* arm.md (stack_tie): New insn. Use an idiom that the alias code
[official-gcc.git] / gcc / doc / md.texi
blobd8e68faf3dc7cc1478e98e3c9e5a548a25f84833
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 Intel IA-64---@file{ia64.h}
1685 @table @code
1686 @item a
1687 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
1689 @item b
1690 Branch register
1692 @item c
1693 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
1695 @item d
1696 Application register residing in M-unit
1698 @item e
1699 Application register residing in I-unit
1701 @item f
1702 Floating-point register
1704 @item m
1705 Memory operand.
1706 Remember that @samp{m} allows postincrement and postdecrement which
1707 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
1708 Use @samp{S} to disallow postincrement and postdecrement.
1710 @item G
1711 Floating-point constant 0.0 or 1.0
1713 @item I
1714 14-bit signed integer constant
1716 @item J
1717 22-bit signed integer constant
1719 @item K
1720 8-bit signed integer constant for logical instructions
1722 @item L
1723 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
1725 @item M
1726 6-bit unsigned integer constant for shift counts
1728 @item N
1729 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
1731 @item O
1732 The constant zero
1734 @item P
1735 0 or -1 for @code{dep} instruction
1737 @item Q
1738 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
1740 @item R
1741 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
1743 @item S
1744 Memory operand except postincrement and postdecrement
1745 @end table
1747 @item MIPS---@file{mips.h}
1748 @table @code
1749 @item d
1750 General-purpose integer register
1752 @item f
1753 Floating-point register (if available)
1755 @item h
1756 @samp{Hi} register
1758 @item l
1759 @samp{Lo} register
1761 @item x
1762 @samp{Hi} or @samp{Lo} register
1764 @item y
1765 General-purpose integer register
1767 @item z
1768 Floating-point status register
1770 @item I
1771 Signed 16-bit constant (for arithmetic instructions)
1773 @item J
1774 Zero
1776 @item K
1777 Zero-extended 16-bit constant (for logic instructions)
1779 @item L
1780 Constant with low 16 bits zero (can be loaded with @code{lui})
1782 @item M
1783 32-bit constant which requires two instructions to load (a constant
1784 which is not @samp{I}, @samp{K}, or @samp{L})
1786 @item N
1787 Negative 16-bit constant
1789 @item O
1790 Exact power of two
1792 @item P
1793 Positive 16-bit constant
1795 @item G
1796 Floating point zero
1798 @item Q
1799 Memory reference that can be loaded with more than one instruction
1800 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1802 @item R
1803 Memory reference that can be loaded with one instruction
1804 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1806 @item S
1807 Memory reference in external OSF/rose PIC format
1808 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1809 @end table
1811 @item IP2K---@file{ip2k.h}
1812 @table @code
1813 @item a
1814 @samp{DP} or @samp{IP} registers (general address)
1816 @item f
1817 @samp{IP} register
1819 @item j
1820 @samp{IPL} register
1822 @item k
1823 @samp{IPH} register
1825 @item b
1826 @samp{DP} register
1828 @item y
1829 @samp{DPH} register
1831 @item z
1832 @samp{DPL} register
1834 @item q
1835 @samp{SP} register
1837 @item c
1838 @samp{DP} or @samp{SP} registers (offsettable address)
1840 @item d
1841 Non-pointer registers (not @samp{SP}, @samp{DP}, @samp{IP})
1843 @item u
1844 Non-SP registers (everything except @samp{SP})
1846 @item R
1847 Indirect thru @samp{IP} - Avoid this except for @code{QImode}, since we
1848 can't access extra bytes
1850 @item S
1851 Indirect thru @samp{SP} or @samp{DP} with short displacement (0..127)
1853 @item T
1854 Data-section immediate value
1856 @item I
1857 Integers from @minus{}255 to @minus{}1
1859 @item J
1860 Integers from 0 to 7---valid bit number in a register
1862 @item K
1863 Integers from 0 to 127---valid displacement for addressing mode
1865 @item L
1866 Integers from 1 to 127
1868 @item M
1869 Integer @minus{}1
1871 @item N
1872 Integer 1
1874 @item O
1875 Zero
1877 @item P
1878 Integers from 0 to 255
1879 @end table
1881 @item Motorola 680x0---@file{m68k.h}
1882 @table @code
1883 @item a
1884 Address register
1886 @item d
1887 Data register
1889 @item f
1890 68881 floating-point register, if available
1892 @item x
1893 Sun FPA (floating-point) register, if available
1895 @item y
1896 First 16 Sun FPA registers, if available
1898 @item I
1899 Integer in the range 1 to 8
1901 @item J
1902 16-bit signed number
1904 @item K
1905 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
1907 @item L
1908 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
1910 @item M
1911 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
1913 @item G
1914 Floating point constant that is not a 68881 constant
1916 @item H
1917 Floating point constant that can be used by Sun FPA
1918 @end table
1920 @item Motorola 68HC11 & 68HC12 families---@file{m68hc11.h}
1921 @table @code
1922 @item a
1923 Register 'a'
1925 @item b
1926 Register 'b'
1928 @item d
1929 Register 'd'
1931 @item q
1932 An 8-bit register
1934 @item t
1935 Temporary soft register _.tmp
1937 @item u
1938 A soft register _.d1 to _.d31
1940 @item w
1941 Stack pointer register
1943 @item x
1944 Register 'x'
1946 @item y
1947 Register 'y'
1949 @item z
1950 Pseudo register 'z' (replaced by 'x' or 'y' at the end)
1952 @item A
1953 An address register: x, y or z
1955 @item B
1956 An address register: x or y
1958 @item D
1959 Register pair (x:d) to form a 32-bit value
1961 @item L
1962 Constants in the range @minus{}65536 to 65535
1964 @item M
1965 Constants whose 16-bit low part is zero
1967 @item N
1968 Constant integer 1 or @minus{}1
1970 @item O
1971 Constant integer 16
1973 @item P
1974 Constants in the range @minus{}8 to 2
1976 @end table
1978 @need 1000
1979 @item SPARC---@file{sparc.h}
1980 @table @code
1981 @item f
1982 Floating-point register that can hold 32- or 64-bit values.
1984 @item e
1985 Floating-point register that can hold 64- or 128-bit values.
1987 @item I
1988 Signed 13-bit constant
1990 @item J
1991 Zero
1993 @item K
1994 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
1995 loaded with the @code{sethi} instruction)
1997 @item L
1998 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions
2000 @item M
2001 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions
2003 @item N
2004 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
2005 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
2006 modes wider than @code{SImode}
2008 @item G
2009 Floating-point zero
2011 @item H
2012 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
2014 @item Q
2015 Floating-point constant whose integral representation can
2016 be moved into an integer register using a single sethi
2017 instruction
2019 @item R
2020 Floating-point constant whose integral representation can
2021 be moved into an integer register using a single mov
2022 instruction
2024 @item S
2025 Floating-point constant whose integral representation can
2026 be moved into an integer register using a high/lo_sum
2027 instruction sequence
2029 @item T
2030 Memory address aligned to an 8-byte boundary
2032 @item U
2033 Even register
2035 @item W
2036 Memory address for @samp{e} constraint registers.
2038 @end table
2040 @item TMS320C3x/C4x---@file{c4x.h}
2041 @table @code
2042 @item a
2043 Auxiliary (address) register (ar0-ar7)
2045 @item b
2046 Stack pointer register (sp)
2048 @item c
2049 Standard (32-bit) precision integer register
2051 @item f
2052 Extended (40-bit) precision register (r0-r11)
2054 @item k
2055 Block count register (bk)
2057 @item q
2058 Extended (40-bit) precision low register (r0-r7)
2060 @item t
2061 Extended (40-bit) precision register (r0-r1)
2063 @item u
2064 Extended (40-bit) precision register (r2-r3)
2066 @item v
2067 Repeat count register (rc)
2069 @item x
2070 Index register (ir0-ir1)
2072 @item y
2073 Status (condition code) register (st)
2075 @item z
2076 Data page register (dp)
2078 @item G
2079 Floating-point zero
2081 @item H
2082 Immediate 16-bit floating-point constant
2084 @item I
2085 Signed 16-bit constant
2087 @item J
2088 Signed 8-bit constant
2090 @item K
2091 Signed 5-bit constant
2093 @item L
2094 Unsigned 16-bit constant
2096 @item M
2097 Unsigned 8-bit constant
2099 @item N
2100 Ones complement of unsigned 16-bit constant
2102 @item O
2103 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero)
2105 @item Q
2106 Indirect memory reference with signed 8-bit or index register displacement
2108 @item R
2109 Indirect memory reference with unsigned 5-bit displacement
2111 @item S
2112 Indirect memory reference with 1 bit or index register displacement
2114 @item T
2115 Direct memory reference
2117 @item U
2118 Symbolic address
2120 @end table
2122 @item S/390 and zSeries---@file{s390.h}
2123 @table @code
2124 @item a
2125 Address register (general purpose register except r0)
2127 @item d
2128 Data register (arbitrary general purpose register)
2130 @item f
2131 Floating-point register
2133 @item I
2134 Unsigned 8-bit constant (0--255)
2136 @item J
2137 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
2139 @item K
2140 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
2142 @item L
2143 Unsigned 16-bit constant (0--65535)
2145 @item Q
2146 Memory reference without index register
2148 @item S
2149 Symbolic constant suitable for use with the @code{larl} instruction
2151 @end table
2153 @item Xstormy16---@file{stormy16.h}
2154 @table @code
2155 @item a
2156 Register r0.
2158 @item b
2159 Register r1.
2161 @item c
2162 Register r2.
2164 @item d
2165 Register r8.
2167 @item e
2168 Registers r0 through r7.
2170 @item t
2171 Registers r0 and r1.
2173 @item y
2174 The carry register.
2176 @item z
2177 Registers r8 and r9.
2179 @item I
2180 A constant between 0 and 3 inclusive.
2182 @item J
2183 A constant that has exactly one bit set.
2185 @item K
2186 A constant that has exactly one bit clear.
2188 @item L
2189 A constant between 0 and 255 inclusive.
2191 @item M
2192 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
2194 @item N
2195 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
2197 @item O
2198 A constant between 1 and 4 inclusive.
2200 @item P
2201 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
2203 @item Q
2204 A memory reference that is a stack push.
2206 @item R
2207 A memory reference that is a stack pop.
2209 @item S
2210 A memory reference that refers to an constant address of known value.
2212 @item T
2213 The register indicated by Rx (not implemented yet).
2215 @item U
2216 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
2218 @end table
2220 @item Xtensa---@file{xtensa.h}
2221 @table @code
2222 @item a
2223 General-purpose 32-bit register
2225 @item b
2226 One-bit boolean register
2228 @item A
2229 MAC16 40-bit accumulator register
2231 @item I
2232 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
2234 @item J
2235 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
2237 @item K
2238 Integer constant valid for BccI instructions
2240 @item L
2241 Unsigned constant valid for BccUI instructions
2243 @end table
2245 @end table
2247 @ifset INTERNALS
2248 @node Standard Names
2249 @section Standard Pattern Names For Generation
2250 @cindex standard pattern names
2251 @cindex pattern names
2252 @cindex names, pattern
2254 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
2255 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
2256 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
2257 pattern to accomplish a certain task.
2259 @table @asis
2260 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
2261 @item @samp{mov@var{m}}
2262 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lower case.
2263 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
2264 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
2266 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
2267 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
2268 to store the specified value in the part of the register that corresponds
2269 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
2270 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
2271 outside the target word are left unchanged.
2273 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
2274 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
2275 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
2276 If there are patterns accepting operands in larger modes,
2277 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
2279 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
2280 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
2281 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
2282 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
2283 into a register.
2285 @findex force_reg
2286 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
2287 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
2288 registers other than the operands.  For example, if you support the
2289 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
2290 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
2291 function which might generate new pseudo registers.
2293 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
2294 fetching those modes from memory normally requires several insns and
2295 some temporary registers.
2297 @findex change_address
2298 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
2299 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
2300 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
2301 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
2302 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
2303 an address into a valid address and no routine (such as
2304 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
2305 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
2307 @findex reload_in_progress
2308 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
2309 declared if required) can be used to determine whether such special
2310 handling is required.
2312 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
2313 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
2314 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
2315 machines explicit memory references will get optional reloads.
2317 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
2318 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
2320 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
2321 you must define @code{SECONDARY_INPUT_RELOAD_CLASS} and/or
2322 @code{SECONDARY_OUTPUT_RELOAD_CLASS} to detect them, and provide
2323 patterns @samp{reload_in@var{m}} or @samp{reload_out@var{m}} to handle
2324 them.  @xref{Register Classes}.
2326 @findex no_new_pseudos
2327 The global variable @code{no_new_pseudos} can be used to determine if it
2328 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
2329 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
2331 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
2332 register to any other hard register provided that
2333 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
2334 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
2336 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
2337 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
2338 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
2339 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
2340 point members.
2342 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
2343 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
2344 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
2345 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
2346 floating point registers, then the constraints of the fixed point
2347 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
2348 reload into a floating point register.
2350 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
2351 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
2352 @item @samp{reload_in@var{m}}
2353 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
2354 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
2355 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
2356 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
2357 macro in @pxref{Register Classes}.
2359 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
2360 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
2361 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
2362 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
2363 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
2364 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
2365 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
2366 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
2367 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
2368 for these patterns.
2370 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
2371 @item @samp{movstrict@var{m}}
2372 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
2373 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
2374 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
2375 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
2377 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
2378 @item @samp{load_multiple}
2379 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
2380 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
2381 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
2382 number of consecutive registers.
2384 Define this only if the target machine really has such an instruction;
2385 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
2386 registers from memory is to do them one at a time.
2388 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
2389 registers can be stored into memory, such as particular starting or
2390 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
2391 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
2392 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
2394 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
2395 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
2396 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
2397 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
2398 @file{a29k.md} and @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn
2399 pattern.
2401 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
2402 @item @samp{store_multiple}
2403 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
2404 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
2405 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
2406 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
2408 @cindex @code{push@var{m}} instruction pattern
2409 @item @samp{push@var{m}}
2410 Output an push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
2411 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
2412 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
2413 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
2414 method is deprecated.
2416 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
2417 @item @samp{add@var{m}3}
2418 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
2419 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
2420 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
2422 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
2423 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
2424 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
2425 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
2426 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
2427 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
2428 @cindex @code{smin@var{m}3} instruction pattern
2429 @cindex @code{smax@var{m}3} instruction pattern
2430 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
2431 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
2432 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
2433 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
2434 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
2435 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{mul@var{m}3}
2436 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{udiv@var{m}3}, @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
2437 @itemx @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}, @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
2438 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
2439 Similar, for other arithmetic operations.
2440 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
2441 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
2442 @itemx @samp{min@var{m}3}, @samp{max@var{m}3}
2443 Floating point min and max operations.  If both operands are zeros,
2444 or if either operand is NaN, then it is unspecified which of the two
2445 operands is returned as the result.
2448 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
2449 @item @samp{mulhisi3}
2450 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
2451 a @code{SImode} product in operand 0.
2453 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
2454 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
2455 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
2456 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
2458 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
2459 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
2460 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
2461 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
2462 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
2463 multiplication.
2465 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2466 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
2467 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
2468 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
2469 The least significant half of the product is discarded.
2471 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2472 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
2473 Similar, but the multiplication is unsigned.
2475 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
2476 @item @samp{divmod@var{m}4}
2477 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
2478 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
2479 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
2481 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
2482 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
2483 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
2484 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
2485 and remainder are computed.
2487 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
2488 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
2489 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
2490 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
2491 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
2493 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
2494 @item @samp{udivmod@var{m}4}
2495 Similar, but does unsigned division.
2497 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
2498 @item @samp{ashl@var{m}3}
2499 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
2500 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
2501 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
2502 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
2503 mode before generating the instruction.
2505 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
2506 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
2507 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
2508 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
2509 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
2510 Other shift and rotate instructions, analogous to the
2511 @code{ashl@var{m}3} instructions.
2513 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
2514 @item @samp{neg@var{m}2}
2515 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
2517 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
2518 @item @samp{abs@var{m}2}
2519 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
2521 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
2522 @item @samp{sqrt@var{m}2}
2523 Store the square root of operand 1 into operand 0.
2525 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
2526 corresponds to the C data type @code{double}.
2528 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
2529 @item @samp{ffs@var{m}2}
2530 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
2531 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
2532 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
2533 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
2534 generating the instruction.
2536 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
2537 corresponds to the C data type @code{int}.
2539 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
2540 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
2541 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
2543 @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
2544 @item @samp{cmp@var{m}}
2545 Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
2546 The RTL pattern should look like this:
2548 @smallexample
2549 (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
2550                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
2551 @end smallexample
2553 @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
2554 @item @samp{tst@var{m}}
2555 Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
2556 The RTL pattern should look like this:
2558 @smallexample
2559 (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
2560 @end smallexample
2562 @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
2563 not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
2564 would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
2565 The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
2567 @cindex @code{movstr@var{m}} instruction pattern
2568 @item @samp{movstr@var{m}}
2569 Block move instruction.  The addresses of the destination and source
2570 strings are the first two operands, and both are in mode @code{Pmode}.
2572 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
2573 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
2574 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
2575 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
2576 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
2577 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
2578 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
2580 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
2581 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
2582 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
2583 it may provide the value 4 for this operand.
2585 Descriptions of multiple @code{movstr@var{m}} patterns can only be
2586 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
2587 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
2588 in @code{movstr@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
2589 individually moved data units in the block.
2591 These patterns need not give special consideration to the possibility
2592 that the source and destination strings might overlap.
2594 @cindex @code{clrstr@var{m}} instruction pattern
2595 @item @samp{clrstr@var{m}}
2596 Block clear instruction.  The addresses of the destination string is the
2597 first operand, in mode @code{Pmode}.  The number of bytes to clear is
2598 the second operand, in mode @var{m}.  See @samp{movstr@var{m}} for
2599 a discussion of the choice of mode.
2601 The third operand is the known alignment of the destination, in the form
2602 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
2603 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
2604 operand.
2606 The use for multiple @code{clrstr@var{m}} is as for @code{movstr@var{m}}.
2608 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
2609 @item @samp{cmpstr@var{m}}
2610 Block compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
2611 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
2612 of @samp{movstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
2613 byte by byte in lexicographic order.  The effect of the instruction is
2614 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
2615 comparison.
2617 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
2618 @item @samp{strlen@var{m}}
2619 Compute the length of a string, with three operands.
2620 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
2621 a @code{mem} referring to the first character of the string,
2622 operand 2 is the character to search for (normally zero),
2623 and operand 3 is a constant describing the known alignment
2624 of the beginning of the string.
2626 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
2627 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
2628 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
2629 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2630 @var{n}).
2632 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
2633 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
2634 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
2635 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2636 @var{n}).
2638 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
2639 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
2640 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2641 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
2642 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
2643 the value of operand 1 is an integer.
2645 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
2646 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
2647 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2648 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
2649 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
2650 value of operand 1 is an integer.
2652 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
2653 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
2654 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
2655 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
2656 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
2658 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2659 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
2660 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
2661 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2663 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2664 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
2665 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
2666 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2668 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
2669 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
2670 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2671 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2672 point or both floating point.
2674 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
2675 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
2676 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2677 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2678 point or both floating point.
2680 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
2681 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
2682 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2683 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2684 point.
2686 @cindex @code{extv} instruction pattern
2687 @item @samp{extv}
2688 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
2689 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
2690 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
2691 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
2692 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
2693 be valid for @code{word_mode}.
2695 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2696 for operands 2 and 3.
2698 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
2699 before it is stored in operand 0.
2701 @cindex @code{extzv} instruction pattern
2702 @item @samp{extzv}
2703 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
2705 @cindex @code{insv} instruction pattern
2706 @item @samp{insv}
2707 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
2708 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
2709 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
2710 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
2711 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
2713 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2714 for operands 1 and 2.
2716 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
2717 @item @samp{mov@var{mode}cc}
2718 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
2719 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
2720 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
2722 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
2723 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
2724 conditionally move an integer value based on the floating point condition
2725 codes and vice versa.
2727 If the machine does not have conditional move instructions, do not
2728 define these patterns.
2730 @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
2731 @item @samp{s@var{cond}}
2732 Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
2733 Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
2734 @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
2735 as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
2737 You specify the mode that the operand must have when you write the
2738 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
2739 which mode you have used and supplies an operand of that mode.
2741 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
2742 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
2743 you should omit it from the machine description.  You describe to the
2744 compiler exactly which value is stored by defining the macro
2745 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
2746 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
2747 should omit those operations from the machine description.
2749 These operations may fail, but should do so only in relatively
2750 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
2751 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
2753 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
2754 that copies the constant one to the target and branches around an
2755 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
2756 the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
2757 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
2758 @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
2759 the machine description.
2761 @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
2762 @item @samp{b@var{cond}}
2763 Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
2764 refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
2765 condition @var{cond}.
2767 Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
2768 instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
2769 case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
2770 simply store the operands away and generate all the required insns in a
2771 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
2772 branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
2773 immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
2774 pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
2776 Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
2777 where the mode used for the comparison depends on the condition being
2778 tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}.
2780 The above discussion also applies to the @samp{mov@var{mode}cc} and
2781 @samp{s@var{cond}} patterns.
2783 @cindex @code{jump} instruction pattern
2784 @item @samp{jump}
2785 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
2786 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
2787 on all machines.
2789 @cindex @code{call} instruction pattern
2790 @item @samp{call}
2791 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
2792 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
2793 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
2794 operands.
2796 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
2797 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
2798 to put this information into the assembler code; they can put it in
2799 the RTL instead of operand 1.
2801 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
2802 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
2803 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
2804 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
2805 instruction, the pattern for this operation should be a
2806 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
2807 address into a register and uses that register in the call instruction.
2809 @cindex @code{call_value} instruction pattern
2810 @item @samp{call_value}
2811 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
2812 register in which the value is returned.  There are three more
2813 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
2814 instruction (but with numbers increased by one).
2816 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
2817 insn.
2819 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
2820 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
2821 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
2822 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
2823 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
2824 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
2825 adjustment made to the frame pointer.
2827 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
2828 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
2829 can be eliminated, if desired.
2831 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
2832 @item @samp{untyped_call}
2833 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
2834 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
2835 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
2836 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
2837 the saving of a function return value into the result block.
2839 This instruction pattern should be defined to support
2840 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
2841 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
2842 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
2843 multiple registers that can hold a return value
2844 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
2846 @cindex @code{return} instruction pattern
2847 @item @samp{return}
2848 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
2849 defined only if a single instruction can do all the work of returning
2850 from a function.
2852 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
2853 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
2854 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
2855 some class of functions only requires one instruction to implement a
2856 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
2857 to save any registers or allocate stack space.
2859 @findex reload_completed
2860 @findex leaf_function_p
2861 For such machines, the condition specified in this pattern should only
2862 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
2863 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
2864 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
2865 a register window push is required.
2867 Machines that have conditional return instructions should define patterns
2868 such as
2870 @smallexample
2871 (define_insn ""
2872   [(set (pc)
2873         (if_then_else (match_operator
2874                          0 "comparison_operator"
2875                          [(cc0) (const_int 0)])
2876                       (return)
2877                       (pc)))]
2878   "@var{condition}"
2879   "@dots{}")
2880 @end smallexample
2882 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
2883 named @samp{return} pattern.
2885 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
2886 @item @samp{untyped_return}
2887 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
2888 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
2889 instructions are needed to return a value of any type.
2891 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
2892 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
2893 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
2894 the restoring of a function return value from the result block.
2896 @cindex @code{nop} instruction pattern
2897 @item @samp{nop}
2898 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
2899 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
2900 RTL pattern.
2902 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
2903 @item @samp{indirect_jump}
2904 An instruction to jump to an address which is operand zero.
2905 This pattern name is mandatory on all machines.
2907 @cindex @code{casesi} instruction pattern
2908 @item @samp{casesi}
2909 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
2910 This instruction takes five operands:
2912 @enumerate
2913 @item
2914 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
2916 @item
2917 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
2919 @item
2920 The total range of indices in the table---the largest index
2921 minus the smallest one (both inclusive).
2923 @item
2924 A label that precedes the table itself.
2926 @item
2927 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
2928 (If the machine-description macro @code{CASE_DROPS_THROUGH} is defined,
2929 then an out-of-bounds index drops through to the code following
2930 the jump table instead of jumping to this label.  In that case,
2931 this label is not actually used by the @samp{casesi} instruction,
2932 but it is always provided as an operand.)
2933 @end enumerate
2935 The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
2936 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
2937 difference between the upper bound and the lower bound.
2939 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
2940 @item @samp{tablejump}
2941 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
2942 capability which can be used to implement a dispatch table when there
2943 is no @samp{casesi} pattern.
2945 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
2946 which should immediately precede the jump table.  If the macro
2947 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
2948 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
2949 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
2950 mode @code{Pmode}.
2952 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
2953 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
2954 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
2955 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
2958 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
2959 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
2960 Conditional branch instruction that decrements a register and
2961 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
2962 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
2963 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
2965 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
2966 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
2967 reduction is enabled.
2969 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
2970 @item @samp{doloop_end}
2971 Conditional branch instruction that decrements a register and jumps if
2972 the register is nonzero.  This instruction takes five operands: Operand
2973 0 is the register to decrement and test; operand 1 is the number of loop
2974 iterations as a @code{const_int} or @code{const0_rtx} if this cannot be
2975 determined until run-time; operand 2 is the actual or estimated maximum
2976 number of iterations as a @code{const_int}; operand 3 is the number of
2977 enclosed loops as a @code{const_int} (an innermost loop has a value of
2978 1); operand 4 is the label to jump to if the register is nonzero.
2979 @xref{Looping Patterns}.
2981 This optional instruction pattern should be defined for machines with
2982 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
2983 modify suitable loops to utilize it.  If nested low-overhead looping is
2984 not supported, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
2985 and make the pattern fail if operand 3 is not @code{const1_rtx}.
2986 Similarly, if the actual or estimated maximum number of iterations is
2987 too large for this instruction, make it fail.
2989 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
2990 @item @samp{doloop_begin}
2991 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
2992 need to perform some initialization, such as loading special registers
2993 used by a low-overhead looping instruction.  If initialization insns do
2994 not always need to be emitted, use a @code{define_expand}
2995 (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
2998 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
2999 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
3000 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
3001 into operand 0.
3003 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
3004 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
3005 and also has mode @code{Pmode}.
3007 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
3008 the address of the function which would be called if the function
3009 pointer were used in an indirect call.
3011 Only define this pattern if function pointers on the target machine
3012 can have different values but still call the same function when
3013 used in an indirect call.
3015 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
3016 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
3017 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
3018 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
3019 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
3020 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
3021 @item @samp{save_stack_block}
3022 @itemx @samp{save_stack_function}
3023 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
3024 @itemx @samp{restore_stack_block}
3025 @itemx @samp{restore_stack_function}
3026 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
3027 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
3028 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
3029 such machines.
3031 Some machines require special handling for stack pointer saves and
3032 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
3033 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
3034 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
3035 saves and restores are:
3037 @enumerate
3038 @item
3039 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
3040 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
3041 restores the stack pointer when the block is exited.
3043 @item
3044 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
3045 similar job for the outermost block of a function and are used when the
3046 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
3047 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
3048 restore sequence on some machines.
3050 @item
3051 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
3052 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
3053 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
3054 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
3055 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
3056 and restoring additional data such as register window information or
3057 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
3058 such required data.
3059 @end enumerate
3061 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
3062 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
3063 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
3064 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
3065 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
3066 for a particular type of save (either because no save is needed or
3067 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
3068 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
3069 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
3070 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
3072 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
3073 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
3074 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
3076 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
3077 @item @samp{allocate_stack}
3078 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
3079 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
3081 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
3082 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
3083 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
3084 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
3085 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
3086 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
3087 stack is free.
3089 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
3090 Some machines require other operations such as stack probes or
3091 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
3092 operations in addition to updating the stack pointer.
3094 @cindex @code{probe} instruction pattern
3095 @item @samp{probe}
3096 Some machines require instructions to be executed after space is
3097 allocated from the stack, for example to generate a reference at
3098 the bottom of the stack.
3100 If you need to emit instructions before the stack has been adjusted,
3101 put them into the @samp{allocate_stack} pattern.  Otherwise, define
3102 this pattern to emit the required instructions.
3104 No operands are provided.
3106 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
3107 @item @samp{check_stack}
3108 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
3109 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
3110 to perform the needed check and signaling an error if the stack
3111 has overflowed.  The single operand is the location in the stack furthest
3112 from the current stack pointer that you need to validate.  Normally,
3113 on machines where this pattern is needed, you would obtain the stack
3114 limit from a global or thread-specific variable or register.
3116 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
3117 @item @samp{nonlocal_goto}
3118 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
3119 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
3120 each representing a value to be used in the jump.  The first
3121 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
3122 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
3123 the third is the address of a location where the stack is saved,
3124 and the last is the address of the label, to be placed in the
3125 location for the incoming static chain.
3127 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
3128 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
3129 and static chain, restore the stack (using the
3130 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
3131 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
3132 not work on your machine.
3134 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
3135 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
3136 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
3137 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
3138 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
3139 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
3140 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
3141 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
3142 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
3143 There are no arguments.
3145 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
3146 @item @samp{exception_receiver}
3147 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
3148 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
3149 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
3150 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
3151 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
3152 an exception.  There are no arguments.
3154 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
3155 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
3156 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
3157 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
3158 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
3159 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
3160 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
3161 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
3162 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
3163 the first three are normally used by the generic mechanism.
3165 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
3166 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
3167 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
3168 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
3169 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
3170 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
3171 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
3172 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
3173 at a small offset from that label.
3175 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
3176 @item @samp{builtin_longjmp}
3177 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
3178 You will not normally need to define this pattern unless you also define
3179 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
3180 @code{jmp_buf}.
3182 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
3183 @item @samp{eh_return}
3184 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
3185 and thence the call frame exception handling library routines, are
3186 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
3187 the abnormal return path.
3189 The pattern takes two arguments.  The first is an offset to be applied
3190 to the stack pointer.  It will have been copied to some appropriate
3191 location (typically @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX}) which will survive
3192 until after reload to when the normal epilogue is generated.
3193 The second argument is the address of the exception handler to which
3194 the function should return.  This will normally need to copied by the
3195 pattern to some special register or memory location.
3197 This pattern only needs to be defined if call frame exception handling
3198 is to be used, and simple moves involving @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX}
3199 and @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX} are not sufficient.
3201 @cindex @code{prologue} instruction pattern
3202 @anchor{prologue instruction pattern}
3203 @item @samp{prologue}
3204 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
3205 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
3206 pointer register, saving callee saved registers, etc.
3208 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
3209 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
3211 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
3212 instruction scheduling.
3214 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
3215 @anchor{epilogue instruction pattern}
3216 @item @samp{epilogue}
3217 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
3218 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
3219 registers and emitting the return instruction.
3221 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
3222 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
3224 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
3225 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
3227 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
3228 @item @samp{sibcall_epilogue}
3229 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
3230 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
3231 sibling call (aka tail call) sites.
3233 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
3234 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
3235 function.
3237 @cindex @code{trap} instruction pattern
3238 @item @samp{trap}
3239 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
3240 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
3241 front end to signal `invalid array index' exceptions.
3243 @cindex @code{conditional_trap} instruction pattern
3244 @item @samp{conditional_trap}
3245 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
3246 performs a comparison.  Operand 1 is the trap code, an integer.
3248 A typical @code{conditional_trap} pattern looks like
3250 @smallexample
3251 (define_insn "conditional_trap"
3252   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
3253              [(cc0) (const_int 0)])
3254             (match_operand 1 "const_int_operand" "i"))]
3255   ""
3256   "@dots{}")
3257 @end smallexample
3259 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
3260 @item @samp{prefetch}
3262 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
3263 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
3264 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
3265 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
3266 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
3267 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
3268 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
3269 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
3270 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
3272 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
3273 the values of operands 1 and 2.
3275 @end table
3277 @node Pattern Ordering
3278 @section When the Order of Patterns Matters
3279 @cindex Pattern Ordering
3280 @cindex Ordering of Patterns
3282 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
3283 pattern that appears first in the machine description is the one used.
3284 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
3285 and faster instructions (those that will produce better code when they
3286 do match) should usually go first in the description.
3288 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
3289 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
3290 instruction for converting a fullword to floating point and another
3291 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
3292 an integer to floating point could match either one.  We put the
3293 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
3294 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
3295 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
3296 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
3297 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
3298 constant value.
3300 @node Dependent Patterns
3301 @section Interdependence of Patterns
3302 @cindex Dependent Patterns
3303 @cindex Interdependence of Patterns
3305 Every machine description must have a named pattern for each of the
3306 conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
3307 must always have the form
3309 @example
3310 (set (pc)
3311      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
3312                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
3313                    (pc)))
3314 @end example
3316 @noindent
3317 In addition, every machine description must have an anonymous pattern
3318 for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
3319 look like
3321 @example
3322 (set (pc)
3323      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
3324                    (pc)
3325                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
3326 @end example
3328 @noindent
3329 They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
3330 branches into reverse-conditional branches.
3332 It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
3333 reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
3334 example,
3336 @example
3337 (define_insn ""
3338   [(set (pc)
3339         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
3340                                       [(cc0) (const_int 0)])
3341                       (pc)
3342                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
3343   "@var{condition}"
3344   "@dots{}")
3345 @end example
3347 In some cases machines support instructions identical except for the
3348 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
3349 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
3350 patterns are
3352 @example
3353 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
3354      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
3356 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
3357      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
3358 @end example
3360 @noindent
3361 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
3362 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
3363 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
3364 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
3365 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
3366 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
3368 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
3369 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
3370 compilations.
3372 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
3373 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
3374 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
3375 you should not provide separate patterns for increment and decrement
3376 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
3377 that supports register-register add insns by examining the operands and
3378 generating the appropriate machine instruction.
3380 @node Jump Patterns
3381 @section Defining Jump Instruction Patterns
3382 @cindex jump instruction patterns
3383 @cindex defining jump instruction patterns
3385 For most machines, GCC assumes that the machine has a condition code.
3386 A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
3387 signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
3388 insn tests the condition code and branches or not according its value.
3389 The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
3390 common machines, such as the VAX, the 68000 and the 32000, work this
3391 way.
3393 Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
3394 only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
3395 these machines is to treat them just like the others until the final stage
3396 where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
3397 compare instruction, peek ahead at the following branch using
3398 @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
3399 being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
3400 the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
3401 otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
3402 can treat signed and unsigned branches identically.
3404 The reason you can do this is that GCC always generates a pair of
3405 consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
3406 set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
3407 until the end.
3409 To go with this technique, you must define the machine-description macro
3410 @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
3411 compare instruction is superfluous.
3413 Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
3414 A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
3415 compare instruction, record its operands in two static variables.  When
3416 outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
3417 output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
3419 It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
3420 In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
3421 will be combined according to these patterns.  But this does not happen
3422 if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
3423 above in addition to any special patterns you define.
3425 In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
3426 code and there may not even be a separate condition code register.  On
3427 these machines, the restriction that the definition and use of the
3428 condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
3429 important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
3430 delay for taken branches unless the condition code register is set three
3431 instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
3432 scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
3433 separate the definition and use of the condition code register.
3435 On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
3436 to represent the condition code.  If there is a specific condition code
3437 register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
3438 comparison result can be placed in any general register, or if there are
3439 multiple condition registers, use a pseudo register.
3441 @findex prev_cc0_setter
3442 @findex next_cc0_user
3443 On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
3444 the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
3445 Sparc, setting the condition code directly from an add or subtract
3446 instruction does not clear the overflow bit the way that a test
3447 instruction does, so a different branch instruction must be used for
3448 some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
3449 and use of the condition code must be adjacent (separated only by
3450 @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
3451 (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
3452 located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
3453 and @code{next_cc0_user}.
3455 However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
3456 those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
3457 compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
3458 we use the machine mode of the condition code register to record
3459 different formats of the condition code register.
3461 Registers used to store the condition code value should have a mode that
3462 is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
3463 additional modes are required (as for the add example mentioned above in
3464 the Sparc), define the macro @code{EXTRA_CC_MODES} to list the
3465 additional modes required (@pxref{Condition Code}).  Also define
3466 @code{SELECT_CC_MODE} to choose a mode given an operand of a compare.
3468 If it is known during RTL generation that a different mode will be
3469 required (for example, if the machine has separate compare instructions
3470 for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
3471 be specified at that time.
3473 If the cases that require different modes would be made by instruction
3474 combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
3475 mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
3476 written using that mode.  To support the case of the add on the Sparc
3477 discussed above, we have the pattern
3479 @smallexample
3480 (define_insn ""
3481   [(set (reg:CC_NOOV 0)
3482         (compare:CC_NOOV
3483           (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
3484                    (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
3485           (const_int 0)))]
3486   ""
3487   "@dots{}")
3488 @end smallexample
3490 The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the Sparc returns @code{CC_NOOVmode}
3491 for comparisons whose argument is a @code{plus}.
3493 @node Looping Patterns
3494 @section Defining Looping Instruction Patterns
3495 @cindex looping instruction patterns
3496 @cindex defining looping instruction patterns
3498 Some machines have special jump instructions that can be utilised to
3499 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
3500 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
3501 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
3502 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
3503 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
3504 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
3505 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
3506 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
3507 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
3508 the jump.
3510 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
3511 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
3512 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
3513 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
3514 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
3515 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
3516 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
3517 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
3518 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
3519 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
3520 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
3521 following for its @code{dbra} instruction:
3523 @smallexample
3524 @group
3525 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
3526   [(set (pc)
3527         (if_then_else
3528           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
3529                        (const_int -1))
3530               (const_int 0))
3531           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
3532           (pc)))
3533    (set (match_dup 0)
3534         (plus:SI (match_dup 0)
3535                  (const_int -1)))]
3536   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
3537   "@dots{}")
3538 @end group
3539 @end smallexample
3541 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
3542 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
3543 since this insn is generated by the instruction combination phase
3544 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
3545 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
3546 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
3547 pattern will not be matched by the combiner.
3549 @smallexample
3550 @group
3551 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
3552   [(set (pc)
3553         (if_then_else
3554           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
3555               (const_int 1))
3556           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
3557           (pc)))
3558    (set (match_dup 0)
3559         (plus:SI (match_dup 0)
3560                  (const_int -1)))]
3561   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
3562   "@dots{}")
3563 @end group
3564 @end smallexample
3566 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
3567 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
3568 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
3569 information collected during strength reduction.
3571 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
3572 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
3573 is an optional companion pattern that can be used for initialization
3574 needed for some low-overhead looping instructions.
3576 Note that some machines require the actual looping instruction to be
3577 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
3578 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
3579 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
3580 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
3581 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
3582 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
3583 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
3584 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
3585 desired special iteration counter register was not allocated, this
3586 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
3587 instruction pair.
3589 The essential difference between the
3590 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
3591 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
3592 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
3593 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
3594 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
3595 may become redundant and removed by the flow pass.
3598 @node Insn Canonicalizations
3599 @section Canonicalization of Instructions
3600 @cindex canonicalization of instructions
3601 @cindex insn canonicalization
3603 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
3604 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
3605 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
3606 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
3607 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
3608 number of insn patterns required.
3610 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
3611 are performed:
3613 @itemize @bullet
3614 @item
3615 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
3616 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
3617 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
3618 be supplied.
3620 @cindex @code{neg}, canonicalization of
3621 @cindex @code{not}, canonicalization of
3622 @cindex @code{mult}, canonicalization of
3623 @cindex @code{plus}, canonicalization of
3624 @cindex @code{minus}, canonicalization of
3625 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
3626 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
3627 first operand.
3629 @cindex @code{compare}, canonicalization of
3630 @item
3631 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
3632 on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
3633 machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
3634 a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
3635 cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
3636 matching a constant as the first operand unless the machine actually has
3637 such an instruction.
3639 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
3640 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
3641 above.
3643 @item
3644 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
3645 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
3647 @item
3648 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
3649 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
3651 @cindex @code{ior}, canonicalization of
3652 @cindex @code{and}, canonicalization of
3653 @cindex De Morgan's law
3654 @item
3655 De`Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
3656 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
3657 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
3659 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
3660 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
3661 for that instruction as
3663 @example
3664 (define_insn ""
3665   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3666         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
3667                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
3668   "@dots{}"
3669   "@dots{}")
3670 @end example
3672 @noindent
3673 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
3675 @example
3676 (define_insn ""
3677   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3678         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
3679                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
3680   "@dots{}"
3681   "@dots{}")
3682 @end example
3684 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
3685 logically equivalent RTL expressions.
3687 @cindex @code{xor}, canonicalization of
3688 @item
3689 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
3690 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
3691 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
3693 @item
3694 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
3695 the form
3697 @example
3698 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
3699 @end example
3701 @item
3702 On machines that do not use @code{cc0},
3703 @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
3704 @var{x}.
3706 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
3707 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
3708 @item
3709 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
3710 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
3711 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
3713 @end itemize
3715 @node Expander Definitions
3716 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
3717 @cindex expander definitions
3718 @cindex code generation RTL sequences
3719 @cindex defining RTL sequences for code generation
3721 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
3722 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
3723 represent them.  For these target machines, you can write a
3724 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
3726 @findex define_expand
3727 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
3728 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
3729 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
3731 A @code{define_expand} RTX has four operands:
3733 @itemize @bullet
3734 @item
3735 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
3736 use for it is to refer to it by name.
3738 @item
3739 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
3740 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
3741 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
3743 @item
3744 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
3745 used to express how the availability of this pattern depends on
3746 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
3747 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
3748 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
3749 depend on the data in the insn being matched, but only the
3750 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
3751 during initialization in order to learn exactly which named instructions
3752 are available in a particular run.
3754 @item
3755 The preparation statements, a string containing zero or more C
3756 statements which are to be executed before RTL code is generated from
3757 the RTL template.
3759 Usually these statements prepare temporary registers for use as
3760 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
3761 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
3762 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
3763 @end itemize
3765 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
3766 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
3767 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
3770 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
3771 also describes the operands that need to be specified when this pattern
3772 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
3774 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
3775 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
3776 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
3777 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
3778 information to preload the operand into a register if that is required for
3779 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
3780 references should use @code{match_dup}.
3782 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
3783 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
3784 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
3785 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
3786 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
3787 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
3788 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
3789 compute the values and store them into the appropriate elements of
3790 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
3792 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
3793 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
3794 as a statement.
3796 @table @code
3798 @findex DONE
3799 @item DONE
3800 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
3801 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
3802 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
3803 preparation statements; the RTL template will not be generated.
3805 @findex FAIL
3806 @item FAIL
3807 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
3808 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
3809 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
3811 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
3812 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
3813 operations.
3814 @end table
3816 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
3817 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
3818 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
3819 insn.
3821 The RTL template is not used for matching, only for generating the
3822 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
3823 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
3824 list of operands, such as this example:
3826 @smallexample
3827 @group
3828 (define_expand "addsi3"
3829   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3830    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
3831    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
3832 @end group
3833 @group
3834   ""
3835   "
3837   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
3838   DONE;
3839 @}")
3840 @end group
3841 @end smallexample
3843 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
3845 @smallexample
3846 @group
3847 (define_expand "ashlsi3"
3848   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3849         (ashift:SI
3850 @end group
3851 @group
3852           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
3853           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
3854   ""
3855   "
3856 @end group
3857 @end smallexample
3859 @smallexample
3860 @group
3862   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
3863       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
3864     FAIL;
3865 @}")
3866 @end group
3867 @end smallexample
3869 @noindent
3870 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
3871 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
3872 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
3873 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
3874 library call).
3876 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
3877 patterns with names, then it would be possible to use a
3878 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
3879 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
3881 @smallexample
3882 (define_expand "zero_extendhisi2"
3883   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
3884         (const_int 0))
3885    (set (strict_low_part
3886           (subreg:HI
3887             (match_dup 0)
3888             0))
3889         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
3890   ""
3891   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
3892 @end smallexample
3894 @noindent
3895 @findex make_safe_from
3896 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
3897 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
3898 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
3899 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
3900 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
3901 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
3902 by emitting another RTL insn.
3904 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
3905 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
3906 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
3907 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
3908 on this machine.  So it must be copied into a register with
3909 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
3911 @smallexample
3912 (define_expand "zero_extendhisi2"
3913   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3914         (and:SI (subreg:SI
3915                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
3916                   0)
3917                 (match_dup 2)))]
3918   ""
3919   "operands[2]
3920      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
3921 @end smallexample
3923 @strong{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
3924 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
3925 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
3926 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
3927 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
3928 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
3929 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
3930 in the compiler.
3932 @node Insn Splitting
3933 @section Defining How to Split Instructions
3934 @cindex insn splitting
3935 @cindex instruction splitting
3936 @cindex splitting instructions
3938 There are two cases where you should specify how to split a pattern
3939 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
3940 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
3941 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
3942 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
3943 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
3944 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
3945 cannot be placed into a delay slot.
3947 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
3948 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
3949 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
3950 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
3951 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
3952 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
3953 scheduling.
3955 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
3956 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
3957 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
3958 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
3959 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
3960 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
3961 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
3962 split the addition into two insns is machine-dependent.
3964 @findex define_split
3965 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
3966 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
3968 @smallexample
3969 (define_split
3970   [@var{insn-pattern}]
3971   "@var{condition}"
3972   [@var{new-insn-pattern-1}
3973    @var{new-insn-pattern-2}
3974    @dots{}]
3975   "@var{preparation-statements}")
3976 @end smallexample
3978 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
3979 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
3980 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
3981 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
3982 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
3983 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
3985 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
3986 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3987 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
3988 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
3989 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
3990 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
3991 must not allocate any space in the stack frame.
3993 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
3994 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
3995 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
3996 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
3997 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
3998 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
3999 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
4000 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
4001 of those definitions.
4003 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
4004 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
4005 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
4007 @smallexample
4008 (define_split
4009   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
4010         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
4011   ""
4012   [(set (match_dup 0)
4013         (ashift:SI (match_dup 1)
4014                    (const_int 16)))
4015    (set (match_dup 0)
4016         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
4017                      (const_int 16)))]
4018   "
4019 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
4020 @end smallexample
4022 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
4023 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
4024 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
4025 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
4026 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
4027 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
4028 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
4029 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
4030 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
4031 @code{define_split} that will never produce insns that match).
4033 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
4034 @file{rs6000.md}:
4036 @smallexample
4037 (define_split
4038   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
4039         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
4040                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
4041   ""
4042   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
4043    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
4046   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
4047   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
4049   if (low & 0x8000)
4050     high++, low |= 0xffff0000;
4052   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
4053   operands[4] = GEN_INT (low);
4054 @}")
4055 @end smallexample
4057 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
4058 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
4059 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
4060 can be substituted into the address of a subsequent operation.
4062 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
4063 an equality comparison of a register and a large constant:
4065 @smallexample
4066 (define_split
4067   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
4068         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
4069                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
4070    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
4071   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
4072    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
4073        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
4074   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
4075    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
4076   "
4078   /* Get the constant we are comparing against, C, and see what it
4079      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
4080      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.  */
4082   int c = INTVAL (operands[2]);
4083   int sextc = (c << 16) >> 16;
4084   int xorv = c ^ sextc;
4086   operands[4] = GEN_INT (xorv);
4087   operands[5] = GEN_INT (sextc);
4088 @}")
4089 @end smallexample
4091 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
4092 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
4093 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
4094 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
4095 are not valid.
4097 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
4098 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
4099 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
4100 several restriction apply.
4102 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
4103 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
4104 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
4105 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
4106 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
4107 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump. An global variable
4108 @code{split_branch_probability} hold the probability of original branch in case
4109 it was an simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
4110 recomputing of edge frequencies, new sequence is required to have only
4111 forward jumps to the newly created labels.
4113 @findex define_insn_and_split
4114 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
4115 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
4116 this:
4118 @smallexample
4119 (define_insn_and_split
4120   [@var{insn-pattern}]
4121   "@var{condition}"
4122   "@var{output-template}"
4123   "@var{split-condition}"
4124   [@var{new-insn-pattern-1}
4125    @var{new-insn-pattern-2}
4126    @dots{}]
4127   "@var{preparation-statements}"
4128   [@var{insn-attributes}])
4130 @end smallexample
4132 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
4133 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
4134 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
4135 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
4136 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
4137 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
4138 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
4139 from i386.md:
4141 @smallexample
4142 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
4143   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
4144      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
4145    (clobber (reg:CC 17))]
4146   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
4147   "#"
4148   "&& reload_completed"
4149   [(parallel [(set (match_dup 0)
4150                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
4151               (clobber (reg:CC 17))])]
4152   ""
4153   [(set_attr "type" "alu1")])
4155 @end smallexample
4157 In this case, the actual split condition will be
4158 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
4160 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
4161 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
4162 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
4163 having to ensure the two patterns' templates match.
4165 @node Including Patterns
4166 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
4167 @cindex insn includes
4169 @findex include
4170 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
4171 look for patterns that are in files other than in the file
4172 @file{.md}. This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
4174 It looks like:
4176 @smallexample
4178 (include
4179   @var{pathname})
4180 @end smallexample
4182 For example:
4184 @smallexample
4186 (include "filestuff")
4188 @end smallexample
4190 Where @var{pathname} is a string that specifies the the location of the file,
4191 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}. The
4192 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
4195 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
4196 and placed into subdirectories.
4198 By specifying:
4200 @smallexample
4202 (include "BOGUS/filestuff")
4204 @end smallexample
4206 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
4208 Specifying an absolute path for the include file such as;
4209 @smallexample
4211 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
4213 @end smallexample
4214 is permitted but is not encouraged.
4216 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
4217 @cindex directory options .md
4218 @cindex options, directory search
4219 @cindex search options
4221 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
4222 For example:
4224 @smallexample
4226 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
4228 @end smallexample
4231 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
4232 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
4233 file, substituting your own version, since these directories are
4234 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
4235 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
4236 order; the standard default directory come after.
4239 @node Peephole Definitions
4240 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
4241 @cindex peephole optimizer definitions
4242 @cindex defining peephole optimizers
4244 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
4245 definitions of machine-specific peephole optimizations.
4247 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
4248 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
4249 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
4250 though the second one does not appear to use a register computed in the
4251 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
4252 opportunities.
4254 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
4255 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
4256 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
4257 is deprecated.
4259 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
4260 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
4261 but before scheduling, which may result in much better code for
4262 targets that do scheduling.
4264 @menu
4265 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
4266 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
4267 @end menu
4269 @node define_peephole
4270 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
4271 @findex define_peephole
4273 @need 1000
4274 A definition looks like this:
4276 @smallexample
4277 (define_peephole
4278   [@var{insn-pattern-1}
4279    @var{insn-pattern-2}
4280    @dots{}]
4281   "@var{condition}"
4282   "@var{template}"
4283   "@var{optional-insn-attributes}")
4284 @end smallexample
4286 @noindent
4287 The last string operand may be omitted if you are not using any
4288 machine-specific information in this machine description.  If present,
4289 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
4291 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
4292 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
4293 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
4294 the next, and so on.
4296 Each of the insns matched by a peephole must also match a
4297 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
4298 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
4299 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
4300 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
4301 stages.
4303 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
4304 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
4305 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
4306 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
4307 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
4308 other.
4310 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
4311 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
4312 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
4313 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
4314 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
4316 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
4317 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
4318 previously tested.
4320 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
4321 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
4322 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
4323 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
4324 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
4325 patterns.
4327 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
4328 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
4329 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
4330 the operands.
4332 @findex prev_active_insn
4333 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
4334 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
4335 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
4336 to refer to the last of the insns being matched; use
4337 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
4339 @findex dead_or_set_p
4340 When optimizing computations with intermediate results, you can use
4341 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
4342 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
4343 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
4344 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
4345 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
4346 value (from @code{operands[@var{i}]}).
4348 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
4349 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
4350 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
4351 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
4352 used in matching the original sequence of insns.
4354 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
4355 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
4356 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
4357 as the insn pattern to control how the insn is output.
4359 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
4360 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
4362 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
4364 @smallexample
4365 (define_peephole
4366   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
4367    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
4368         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
4369   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
4371   rtx xoperands[2];
4372   xoperands[1] = gen_rtx (REG, SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
4373 #ifdef MOTOROLA
4374   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
4375   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
4376   return "fmove.d (sp)+,%0";
4377 #else
4378   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
4379   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
4380   return "fmoved sp@@+,%0";
4381 #endif
4383 @end smallexample
4385 @need 1000
4386 The effect of this optimization is to change
4388 @smallexample
4389 @group
4390 jbsr _foobar
4391 addql #4,sp
4392 movel d1,sp@@-
4393 movel d0,sp@@-
4394 fmoved sp@@+,fp0
4395 @end group
4396 @end smallexample
4398 @noindent
4399 into
4401 @smallexample
4402 @group
4403 jbsr _foobar
4404 movel d1,sp@@
4405 movel d0,sp@@-
4406 fmoved sp@@+,fp0
4407 @end group
4408 @end smallexample
4410 @ignore
4411 @findex CC_REVERSED
4412 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
4413 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
4414 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
4415 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
4416 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
4417 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
4418 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
4419 and in this C code check the condition code status flags and change the
4420 assembler code as appropriate.
4421 @end ignore
4423 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
4424 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
4425 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
4426 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
4427 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
4428 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
4429 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
4430 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
4431 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
4433 @smallexample
4434 (define_insn "divmodsi4"
4435   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
4436         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
4437                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
4438    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
4439         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
4440   "TARGET_68020"
4441   "divsl%.l %2,%3:%0")
4442 @end smallexample
4444 @noindent
4445 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
4447 @smallexample
4448 (define_peephole
4449   [@dots{}
4450    (parallel
4451     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
4452           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
4453                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
4454      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
4455           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
4456    @dots{}]
4457   @dots{})
4458 @end smallexample
4460 @node define_peephole2
4461 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
4462 @findex define_peephole2
4464 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
4465 substitute one sequence of instructions for another sequence,
4466 what additional scratch registers may be needed and what their
4467 lifetimes must be.
4469 @smallexample
4470 (define_peephole2
4471   [@var{insn-pattern-1}
4472    @var{insn-pattern-2}
4473    @dots{}]
4474   "@var{condition}"
4475   [@var{new-insn-pattern-1}
4476    @var{new-insn-pattern-2}
4477    @dots{}]
4478   "@var{preparation-statements}")
4479 @end smallexample
4481 The definition is almost identical to @code{define_split}
4482 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
4483 single instruction, but a sequence of instructions.
4485 It is possible to request additional scratch registers for use in the
4486 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
4487 will simply not match.
4489 @findex match_scratch
4490 @findex match_dup
4491 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
4492 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
4493 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
4494 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
4495 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
4496 at which the register must be available.
4498 Here is an example from the IA-32 machine description:
4500 @smallexample
4501 (define_peephole2
4502   [(match_scratch:SI 2 "r")
4503    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4504                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
4505                      [(match_dup 0)
4506                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
4507               (clobber (reg:CC 17))])]
4508   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
4509   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
4510    (parallel [(set (match_dup 0)
4511                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
4512               (clobber (reg:CC 17))])]
4513   "")
4514 @end smallexample
4516 @noindent
4517 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
4518 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
4519 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
4520 to be live only at the point just before the arithmetic.
4522 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
4523 so here's a silly made-up example:
4525 @smallexample
4526 (define_peephole2
4527   [(match_scratch:SI 4 "r")
4528    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
4529    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
4530    (match_dup 4)
4531    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
4532   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
4533   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
4534    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
4535    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
4536    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
4537   "")
4538 @end smallexample
4540 @noindent
4541 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
4542 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
4543 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
4545 @node Insn Attributes
4546 @section Instruction Attributes
4547 @cindex insn attributes
4548 @cindex instruction attributes
4550 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
4551 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
4552 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
4553 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
4554 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
4555 to track the condition codes.
4557 @menu
4558 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
4559 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
4560 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
4561 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
4562 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
4563 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
4564 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
4565 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
4566 @end menu
4568 @node Defining Attributes
4569 @subsection Defining Attributes and their Values
4570 @cindex defining attributes and their values
4571 @cindex attributes, defining
4573 @findex define_attr
4574 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
4575 by the target machine.  It looks like:
4577 @smallexample
4578 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
4579 @end smallexample
4581 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
4583 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
4584 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
4585 indicate that the attribute takes numeric values.
4587 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
4588 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
4589 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
4590 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
4591 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
4593 @findex insn-attr.h
4594 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
4595 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
4596 specified for an attribute, the following are defined:
4598 @itemize @bullet
4599 @item
4600 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
4602 @item
4603 An enumeral class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
4604 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
4605 the attribute name and value are first converted to upper case.
4607 @item
4608 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
4609 returns the attribute value for that insn.
4610 @end itemize
4612 For example, if the following is present in the @file{md} file:
4614 @smallexample
4615 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
4616 @end smallexample
4618 @noindent
4619 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
4621 @smallexample
4622 #define HAVE_ATTR_type
4623 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
4624                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
4625 extern enum attr_type get_attr_type ();
4626 @end smallexample
4628 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
4629 defined and the function to obtain the attribute's value will return
4630 @code{int}.
4632 @node Expressions
4633 @subsection Attribute Expressions
4634 @cindex attribute expressions
4636 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
4637 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
4638 Attribute value expressions must have one of the following forms:
4640 @table @code
4641 @cindex @code{const_int} and attributes
4642 @item (const_int @var{i})
4643 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
4644 must be non-negative.
4646 The value of a numeric attribute can be specified either with a
4647 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
4648 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
4649 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
4650 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
4652 @cindex @code{const_string} and attributes
4653 @item (const_string @var{value})
4654 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
4655 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
4656 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
4657 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
4658 of a @code{define_attr}.
4660 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
4661 must be a string containing a non-negative integer (normally
4662 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
4663 contain one of the valid values for the attribute.
4665 @cindex @code{if_then_else} and attributes
4666 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
4667 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
4668 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
4669 otherwise it is @var{false-value}.
4671 @cindex @code{cond} and attributes
4672 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
4673 The first operand of this expression is a vector containing an even
4674 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
4675 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
4676 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
4677 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
4678 expression is that of the @var{default} expression.
4679 @end table
4681 @var{test} expressions can have one of the following forms:
4683 @table @code
4684 @cindex @code{const_int} and attribute tests
4685 @item (const_int @var{i})
4686 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
4688 @cindex @code{not} and attributes
4689 @cindex @code{ior} and attributes
4690 @cindex @code{and} and attributes
4691 @item (not @var{test})
4692 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
4693 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
4694 These tests are true if the indicated logical function is true.
4696 @cindex @code{match_operand} and attributes
4697 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
4698 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
4699 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
4700 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
4701 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
4702 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
4703 string).
4705 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
4707 @cindex @code{le} and attributes
4708 @cindex @code{leu} and attributes
4709 @cindex @code{lt} and attributes
4710 @cindex @code{gt} and attributes
4711 @cindex @code{gtu} and attributes
4712 @cindex @code{ge} and attributes
4713 @cindex @code{geu} and attributes
4714 @cindex @code{ne} and attributes
4715 @cindex @code{eq} and attributes
4716 @cindex @code{plus} and attributes
4717 @cindex @code{minus} and attributes
4718 @cindex @code{mult} and attributes
4719 @cindex @code{div} and attributes
4720 @cindex @code{mod} and attributes
4721 @cindex @code{abs} and attributes
4722 @cindex @code{neg} and attributes
4723 @cindex @code{ashift} and attributes
4724 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
4725 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
4726 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
4727 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
4728 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
4729 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
4730 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
4731 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
4732 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
4733 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
4734 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
4735 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
4736 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
4737 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
4738 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
4739 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
4740 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
4742 @findex get_attr
4743 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
4744 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
4745 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
4746 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
4747 variable.
4749 @findex eq_attr
4750 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
4751 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
4753 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
4754 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
4755 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
4756 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
4757 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
4758 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
4759 @emph{not} in the specified list.
4761 For example,
4763 @smallexample
4764 (eq_attr "type" "load,store")
4765 @end smallexample
4767 @noindent
4768 is equivalent to
4770 @smallexample
4771 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
4772 @end smallexample
4774 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
4775 value of the compiler variable @code{which_alternative}
4776 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
4777 example,
4779 @smallexample
4780 (eq_attr "alternative" "2,3")
4781 @end smallexample
4783 @noindent
4784 is equivalent to
4786 @smallexample
4787 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
4788      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
4789 @end smallexample
4791 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
4792 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
4793 a particular pattern.  This is by far the most common case.
4795 @findex attr_flag
4796 @item (attr_flag @var{name})
4797 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
4798 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
4799 scheduled.
4801 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
4802 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
4803 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
4804 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
4805 if a conditional branch is expected to be taken.
4807 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
4808 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
4810 This example describes a conditional branch delay slot which
4811 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
4812 for backward branches which are not taken (annul-false).
4814 @smallexample
4815 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
4816   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
4817    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
4818         (attr_flag "forward"))
4819    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
4820         (attr_flag "backward"))])
4821 @end smallexample
4823 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
4824 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
4826 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
4827 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
4828 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
4829 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
4831 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
4832 meaning to other passes of the compiler.
4834 @findex attr
4835 @item (attr @var{name})
4836 The value of another attribute is returned.  This is most useful
4837 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
4838 produce more efficient code for non-numeric attributes.
4839 @end table
4841 @node Tagging Insns
4842 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
4843 @cindex tagging insns
4844 @cindex assigning attribute values to insns
4846 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
4847 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
4848 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
4849 have an optional last argument to specify the values of attributes for
4850 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
4851 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
4852 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
4853 permits the specification of the values for only one or two attributes
4854 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
4855 next section.
4857 The optional last argument of @code{define_insn} and
4858 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
4859 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
4860 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
4861 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
4862 second operand of the @code{set} is an attribute expression
4863 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
4865 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
4866 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
4867 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
4868 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
4869 each alternative.
4871 @findex set_attr
4872 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
4873 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
4874 specifying a string giving either a single attribute value or a list
4875 of attribute values, one for each alternative.
4877 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
4878 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
4880 @table @code
4881 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
4882 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
4883 or a string containing a comma-separated list giving the values for
4884 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
4885 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
4887 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
4888 which case the attribute will assume its default value for insns matching
4889 that alternative.
4891 @findex set_attr_alternative
4892 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
4893 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
4894 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
4895 tests on the @samp{alternative} attribute.
4897 @findex attr
4898 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
4899 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
4900 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
4901 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
4902 @end table
4904 The following shows three different ways of representing the same
4905 attribute value specification:
4907 @smallexample
4908 (set_attr "type" "load,store,arith")
4910 (set_attr_alternative "type"
4911                       [(const_string "load") (const_string "store")
4912                        (const_string "arith")])
4914 (set (attr "type")
4915      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
4916             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
4917            (const_string "arith")))
4918 @end smallexample
4920 @need 1000
4921 @findex define_asm_attributes
4922 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
4923 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
4924 statement.  It has the form:
4926 @smallexample
4927 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
4928 @end smallexample
4930 @noindent
4931 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
4932 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
4934 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
4935 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
4937 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
4938 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
4939 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
4940 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
4941 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
4942 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
4943 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
4944 of a single machine instruction.
4946 @node Attr Example
4947 @subsection Example of Attribute Specifications
4948 @cindex attribute specifications example
4949 @cindex attribute specifications
4951 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
4952 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
4953 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
4954 value.  This attribute is normally used only to define the default value
4955 for other attributes.  An example will clarify this usage.
4957 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
4958 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
4959 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
4960 operations, floating point operations, and branches.
4962 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
4963 the condition code and will limit ourselves to the following possible
4964 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
4965 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
4966 changed if the item previously set into the condition code has been
4967 modified.
4969 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
4971 @smallexample
4972 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
4974 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
4975              (cond [(eq_attr "type" "load")
4976                         (const_string "change0")
4977                     (eq_attr "type" "store,branch")
4978                         (const_string "unchanged")
4979                     (eq_attr "type" "arith")
4980                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
4981                                       (const_string "set")
4982                                       (const_string "clobber"))]
4983                    (const_string "clobber")))
4985 (define_insn ""
4986   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
4987         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
4988   ""
4989   "@@
4990    move %0,%1
4991    load %0,%1
4992    store %0,%1"
4993   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
4994 @end smallexample
4996 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
4997 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
4998 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
4999 full-word result.
5001 @node Insn Lengths
5002 @subsection Computing the Length of an Insn
5003 @cindex insn lengths, computing
5004 @cindex computing the length of an insn
5006 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
5007 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
5008 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
5009 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @samp{length}
5010 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
5011 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
5013 In the case of the @samp{length} attribute, two additional forms of
5014 arithmetic terms are allowed in test expressions:
5016 @table @code
5017 @cindex @code{match_dup} and attributes
5018 @item (match_dup @var{n})
5019 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
5020 must be a @code{label_ref}.
5022 @cindex @code{pc} and attributes
5023 @item (pc)
5024 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
5025 been more consistent with other usage to make this the address of the
5026 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
5027 current insn is to be computed.
5028 @end table
5030 @cindex @code{addr_vec}, length of
5031 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
5032 For normal insns, the length will be determined by value of the
5033 @samp{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
5034 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
5035 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
5037 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
5039 The following macros can be used to refine the length computation:
5041 @table @code
5042 @findex FIRST_INSN_ADDRESS
5043 @item FIRST_INSN_ADDRESS
5044 When the @code{length} insn attribute is used, this macro specifies the
5045 value to be assigned to the address of the first insn in a function.  If
5046 not specified, 0 is used.
5048 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
5049 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
5050 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
5051 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
5052 that contains the initially computed length of the insn and should be
5053 updated with the correct length of the insn.
5055 This macro will normally not be required.  A case in which it is
5056 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
5057 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
5058 may be required.
5059 @end table
5061 @findex get_attr_length
5062 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
5063 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
5064 determine the form of the branch instruction to be written, as the
5065 example below illustrates.
5067 As an example of the specification of variable-length branches, consider
5068 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
5069 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
5070 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
5071 sequence to load the address from memory and then branch to it.
5073 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
5074 as follows:
5076 @smallexample
5077 (define_insn "jump"
5078   [(set (pc)
5079         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
5080   ""
5082    return (get_attr_length (insn) == 4
5083            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
5085   [(set (attr "length")
5086         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
5087                       (const_int 4)
5088                       (const_int 6)))])
5089 @end smallexample
5091 @node Constant Attributes
5092 @subsection Constant Attributes
5093 @cindex constant attributes
5095 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
5096 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
5097 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
5098 used to specify which variety of processor is used.  For example,
5100 @smallexample
5101 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
5102  (const
5103   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
5104          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
5105         (const_string "m88000"))))
5107 (define_attr "memory" "fast,slow"
5108  (const
5109   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
5110                 (const_string "fast")
5111                 (const_string "slow"))))
5112 @end smallexample
5114 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
5115 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
5116 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
5117 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
5118 forms involving insn attributes.
5120 @node Delay Slots
5121 @subsection Delay Slot Scheduling
5122 @cindex delay slots, defining
5124 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
5125 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
5126 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
5127 after the instruction are executed as if they were located before it.
5128 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
5129 the following instruction before the branch or call is performed.
5131 On some machines, conditional branch instructions can optionally
5132 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
5133 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
5134 instructions that annul if the branch is true and instructions that
5135 annul if the branch is false are supported.
5137 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
5138 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
5139 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
5140 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
5141 instruction scheduling.
5143 @findex define_delay
5144 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
5145 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
5147 @smallexample
5148 (define_delay @var{test}
5149               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
5150                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
5151                @dots{}])
5152 @end smallexample
5154 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
5155 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
5156 required delay slots is determined by the length of the vector specified
5157 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
5158 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
5159 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
5160 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
5161 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
5162 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
5164 For example, in the common case where branch and call insns require
5165 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
5166 call, the following would be placed in the @file{md} file:
5168 @smallexample
5169 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
5170               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
5171 @end smallexample
5173 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
5174 case, each such expression specifies different delay slot requirements
5175 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
5176 expressions are both true.
5178 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
5179 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
5180 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
5181 branch is true, we might represent this as follows:
5183 @smallexample
5184 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
5185    [(eq_attr "type" "!branch,call")
5186     (eq_attr "type" "!branch,call")
5187     (nil)])
5189 (define_delay (eq_attr "type" "call")
5190               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
5191                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
5192 @end smallexample
5193 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
5195 @node Processor pipeline description
5196 @subsection Specifying processor pipeline description
5197 @cindex processor pipeline description
5198 @cindex processor functional units
5199 @cindex instruction latency time
5200 @cindex interlock delays
5201 @cindex data dependence delays
5202 @cindex reservation delays
5203 @cindex pipeline hazard recognizer
5204 @cindex automaton based pipeline description
5205 @cindex regular expressions
5206 @cindex deterministic finite state automaton
5207 @cindex automaton based scheduler
5208 @cindex RISC
5209 @cindex VLIW
5211 To achieve better productivity most modern processors
5212 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
5213 processors) have many @dfn{functional units} on which several
5214 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
5215 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
5216 instruction is interlocked until its conditions are satisfied.  Such
5217 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
5218 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g. for some
5219 MIPS processors).
5221 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
5222 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
5223 latency time}.  The instruction execution is not started until all
5224 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
5225 complex cases when the instruction execution starts even when the data
5226 are not availaible but will be ready in given time after the
5227 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
5228 account is simple.  The data dependence (true, output, and
5229 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
5230 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
5231 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
5232 means that two instructions under execution will be in need of shared
5233 processors resources, i.e. buses, internal registers, and/or
5234 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
5235 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
5236 processors.
5238 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
5239 instruction scheduler.  For better solution of this problem, the
5240 instruction scheduler has to have an adequate description of the
5241 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  Currently GCC
5242 has two ways to describe processor parallelism.  The first one is old
5243 and originated from instruction scheduler written by Michael Tiemann
5244 and described in the first subsequent section.  The second one was
5245 created later.  It is based on description of functional unit
5246 reservations by processor instructions with the aid of @dfn{regular
5247 expressions}.  This is so called @dfn{automaton based description}.
5249 Gcc instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
5250 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
5251 on given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
5252 a code generated from the processor pipeline description.  The
5253 pipeline hazard recognizer generated from the automaton based
5254 description is more sophisticated and based on deterministic finite
5255 state automaton (@acronym{DFA}) and therefore faster than one
5256 generated from the old description.  Also its speed is not depended on
5257 processor complexity.  The instruction issue is possible if there is
5258 a transition from one automaton state to another one.
5260 You can use any model to describe processor pipeline characteristics
5261 or even a mix of them.  You could use the old description for some
5262 processor submodels and the @acronym{DFA}-based one for the rest
5263 processor submodels.
5265 In general, the usage of the automaton based description is more
5266 preferable.  Its model is more rich.  It permits to describe more
5267 accurately pipeline characteristics of processors which results in
5268 improving code quality (although sometimes only on several percent
5269 fractions).  It will be also used as an infrastructure to implement
5270 sophisticated and practical insn scheduling which will try many
5271 instruction sequences to choose the best one.
5274 @menu
5275 * Old pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
5276 * Automaton pipeline description:: Describing insn pipeline characteristics.
5277 * Comparison of the two descriptions:: Drawbacks of the old pipeline description
5278 @end menu
5280 @node Old pipeline description
5281 @subsubsection Specifying Function Units
5282 @cindex old pipeline description
5283 @cindex function units, for scheduling
5285 On most @acronym{RISC} machines, there are instructions whose results
5286 are not available for a specific number of cycles.  Common cases are
5287 instructions that load data from memory.  On many machines, a pipeline
5288 stall will result if the data is referenced too soon after the load
5289 instruction.
5291 In addition, many newer microprocessors have multiple function units, usually
5292 one for integer and one for floating point, and often will incur pipeline
5293 stalls when a result that is needed is not yet ready.
5295 The descriptions in this section allow the specification of how much
5296 time must elapse between the execution of an instruction and the time
5297 when its result is used.  It also allows specification of when the
5298 execution of an instruction will delay execution of similar instructions
5299 due to function unit conflicts.
5301 For the purposes of the specifications in this section, a machine is
5302 divided into @dfn{function units}, each of which execute a specific
5303 class of instructions in first-in-first-out order.  Function units
5304 that accept one instruction each cycle and allow a result to be used
5305 in the succeeding instruction (usually via forwarding) need not be
5306 specified.  Classic @acronym{RISC} microprocessors will normally have
5307 a single function unit, which we can call @samp{memory}.  The newer
5308 ``superscalar'' processors will often have function units for floating
5309 point operations, usually at least a floating point adder and
5310 multiplier.
5312 @findex define_function_unit
5313 Each usage of a function units by a class of insns is specified with a
5314 @code{define_function_unit} expression, which looks like this:
5316 @smallexample
5317 (define_function_unit @var{name} @var{multiplicity} @var{simultaneity}
5318                       @var{test} @var{ready-delay} @var{issue-delay}
5319                      [@var{conflict-list}])
5320 @end smallexample
5322 @var{name} is a string giving the name of the function unit.
5324 @var{multiplicity} is an integer specifying the number of identical
5325 units in the processor.  If more than one unit is specified, they will
5326 be scheduled independently.  Only truly independent units should be
5327 counted; a pipelined unit should be specified as a single unit.  (The
5328 only common example of a machine that has multiple function units for a
5329 single instruction class that are truly independent and not pipelined
5330 are the two multiply and two increment units of the CDC 6600.)
5332 @var{simultaneity} specifies the maximum number of insns that can be
5333 executing in each instance of the function unit simultaneously or zero
5334 if the unit is pipelined and has no limit.
5336 All @code{define_function_unit} definitions referring to function unit
5337 @var{name} must have the same name and values for @var{multiplicity} and
5338 @var{simultaneity}.
5340 @var{test} is an attribute test that selects the insns we are describing
5341 in this definition.  Note that an insn may use more than one function
5342 unit and a function unit may be specified in more than one
5343 @code{define_function_unit}.
5345 @var{ready-delay} is an integer that specifies the number of cycles
5346 after which the result of the instruction can be used without
5347 introducing any stalls.
5349 @var{issue-delay} is an integer that specifies the number of cycles
5350 after the instruction matching the @var{test} expression begins using
5351 this unit until a subsequent instruction can begin.  A cost of @var{N}
5352 indicates an @var{N-1} cycle delay.  A subsequent instruction may also
5353 be delayed if an earlier instruction has a longer @var{ready-delay}
5354 value.  This blocking effect is computed using the @var{simultaneity},
5355 @var{ready-delay}, @var{issue-delay}, and @var{conflict-list} terms.
5356 For a normal non-pipelined function unit, @var{simultaneity} is one, the
5357 unit is taken to block for the @var{ready-delay} cycles of the executing
5358 insn, and smaller values of @var{issue-delay} are ignored.
5360 @var{conflict-list} is an optional list giving detailed conflict costs
5361 for this unit.  If specified, it is a list of condition test expressions
5362 to be applied to insns chosen to execute in @var{name} following the
5363 particular insn matching @var{test} that is already executing in
5364 @var{name}.  For each insn in the list, @var{issue-delay} specifies the
5365 conflict cost; for insns not in the list, the cost is zero.  If not
5366 specified, @var{conflict-list} defaults to all instructions that use the
5367 function unit.
5369 Typical uses of this vector are where a floating point function unit can
5370 pipeline either single- or double-precision operations, but not both, or
5371 where a memory unit can pipeline loads, but not stores, etc.
5373 As an example, consider a classic @acronym{RISC} machine where the
5374 result of a load instruction is not available for two cycles (a single
5375 ``delay'' instruction is required) and where only one load instruction
5376 can be executed simultaneously.  This would be specified as:
5378 @smallexample
5379 (define_function_unit "memory" 1 1 (eq_attr "type" "load") 2 0)
5380 @end smallexample
5382 For the case of a floating point function unit that can pipeline either
5383 single or double precision, but not both, the following could be specified:
5385 @smallexample
5386 (define_function_unit
5387    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "sp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "dp_fp")])
5388 (define_function_unit
5389    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "dp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "sp_fp")])
5390 @end smallexample
5392 @strong{Note:} The scheduler attempts to avoid function unit conflicts
5393 and uses all the specifications in the @code{define_function_unit}
5394 expression.  It has recently come to our attention that these
5395 specifications may not allow modeling of some of the newer
5396 ``superscalar'' processors that have insns using multiple pipelined
5397 units.  These insns will cause a potential conflict for the second unit
5398 used during their execution and there is no way of representing that
5399 conflict.  We welcome any examples of how function unit conflicts work
5400 in such processors and suggestions for their representation.
5402 @node Automaton pipeline description
5403 @subsubsection Describing instruction pipeline characteristics
5404 @cindex automaton based pipeline description
5406 This section describes constructions of the automaton based processor
5407 pipeline description.  The order of all mentioned below constructions
5408 in the machine description file is not important.
5410 @findex define_automaton
5411 @cindex pipeline hazard recognizer
5412 The following optional construction describes names of automata
5413 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
5414 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
5415 recognizer is large.  If we use more one automaton and bind functional
5416 units to the automata, the summary size of the automata usually is
5417 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
5418 construction, only one finite state automaton is generated.
5420 @smallexample
5421 (define_automaton @var{automata-names})
5422 @end smallexample
5424 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
5425 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
5426 The automaton name is used in construction @code{define_cpu_unit} and
5427 @code{define_query_cpu_unit}.
5429 @findex define_cpu_unit
5430 @cindex processor functional units
5431 Each processor functional unit used in description of instruction
5432 reservations should be described by the following construction.
5434 @smallexample
5435 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
5436 @end smallexample
5438 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
5439 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
5440 for other goals.
5442 @var{automaton-name} is a string giving the name of automaton with
5443 which the unit is bound.  The automaton should be described in
5444 construction @code{define_automaton}.  You should give
5445 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
5447 @findex define_query_cpu_unit
5448 @cindex querying function unit reservations
5449 The following construction describes CPU functional units analogously
5450 to @code{define_cpu_unit}.  If we use automata without their
5451 minimization, the reservation of such units can be queried for an
5452 automaton state.  The instruction scheduler never queries reservation
5453 of functional units for given automaton state.  So as a rule, you
5454 don't need this construction.  This construction could be used for
5455 future code generation goals (e.g. to generate @acronym{VLIW} insn
5456 templates).
5458 @smallexample
5459 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
5460 @end smallexample
5462 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
5463 separated by commas.
5465 @var{automaton-name} is a string giving name of the automaton with
5466 which the unit is bound.
5468 @findex define_insn_reservation
5469 @cindex instruction latency time
5470 @cindex regular expressions
5471 @cindex data bypass
5472 The following construction is major one to describe pipeline
5473 characteristics of an instruction.
5475 @smallexample
5476 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
5477                          @var{condition} @var{regexp})
5478 @end smallexample
5480 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
5481 instruction.  There is an important difference between the old
5482 description and the automaton based pipeline description.  The latency
5483 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
5484 the automaton based pipeline description, given latency time is used
5485 only for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
5486 zero and the cost of output dependencies is the difference between
5487 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
5488 is negative, the cost is considered to be zero).  You always can
5489 change the default costs for any description by using target hook
5490 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
5492 @var{insn-names} is a string giving internal name of the insn.  The
5493 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
5494 the automaton description file generated for debugging.  The internal
5495 name has nothing common with the names in @code{define_insn}.  It is a
5496 good practice to use insn classes described in the processor manual.
5498 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
5499 construction.  You should remember that you will be in trouble if
5500 @var{condition} for two or more different
5501 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
5502 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
5503 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
5504 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
5505 the same value is quite difficult (especially if the conditions
5506 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
5507 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
5508 recognizer considerably.
5510 @var{regexp} is a string describing reservation of the cpu functional
5511 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
5512 expression according to the following syntax:
5514 @smallexample
5515        regexp = regexp "," oneof
5516               | oneof
5518        oneof = oneof "|" allof
5519              | allof
5521        allof = allof "+" repeat
5522              | repeat
5524        repeat = element "*" number
5525               | element
5527        element = cpu_function_unit_name
5528                | reservation_name
5529                | result_name
5530                | "nothing"
5531                | "(" regexp ")"
5532 @end smallexample
5534 @itemize @bullet
5535 @item
5536 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
5537 the reservation.
5539 @item
5540 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
5541 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
5542 regular expression @strong{or} etc.
5544 @item
5545 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
5546 regular expression @strong{and} a reservation described by the
5547 second regular expression @strong{and} etc.
5549 @item
5550 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
5551 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
5552 advancing (see @samp{,}).
5554 @item
5555 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
5556 functional unit.
5558 @item
5559 @samp{reservation_name} --- see description of construction
5560 @samp{define_reservation}.
5562 @item
5563 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
5564 @end itemize
5566 @findex define_reservation
5567 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
5568 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
5569 the common part by the following construction
5571 @smallexample
5572 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
5573 @end smallexample
5575 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
5576 Functional unit names and reservation names are in the same name
5577 space.  So the reservation names should be different from the
5578 functional unit names and can not be reserved name @samp{nothing}.
5580 @findex define_bypass
5581 @cindex instruction latency time
5582 @cindex data bypass
5583 The following construction is used to describe exceptions in the
5584 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
5586 @smallexample
5587 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
5588                [@var{guard}])
5589 @end smallexample
5591 @var{number} defines when the result generated by the instructions
5592 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
5593 instructions given in string @var{in_insn_names}.  The instructions in
5594 the string are separated by commas.
5596 @var{guard} is an optional string giving name of a C function which
5597 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
5598 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
5599 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
5600 recognize complicated bypasses, e.g. when consumer is only an address
5601 of insn @samp{store} (not a stored value).
5603 @findex exclusion_set
5604 @findex presence_set
5605 @findex absence_set
5606 @cindex VLIW
5607 @cindex RISC
5608 Usually the following three constructions are used to describe
5609 @acronym{VLIW} processors (more correctly to describe a placement of
5610 small insns into @acronym{VLIW} insn slots).  Although they can be
5611 used for @acronym{RISC} processors too.
5613 @smallexample
5614 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
5615 (presence_set @var{unit-names} @var{unit-names})
5616 (absence_set @var{unit-names} @var{unit-names})
5617 @end smallexample
5619 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
5620 separated by commas.
5622 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
5623 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
5624 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
5625 example, the construction is useful for describing processors
5626 (e.g. some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
5627 functional unit which can execute simultaneously only single floating
5628 point insns or only double floating point insns.
5630 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
5631 functional unit in the first string can not be reserved unless at
5632 least one of units whose names are in the second string is reserved.
5633 This is an asymmetric relation.  For example, it is useful for
5634 description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
5635 @samp{slot0} reservation.
5637 The third construction (@samp{absence_set}) means that each functional
5638 unit in the first string can be reserved only if each unit whose name
5639 is in the second string is not reserved.  This is an asymmetric
5640 relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to this one but
5641 it is symmetric).  For example, it is useful for description that
5642 @acronym{VLIW} @samp{slot0} can not be reserved after @samp{slot1} or
5643 @samp{slot2} reservation.
5645 All functional units mentioned in a set should belong the same
5646 automaton.
5648 @findex automata_option
5649 @cindex deterministic finite state automaton
5650 @cindex nondeterministic finite state automaton
5651 @cindex finite state automaton minimization
5652 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
5653 the following construction.
5655 @smallexample
5656 (automata_option @var{options})
5657 @end smallexample
5659 @var{options} is a string giving options which affect the generated
5660 code.  Currently there are the following options:
5662 @itemize @bullet
5663 @item
5664 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
5665 only worth to do when we are going to query CPU functional unit
5666 reservations in an automaton state.
5668 @item
5669 @dfn{time} means printing additional time statistics about
5670 generation of automata.
5672 @item
5673 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
5674 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
5675 verification and debugging.
5677 @item
5678 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
5679 non-critical errors.
5681 @item
5682 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
5683 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
5684 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
5685 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
5686 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
5687 may be rejected by reservations in the subsequent insns.  You can not
5688 query functional unit reservations in nondeterministic automaton
5689 states.
5690 @end itemize
5692 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
5693 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
5694 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
5695 the following functional units.
5697 @smallexample
5698 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
5699 (define_cpu_unit "port_0, port1")
5700 @end smallexample
5702 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
5703 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
5704 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
5705 are issued into the second pipeline.  Integer division and
5706 multiplication insns can be executed only in the second integer
5707 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
5708 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e. the subsequent
5709 integer division insn can not be issued until the current division
5710 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
5711 results are ready in 3 cycles.  There is also additional one cycle
5712 delay in the usage by integer insns of result produced by floating
5713 point insns.  To describe all of this we could specify
5715 @smallexample
5716 (define_cpu_unit "div")
5718 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "cpu" "int")
5719                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port_0 | port1)")
5721 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "cpu" "mult")
5722                          "i1_pipeline, nothing*2, (port_0 | port1)")
5724 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "cpu" "div")
5725                          "i1_pipeline, div*7, div + (port_0 | port1)")
5727 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "cpu" "float")
5728                          "f_pipeline, nothing, (port_0 | port1))
5730 (define_bypass 4 "float" "simple,mut,div")
5731 @end smallexample
5733 To simplify the description we could describe the following reservation
5735 @smallexample
5736 (define_reservation "finish" "port0|port1")
5737 @end smallexample
5739 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
5740 construction
5742 @smallexample
5743 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "cpu" "int")
5744                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
5745 @end smallexample
5748 @node Comparison of the two descriptions
5749 @subsubsection Drawbacks of the old pipeline description
5750 @cindex old pipeline description
5751 @cindex automaton based pipeline description
5752 @cindex processor functional units
5753 @cindex interlock delays
5754 @cindex instruction latency time
5755 @cindex pipeline hazard recognizer
5756 @cindex data bypass
5758 The old instruction level parallelism description and the pipeline
5759 hazards recognizer based on it have the following drawbacks in
5760 comparison with the @acronym{DFA}-based ones:
5761   
5762 @itemize @bullet
5763 @item
5764 Each functional unit is believed to be reserved at the instruction
5765 execution start.  This is a very inaccurate model for modern
5766 processors.
5768 @item
5769 An inadequate description of instruction latency times.  The latency
5770 time is bound with a functional unit reserved by an instruction not
5771 with the instruction itself.  In other words, the description is
5772 oriented to describe at most one unit reservation by each instruction.
5773 It also does not permit to describe special bypasses between
5774 instruction pairs.
5776 @item
5777 The implementation of the pipeline hazard recognizer interface has
5778 constraints on number of functional units.  This is a number of bits
5779 in integer on the host machine.
5781 @item
5782 The interface to the pipeline hazard recognizer is more complex than
5783 one to the automaton based pipeline recognizer.
5785 @item
5786 An unnatural description when you write an unit and a condition which
5787 selects instructions using the unit.  Writing all unit reservations
5788 for an instruction (an instruction class) is more natural.
5790 @item
5791 The recognition of the interlock delays has slow implementation.  GCC
5792 scheduler supports structures which describe the unit reservations.
5793 The more processor has functional units, the slower pipeline hazard
5794 recognizer.  Such implementation would become slower when we enable to
5795 reserve functional units not only at the instruction execution start.
5796 The automaton based pipeline hazard recognizer speed is not depended
5797 on processor complexity.
5798 @end itemize
5800 @node Conditional Execution
5801 @section Conditional Execution
5802 @cindex conditional execution
5803 @cindex predication
5805 A number of architectures provide for some form of conditional
5806 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
5807 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
5808 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
5809 can be quite tedious to describe these forms directly in the
5810 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
5812 @findex define_cond_exec
5813 @smallexample
5814 (define_cond_exec
5815   [@var{predicate-pattern}]
5816   "@var{condition}"
5817   "@var{output-template}")
5818 @end smallexample
5820 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
5821 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
5822 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
5823 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
5824 alternative.
5826 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
5827 pattern to match.
5829 @findex current_insn_predicate
5830 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
5831 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
5832 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
5833 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
5834 In order to handle the general case, there is a global variable
5835 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
5836 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
5838 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
5839 the @code{predicable} instruction attribute is made.
5840 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be boolean (i.e.@: have
5841 exactly two elements in its @var{list-of-values}).  Further, it must
5842 not be used with complex expressions.  That is, the default and all
5843 uses in the insns must be a simple constant, not dependent on the
5844 alternative or anything else.
5846 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
5847 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
5848 generated that matches a predicated version of the instruction.
5849 For example,
5851 @smallexample
5852 (define_insn "addsi"
5853   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
5854         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
5855                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
5856   "@var{test1}"
5857   "add %2,%1,%0")
5859 (define_cond_exec
5860   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
5861        (const_int 0))]
5862   "@var{test2}"
5863   "(%0)")
5864 @end smallexample
5866 @noindent
5867 generates a new pattern
5869 @smallexample
5870 (define_insn ""
5871   [(cond_exec
5872      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
5873      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
5874           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
5875                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
5876   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
5877   "(%3) add %2,%1,%0")
5878 @end smallexample
5880 @node Constant Definitions
5881 @section Constant Definitions
5882 @cindex constant definitions
5883 @findex define_constants
5885 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
5886 can be a maintenance problem.
5888 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
5889 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
5890 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
5891 if the corresponding value had been written instead.  You may use
5892 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
5893 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
5894 a different value.
5896 To come back to the a29k load multiple example, instead of
5898 @smallexample
5899 (define_insn ""
5900   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
5901      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
5902            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
5903       (use (reg:SI 179))
5904       (clobber (reg:SI 179))])]
5905   ""
5906   "loadm 0,0,%1,%2")
5907 @end smallexample
5909 You could write:
5911 @smallexample
5912 (define_constants [
5913     (R_BP 177)
5914     (R_FC 178)
5915     (R_CR 179)
5916     (R_Q  180)
5919 (define_insn ""
5920   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
5921      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
5922            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
5923       (use (reg:SI R_CR))
5924       (clobber (reg:SI R_CR))])]
5925   ""
5926   "loadm 0,0,%1,%2")
5927 @end smallexample
5929 The constants that are defined with a define_constant are also output
5930 in the insn-codes.h header file as #defines.
5931 @end ifset