-bit constant
1957 @item K
1958 Signed 5-bit constant
1960 @item L
1961 Unsigned 16-bit constant
1963 @item M
1964 Unsigned 8-bit constant
1966 @item N
1967 Ones complement of unsigned 16-bit constant
1969 @item O
1970 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero)
1972 @item Q
1973 Indirect memory reference with signed 8-bit or index register displacement
1975 @item R
1976 Indirect memory reference with unsigned 5-bit displacement
1978 @item S
1979 Indirect memory reference with 1 bit or index register displacement
1981 @item T
1982 Direct memory reference
1984 @item U
1985 Symbolic address
1987 @end table
1989 @item S/390 and zSeries---@file{s390.h}
1990 @table @code
1991 @item a
1992 Address register (general purpose register except r0)
1994 @item d
1995 Data register (arbitrary general purpose register)
1997 @item f
1998 Floating-point register
2000 @item I
2001 Unsigned 8-bit constant (0--255)
2003 @item J
2004 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
2006 @item K
2007 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
2009 @item L
2010 Unsigned 16-bit constant (0--65535)
2012 @item Q
2013 Memory reference without index register
2015 @item S
2016 Symbolic constant suitable for use with the @code{larl} instruction
2018 @end table
2020 @item Xstormy16---@file{stormy16.h}
2021 @table @code
2022 @item a
2023 Register r0.
2025 @item b
2026 Register r1.
2028 @item c
2029 Register r2.
2031 @item d
2032 Register r8.
2034 @item e
2035 Registers r0 through r7.
2037 @item t
2038 Registers r0 and r1.
2040 @item y
2041 The carry register.
2043 @item z
2044 Registers r8 and r9.
2046 @item I
2047 A constant between 0 and 3 inclusive.
2049 @item J
2050 A constant that has exactly one bit set.
2052 @item K
2053 A constant that has exactly one bit clear.
2055 @item L
2056 A constant between 0 and 255 inclusive.
2058 @item M
2059 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
2061 @item N
2062 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
2064 @item O
2065 A constant between 1 and 4 inclusive.
2067 @item P
2068 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
2070 @item Q
2071 A memory reference that is a stack push.
2073 @item R
2074 A memory reference that is a stack pop.
2076 @item S
2077 A memory reference that refers to an constant address of known value.
2079 @item T
2080 The register indicated by Rx (not implemented yet).
2082 @item U
2083 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
2085 @end table
2087 @item Xtensa---@file{xtensa.h}
2088 @table @code
2089 @item a
2090 General-purpose 32-bit register
2092 @item b
2093 One-bit boolean register
2095 @item A
2096 MAC16 40-bit accumulator register
2098 @item I
2099 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
2101 @item J
2102 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
2104 @item K
2105 Integer constant valid for BccI instructions
2107 @item L
2108 Unsigned constant valid for BccUI instructions
2110 @end table
2112 @end table
2114 @ifset INTERNALS
2115 @node Standard Names
2116 @section Standard Pattern Names For Generation
2117 @cindex standard pattern names
2118 @cindex pattern names
2119 @cindex names, pattern
2121 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
2122 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
2123 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
2124 pattern to accomplish a certain task.
2126 @table @asis
2127 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
2128 @item @samp{mov@var{m}}
2129 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lower case.
2130 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
2131 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
2133 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
2134 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
2135 to store the specified value in the part of the register that corresponds
2136 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
2137 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
2138 outside the target word are left unchanged.
2140 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
2141 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
2142 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
2143 If there are patterns accepting operands in larger modes,
2144 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
2146 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
2147 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
2148 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
2149 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
2150 into a register.
2152 @findex force_reg
2153 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
2154 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
2155 registers other than the operands.  For example, if you support the
2156 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
2157 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
2158 function which might generate new pseudo registers.
2160 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
2161 fetching those modes from memory normally requires several insns and
2162 some temporary registers.
2164 @findex change_address
2165 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
2166 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
2167 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
2168 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
2169 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
2170 an address into a valid address and no routine (such as
2171 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
2172 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
2174 @findex reload_in_progress
2175 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
2176 declared if required) can be used to determine whether such special
2177 handling is required.
2179 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
2180 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
2181 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
2182 machines explicit memory references will get optional reloads.
2184 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
2185 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
2187 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
2188 you must define @code{SECONDARY_INPUT_RELOAD_CLASS} and/or
2189 @code{SECONDARY_OUTPUT_RELOAD_CLASS} to detect them, and provide
2190 patterns @samp{reload_in@var{m}} or @samp{reload_out@var{m}} to handle
2191 them.  @xref{Register Classes}.
2193 @findex no_new_pseudos
2194 The global variable @code{no_new_pseudos} can be used to determine if it
2195 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
2196 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
2198 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
2199 register to any other hard register provided that
2200 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
2201 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
2203 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
2204 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
2205 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
2206 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
2207 point members.
2209 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
2210 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
2211 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
2212 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
2213 floating point registers, then the constraints of the fixed point
2214 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
2215 reload into a floating point register.
2217 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
2218 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
2219 @item @samp{reload_in@var{m}}
2220 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
2221 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
2222 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
2223 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
2224 macro in @pxref{Register Classes}.
2226 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
2227 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
2228 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
2229 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
2230 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
2231 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
2232 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
2233 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
2234 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
2235 for these patterns.
2237 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
2238 @item @samp{movstrict@var{m}}
2239 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
2240 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
2241 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
2242 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
2244 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
2245 @item @samp{load_multiple}
2246 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
2247 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
2248 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
2249 number of consecutive registers.
2251 Define this only if the target machine really has such an instruction;
2252 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
2253 registers from memory is to do them one at a time.
2255 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
2256 registers can be stored into memory, such as particular starting or
2257 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
2258 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
2259 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
2261 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
2262 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
2263 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
2264 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
2265 @file{a29k.md} and @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn
2266 pattern.
2268 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
2269 @item @samp{store_multiple}
2270 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
2271 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
2272 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
2273 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
2275 @cindex @code{push@var{m}} instruction pattern
2276 @item @samp{push@var{m}}
2277 Output an push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
2278 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
2279 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
2280 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
2281 method is deprecated.
2283 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
2284 @item @samp{add@var{m}3}
2285 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
2286 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
2287 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
2289 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
2290 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
2291 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
2292 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
2293 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
2294 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
2295 @cindex @code{smin@var{m}3} instruction pattern
2296 @cindex @code{smax@var{m}3} instruction pattern
2297 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
2298 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
2299 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
2300 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
2301 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
2302 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{mul@var{m}3}
2303 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{udiv@var{m}3}, @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
2304 @itemx @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}, @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
2305 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
2306 Similar, for other arithmetic operations.
2307 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
2308 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
2309 @itemx @samp{min@var{m}3}, @samp{max@var{m}3}
2310 Floating point min and max operations.  If both operands are zeros,
2311 or if either operand is NaN, then it is unspecified which of the two
2312 operands is returned as the result.
2315 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
2316 @item @samp{mulhisi3}
2317 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
2318 a @code{SImode} product in operand 0.
2320 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
2321 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
2322 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
2323 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
2325 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
2326 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
2327 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
2328 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
2329 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
2330 multiplication.
2332 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2333 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
2334 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
2335 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
2336 The least significant half of the product is discarded.
2338 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2339 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
2340 Similar, but the multiplication is unsigned.
2342 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
2343 @item @samp{divmod@var{m}4}
2344 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
2345 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
2346 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
2348 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
2349 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
2350 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
2351 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
2352 and remainder are computed.
2354 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
2355 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
2356 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
2357 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
2358 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
2360 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
2361 @item @samp{udivmod@var{m}4}
2362 Similar, but does unsigned division.
2364 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
2365 @item @samp{ashl@var{m}3}
2366 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
2367 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
2368 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
2369 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
2370 mode before generating the instruction.
2372 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
2373 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
2374 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
2375 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
2376 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
2377 Other shift and rotate instructions, analogous to the
2378 @code{ashl@var{m}3} instructions.
2380 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
2381 @item @samp{neg@var{m}2}
2382 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
2384 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
2385 @item @samp{abs@var{m}2}
2386 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
2388 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
2389 @item @samp{sqrt@var{m}2}
2390 Store the square root of operand 1 into operand 0.
2392 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
2393 corresponds to the C data type @code{double}.
2395 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
2396 @item @samp{ffs@var{m}2}
2397 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
2398 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
2399 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
2400 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
2401 generating the instruction.
2403 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
2404 corresponds to the C data type @code{int}.
2406 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
2407 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
2408 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
2410 @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
2411 @item @samp{cmp@var{m}}
2412 Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
2413 The RTL pattern should look like this:
2415 @smallexample
2416 (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
2417                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
2418 @end smallexample
2420 @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
2421 @item @samp{tst@var{m}}
2422 Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
2423 The RTL pattern should look like this:
2425 @smallexample
2426 (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
2427 @end smallexample
2429 @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
2430 not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
2431 would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
2432 The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
2434 @cindex @code{movstr@var{m}} instruction pattern
2435 @item @samp{movstr@var{m}}
2436 Block move instruction.  The addresses of the destination and source
2437 strings are the first two operands, and both are in mode @code{Pmode}.
2439 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
2440 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
2441 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
2442 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
2443 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
2444 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
2445 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
2447 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
2448 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
2449 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
2450 it may provide the value 4 for this operand.
2452 Descriptions of multiple @code{movstr@var{m}} patterns can only be
2453 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
2454 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
2455 in @code{movstr@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
2456 individually moved data units in the block.
2458 These patterns need not give special consideration to the possibility
2459 that the source and destination strings might overlap.
2461 @cindex @code{clrstr@var{m}} instruction pattern
2462 @item @samp{clrstr@var{m}}
2463 Block clear instruction.  The addresses of the destination string is the
2464 first operand, in mode @code{Pmode}.  The number of bytes to clear is
2465 the second operand, in mode @var{m}.  See @samp{movstr@var{m}} for
2466 a discussion of the choice of mode.
2468 The third operand is the known alignment of the destination, in the form
2469 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
2470 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
2471 operand.
2473 The use for multiple @code{clrstr@var{m}} is as for @code{movstr@var{m}}.
2475 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
2476 @item @samp{cmpstr@var{m}}
2477 Block compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
2478 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
2479 of @samp{movstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
2480 byte by byte in lexicographic order.  The effect of the instruction is
2481 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
2482 comparison.
2484 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
2485 @item @samp{strlen@var{m}}
2486 Compute the length of a string, with three operands.
2487 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
2488 a @code{mem} referring to the first character of the string,
2489 operand 2 is the character to search for (normally zero),
2490 and operand 3 is a constant describing the known alignment
2491 of the beginning of the string.
2493 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
2494 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
2495 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
2496 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2497 @var{n}).
2499 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
2500 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
2501 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
2502 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2503 @var{n}).
2505 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
2506 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
2507 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2508 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
2509 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
2510 the value of operand 1 is an integer.
2512 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
2513 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
2514 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2515 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
2516 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
2517 value of operand 1 is an integer.
2519 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
2520 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
2521 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
2522 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
2523 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
2525 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2526 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
2527 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
2528 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2530 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2531 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
2532 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
2533 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2535 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
2536 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
2537 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2538 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2539 point or both floating point.
2541 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
2542 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
2543 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2544 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2545 point or both floating point.
2547 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
2548 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
2549 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2550 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2551 point.
2553 @cindex @code{extv} instruction pattern
2554 @item @samp{extv}
2555 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
2556 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
2557 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
2558 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
2559 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
2560 be valid for @code{word_mode}.
2562 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2563 for operands 2 and 3.
2565 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
2566 before it is stored in operand 0.
2568 @cindex @code{extzv} instruction pattern
2569 @item @samp{extzv}
2570 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
2572 @cindex @code{insv} instruction pattern
2573 @item @samp{insv}
2574 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
2575 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
2576 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
2577 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
2578 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
2580 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2581 for operands 1 and 2.
2583 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
2584 @item @samp{mov@var{mode}cc}
2585 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
2586 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
2587 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
2589 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
2590 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
2591 conditionally move an integer value based on the floating point condition
2592 codes and vice versa.
2594 If the machine does not have conditional move instructions, do not
2595 define these patterns.
2597 @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
2598 @item @samp{s@var{cond}}
2599 Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
2600 Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
2601 @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
2602 as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
2604 You specify the mode that the operand must have when you write the
2605 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
2606 which mode you have used and supplies an operand of that mode.
2608 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
2609 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
2610 you should omit it from the machine description.  You describe to the
2611 compiler exactly which value is stored by defining the macro
2612 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
2613 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
2614 should omit those operations from the machine description.
2616 These operations may fail, but should do so only in relatively
2617 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
2618 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
2620 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
2621 that copies the constant one to the target and branches around an
2622 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
2623 the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
2624 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
2625 @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
2626 the machine description.
2628 @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
2629 @item @samp{b@var{cond}}
2630 Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
2631 refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
2632 condition @var{cond}.
2634 Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
2635 instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
2636 case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
2637 simply store the operands away and generate all the required insns in a
2638 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
2639 branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
2640 immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
2641 pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
2643 Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
2644 where the mode used for the comparison depends on the condition being
2645 tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}.
2647 The above discussion also applies to the @samp{mov@var{mode}cc} and
2648 @samp{s@var{cond}} patterns.
2650 @cindex @code{jump} instruction pattern
2651 @item @samp{jump}
2652 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
2653 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
2654 on all machines.
2656 @cindex @code{call} instruction pattern
2657 @item @samp{call}
2658 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
2659 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
2660 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
2661 operands.
2663 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
2664 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
2665 to put this information into the assembler code; they can put it in
2666 the RTL instead of operand 1.
2668 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
2669 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
2670 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
2671 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
2672 instruction, the pattern for this operation should be a
2673 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
2674 address into a register and uses that register in the call instruction.
2676 @cindex @code{call_value} instruction pattern
2677 @item @samp{call_value}
2678 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
2679 register in which the value is returned.  There are three more
2680 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
2681 instruction (but with numbers increased by one).
2683 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
2684 insn.
2686 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
2687 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
2688 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
2689 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
2690 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
2691 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
2692 adjustment made to the frame pointer.
2694 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
2695 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
2696 can be eliminated, if desired.
2698 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
2699 @item @samp{untyped_call}
2700 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
2701 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
2702 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
2703 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
2704 the saving of a function return value into the result block.
2706 This instruction pattern should be defined to support
2707 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
2708 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
2709 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
2710 multiple registers that can hold a return value
2711 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
2713 @cindex @code{return} instruction pattern
2714 @item @samp{return}
2715 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
2716 defined only if a single instruction can do all the work of returning
2717 from a function.
2719 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
2720 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
2721 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
2722 some class of functions only requires one instruction to implement a
2723 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
2724 to save any registers or allocate stack space.
2726 @findex reload_completed
2727 @findex leaf_function_p
2728 For such machines, the condition specified in this pattern should only
2729 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
2730 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
2731 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
2732 a register window push is required.
2734 Machines that have conditional return instructions should define patterns
2735 such as
2737 @smallexample
2738 (define_insn ""
2739   [(set (pc)
2740         (if_then_else (match_operator
2741                          0 "comparison_operator"
2742                          [(cc0) (const_int 0)])
2743                       (return)
2744                       (pc)))]
2745   "@var{condition}"
2746   "@dots{}")
2747 @end smallexample
2749 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
2750 named @samp{return} pattern.
2752 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
2753 @item @samp{untyped_return}
2754 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
2755 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
2756 instructions are needed to return a value of any type.
2758 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
2759 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
2760 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
2761 the restoring of a function return value from the result block.
2763 @cindex @code{nop} instruction pattern
2764 @item @samp{nop}
2765 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
2766 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
2767 RTL pattern.
2769 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
2770 @item @samp{indirect_jump}
2771 An instruction to jump to an address which is operand zero.
2772 This pattern name is mandatory on all machines.
2774 @cindex @code{casesi} instruction pattern
2775 @item @samp{casesi}
2776 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
2777 This instruction takes five operands:
2779 @enumerate
2780 @item
2781 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
2783 @item
2784 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
2786 @item
2787 The total range of indices in the table---the largest index
2788 minus the smallest one (both inclusive).
2790 @item
2791 A label that precedes the table itself.
2793 @item
2794 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
2795 (If the machine-description macro @code{CASE_DROPS_THROUGH} is defined,
2796 then an out-of-bounds index drops through to the code following
2797 the jump table instead of jumping to this label.  In that case,
2798 this label is not actually used by the @samp{casesi} instruction,
2799 but it is always provided as an operand.)
2800 @end enumerate
2802 The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
2803 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
2804 difference between the upper bound and the lower bound.
2806 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
2807 @item @samp{tablejump}
2808 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
2809 capability which can be used to implement a dispatch table when there
2810 is no @samp{casesi} pattern.
2812 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
2813 which should immediately precede the jump table.  If the macro
2814 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
2815 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
2816 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
2817 mode @code{Pmode}.
2819 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
2820 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
2821 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
2822 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
2825 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
2826 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
2827 Conditional branch instruction that decrements a register and
2828 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
2829 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
2830 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
2832 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
2833 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
2834 reduction is enabled.
2836 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
2837 @item @samp{doloop_end}
2838 Conditional branch instruction that decrements a register and jumps if
2839 the register is nonzero.  This instruction takes five operands: Operand
2840 0 is the register to decrement and test; operand 1 is the number of loop
2841 iterations as a @code{const_int} or @code{const0_rtx} if this cannot be
2842 determined until run-time; operand 2 is the actual or estimated maximum
2843 number of iterations as a @code{const_int}; operand 3 is the number of
2844 enclosed loops as a @code{const_int} (an innermost loop has a value of
2845 1); operand 4 is the label to jump to if the register is nonzero.
2846 @xref{Looping Patterns}.
2848 This optional instruction pattern should be defined for machines with
2849 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
2850 modify suitable loops to utilize it.  If nested low-overhead looping is
2851 not supported, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
2852 and make the pattern fail if operand 3 is not @code{const1_rtx}.
2853 Similarly, if the actual or estimated maximum number of iterations is
2854 too large for this instruction, make it fail.
2856 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
2857 @item @samp{doloop_begin}
2858 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
2859 need to perform some initialization, such as loading special registers
2860 used by a low-overhead looping instruction.  If initialization insns do
2861 not always need to be emitted, use a @code{define_expand}
2862 (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
2865 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
2866 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
2867 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
2868 into operand 0.
2870 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
2871 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
2872 and also has mode @code{Pmode}.
2874 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
2875 the address of the function which would be called if the function
2876 pointer were used in an indirect call.
2878 Only define this pattern if function pointers on the target machine
2879 can have different values but still call the same function when
2880 used in an indirect call.
2882 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
2883 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
2884 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
2885 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
2886 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
2887 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
2888 @item @samp{save_stack_block}
2889 @itemx @samp{save_stack_function}
2890 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
2891 @itemx @samp{restore_stack_block}
2892 @itemx @samp{restore_stack_function}
2893 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
2894 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
2895 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
2896 such machines.
2898 Some machines require special handling for stack pointer saves and
2899 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
2900 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
2901 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
2902 saves and restores are:
2904 @enumerate
2905 @item
2906 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
2907 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
2908 restores the stack pointer when the block is exited.
2910 @item
2911 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
2912 similar job for the outermost block of a function and are used when the
2913 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
2914 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
2915 restore sequence on some machines.
2917 @item
2918 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
2919 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
2920 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
2921 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
2922 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
2923 and restoring additional data such as register window information or
2924 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
2925 such required data.
2926 @end enumerate
2928 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
2929 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
2930 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
2931 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
2932 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
2933 for a particular type of save (either because no save is needed or
2934 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
2935 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
2936 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
2937 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
2939 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
2940 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
2941 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
2943 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
2944 @item @samp{allocate_stack}
2945 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
2946 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
2948 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
2949 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
2950 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
2951 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
2952 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
2953 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
2954 stack is free.
2956 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
2957 Some machines require other operations such as stack probes or
2958 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
2959 operations in addition to updating the stack pointer.
2961 @cindex @code{probe} instruction pattern
2962 @item @samp{probe}
2963 Some machines require instructions to be executed after space is
2964 allocated from the stack, for example to generate a reference at
2965 the bottom of the stack.
2967 If you need to emit instructions before the stack has been adjusted,
2968 put them into the @samp{allocate_stack} pattern.  Otherwise, define
2969 this pattern to emit the required instructions.
2971 No operands are provided.
2973 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
2974 @item @samp{check_stack}
2975 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
2976 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
2977 to perform the needed check and signaling an error if the stack
2978 has overflowed.  The single operand is the location in the stack furthest
2979 from the current stack pointer that you need to validate.  Normally,
2980 on machines where this pattern is needed, you would obtain the stack
2981 limit from a global or thread-specific variable or register.
2983 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
2984 @item @samp{nonlocal_goto}
2985 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
2986 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
2987 each representing a value to be used in the jump.  The first
2988 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
2989 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
2990 the third is the address of a location where the stack is saved,
2991 and the last is the address of the label, to be placed in the
2992 location for the incoming static chain.
2994 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
2995 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
2996 and static chain, restore the stack (using the
2997 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
2998 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
2999 not work on your machine.
3001 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
3002 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
3003 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
3004 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
3005 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
3006 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
3007 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
3008 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
3009 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
3010 There are no arguments.
3012 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
3013 @item @samp{exception_receiver}
3014 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
3015 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
3016 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
3017 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
3018 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
3019 an exception.  There are no arguments.
3021 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
3022 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
3023 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
3024 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
3025 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
3026 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
3027 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
3028 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
3029 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
3030 the first three are normally used by the generic mechanism.
3032 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
3033 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
3034 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
3035 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
3036 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
3037 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
3038 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
3039 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
3040 at a small offset from that label.
3042 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
3043 @item @samp{builtin_longjmp}
3044 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
3045 You will not normally need to define this pattern unless you also define
3046 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
3047 @code{jmp_buf}.
3049 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
3050 @item @samp{eh_return}
3051 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
3052 and thence the call frame exception handling library routines, are
3053 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
3054 the abnormal return path.
3056 The pattern takes two arguments.  The first is an offset to be applied
3057 to the stack pointer.  It will have been copied to some appropriate
3058 location (typically @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX}) which will survive
3059 until after reload to when the normal epilogue is generated.
3060 The second argument is the address of the exception handler to which
3061 the function should return.  This will normally need to copied by the
3062 pattern to some special register or memory location.
3064 This pattern only needs to be defined if call frame exception handling
3065 is to be used, and simple moves involving @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX}
3066 and @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX} are not sufficient.
3068 @cindex @code{prologue} instruction pattern
3069 @anchor{prologue instruction pattern}
3070 @item @samp{prologue}
3071 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
3072 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
3073 pointer register, saving callee saved registers, etc.
3075 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
3076 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
3078 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
3079 instruction scheduling.
3081 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
3082 @anchor{epilogue instruction pattern}
3083 @item @samp{epilogue}
3084 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
3085 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
3086 registers and emitting the return instruction.
3088 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
3089 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
3091 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
3092 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
3094 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
3095 @item @samp{sibcall_epilogue}
3096 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
3097 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
3098 sibling call (aka tail call) sites.
3100 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
3101 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
3102 function.
3104 @cindex @code{trap} instruction pattern
3105 @item @samp{trap}
3106 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
3107 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
3108 front end to signal `invalid array index' exceptions.
3110 @cindex @code{conditional_trap} instruction pattern
3111 @item @samp{conditional_trap}
3112 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
3113 performs a comparison.  Operand 1 is the trap code, an integer.
3115 A typical @code{conditional_trap} pattern looks like
3117 @smallexample
3118 (define_insn "conditional_trap"
3119   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
3120              [(cc0) (const_int 0)])
3121             (match_operand 1 "const_int_operand" "i"))]
3122   ""
3123   "@dots{}")
3124 @end smallexample
3126 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
3127 @item @samp{prefetch}
3129 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
3130 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
3131 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
3132 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
3133 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
3134 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
3135 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
3136 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
3137 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
3139 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
3140 the values of operands 1 and 2.
3142 @cindex @code{cycle_display} instruction pattern
3143 @item @samp{cycle_display}
3145 This pattern, if present, will be emitted by the instruction scheduler at
3146 the beginning of each new clock cycle.  This can be used for annotating the
3147 assembler output with cycle counts.  Operand 0 is a @code{const_int} that
3148 holds the clock cycle.
3150 @end table
3152 @node Pattern Ordering
3153 @section When the Order of Patterns Matters
3154 @cindex Pattern Ordering
3155 @cindex Ordering of Patterns
3157 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
3158 pattern that appears first in the machine description is the one used.
3159 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
3160 and faster instructions (those that will produce better code when they
3161 do match) should usually go first in the description.
3163 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
3164 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
3165 instruction for converting a fullword to floating point and another
3166 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
3167 an integer to floating point could match either one.  We put the
3168 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
3169 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
3170 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
3171 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
3172 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
3173 constant value.
3175 @node Dependent Patterns
3176 @section Interdependence of Patterns
3177 @cindex Dependent Patterns
3178 @cindex Interdependence of Patterns
3180 Every machine description must have a named pattern for each of the
3181 conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
3182 must always have the form
3184 @example
3185 (set (pc)
3186      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
3187                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
3188                    (pc)))
3189 @end example
3191 @noindent
3192 In addition, every machine description must have an anonymous pattern
3193 for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
3194 look like
3196 @example
3197 (set (pc)
3198      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
3199                    (pc)
3200                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
3201 @end example
3203 @noindent
3204 They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
3205 branches into reverse-conditional branches.
3207 It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
3208 reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
3209 example,
3211 @example
3212 (define_insn ""
3213   [(set (pc)
3214         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
3215                                       [(cc0) (const_int 0)])
3216                       (pc)
3217                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
3218   "@var{condition}"
3219   "@dots{}")
3220 @end example
3222 In some cases machines support instructions identical except for the
3223 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
3224 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
3225 patterns are
3227 @example
3228 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
3229      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
3231 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
3232      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
3233 @end example
3235 @noindent
3236 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
3237 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
3238 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
3239 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
3240 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
3241 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
3243 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
3244 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
3245 compilations.
3247 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
3248 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
3249 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
3250 you should not provide separate patterns for increment and decrement
3251 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
3252 that supports register-register add insns by examining the operands and
3253 generating the appropriate machine instruction.
3255 @node Jump Patterns
3256 @section Defining Jump Instruction Patterns
3257 @cindex jump instruction patterns
3258 @cindex defining jump instruction patterns
3260 For most machines, GCC assumes that the machine has a condition code.
3261 A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
3262 signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
3263 insn tests the condition code and branches or not according its value.
3264 The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
3265 common machines, such as the VAX, the 68000 and the 32000, work this
3266 way.
3268 Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
3269 only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
3270 these machines is to treat them just like the others until the final stage
3271 where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
3272 compare instruction, peek ahead at the following branch using
3273 @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
3274 being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
3275 the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
3276 otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
3277 can treat signed and unsigned branches identically.
3279 The reason you can do this is that GCC always generates a pair of
3280 consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
3281 set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
3282 until the end.
3284 To go with this technique, you must define the machine-description macro
3285 @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
3286 compare instruction is superfluous.
3288 Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
3289 A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
3290 compare instruction, record its operands in two static variables.  When
3291 outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
3292 output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
3294 It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
3295 In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
3296 will be combined according to these patterns.  But this does not happen
3297 if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
3298 above in addition to any special patterns you define.
3300 In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
3301 code and there may not even be a separate condition code register.  On
3302 these machines, the restriction that the definition and use of the
3303 condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
3304 important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
3305 delay for taken branches unless the condition code register is set three
3306 instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
3307 scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
3308 separate the definition and use of the condition code register.
3310 On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
3311 to represent the condition code.  If there is a specific condition code
3312 register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
3313 comparison result can be placed in any general register, or if there are
3314 multiple condition registers, use a pseudo register.
3316 @findex prev_cc0_setter
3317 @findex next_cc0_user
3318 On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
3319 the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
3320 Sparc, setting the condition code directly from an add or subtract
3321 instruction does not clear the overflow bit the way that a test
3322 instruction does, so a different branch instruction must be used for
3323 some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
3324 and use of the condition code must be adjacent (separated only by
3325 @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
3326 (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
3327 located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
3328 and @code{next_cc0_user}.
3330 However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
3331 those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
3332 compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
3333 we use the machine mode of the condition code register to record
3334 different formats of the condition code register.
3336 Registers used to store the condition code value should have a mode that
3337 is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
3338 additional modes are required (as for the add example mentioned above in
3339 the Sparc), define the macro @code{EXTRA_CC_MODES} to list the
3340 additional modes required (@pxref{Condition Code}).  Also define
3341 @code{SELECT_CC_MODE} to choose a mode given an operand of a compare.
3343 If it is known during RTL generation that a different mode will be
3344 required (for example, if the machine has separate compare instructions
3345 for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
3346 be specified at that time.
3348 If the cases that require different modes would be made by instruction
3349 combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
3350 mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
3351 written using that mode.  To support the case of the add on the Sparc
3352 discussed above, we have the pattern
3354 @smallexample
3355 (define_insn ""
3356   [(set (reg:CC_NOOV 0)
3357         (compare:CC_NOOV
3358           (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
3359                    (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
3360           (const_int 0)))]
3361   ""
3362   "@dots{}")
3363 @end smallexample
3365 The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the Sparc returns @code{CC_NOOVmode}
3366 for comparisons whose argument is a @code{plus}.
3368 @node Looping Patterns
3369 @section Defining Looping Instruction Patterns
3370 @cindex looping instruction patterns
3371 @cindex defining looping instruction patterns
3373 Some machines have special jump instructions that can be utilised to
3374 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
3375 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
3376 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
3377 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
3378 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
3379 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
3380 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
3381 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
3382 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
3383 the jump.
3385 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
3386 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
3387 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
3388 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
3389 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
3390 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
3391 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
3392 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
3393 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
3394 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
3395 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
3396 following for its @code{dbra} instruction:
3398 @smallexample
3399 @group
3400 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
3401   [(set (pc)
3402         (if_then_else
3403           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
3404                        (const_int -1))
3405               (const_int 0))
3406           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
3407           (pc)))
3408    (set (match_dup 0)
3409         (plus:SI (match_dup 0)
3410                  (const_int -1)))]
3411   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
3412   "@dots{}")
3413 @end group
3414 @end smallexample
3416 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
3417 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
3418 since this insn is generated by the instruction combination phase
3419 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
3420 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
3421 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
3422 pattern will not be matched by the combiner.
3424 @smallexample
3425 @group
3426 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
3427   [(set (pc)
3428         (if_then_else
3429           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
3430               (const_int 1))
3431           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
3432           (pc)))
3433    (set (match_dup 0)
3434         (plus:SI (match_dup 0)
3435                  (const_int -1)))]
3436   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
3437   "@dots{}")
3438 @end group
3439 @end smallexample
3441 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
3442 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
3443 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
3444 information collected during strength reduction.
3446 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
3447 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
3448 is an optional companion pattern that can be used for initialization
3449 needed for some low-overhead looping instructions.
3451 Note that some machines require the actual looping instruction to be
3452 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
3453 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
3454 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
3455 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
3456 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
3457 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
3458 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
3459 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
3460 desired special iteration counter register was not allocated, this
3461 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
3462 instruction pair.
3464 The essential difference between the
3465 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
3466 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
3467 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
3468 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
3469 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
3470 may become redundant and removed by the flow pass.
3473 @node Insn Canonicalizations
3474 @section Canonicalization of Instructions
3475 @cindex canonicalization of instructions
3476 @cindex insn canonicalization
3478 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
3479 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
3480 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
3481 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
3482 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
3483 number of insn patterns required.
3485 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
3486 are performed:
3488 @itemize @bullet
3489 @item
3490 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
3491 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
3492 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
3493 be supplied.
3495 @cindex @code{neg}, canonicalization of
3496 @cindex @code{not}, canonicalization of
3497 @cindex @code{mult}, canonicalization of
3498 @cindex @code{plus}, canonicalization of
3499 @cindex @code{minus}, canonicalization of
3500 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
3501 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
3502 first operand.
3504 @cindex @code{compare}, canonicalization of
3505 @item
3506 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
3507 on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
3508 machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
3509 a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
3510 cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
3511 matching a constant as the first operand unless the machine actually has
3512 such an instruction.
3514 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
3515 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
3516 above.
3518 @item
3519 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
3520 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
3522 @item
3523 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
3524 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
3526 @cindex @code{ior}, canonicalization of
3527 @cindex @code{and}, canonicalization of
3528 @cindex De Morgan's law
3529 @item
3530 De`Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
3531 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
3532 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
3534 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
3535 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
3536 for that instruction as
3538 @example
3539 (define_insn ""
3540   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3541         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
3542                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
3543   "@dots{}"
3544   "@dots{}")
3545 @end example
3547 @noindent
3548 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
3550 @example
3551 (define_insn ""
3552   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3553         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
3554                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
3555   "@dots{}"
3556   "@dots{}")
3557 @end example
3559 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
3560 logically equivalent RTL expressions.
3562 @cindex @code{xor}, canonicalization of
3563 @item
3564 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
3565 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
3566 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
3568 @item
3569 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
3570 the form
3572 @example
3573 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
3574 @end example
3576 @item
3577 On machines that do not use @code{cc0},
3578 @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
3579 @var{x}.
3581 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
3582 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
3583 @item
3584 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
3585 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
3586 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
3588 @end itemize
3590 @node Expander Definitions
3591 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
3592 @cindex expander definitions
3593 @cindex code generation RTL sequences
3594 @cindex defining RTL sequences for code generation
3596 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
3597 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
3598 represent them.  For these target machines, you can write a
3599 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
3601 @findex define_expand
3602 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
3603 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
3604 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
3606 A @code{define_expand} RTX has four operands:
3608 @itemize @bullet
3609 @item
3610 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
3611 use for it is to refer to it by name.
3613 @item
3614 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
3615 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
3616 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
3618 @item
3619 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
3620 used to express how the availability of this pattern depends on
3621 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
3622 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
3623 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
3624 depend on the data in the insn being matched, but only the
3625 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
3626 during initialization in order to learn exactly which named instructions
3627 are available in a particular run.
3629 @item
3630 The preparation statements, a string containing zero or more C
3631 statements which are to be executed before RTL code is generated from
3632 the RTL template.
3634 Usually these statements prepare temporary registers for use as
3635 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
3636 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
3637 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
3638 @end itemize
3640 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
3641 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
3642 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
3645 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
3646 also describes the operands that need to be specified when this pattern
3647 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
3649 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
3650 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
3651 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
3652 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
3653 information to preload the operand into a register if that is required for
3654 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
3655 references should use @code{match_dup}.
3657 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
3658 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
3659 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
3660 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
3661 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
3662 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
3663 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
3664 compute the values and store them into the appropriate elements of
3665 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
3667 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
3668 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
3669 as a statement.
3671 @table @code
3673 @findex DONE
3674 @item DONE
3675 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
3676 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
3677 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
3678 preparation statements; the RTL template will not be generated.
3680 @findex FAIL
3681 @item FAIL
3682 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
3683 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
3684 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
3686 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
3687 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
3688 operations.
3689 @end table
3691 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
3692 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
3693 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
3694 insn.
3696 The RTL template is not used for matching, only for generating the
3697 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
3698 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
3699 list of operands, such as this example:
3701 @smallexample
3702 @group
3703 (define_expand "addsi3"
3704   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3705    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
3706    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
3707 @end group
3708 @group
3709   ""
3710   "
3712   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
3713   DONE;
3714 @}")
3715 @end group
3716 @end smallexample
3718 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
3720 @smallexample
3721 @group
3722 (define_expand "ashlsi3"
3723   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3724         (ashift:SI
3725 @end group
3726 @group
3727           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
3728           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
3729   ""
3730   "
3731 @end group
3732 @end smallexample
3734 @smallexample
3735 @group
3737   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
3738       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
3739     FAIL;
3740 @}")
3741 @end group
3742 @end smallexample
3744 @noindent
3745 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
3746 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
3747 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
3748 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
3749 library call).
3751 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
3752 patterns with names, then it would be possible to use a
3753 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
3754 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
3756 @smallexample
3757 (define_expand "zero_extendhisi2"
3758   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
3759         (const_int 0))
3760    (set (strict_low_part
3761           (subreg:HI
3762             (match_dup 0)
3763             0))
3764         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
3765   ""
3766   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
3767 @end smallexample
3769 @noindent
3770 @findex make_safe_from
3771 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
3772 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
3773 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
3774 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
3775 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
3776 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
3777 by emitting another RTL insn.
3779 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
3780 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
3781 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
3782 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
3783 on this machine.  So it must be copied into a register with
3784 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
3786 @smallexample
3787 (define_expand "zero_extendhisi2"
3788   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3789         (and:SI (subreg:SI
3790                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
3791                   0)
3792                 (match_dup 2)))]
3793   ""
3794   "operands[2]
3795      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
3796 @end smallexample
3798 @strong{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
3799 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
3800 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
3801 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
3802 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
3803 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
3804 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
3805 in the compiler.
3807 @node Insn Splitting
3808 @section Defining How to Split Instructions
3809 @cindex insn splitting
3810 @cindex instruction splitting
3811 @cindex splitting instructions
3813 There are two cases where you should specify how to split a pattern into
3814 multiple insns.  On machines that have instructions requiring delay
3815 slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose output is
3816 not available for multiple cycles (@pxref{Function Units}), the compiler
3817 phases that optimize these cases need to be able to move insns into
3818 one-instruction delay slots.  However, some insns may generate more than one
3819 machine instruction.  These insns cannot be placed into a delay slot.
3821 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
3822 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
3823 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
3824 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
3825 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
3826 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
3827 scheduling.
3829 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
3830 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
3831 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
3832 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
3833 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
3834 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
3835 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
3836 split the addition into two insns is machine-dependent.
3838 @findex define_split
3839 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
3840 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
3842 @smallexample
3843 (define_split
3844   [@var{insn-pattern}]
3845   "@var{condition}"
3846   [@var{new-insn-pattern-1}
3847    @var{new-insn-pattern-2}
3848    @dots{}]
3849   "@var{preparation-statements}")
3850 @end smallexample
3852 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
3853 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
3854 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
3855 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
3856 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
3857 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
3859 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
3860 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3861 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
3862 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
3863 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
3864 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
3865 must not allocate any space in the stack frame.
3867 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
3868 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
3869 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
3870 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
3871 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
3872 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
3873 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
3874 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
3875 of those definitions.
3877 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
3878 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
3879 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
3881 @smallexample
3882 (define_split
3883   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
3884         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
3885   ""
3886   [(set (match_dup 0)
3887         (ashift:SI (match_dup 1)
3888                    (const_int 16)))
3889    (set (match_dup 0)
3890         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
3891                      (const_int 16)))]
3892   "
3893 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
3894 @end smallexample
3896 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
3897 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
3898 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
3899 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
3900 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
3901 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
3902 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
3903 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
3904 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
3905 @code{define_split} that will never produce insns that match).
3907 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
3908 @file{rs6000.md}:
3910 @smallexample
3911 (define_split
3912   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
3913         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
3914                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
3915   ""
3916   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
3917    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
3920   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
3921   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
3923   if (low & 0x8000)
3924     high++, low |= 0xffff0000;
3926   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
3927   operands[4] = GEN_INT (low);
3928 @}")
3929 @end smallexample
3931 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
3932 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
3933 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
3934 can be substituted into the address of a subsequent operation.
3936 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
3937 an equality comparison of a register and a large constant:
3939 @smallexample
3940 (define_split
3941   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
3942         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
3943                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
3944    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
3945   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
3946    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
3947        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
3948   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
3949    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
3950   "
3952   /* Get the constant we are comparing against, C, and see what it
3953      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
3954      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.  */
3956   int c = INTVAL (operands[2]);
3957   int sextc = (c << 16) >> 16;
3958   int xorv = c ^ sextc;
3960   operands[4] = GEN_INT (xorv);
3961   operands[5] = GEN_INT (sextc);
3962 @}")
3963 @end smallexample
3965 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
3966 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
3967 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
3968 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
3969 are not valid.
3971 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
3972 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
3973 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
3974 several restriction apply.
3976 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
3977 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
3978 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
3979 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
3980 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
3981 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump. An global variable
3982 @code{split_branch_probability} hold the probability of original branch in case
3983 it was an simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
3984 recomputing of edge frequencies, new sequence is required to have only
3985 forward jumps to the newly created labels.
3987 @findex define_insn_and_split
3988 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
3989 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
3990 this:
3992 @smallexample
3993 (define_insn_and_split
3994   [@var{insn-pattern}]
3995   "@var{condition}"
3996   "@var{output-template}"
3997   "@var{split-condition}"
3998   [@var{new-insn-pattern-1}
3999    @var{new-insn-pattern-2}
4000    @dots{}]
4001   "@var{preparation-statements}"
4002   [@var{insn-attributes}])
4004 @end smallexample
4006 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
4007 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
4008 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
4009 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
4010 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
4011 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
4012 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
4013 from i386.md:
4015 @smallexample
4016 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
4017   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
4018      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
4019    (clobber (reg:CC 17))]
4020   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
4021   "#"
4022   "&& reload_completed"
4023   [(parallel [(set (match_dup 0)
4024                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
4025               (clobber (reg:CC 17))])]
4026   ""
4027   [(set_attr "type" "alu1")])
4029 @end smallexample
4031 In this case, the actual split condition will be
4032 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
4034 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
4035 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
4036 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
4037 having to ensure the two patterns' templates match.
4039 @node Including Patterns
4040 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
4041 @cindex insn includes
4043 @findex include
4044 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
4045 look for patterns that are in files other than in the file
4046 @file{.md}. This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
4048 It looks like:
4050 @smallexample
4052 (include
4053   @var{pathname})
4054 @end smallexample
4056 For example:
4058 @smallexample
4060 (include "filestuff")
4062 @end smallexample
4064 Where @var{pathname} is a string that specifies the the location of the file,
4065 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}. The
4066 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
4069 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
4070 and placed into subdirectories.
4072 By specifying:
4074 @smallexample
4076 (include "BOGUS/filestuff")
4078 @end smallexample
4080 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
4082 Specifying an absolute path for the include file such as;
4083 @smallexample
4085 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
4087 @end smallexample
4088 is permitted but is not encouraged.
4090 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
4091 @cindex directory options .md
4092 @cindex options, directory search
4093 @cindex search options
4095 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
4096 For example:
4098 @smallexample
4100 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
4102 @end smallexample
4105 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
4106 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
4107 file, substituting your own version, since these directories are
4108 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
4109 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
4110 order; the standard default directory come after.
4113 @node Peephole Definitions
4114 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
4115 @cindex peephole optimizer definitions
4116 @cindex defining peephole optimizers
4118 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
4119 definitions of machine-specific peephole optimizations.
4121 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
4122 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
4123 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
4124 though the second one does not appear to use a register computed in the
4125 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
4126 opportunities.
4128 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
4129 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
4130 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
4131 is deprecated.
4133 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
4134 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
4135 but before scheduling, which may result in much better code for
4136 targets that do scheduling.
4138 @menu
4139 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
4140 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
4141 @end menu
4143 @node define_peephole
4144 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
4145 @findex define_peephole
4147 @need 1000
4148 A definition looks like this:
4150 @smallexample
4151 (define_peephole
4152   [@var{insn-pattern-1}
4153    @var{insn-pattern-2}
4154    @dots{}]
4155   "@var{condition}"
4156   "@var{template}"
4157   "@var{optional-insn-attributes}")
4158 @end smallexample
4160 @noindent
4161 The last string operand may be omitted if you are not using any
4162 machine-specific information in this machine description.  If present,
4163 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
4165 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
4166 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
4167 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
4168 the next, and so on.
4170 Each of the insns matched by a peephole must also match a
4171 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
4172 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
4173 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
4174 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
4175 stages.
4177 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
4178 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
4179 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
4180 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
4181 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
4182 other.
4184 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
4185 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
4186 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
4187 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
4188 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
4190 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
4191 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
4192 previously tested.
4194 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
4195 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
4196 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
4197 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
4198 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
4199 patterns.
4201 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
4202 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
4203 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
4204 the operands.
4206 @findex prev_active_insn
4207 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
4208 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
4209 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
4210 to refer to the last of the insns being matched; use
4211 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
4213 @findex dead_or_set_p
4214 When optimizing computations with intermediate results, you can use
4215 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
4216 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
4217 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
4218 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
4219 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
4220 value (from @code{operands[@var{i}]}).
4222 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
4223 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
4224 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
4225 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
4226 used in matching the original sequence of insns.
4228 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
4229 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
4230 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
4231 as the insn pattern to control how the insn is output.
4233 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
4234 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
4236 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
4238 @smallexample
4239 (define_peephole
4240   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
4241    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
4242         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
4243   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
4245   rtx xoperands[2];
4246   xoperands[1] = gen_rtx (REG, SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
4247 #ifdef MOTOROLA
4248   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
4249   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
4250   return "fmove.d (sp)+,%0";
4251 #else
4252   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
4253   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
4254   return "fmoved sp@@+,%0";
4255 #endif
4257 @end smallexample
4259 @need 1000
4260 The effect of this optimization is to change
4262 @smallexample
4263 @group
4264 jbsr _foobar
4265 addql #4,sp
4266 movel d1,sp@@-
4267 movel d0,sp@@-
4268 fmoved sp@@+,fp0
4269 @end group
4270 @end smallexample
4272 @noindent
4273 into
4275 @smallexample
4276 @group
4277 jbsr _foobar
4278 movel d1,sp@@
4279 movel d0,sp@@-
4280 fmoved sp@@+,fp0
4281 @end group
4282 @end smallexample
4284 @ignore
4285 @findex CC_REVERSED
4286 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
4287 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
4288 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
4289 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
4290 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
4291 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
4292 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
4293 and in this C code check the condition code status flags and change the
4294 assembler code as appropriate.
4295 @end ignore
4297 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
4298 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
4299 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
4300 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
4301 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
4302 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
4303 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
4304 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
4305 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
4307 @smallexample
4308 (define_insn "divmodsi4"
4309   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
4310         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
4311                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
4312    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
4313         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
4314   "TARGET_68020"
4315   "divsl%.l %2,%3:%0")
4316 @end smallexample
4318 @noindent
4319 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
4321 @smallexample
4322 (define_peephole
4323   [@dots{}
4324    (parallel
4325     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
4326           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
4327                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
4328      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
4329           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
4330    @dots{}]
4331   @dots{})
4332 @end smallexample
4334 @node define_peephole2
4335 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
4336 @findex define_peephole2
4338 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
4339 substitute one sequence of instructions for another sequence,
4340 what additional scratch registers may be needed and what their
4341 lifetimes must be.
4343 @smallexample
4344 (define_peephole2
4345   [@var{insn-pattern-1}
4346    @var{insn-pattern-2}
4347    @dots{}]
4348   "@var{condition}"
4349   [@var{new-insn-pattern-1}
4350    @var{new-insn-pattern-2}
4351    @dots{}]
4352   "@var{preparation-statements}")
4353 @end smallexample
4355 The definition is almost identical to @code{define_split}
4356 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
4357 single instruction, but a sequence of instructions.
4359 It is possible to request additional scratch registers for use in the
4360 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
4361 will simply not match.
4363 @findex match_scratch
4364 @findex match_dup
4365 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
4366 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
4367 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
4368 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
4369 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
4370 at which the register must be available.
4372 Here is an example from the IA-32 machine description:
4374 @smallexample
4375 (define_peephole2
4376   [(match_scratch:SI 2 "r")
4377    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4378                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
4379                      [(match_dup 0)
4380                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
4381               (clobber (reg:CC 17))])]
4382   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
4383   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
4384    (parallel [(set (match_dup 0)
4385                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
4386               (clobber (reg:CC 17))])]
4387   "")
4388 @end smallexample
4390 @noindent
4391 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
4392 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
4393 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
4394 to be live only at the point just before the arithmetic.
4396 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
4397 so here's a silly made-up example:
4399 @smallexample
4400 (define_peephole2
4401   [(match_scratch:SI 4 "r")
4402    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
4403    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
4404    (match_dup 4)
4405    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
4406   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
4407   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
4408    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
4409    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
4410    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
4411   "")
4412 @end smallexample
4414 @noindent
4415 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
4416 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
4417 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
4419 @node Insn Attributes
4420 @section Instruction Attributes
4421 @cindex insn attributes
4422 @cindex instruction attributes
4424 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
4425 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
4426 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
4427 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
4428 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
4429 to track the condition codes.
4431 @menu
4432 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
4433 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
4434 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
4435 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
4436 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
4437 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
4438 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
4439 * Function Units::      Specifying information for insn scheduling.
4440 @end menu
4442 @node Defining Attributes
4443 @subsection Defining Attributes and their Values
4444 @cindex defining attributes and their values
4445 @cindex attributes, defining
4447 @findex define_attr
4448 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
4449 by the target machine.  It looks like:
4451 @smallexample
4452 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
4453 @end smallexample
4455 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
4457 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
4458 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
4459 indicate that the attribute takes numeric values.
4461 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
4462 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
4463 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
4464 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
4465 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
4467 @findex insn-attr.h
4468 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
4469 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
4470 specified for an attribute, the following are defined:
4472 @itemize @bullet
4473 @item
4474 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
4476 @item
4477 An enumeral class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
4478 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
4479 the attribute name and value are first converted to upper case.
4481 @item
4482 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
4483 returns the attribute value for that insn.
4484 @end itemize
4486 For example, if the following is present in the @file{md} file:
4488 @smallexample
4489 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
4490 @end smallexample
4492 @noindent
4493 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
4495 @smallexample
4496 #define HAVE_ATTR_type
4497 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
4498                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
4499 extern enum attr_type get_attr_type ();
4500 @end smallexample
4502 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
4503 defined and the function to obtain the attribute's value will return
4504 @code{int}.
4506 @node Expressions
4507 @subsection Attribute Expressions
4508 @cindex attribute expressions
4510 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
4511 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
4512 Attribute value expressions must have one of the following forms:
4514 @table @code
4515 @cindex @code{const_int} and attributes
4516 @item (const_int @var{i})
4517 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
4518 must be non-negative.
4520 The value of a numeric attribute can be specified either with a
4521 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
4522 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
4523 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
4524 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
4526 @cindex @code{const_string} and attributes
4527 @item (const_string @var{value})
4528 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
4529 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
4530 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
4531 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
4532 of a @code{define_attr}.
4534 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
4535 must be a string containing a non-negative integer (normally
4536 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
4537 contain one of the valid values for the attribute.
4539 @cindex @code{if_then_else} and attributes
4540 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
4541 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
4542 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
4543 otherwise it is @var{false-value}.
4545 @cindex @code{cond} and attributes
4546 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
4547 The first operand of this expression is a vector containing an even
4548 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
4549 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
4550 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
4551 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
4552 expression is that of the @var{default} expression.
4553 @end table
4555 @var{test} expressions can have one of the following forms:
4557 @table @code
4558 @cindex @code{const_int} and attribute tests
4559 @item (const_int @var{i})
4560 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
4562 @cindex @code{not} and attributes
4563 @cindex @code{ior} and attributes
4564 @cindex @code{and} and attributes
4565 @item (not @var{test})
4566 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
4567 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
4568 These tests are true if the indicated logical function is true.
4570 @cindex @code{match_operand} and attributes
4571 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
4572 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
4573 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
4574 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
4575 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
4576 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
4577 string).
4579 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
4581 @cindex @code{le} and attributes
4582 @cindex @code{leu} and attributes
4583 @cindex @code{lt} and attributes
4584 @cindex @code{gt} and attributes
4585 @cindex @code{gtu} and attributes
4586 @cindex @code{ge} and attributes
4587 @cindex @code{geu} and attributes
4588 @cindex @code{ne} and attributes
4589 @cindex @code{eq} and attributes
4590 @cindex @code{plus} and attributes
4591 @cindex @code{minus} and attributes
4592 @cindex @code{mult} and attributes
4593 @cindex @code{div} and attributes
4594 @cindex @code{mod} and attributes
4595 @cindex @code{abs} and attributes
4596 @cindex @code{neg} and attributes
4597 @cindex @code{ashift} and attributes
4598 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
4599 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
4600 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
4601 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
4602 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
4603 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
4604 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
4605 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
4606 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
4607 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
4608 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
4609 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
4610 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
4611 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
4612 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
4613 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
4614 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
4616 @findex get_attr
4617 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
4618 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
4619 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
4620 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
4621 variable.
4623 @findex eq_attr
4624 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
4625 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
4627 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
4628 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
4629 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
4630 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
4631 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
4632 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
4633 @emph{not} in the specified list.
4635 For example,
4637 @smallexample
4638 (eq_attr "type" "load,store")
4639 @end smallexample
4641 @noindent
4642 is equivalent to
4644 @smallexample
4645 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
4646 @end smallexample
4648 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
4649 value of the compiler variable @code{which_alternative}
4650 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
4651 example,
4653 @smallexample
4654 (eq_attr "alternative" "2,3")
4655 @end smallexample
4657 @noindent
4658 is equivalent to
4660 @smallexample
4661 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
4662      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
4663 @end smallexample
4665 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
4666 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
4667 a particular pattern.  This is by far the most common case.
4669 @findex attr_flag
4670 @item (attr_flag @var{name})
4671 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
4672 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
4673 scheduled.
4675 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
4676 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
4677 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
4678 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
4679 if a conditional branch is expected to be taken.
4681 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
4682 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
4684 This example describes a conditional branch delay slot which
4685 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
4686 for backward branches which are not taken (annul-false).
4688 @smallexample
4689 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
4690   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
4691    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
4692         (attr_flag "forward"))
4693    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
4694         (attr_flag "backward"))])
4695 @end smallexample
4697 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
4698 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
4700 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
4701 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
4702 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
4703 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
4705 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
4706 meaning to other passes of the compiler.
4708 @findex attr
4709 @item (attr @var{name})
4710 The value of another attribute is returned.  This is most useful
4711 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
4712 produce more efficient code for non-numeric attributes.
4713 @end table
4715 @node Tagging Insns
4716 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
4717 @cindex tagging insns
4718 @cindex assigning attribute values to insns
4720 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
4721 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
4722 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
4723 have an optional last argument to specify the values of attributes for
4724 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
4725 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
4726 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
4727 permits the specification of the values for only one or two attributes
4728 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
4729 next section.
4731 The optional last argument of @code{define_insn} and
4732 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
4733 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
4734 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
4735 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
4736 second operand of the @code{set} is an attribute expression
4737 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
4739 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
4740 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
4741 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
4742 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
4743 each alternative.
4745 @findex set_attr
4746 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
4747 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
4748 specifying a string giving either a single attribute value or a list
4749 of attribute values, one for each alternative.
4751 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
4752 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
4754 @table @code
4755 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
4756 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
4757 or a string containing a comma-separated list giving the values for
4758 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
4759 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
4761 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
4762 which case the attribute will assume its default value for insns matching
4763 that alternative.
4765 @findex set_attr_alternative
4766 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
4767 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
4768 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
4769 tests on the @samp{alternative} attribute.
4771 @findex attr
4772 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
4773 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
4774 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
4775 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
4776 @end table
4778 The following shows three different ways of representing the same
4779 attribute value specification:
4781 @smallexample
4782 (set_attr "type" "load,store,arith")
4784 (set_attr_alternative "type"
4785                       [(const_string "load") (const_string "store")
4786                        (const_string "arith")])
4788 (set (attr "type")
4789      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
4790             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
4791            (const_string "arith")))
4792 @end smallexample
4794 @need 1000
4795 @findex define_asm_attributes
4796 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
4797 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
4798 statement.  It has the form:
4800 @smallexample
4801 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
4802 @end smallexample
4804 @noindent
4805 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
4806 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
4808 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
4809 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
4811 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
4812 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
4813 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
4814 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
4815 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
4816 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
4817 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
4818 of a single machine instruction.
4820 @node Attr Example
4821 @subsection Example of Attribute Specifications
4822 @cindex attribute specifications example
4823 @cindex attribute specifications
4825 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
4826 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
4827 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
4828 value.  This attribute is normally used only to define the default value
4829 for other attributes.  An example will clarify this usage.
4831 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
4832 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
4833 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
4834 operations, floating point operations, and branches.
4836 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
4837 the condition code and will limit ourselves to the following possible
4838 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
4839 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
4840 changed if the item previously set into the condition code has been
4841 modified.
4843 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
4845 @smallexample
4846 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
4848 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
4849              (cond [(eq_attr "type" "load")
4850                         (const_string "change0")
4851                     (eq_attr "type" "store,branch")
4852                         (const_string "unchanged")
4853                     (eq_attr "type" "arith")
4854                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
4855                                       (const_string "set")
4856                                       (const_string "clobber"))]
4857                    (const_string "clobber")))
4859 (define_insn ""
4860   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
4861         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
4862   ""
4863   "@@
4864    move %0,%1
4865    load %0,%1
4866    store %0,%1"
4867   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
4868 @end smallexample
4870 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
4871 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
4872 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
4873 full-word result.
4875 @node Insn Lengths
4876 @subsection Computing the Length of an Insn
4877 @cindex insn lengths, computing
4878 @cindex computing the length of an insn
4880 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
4881 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
4882 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
4883 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @samp{length}
4884 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
4885 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
4887 In the case of the @samp{length} attribute, two additional forms of
4888 arithmetic terms are allowed in test expressions:
4890 @table @code
4891 @cindex @code{match_dup} and attributes
4892 @item (match_dup @var{n})
4893 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
4894 must be a @code{label_ref}.
4896 @cindex @code{pc} and attributes
4897 @item (pc)
4898 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
4899 been more consistent with other usage to make this the address of the
4900 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
4901 current insn is to be computed.
4902 @end table
4904 @cindex @code{addr_vec}, length of
4905 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
4906 For normal insns, the length will be determined by value of the
4907 @samp{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
4908 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
4909 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
4911 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
4913 The following macros can be used to refine the length computation:
4915 @table @code
4916 @findex FIRST_INSN_ADDRESS
4917 @item FIRST_INSN_ADDRESS
4918 When the @code{length} insn attribute is used, this macro specifies the
4919 value to be assigned to the address of the first insn in a function.  If
4920 not specified, 0 is used.
4922 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
4923 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
4924 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
4925 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
4926 that contains the initially computed length of the insn and should be
4927 updated with the correct length of the insn.
4929 This macro will normally not be required.  A case in which it is
4930 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
4931 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
4932 may be required.
4933 @end table
4935 @findex get_attr_length
4936 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
4937 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
4938 determine the form of the branch instruction to be written, as the
4939 example below illustrates.
4941 As an example of the specification of variable-length branches, consider
4942 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
4943 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
4944 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
4945 sequence to load the address from memory and then branch to it.
4947 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
4948 as follows:
4950 @smallexample
4951 (define_insn "jump"
4952   [(set (pc)
4953         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
4954   ""
4956    return (get_attr_length (insn) == 4
4957            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
4959   [(set (attr "length")
4960         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
4961                       (const_int 4)
4962                       (const_int 6)))])
4963 @end smallexample
4965 @node Constant Attributes
4966 @subsection Constant Attributes
4967 @cindex constant attributes
4969 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
4970 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
4971 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
4972 used to specify which variety of processor is used.  For example,
4974 @smallexample
4975 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
4976  (const
4977   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
4978          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
4979         (const_string "m88000"))))
4981 (define_attr "memory" "fast,slow"
4982  (const
4983   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
4984                 (const_string "fast")
4985                 (const_string "slow"))))
4986 @end smallexample
4988 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
4989 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
4990 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
4991 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
4992 forms involving insn attributes.
4994 @node Delay Slots
4995 @subsection Delay Slot Scheduling
4996 @cindex delay slots, defining
4998 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
4999 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
5000 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
5001 after the instruction are executed as if they were located before it.
5002 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
5003 the following instruction before the branch or call is performed.
5005 On some machines, conditional branch instructions can optionally
5006 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
5007 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
5008 instructions that annul if the branch is true and instructions that
5009 annul if the branch is false are supported.
5011 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
5012 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
5013 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
5014 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
5015 instruction scheduling.
5017 @findex define_delay
5018 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
5019 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
5021 @smallexample
5022 (define_delay @var{test}
5023               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
5024                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
5025                @dots{}])
5026 @end smallexample
5028 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
5029 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
5030 required delay slots is determined by the length of the vector specified
5031 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
5032 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
5033 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
5034 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
5035 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
5036 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
5038 For example, in the common case where branch and call insns require
5039 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
5040 call, the following would be placed in the @file{md} file:
5042 @smallexample
5043 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
5044               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
5045 @end smallexample
5047 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
5048 case, each such expression specifies different delay slot requirements
5049 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
5050 expressions are both true.
5052 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
5053 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
5054 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
5055 branch is true, we might represent this as follows:
5057 @smallexample
5058 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
5059    [(eq_attr "type" "!branch,call")
5060     (eq_attr "type" "!branch,call")
5061     (nil)])
5063 (define_delay (eq_attr "type" "call")
5064               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
5065                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
5066 @end smallexample
5067 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
5069 @node Function Units
5070 @subsection Specifying Function Units
5071 @cindex function units, for scheduling
5073 On most RISC machines, there are instructions whose results are not
5074 available for a specific number of cycles.  Common cases are instructions
5075 that load data from memory.  On many machines, a pipeline stall will result
5076 if the data is referenced too soon after the load instruction.
5078 In addition, many newer microprocessors have multiple function units, usually
5079 one for integer and one for floating point, and often will incur pipeline
5080 stalls when a result that is needed is not yet ready.
5082 The descriptions in this section allow the specification of how much
5083 time must elapse between the execution of an instruction and the time
5084 when its result is used.  It also allows specification of when the
5085 execution of an instruction will delay execution of similar instructions
5086 due to function unit conflicts.
5088 For the purposes of the specifications in this section, a machine is
5089 divided into @dfn{function units}, each of which execute a specific
5090 class of instructions in first-in-first-out order.  Function units that
5091 accept one instruction each cycle and allow a result to be used in the
5092 succeeding instruction (usually via forwarding) need not be specified.
5093 Classic RISC microprocessors will normally have a single function unit,
5094 which we can call @samp{memory}.  The newer ``superscalar'' processors
5095 will often have function units for floating point operations, usually at
5096 least a floating point adder and multiplier.
5098 @findex define_function_unit
5099 Each usage of a function units by a class of insns is specified with a
5100 @code{define_function_unit} expression, which looks like this:
5102 @smallexample
5103 (define_function_unit @var{name} @var{multiplicity} @var{simultaneity}
5104                       @var{test} @var{ready-delay} @var{issue-delay}
5105                      [@var{conflict-list}])
5106 @end smallexample
5108 @var{name} is a string giving the name of the function unit.
5110 @var{multiplicity} is an integer specifying the number of identical
5111 units in the processor.  If more than one unit is specified, they will
5112 be scheduled independently.  Only truly independent units should be
5113 counted; a pipelined unit should be specified as a single unit.  (The
5114 only common example of a machine that has multiple function units for a
5115 single instruction class that are truly independent and not pipelined
5116 are the two multiply and two increment units of the CDC 6600.)
5118 @var{simultaneity} specifies the maximum number of insns that can be
5119 executing in each instance of the function unit simultaneously or zero
5120 if the unit is pipelined and has no limit.
5122 All @code{define_function_unit} definitions referring to function unit
5123 @var{name} must have the same name and values for @var{multiplicity} and
5124 @var{simultaneity}.
5126 @var{test} is an attribute test that selects the insns we are describing
5127 in this definition.  Note that an insn may use more than one function
5128 unit and a function unit may be specified in more than one
5129 @code{define_function_unit}.
5131 @var{ready-delay} is an integer that specifies the number of cycles
5132 after which the result of the instruction can be used without
5133 introducing any stalls.
5135 @var{issue-delay} is an integer that specifies the number of cycles
5136 after the instruction matching the @var{test} expression begins using
5137 this unit until a subsequent instruction can begin.  A cost of @var{N}
5138 indicates an @var{N-1} cycle delay.  A subsequent instruction may also
5139 be delayed if an earlier instruction has a longer @var{ready-delay}
5140 value.  This blocking effect is computed using the @var{simultaneity},
5141 @var{ready-delay}, @var{issue-delay}, and @var{conflict-list} terms.
5142 For a normal non-pipelined function unit, @var{simultaneity} is one, the
5143 unit is taken to block for the @var{ready-delay} cycles of the executing
5144 insn, and smaller values of @var{issue-delay} are ignored.
5146 @var{conflict-list} is an optional list giving detailed conflict costs
5147 for this unit.  If specified, it is a list of condition test expressions
5148 to be applied to insns chosen to execute in @var{name} following the
5149 particular insn matching @var{test} that is already executing in
5150 @var{name}.  For each insn in the list, @var{issue-delay} specifies the
5151 conflict cost; for insns not in the list, the cost is zero.  If not
5152 specified, @var{conflict-list} defaults to all instructions that use the
5153 function unit.
5155 Typical uses of this vector are where a floating point function unit can
5156 pipeline either single- or double-precision operations, but not both, or
5157 where a memory unit can pipeline loads, but not stores, etc.
5159 As an example, consider a classic RISC machine where the result of a
5160 load instruction is not available for two cycles (a single ``delay''
5161 instruction is required) and where only one load instruction can be executed
5162 simultaneously.  This would be specified as:
5164 @smallexample
5165 (define_function_unit "memory" 1 1 (eq_attr "type" "load") 2 0)
5166 @end smallexample
5168 For the case of a floating point function unit that can pipeline either
5169 single or double precision, but not both, the following could be specified:
5171 @smallexample
5172 (define_function_unit
5173    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "sp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "dp_fp")])
5174 (define_function_unit
5175    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "dp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "sp_fp")])
5176 @end smallexample
5178 @strong{Note:} The scheduler attempts to avoid function unit conflicts
5179 and uses all the specifications in the @code{define_function_unit}
5180 expression.  It has recently come to our attention that these
5181 specifications may not allow modeling of some of the newer
5182 ``superscalar'' processors that have insns using multiple pipelined
5183 units.  These insns will cause a potential conflict for the second unit
5184 used during their execution and there is no way of representing that
5185 conflict.  We welcome any examples of how function unit conflicts work
5186 in such processors and suggestions for their representation.
5188 @node Conditional Execution
5189 @section Conditional Execution
5190 @cindex conditional execution
5191 @cindex predication
5193 A number of architectures provide for some form of conditional
5194 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
5195 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
5196 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
5197 can be quite tedious to describe these forms directly in the
5198 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
5200 @findex define_cond_exec
5201 @smallexample
5202 (define_cond_exec
5203   [@var{predicate-pattern}]
5204   "@var{condition}"
5205   "@var{output-template}")
5206 @end smallexample
5208 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
5209 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
5210 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
5211 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
5212 alternative.
5214 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
5215 pattern to match.
5217 @findex current_insn_predicate
5218 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
5219 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
5220 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
5221 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
5222 In order to handle the general case, there is a global variable
5223 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
5224 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
5226 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
5227 the @code{predicable} instruction attribute is made.
5228 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be boolean (i.e.@: have
5229 exactly two elements in its @var{list-of-values}).  Further, it must
5230 not be used with complex expressions.  That is, the default and all
5231 uses in the insns must be a simple constant, not dependent on the
5232 alternative or anything else.
5234 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
5235 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
5236 generated that matches a predicated version of the instruction.
5237 For example,
5239 @smallexample
5240 (define_insn "addsi"
5241   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
5242         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
5243                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
5244   "@var{test1}"
5245   "add %2,%1,%0")
5247 (define_cond_exec
5248   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
5249        (const_int 0))]
5250   "@var{test2}"
5251   "(%0)")
5252 @end smallexample
5254 @noindent
5255 generates a new pattern
5257 @smallexample
5258 (define_insn ""
5259   [(cond_exec
5260      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
5261      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
5262           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
5263                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
5264   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
5265   "(%3) add %2,%1,%0")
5266 @end smallexample
5268 @node Constant Definitions
5269 @section Constant Definitions
5270 @cindex constant definitions
5271 @findex define_constants
5273 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
5274 can be a maintenance problem.
5276 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
5277 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
5278 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
5279 if the corresponding value had been written instead.  You may use
5280 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
5281 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
5282 a different value.
5284 To come back to the a29k load multiple example, instead of
5286 @smallexample
5287 (define_insn ""
5288   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
5289      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
5290            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
5291       (use (reg:SI 179))
5292       (clobber (reg:SI 179))])]
5293   ""
5294   "loadm 0,0,%1,%2")
5295 @end smallexample
5297 You could write:
5299 @smallexample
5300 (define_constants [
5301     (R_BP 177)
5302     (R_FC 178)
5303     (R_CR 179)
5304     (R_Q  180)
5307 (define_insn ""
5308   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
5309      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
5310            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
5311       (use (reg:SI R_CR))
5312       (clobber (reg:SI R_CR))])]
5313   ""
5314   "loadm 0,0,%1,%2")
5315 @end smallexample
5317 The constants that are defined with a define_constant are also output
5318 in the insn-codes.h header file as #defines.
5319 @end ifset