Import final gcc2 snapshot (990109)
[official-gcc.git] / gcc / md.texi
blobd9a61384e7d310a17d3ccd85881d596e14d6c6f5
1 @c Copyright (C) 1988, 89, 92, 93, 94, 96, 1998 Free Software Foundation, Inc.
2 @c This is part of the GCC manual.
3 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
5 @ifset INTERNALS
6 @node Machine Desc
7 @chapter Machine Descriptions
8 @cindex machine descriptions
10 A machine description has two parts: a file of instruction patterns
11 (@file{.md} file) and a C header file of macro definitions.
13 The @file{.md} file for a target machine contains a pattern for each
14 instruction that the target machine supports (or at least each instruction
15 that is worth telling the compiler about).  It may also contain comments.
16 A semicolon causes the rest of the line to be a comment, unless the semicolon
17 is inside a quoted string.
19 See the next chapter for information on the C header file.
21 @menu
22 * Patterns::            How to write instruction patterns.
23 * Example::             An explained example of a @code{define_insn} pattern.
24 * RTL Template::        The RTL template defines what insns match a pattern.
25 * Output Template::     The output template says how to make assembler code
26                           from such an insn.
27 * Output Statement::    For more generality, write C code to output
28                           the assembler code.
29 * Constraints::         When not all operands are general operands.
30 * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
31 * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
32 * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
33 * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
34 * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
35 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
36 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
37                          for a standard operation.
38 * Insn Splitting::    Splitting Instructions into Multiple Instructions
39 * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
40 @end menu
42 @node Patterns
43 @section Everything about Instruction Patterns
44 @cindex patterns
45 @cindex instruction patterns
47 @findex define_insn
48 Each instruction pattern contains an incomplete RTL expression, with pieces
49 to be filled in later, operand constraints that restrict how the pieces can
50 be filled in, and an output pattern or C code to generate the assembler
51 output, all wrapped up in a @code{define_insn} expression.
53 A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
55 @enumerate
56 @item
57 An optional name.  The presence of a name indicate that this instruction
58 pattern can perform a certain standard job for the RTL-generation
59 pass of the compiler.  This pass knows certain names and will use
60 the instruction patterns with those names, if the names are defined
61 in the machine description.
63 The absence of a name is indicated by writing an empty string
64 where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
65 used for generating RTL code, but they may permit several simpler insns
66 to be combined later on.
68 Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
69 effect; they are equivalent to no name at all.
71 @item
72 The @dfn{RTL template} (@pxref{RTL Template}) is a vector of incomplete
73 RTL expressions which show what the instruction should look like.  It is
74 incomplete because it may contain @code{match_operand},
75 @code{match_operator}, and @code{match_dup} expressions that stand for
76 operands of the instruction.
78 If the vector has only one element, that element is the template for the
79 instruction pattern.  If the vector has multiple elements, then the
80 instruction pattern is a @code{parallel} expression containing the
81 elements described.
83 @item
84 @cindex pattern conditions
85 @cindex conditions, in patterns
86 A condition.  This is a string which contains a C expression that is
87 the final test to decide whether an insn body matches this pattern.
89 @cindex named patterns and conditions
90 For a named pattern, the condition (if present) may not depend on
91 the data in the insn being matched, but only the target-machine-type
92 flags.  The compiler needs to test these conditions during
93 initialization in order to learn exactly which named instructions are
94 available in a particular run.
96 @findex operands
97 For nameless patterns, the condition is applied only when matching an
98 individual insn, and only after the insn has matched the pattern's
99 recognition template.  The insn's operands may be found in the vector
100 @code{operands}.
102 @item
103 The @dfn{output template}: a string that says how to output matching
104 insns as assembler code.  @samp{%} in this string specifies where
105 to substitute the value of an operand.  @xref{Output Template}.
107 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
108 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
110 @item
111 Optionally, a vector containing the values of attributes for insns matching
112 this pattern.  @xref{Insn Attributes}.
113 @end enumerate
115 @node Example
116 @section Example of @code{define_insn}
117 @cindex @code{define_insn} example
119 Here is an actual example of an instruction pattern, for the 68000/68020.
121 @example
122 (define_insn "tstsi"
123   [(set (cc0)
124         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
125   ""
126   "*
127 @{ if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
128     return \"tstl %0\";
129   return \"cmpl #0,%0\"; @}")
130 @end example
132 This is an instruction that sets the condition codes based on the value of
133 a general operand.  It has no condition, so any insn whose RTL description
134 has the form shown may be handled according to this pattern.  The name
135 @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL generation
136 pass that, when it is necessary to test such a value, an insn to do so
137 can be constructed using this pattern.
139 The output control string is a piece of C code which chooses which
140 output template to return based on the kind of operand and the specific
141 type of CPU for which code is being generated.
143 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
145 @node RTL Template
146 @section RTL Template
147 @cindex RTL insn template
148 @cindex generating insns
149 @cindex insns, generating
150 @cindex recognizing insns
151 @cindex insns, recognizing
153 The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
154 and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
155 says how to construct an insn from specified operands.
157 Construction involves substituting specified operands into a copy of the
158 template.  Matching involves determining the values that serve as the
159 operands in the insn being matched.  Both of these activities are
160 controlled by special expression types that direct matching and
161 substitution of the operands.
163 @table @code
164 @findex match_operand
165 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
166 This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
167 the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
168 will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
169 appears at this position in the insn will be taken as operand
170 number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
171 pattern will not match at all.
173 Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
174 each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
175 expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
176 are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
177 expressions.  In the case of a @code{define_expand}, any operand numbers
178 used only in @code{match_dup} expressions have higher values than all
179 other operand numbers.
181 @var{predicate} is a string that is the name of a C function that accepts two
182 arguments, an expression and a machine mode.  During matching, the
183 function will be called with the putative operand as the expression and
184 @var{m} as the mode argument (if @var{m} is not specified,
185 @code{VOIDmode} will be used, which normally causes @var{predicate} to accept
186 any mode).  If it returns zero, this instruction pattern fails to match.
187 @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be done
188 on the operand, so anything which occurs in this position is valid.
190 Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
191 not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
192 @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
193 Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
194 @code{VOIDmode}.
196 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
197 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
199 People are often unclear on the difference between the constraint and the
200 predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
201 pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
202 controls various decisions in the case of an insn which does match.
204 @findex general_operand
205 On CISC machines, the most common @var{predicate} is
206 @code{"general_operand"}.  This function checks that the putative
207 operand is either a constant, a register or a memory reference, and that
208 it is valid for mode @var{m}.
210 @findex register_operand
211 For an operand that must be a register, @var{predicate} should be
212 @code{"register_operand"}.  Using @code{"general_operand"} would be
213 valid, since the reload pass would copy any non-register operands
214 through registers, but this would make GNU CC do extra work, it would
215 prevent invariant operands (such as constant) from being removed from
216 loops, and it would prevent the register allocator from doing the best
217 possible job.  On RISC machines, it is usually most efficient to allow
218 @var{predicate} to accept only objects that the constraints allow.
220 @findex immediate_operand
221 For an operand that must be a constant, you must be sure to either use
222 @code{"immediate_operand"} for @var{predicate}, or make the instruction
223 pattern's extra condition require a constant, or both.  You cannot
224 expect the constraints to do this work!  If the constraints allow only
225 constants, but the predicate allows something else, the compiler will
226 crash when that case arises.
228 @findex match_scratch
229 @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
230 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
231 and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
232 expression.
234 When matching patterns, this is equivalent to
236 @smallexample
237 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{pred})
238 @end smallexample
240 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
241 expression.
243 If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
244 expressions whose operands are either a hard register or
245 @code{match_scratch}, the combiner can add or delete them when
246 necessary.  @xref{Side Effects}.
248 @findex match_dup
249 @item (match_dup @var{n})
250 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
251 It is used when the operand needs to appear more than once in the
252 insn.
254 In construction, @code{match_dup} acts just like @code{match_operand}:
255 the operand is substituted into the insn being constructed.  But in
256 matching, @code{match_dup} behaves differently.  It assumes that operand
257 number @var{n} has already been determined by a @code{match_operand}
258 appearing earlier in the recognition template, and it matches only an
259 identical-looking expression.
261 @findex match_operator
262 @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
263 This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
264 code.
266 When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
267 expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
268 operands are constructed from the patterns @var{operands}.
270 When matching an expression, it matches an expression if the function
271 @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
272 patterns @var{operands} match the operands of the expression.
274 Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
275 follows, to match any expression whose operator is one of the
276 commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
278 @smallexample
280 commutative_operator (x, mode)
281      rtx x;
282      enum machine_mode mode;
284   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
285   if (GET_MODE (x) != mode)
286     return 0;
287   return (GET_RTX_CLASS (code) == 'c'
288           || code == EQ || code == NE);
290 @end smallexample
292 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
293 of a commutative operator applied to two general operands:
295 @smallexample
296 (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
297   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
298    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
299 @end smallexample
301 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
302 because the expressions to be matched all contain two operands.
304 When this pattern does match, the two operands of the commutative
305 operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
306 by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
307 will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
308 (operands[3])} to see which commutative operator was used.
310 The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
311 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
312 predicate function, and that function is solely responsible for
313 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
315 When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
316 the operation (i.e. the expression code) for the expression to be
317 made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
318 into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
319 gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
320 only its expression code matters.
322 When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
323 it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
324 is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
325 register allocation because the register allocator often looks at
326 operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
328 There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
329 operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
330 never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
331 However, if parts of its @var{operands} are matched by
332 @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
333 their own.
335 @findex match_op_dup
336 @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
337 Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
338 operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
339 substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
340 differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
341 determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
342 recognition template, and it matches only an identical-looking
343 expression.
345 @findex match_parallel
346 @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
347 This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
348 @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
349 expression should only appear at the top level of an insn pattern.
351 When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
352 this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
353 is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
354 vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
355 @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
356 @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
357 @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
358 of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
359 those listed in the @code{match_parallel}.@refill
361 A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
362 multiple expressions, which can contain a variable number of elements
363 in a @code{parallel}.  For example,
364 @c the following is *still* going over.  need to change the code.
365 @c also need to work on grouping of this example.  --mew 1feb93
367 @smallexample
368 (define_insn ""
369   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
370      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
371            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
372       (use (reg:SI 179))
373       (clobber (reg:SI 179))])]
374   ""
375   "loadm 0,0,%1,%2")
376 @end smallexample
378 This example comes from @file{a29k.md}.  The function
379 @code{load_multiple_operations} is defined in @file{a29k.c} and checks
380 that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
381 @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
382 registers and memory locations.
384 An insn that matches this pattern might look like:
386 @smallexample
387 (parallel
388  [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
389   (use (reg:SI 179))
390   (clobber (reg:SI 179))
391   (set (reg:SI 21)
392        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
393                         (const_int 4))))
394   (set (reg:SI 22)
395        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
396                         (const_int 8))))])
397 @end smallexample
399 @findex match_par_dup
400 @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
401 Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
402 @code{match_operator}.
404 @findex address
405 @item (address (match_operand:@var{m} @var{n} "address_operand" ""))
406 This complex of expressions is a placeholder for an operand number
407 @var{n} in a ``load address'' instruction: an operand which specifies
408 a memory location in the usual way, but for which the actual operand
409 value used is the address of the location, not the contents of the
410 location.
412 @code{address} expressions never appear in RTL code, only in machine
413 descriptions.  And they are used only in machine descriptions that do
414 not use the operand constraint feature.  When operand constraints are
415 in use, the letter @samp{p} in the constraint serves this purpose.
417 @var{m} is the machine mode of the @emph{memory location being
418 addressed}, not the machine mode of the address itself.  That mode is
419 always the same on a given target machine (it is @code{Pmode}, which
420 normally is @code{SImode}), so there is no point in mentioning it;
421 thus, no machine mode is written in the @code{address} expression.  If
422 some day support is added for machines in which addresses of different
423 kinds of objects appear differently or are used differently (such as
424 the PDP-10), different formats would perhaps need different machine
425 modes and these modes might be written in the @code{address}
426 expression.
427 @end table
429 @node Output Template
430 @section Output Templates and Operand Substitution
431 @cindex output templates
432 @cindex operand substitution
434 @cindex @samp{%} in template
435 @cindex percent sign
436 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
437 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
438 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
439 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
440 identify places where different variants of the assembler require
441 different syntax.
443 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
444 operand @var{n} at that point in the string.
446 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
447 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
448 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
449 additional letters with nonstandard meanings.
451 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
452 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
453 operand.
455 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
456 the constant is negated before printing.
458 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
459 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
460 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
461 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
462 as if it were a memory reference.
464 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
465 instruction.
467 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
468 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
469 referred to more than once in a single template that generates multiple
470 assembler instructions.
472 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
473 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
474 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
475 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
476 which punctuation characters are valid with the
477 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
479 @cindex \
480 @cindex backslash
481 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
482 for the instructions, with @samp{\;} between them.
484 @cindex matching operands
485 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
486 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
487 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
488 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
489 operand.
491 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
492 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
493 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
494 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
495 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
496 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
497 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
498 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
499 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
500 it to do nothing.
502 @cindex @code{#} in template
503 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
504 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
505 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
506 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
507 multiple assembler instructions, and there is an matching @code{define_split}
508 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
509 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
510 instructions.
512 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
513 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
514 describe multiple variants of assembler language syntax.
515 @xref{Instruction Output}.
517 @node Output Statement
518 @section C Statements for Assembler Output
519 @cindex output statements
520 @cindex C statements for assembler output
521 @cindex generating assembler output
523 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
524 assembler code for all the cases that are recognized by a single
525 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
526 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
527 machine instructions.
529 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
530 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
531 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
532 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
533 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
534 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
535 might write this pattern:
537 @smallexample
538 (define_insn "addsi3"
539   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
540         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
541                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
542   ""
543   "@@
544    addr %2,%0
545    addm %2,%0")
546 @end smallexample
548 @cindex @code{*} in template
549 @cindex asterisk in template
550 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
551 output template but rather a piece of C program that should compute a
552 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
553 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
554 require doublequote characters to delimit them.  To include these
555 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
557 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
558 is @code{rtx []}.
560 It is very common to select different ways of generating assembler code
561 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
562 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
563 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
564 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
565 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
566 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
567 values of those bits.
569 @findex output_asm_insn
570 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
571 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
572 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
573 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
574 that you declare locally and initialize yourself.
576 @findex which_alternative
577 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
578 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
579 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
580 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
581 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
582 etc.).
584 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
585 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
586 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
588 @smallexample
589 (define_insn ""
590   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
591         (const_int 0))]
592   ""
593   "*
594   return (which_alternative == 0
595           ? \"clrreg %0\" : \"clrmem %0\");
596   ")
597 @end smallexample
599 The example above, where the assembler code to generate was
600 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
601 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
603 @smallexample
604 @group
605 (define_insn ""
606   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
607         (const_int 0))]
608   ""
609   "@@
610    clrreg %0
611    clrmem %0")
612 @end group
613 @end smallexample
614 @end ifset
616 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
617 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the full
618 @c manual's context are conditionalized to appear only in the full manual.
619 @ifset INTERNALS
620 @node Constraints
621 @section Operand Constraints
622 @cindex operand constraints
623 @cindex constraints
625 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify a
626 constraint for the type of operands allowed.
627 @end ifset
628 @ifclear INTERNALS
629 @node Constraints
630 @section Constraints for @code{asm} Operands
631 @cindex operand constraints, @code{asm}
632 @cindex constraints, @code{asm}
633 @cindex @code{asm} constraints
635 Here are specific details on what constraint letters you can use with
636 @code{asm} operands.
637 @end ifclear
638 Constraints can say whether
639 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
640 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
641 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
642 have.  Constraints can also require two operands to match.
644 @ifset INTERNALS
645 @menu
646 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
647 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
648 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
649 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
650 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
651 * No Constraints::      Describing a clean machine without constraints.
652 @end menu
653 @end ifset
655 @ifclear INTERNALS
656 @menu
657 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
658 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
659 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
660 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
661 @end menu
662 @end ifclear
664 @node Simple Constraints
665 @subsection Simple Constraints
666 @cindex simple constraints
668 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
669 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
670 the letters that are allowed:
672 @table @asis
673 @cindex @samp{m} in constraint
674 @cindex memory references in constraints
675 @item @samp{m}
676 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
677 supports in general.
679 @cindex offsettable address
680 @cindex @samp{o} in constraint
681 @item @samp{o}
682 A memory operand is allowed, but only if the address is
683 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
684 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
685 may be added to the address and the result is also a valid memory
686 address.
688 @cindex autoincrement/decrement addressing
689 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
690 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
691 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
692 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
693 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
694 addresses may or may not be offsettable depending on the other
695 addressing modes that the machine supports.
697 Note that in an output operand which can be matched by another
698 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
699 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
700 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
702 @cindex @samp{V} in constraint
703 @item @samp{V}
704 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
705 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
707 @cindex @samp{<} in constraint
708 @item @samp{<}
709 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
710 postdecrement) is allowed.
712 @cindex @samp{>} in constraint
713 @item @samp{>}
714 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
715 postincrement) is allowed.
717 @cindex @samp{r} in constraint
718 @cindex registers in constraints
719 @item @samp{r}
720 A register operand is allowed provided that it is in a general
721 register.
723 @cindex @samp{d} in constraint
724 @item @samp{d}, @samp{a}, @samp{f}, @dots{}
725 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
726 particular classes of registers.  @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are
727 defined on the 68000/68020 to stand for data, address and floating
728 point registers.
730 @cindex constants in constraints
731 @cindex @samp{i} in constraint
732 @item @samp{i}
733 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
734 This includes symbolic constants whose values will be known only at
735 assembly time.
737 @cindex @samp{n} in constraint
738 @item @samp{n}
739 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
740 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
741 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
742 rather than @samp{i}.
744 @cindex @samp{I} in constraint
745 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
746 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
747 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
748 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
749 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
750 This is the range permitted as a shift count in the shift
751 instructions.
753 @cindex @samp{E} in constraint
754 @item @samp{E}
755 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
756 allowed, but only if the target floating point format is the same as
757 that of the host machine (on which the compiler is running).
759 @cindex @samp{F} in constraint
760 @item @samp{F}
761 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
762 allowed.
764 @cindex @samp{G} in constraint
765 @cindex @samp{H} in constraint
766 @item @samp{G}, @samp{H}
767 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
768 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
770 @cindex @samp{s} in constraint
771 @item @samp{s}
772 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
773 allowed.
775 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
776 value not known at compile time, it certainly must allow any known
777 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
778 better code to be generated.
780 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
781 use an immediate operand; but if the immediate value is between -128
782 and 127, better code results from loading the value into a register and
783 using the register.  This is because the load into the register can be
784 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
785 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
786 range -128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
787 constraints.
789 @cindex @samp{g} in constraint
790 @item @samp{g}
791 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
792 registers that are not general registers.
794 @cindex @samp{X} in constraint
795 @item @samp{X}
796 @ifset INTERNALS
797 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
798 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
799 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
800 require a scratch register.
801 @end ifset
802 @ifclear INTERNALS
803 Any operand whatsoever is allowed.
804 @end ifclear
806 @cindex @samp{0} in constraint
807 @cindex digits in constraint
808 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
809 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
810 digit is used together with letters within the same alternative, the
811 digit should come last.
813 @cindex matching constraint
814 @cindex constraint, matching
815 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
816 that the assembler has only a single operand that fills two roles
817 @ifset INTERNALS
818 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
819 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
820 @end ifset
821 @ifclear INTERNALS
822 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
823 two input operands and an output operand, but on most CISC
824 @end ifclear
825 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
826 input-output operand:
828 @smallexample
829 addl #35,r12
830 @end smallexample
832 Matching constraints are used in these circumstances.
833 More precisely, the two operands that match must include one input-only
834 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
835 smaller number than the number of the operand that uses it in the
836 constraint.
838 @ifset INTERNALS
839 For operands to match in a particular case usually means that they
840 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
841 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
842 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
843 For proper results in such cases, the output template should always
844 use the output-operand's number when printing the operand.
845 @end ifset
847 @cindex load address instruction
848 @cindex push address instruction
849 @cindex address constraints
850 @cindex @samp{p} in constraint
851 @item @samp{p}
852 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
853 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
855 @findex address_operand
856 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
857 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
858 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
859 reference for which the address would be valid.
861 @cindex extensible constraints
862 @cindex @samp{Q}, in constraint
863 @item @samp{Q}, @samp{R}, @samp{S}, @dots{} @samp{U}
864 Letters in the range @samp{Q} through @samp{U} may be defined in a
865 machine-dependent fashion to stand for arbitrary operand types.
866 @ifset INTERNALS
867 The machine description macro @code{EXTRA_CONSTRAINT} is passed the
868 operand as its first argument and the constraint letter as its
869 second operand.
871 A typical use for this would be to distinguish certain types of
872 memory references that affect other insn operands.
874 Do not define these constraint letters to accept register references
875 (@code{reg}); the reload pass does not expect this and would not handle
876 it properly.
877 @end ifset
878 @end table
880 @ifset INTERNALS
881 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
882 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
883 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
884 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
885 done by copying an operand into a register.
887 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
889 @smallexample
890 (define_insn ""
891   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
892         (plus:SI (match_dup 0)
893                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
894   ""
895   "@dots{}")
896 @end smallexample
898 @noindent
899 which has two operands, one of which must appear in two places, and
901 @smallexample
902 (define_insn ""
903   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
904         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
905                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
906   ""
907   "@dots{}")
908 @end smallexample
910 @noindent
911 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
912 identical.  If we are considering an insn of the form
914 @smallexample
915 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
916   (set (reg:SI 3)
917        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
918   @dots{})
919 @end smallexample
921 @noindent
922 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
923 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
924 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns.''
925 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
926 is something wrong with it.''  It would direct the reload pass of the
927 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
928 results might look like this:
930 @smallexample
931 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
932   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
933   @dots{})
935 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
936   (set (reg:SI 3)
937        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
938   @dots{})
939 @end smallexample
941 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
942 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
943 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
944 for each possible combination of operand expressions, have at least one
945 alternative which can handle that combination of operands.)  The
946 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
947 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
948 reloading any possible operand so that it will fit.
950 @itemize @bullet
951 @item
952 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
953 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
955 For example, an operand whose constraints permit everything except
956 registers is safe provided its predicate rejects registers.
958 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
959 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
960 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
961 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
962 more selective.
964 @item
965 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
966 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
967 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
968 compiler knows how to copy a register into another register of the
969 proper class in order to make an instruction valid.
971 @cindex nonoffsettable memory reference
972 @cindex memory reference, nonoffsettable
973 @item
974 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
975 address into a register.  So if the constraint uses the letter
976 @samp{o}, all memory references are taken care of.
978 @item
979 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
980 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
981 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
982 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
984 @item
985 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
986 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
987 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
988 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
989 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
990 objects allowed by the constraint.
991 @end itemize
993 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
994 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
995 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
996 how to copy a register temporarily into memory.
998 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
999 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1000 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1001 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1002 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1003 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1004 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1005 @code{sign_extend}.
1006 @end ifset
1008 @node Multi-Alternative
1009 @subsection Multiple Alternative Constraints
1010 @cindex multiple alternative constraints
1012 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1013 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1014 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1015 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1016 another.
1018 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1019 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1020 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1021 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1022 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1023 @ifset INTERNALS
1024 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1026 @smallexample
1027 (define_insn "iorsi3"
1028   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1029         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1030                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1031   @dots{})
1032 @end smallexample
1034 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1035 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1036 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1037 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1038 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1039 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1040 @end ifset
1042 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1043 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1044 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1045 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1046 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1047 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1048 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1050 @table @code
1051 @cindex @samp{?} in constraint
1052 @cindex question mark
1053 @item ?
1054 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1055 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1056 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1057 in it.
1059 @cindex @samp{!} in constraint
1060 @cindex exclamation point
1061 @item !
1062 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1063 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1064 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1065 @end table
1067 @ifset INTERNALS
1068 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1069 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1070 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1071 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1072 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1073 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1074 @end ifset
1076 @ifset INTERNALS
1077 @node Class Preferences
1078 @subsection Register Class Preferences
1079 @cindex class preference constraints
1080 @cindex register class preference constraints
1082 @cindex voting between constraint alternatives
1083 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1084 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1085 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1086 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1087 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1088 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1089 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1090 favor of a general register.  The machine description says which registers
1091 are considered general.
1093 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1094 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1095 @end ifset
1097 @node Modifiers
1098 @subsection Constraint Modifier Characters
1099 @cindex modifiers in constraints
1100 @cindex constraint modifier characters
1102 @c prevent bad page break with this line
1103 Here are constraint modifier characters.
1105 @table @samp
1106 @cindex @samp{=} in constraint
1107 @item =
1108 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1109 value is discarded and replaced by output data.
1111 @cindex @samp{+} in constraint
1112 @item +
1113 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1115 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1116 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1117 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1118 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1119 are assumed to be input only.
1121 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1122 first character of the constraint string.
1124 @cindex @samp{&} in constraint
1125 @cindex earlyclobber operand
1126 @item &
1127 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1128 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1129 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1130 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1131 address.
1133 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1134 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1135 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1136 @samp{movdf} insn of the 68000.
1138 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only 
1139 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1140 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1141 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber. 
1142 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM.
1144 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1146 @cindex @samp{%} in constraint
1147 @item %
1148 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1149 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1150 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1151 constraints.
1152 @ifset INTERNALS
1153 This is often used in patterns for addition instructions
1154 that really have only two operands: the result must go in one of the
1155 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1156 instruction is defined:
1158 @smallexample
1159 (define_insn "addhi3"
1160   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1161      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1162               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1163   @dots{})
1164 @end smallexample
1165 @end ifset
1167 @cindex @samp{#} in constraint
1168 @item #
1169 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1170 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1171 register preferences.
1173 @ifset INTERNALS
1174 @cindex @samp{*} in constraint
1175 @item *
1176 Says that the following character should be ignored when choosing
1177 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1178 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1180 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1181 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1182 copying it into an address register.  While either kind of register is
1183 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1184 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1185 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1186 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1187 register preferences.
1189 @smallexample
1190 (define_insn "extendhisi2"
1191   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1192         (sign_extend:SI
1193          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1194   @dots{})
1195 @end smallexample
1196 @end ifset
1197 @end table
1199 @node Machine Constraints
1200 @subsection Constraints for Particular Machines
1201 @cindex machine specific constraints
1202 @cindex constraints, machine specific
1204 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1205 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1206 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1207 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1208 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1209 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1210 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1211 immediate-constant format.
1213 For each machine architecture, the @file{config/@var{machine}.h} file
1214 defines additional constraints.  These constraints are used by the
1215 compiler itself for instruction generation, as well as for @code{asm}
1216 statements; therefore, some of the constraints are not particularly
1217 interesting for @code{asm}.  The constraints are defined through these
1218 macros:
1220 @table @code
1221 @item REG_CLASS_FROM_LETTER
1222 Register class constraints (usually lower case).
1224 @item CONST_OK_FOR_LETTER_P
1225 Immediate constant constraints, for non-floating point constants of
1226 word size or smaller precision (usually upper case).
1228 @item CONST_DOUBLE_OK_FOR_LETTER_P
1229 Immediate constant constraints, for all floating point constants and for
1230 constants of greater than word size precision (usually upper case).
1232 @item EXTRA_CONSTRAINT
1233 Special cases of registers or memory.  This macro is not required, and
1234 is only defined for some machines.
1235 @end table
1237 Inspecting these macro definitions in the compiler source for your
1238 machine is the best way to be certain you have the right constraints.
1239 However, here is a summary of the machine-dependent constraints
1240 available on some particular machines.
1242 @table @emph
1243 @item ARM family---@file{arm.h}
1244 @table @code
1245 @item f
1246 Floating-point register
1248 @item F
1249 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1250 or 10.0
1252 @item G
1253 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1254 were negated
1256 @item I
1257 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1258 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1259 multiple of 2
1261 @item J
1262 Integer in the range -4095 to 4095
1264 @item K
1265 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1267 @item L
1268 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1270 @item M
1271 Integer in the range 0 to 32
1273 @item Q
1274 A memory reference where the exact address is in a single register
1275 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1277 @item R
1278 An item in the constant pool
1280 @item S
1281 A symbol in the text segment of the current file
1282 @end table
1284 @item AMD 29000 family---@file{a29k.h}
1285 @table @code
1286 @item l
1287 Local register 0
1289 @item b
1290 Byte Pointer (@samp{BP}) register
1292 @item q
1293 @samp{Q} register
1295 @item h
1296 Special purpose register
1298 @item A
1299 First accumulator register
1301 @item a
1302 Other accumulator register
1304 @item f
1305 Floating point register
1307 @item I
1308 Constant greater than 0, less than 0x100
1310 @item J
1311 Constant greater than 0, less than 0x10000
1313 @item K
1314 Constant whose high 24 bits are on (1)
1316 @item L
1317 16 bit constant whose high 8 bits are on (1)
1319 @item M
1320 32 bit constant whose high 16 bits are on (1)
1322 @item N
1323 32 bit negative constant that fits in 8 bits
1325 @item O
1326 The constant 0x80000000 or, on the 29050, any 32 bit constant
1327 whose low 16 bits are 0.
1329 @item P
1330 16 bit negative constant that fits in 8 bits
1332 @item G
1333 @itemx H
1334 A floating point constant (in @code{asm} statements, use the machine
1335 independent @samp{E} or @samp{F} instead)
1336 @end table
1338 @item IBM RS6000---@file{rs6000.h}
1339 @table @code
1340 @item b
1341 Address base register
1343 @item f
1344 Floating point register
1346 @item h
1347 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1349 @item q
1350 @samp{MQ} register
1352 @item c
1353 @samp{CTR} register
1355 @item l
1356 @samp{LINK} register
1358 @item x
1359 @samp{CR} register (condition register) number 0
1361 @item y
1362 @samp{CR} register (condition register)
1364 @item I
1365 Signed 16 bit constant
1367 @item J
1368 Constant whose low 16 bits are 0
1370 @item K
1371 Constant whose high 16 bits are 0
1373 @item L
1374 Constant suitable as a mask operand
1376 @item M
1377 Constant larger than 31
1379 @item N
1380 Exact power of 2
1382 @item O
1383 Zero
1385 @item P
1386 Constant whose negation is a signed 16 bit constant
1388 @item G
1389 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1390 instruction per word
1392 @item Q
1393 Memory operand that is an offset from a register (@samp{m} is preferable
1394 for @code{asm} statements)
1396 @item R
1397 AIX TOC entry
1399 @item S
1400 Windows NT SYMBOL_REF
1402 @item T
1403 Windows NT LABEL_REF
1405 @item U
1406 System V Release 4 small data area reference
1407 @end table
1409 @item Intel 386---@file{i386.h}
1410 @table @code
1411 @item q
1412 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register
1414 @item A
1415 @samp{a}, or @code{d} register (for 64-bit ints)
1417 @item f
1418 Floating point register
1420 @item t
1421 First (top of stack) floating point register
1423 @item u
1424 Second floating point register
1426 @item a
1427 @samp{a} register
1429 @item b
1430 @samp{b} register
1432 @item c
1433 @samp{c} register
1435 @item d
1436 @samp{d} register
1438 @item D
1439 @samp{di} register
1441 @item S
1442 @samp{si} register
1444 @item I
1445 Constant in range 0 to 31 (for 32 bit shifts)
1447 @item J
1448 Constant in range 0 to 63 (for 64 bit shifts)
1450 @item K
1451 @samp{0xff}
1453 @item L
1454 @samp{0xffff}
1456 @item M
1457 0, 1, 2, or 3 (shifts for @code{lea} instruction)
1459 @item N
1460 Constant in range 0 to 255 (for @code{out} instruction)
1462 @item G
1463 Standard 80387 floating point constant
1464 @end table
1466 @item Intel 960---@file{i960.h}
1467 @table @code
1468 @item f
1469 Floating point register (@code{fp0} to @code{fp3})
1471 @item l
1472 Local register (@code{r0} to @code{r15})
1474 @item b
1475 Global register (@code{g0} to @code{g15})
1477 @item d
1478 Any local or global register
1480 @item I
1481 Integers from 0 to 31
1483 @item J
1486 @item K
1487 Integers from -31 to 0
1489 @item G
1490 Floating point 0
1492 @item H
1493 Floating point 1
1494 @end table
1496 @item MIPS---@file{mips.h}
1497 @table @code
1498 @item d
1499 General-purpose integer register
1501 @item f
1502 Floating-point register (if available)
1504 @item h
1505 @samp{Hi} register
1507 @item l
1508 @samp{Lo} register
1510 @item x
1511 @samp{Hi} or @samp{Lo} register
1513 @item y
1514 General-purpose integer register
1516 @item z
1517 Floating-point status register
1519 @item I
1520 Signed 16 bit constant (for arithmetic instructions)
1522 @item J
1523 Zero
1525 @item K
1526 Zero-extended 16-bit constant (for logic instructions)
1528 @item L
1529 Constant with low 16 bits zero (can be loaded with @code{lui})
1531 @item M
1532 32 bit constant which requires two instructions to load (a constant
1533 which is not @samp{I}, @samp{K}, or @samp{L})
1535 @item N
1536 Negative 16 bit constant
1538 @item O
1539 Exact power of two
1541 @item P
1542 Positive 16 bit constant
1544 @item G
1545 Floating point zero
1547 @item Q
1548 Memory reference that can be loaded with more than one instruction
1549 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1551 @item R
1552 Memory reference that can be loaded with one instruction
1553 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1555 @item S
1556 Memory reference in external OSF/rose PIC format
1557 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1558 @end table
1560 @item Motorola 680x0---@file{m68k.h}
1561 @table @code
1562 @item a
1563 Address register
1565 @item d
1566 Data register
1568 @item f
1569 68881 floating-point register, if available
1571 @item x
1572 Sun FPA (floating-point) register, if available
1574 @item y
1575 First 16 Sun FPA registers, if available
1577 @item I
1578 Integer in the range 1 to 8
1580 @item J
1581 16 bit signed number
1583 @item K
1584 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
1586 @item L
1587 Integer in the range -8 to -1
1589 @item M
1590 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
1592 @item G
1593 Floating point constant that is not a 68881 constant
1595 @item H
1596 Floating point constant that can be used by Sun FPA
1597 @end table
1599 @need 1000
1600 @item SPARC---@file{sparc.h}
1601 @table @code
1602 @item f
1603 Floating-point register that can hold 32 or 64 bit values.
1605 @item e
1606 Floating-point register that can hold 64 or 128 bit values.
1608 @item I
1609 Signed 13 bit constant
1611 @item J
1612 Zero
1614 @item K
1615 32 bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
1616 loaded with the @code{sethi} instruction)
1618 @item G
1619 Floating-point zero
1621 @item H
1622 Signed 13 bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
1624 @item Q
1625 Memory reference that can be loaded with one instruction  (@samp{m} is
1626 more appropriate for @code{asm} statements)
1628 @item S
1629 Constant, or memory address
1631 @item T
1632 Memory address aligned to an 8-byte boundary
1634 @item U
1635 Even register
1636 @end table
1637 @end table
1639 @ifset INTERNALS
1640 @node No Constraints
1641 @subsection Not Using Constraints
1642 @cindex no constraints
1643 @cindex not using constraints
1645 Some machines are so clean that operand constraints are not required.  For
1646 example, on the Vax, an operand valid in one context is valid in any other
1647 context.  On such a machine, every operand constraint would be @samp{g},
1648 excepting only operands of ``load address'' instructions which are
1649 written as if they referred to a memory location's contents but actual
1650 refer to its address.  They would have constraint @samp{p}.
1652 @cindex empty constraints
1653 For such machines, instead of writing @samp{g} and @samp{p} for all
1654 the constraints, you can choose to write a description with empty constraints.
1655 Then you write @samp{""} for the constraint in every @code{match_operand}.
1656 Address operands are identified by writing an @code{address} expression
1657 around the @code{match_operand}, not by their constraints.
1659 When the machine description has just empty constraints, certain parts
1660 of compilation are skipped, making the compiler faster.  However,
1661 few machines actually do not need constraints; all machine descriptions
1662 now in existence use constraints.
1663 @end ifset
1665 @ifset INTERNALS
1666 @node Standard Names
1667 @section Standard Pattern Names For Generation
1668 @cindex standard pattern names
1669 @cindex pattern names
1670 @cindex names, pattern
1672 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
1673 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
1674 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
1675 pattern to accomplish a certain task.
1677 @table @asis
1678 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
1679 @item @samp{mov@var{m}}
1680 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lower case.
1681 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
1682 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
1684 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
1685 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
1686 to store the specified value in the part of the register that corresponds
1687 to mode @var{m}.  The effect on the rest of the register is undefined.
1689 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
1690 of these names @emph{must} be defined, because there is no other way
1691 to copy a datum from one place to another.
1693 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
1694 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
1695 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
1696 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
1697 into a register.
1699 @findex force_reg
1700 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
1701 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
1702 registers other than the operands.  For example, if you support the
1703 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
1704 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
1705 function which might generate new pseudo registers.
1707 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
1708 fetching those modes from memory normally requires several insns and
1709 some temporary registers.  Look in @file{spur.md} to see how the
1710 requirement can be satisfied.
1712 @findex change_address
1713 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
1714 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
1715 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
1716 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
1717 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
1718 an address into a valid address and no routine (such as
1719 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
1720 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
1722 @findex reload_in_progress
1723 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
1724 declared if required) can be used to determine whether such special
1725 handling is required.
1727 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
1728 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
1729 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
1730 machines explicit memory references will get optional reloads.
1732 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
1733 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to reload.  But this
1734 is impossible during and after reload.  If there are cases needing
1735 scratch registers after reload, you must define
1736 @code{SECONDARY_INPUT_RELOAD_CLASS} and perhaps also
1737 @code{SECONDARY_OUTPUT_RELOAD_CLASS} to detect them, and provide
1738 patterns @samp{reload_in@var{m}} or @samp{reload_out@var{m}} to handle
1739 them.  @xref{Register Classes}.
1741 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
1742 register to any other hard register provided that
1743 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
1744 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
1746 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
1747 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
1748 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
1749 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
1750 point members.
1752 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
1753 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
1754 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
1755 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
1756 floating point registers, then the constraints of the fixed point
1757 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
1758 reload into a floating point register.
1760 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
1761 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
1762 @item @samp{reload_in@var{m}}
1763 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
1764 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
1765 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
1766 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
1767 macro in @pxref{Register Classes}.
1769 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
1770 @item @samp{movstrict@var{m}}
1771 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
1772 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
1773 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
1774 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
1776 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
1777 @item @samp{load_multiple}
1778 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
1779 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
1780 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
1781 number of consecutive registers.
1783 Define this only if the target machine really has such an instruction;
1784 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
1785 registers from memory is to do them one at a time.
1787 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
1788 registers can be stored into memory, such as particular starting or
1789 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
1790 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
1791 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
1793 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
1794 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
1795 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
1796 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
1797 @file{a29k.md} and @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn
1798 pattern.
1800 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
1801 @item @samp{store_multiple}
1802 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
1803 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
1804 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
1805 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
1807 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
1808 @item @samp{add@var{m}3}
1809 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
1810 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
1811 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
1813 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
1814 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
1815 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
1816 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
1817 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
1818 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
1819 @cindex @code{smin@var{m}3} instruction pattern
1820 @cindex @code{smax@var{m}3} instruction pattern
1821 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
1822 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
1823 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
1824 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
1825 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
1826 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{mul@var{m}3}
1827 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{udiv@var{m}3}, @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
1828 @itemx @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}, @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
1829 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
1830 Similar, for other arithmetic operations.
1832 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
1833 @item @samp{mulhisi3}
1834 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
1835 a @code{SImode} product in operand 0.
1837 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
1838 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
1839 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
1840 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
1842 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
1843 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
1844 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
1845 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
1846 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
1847 multiplication.
1849 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
1850 @item @samp{mul@var{m}3_highpart}
1851 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
1852 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
1853 The least significant half of the product is discarded.
1855 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
1856 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
1857 Similar, but the multiplication is unsigned.
1859 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
1860 @item @samp{divmod@var{m}4}
1861 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
1862 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
1863 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
1865 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
1866 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
1867 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
1868 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
1869 and remainder are computed.
1871 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
1872 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
1873 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
1874 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
1875 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
1877 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
1878 @item @samp{udivmod@var{m}4}
1879 Similar, but does unsigned division.
1881 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
1882 @item @samp{ashl@var{m}3}
1883 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
1884 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
1885 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
1886 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
1887 mode before generating the instruction.
1889 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
1890 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
1891 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
1892 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
1893 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
1894 Other shift and rotate instructions, analogous to the
1895 @code{ashl@var{m}3} instructions.
1897 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
1898 @item @samp{neg@var{m}2}
1899 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
1901 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
1902 @item @samp{abs@var{m}2}
1903 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
1905 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
1906 @item @samp{sqrt@var{m}2}
1907 Store the square root of operand 1 into operand 0.
1909 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
1910 corresponds to the C data type @code{double}.
1912 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
1913 @item @samp{ffs@var{m}2}
1914 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
1915 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
1916 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
1917 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
1918 generating the instruction.
1920 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
1921 corresponds to the C data type @code{int}.
1923 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
1924 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
1925 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
1927 @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
1928 @item @samp{cmp@var{m}}
1929 Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
1930 The RTL pattern should look like this:
1932 @smallexample
1933 (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
1934                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
1935 @end smallexample
1937 @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
1938 @item @samp{tst@var{m}}
1939 Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
1940 The RTL pattern should look like this:
1942 @smallexample
1943 (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
1944 @end smallexample
1946 @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
1947 not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
1948 would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
1949 The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
1951 @cindex @code{movstr@var{m}} instruction pattern
1952 @item @samp{movstr@var{m}}
1953 Block move instruction.  The addresses of the destination and source
1954 strings are the first two operands, and both are in mode @code{Pmode}.
1956 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
1957 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
1958 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
1959 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
1960 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
1961 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
1962 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
1964 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
1965 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
1966 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
1967 it may provide the value 4 for this operand.
1969 These patterns need not give special consideration to the possibility
1970 that the source and destination strings might overlap.
1972 @cindex @code{clrstr@var{m}} instruction pattern
1973 @item @samp{clrstr@var{m}}
1974 Block clear instruction.  The addresses of the destination string is the
1975 first operand, in mode @code{Pmode}.  The number of bytes to clear is
1976 the second operand, in mode @var{m}.  See @samp{movstr@var{m}} for
1977 a discussion of the choice of mode.
1979 The third operand is the known alignment of the destination, in the form
1980 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
1981 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
1982 operand.
1984 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
1985 @item @samp{cmpstr@var{m}}
1986 Block compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
1987 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
1988 of @samp{movstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
1989 byte by byte in lexicographic order.  The effect of the instruction is
1990 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
1991 comparison.
1993 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
1994 @item @samp{strlen@var{m}}
1995 Compute the length of a string, with three operands.
1996 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
1997 a @code{mem} referring to the first character of the string,
1998 operand 2 is the character to search for (normally zero),
1999 and operand 3 is a constant describing the known alignment
2000 of the beginning of the string.
2002 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
2003 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
2004 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
2005 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2006 @var{n}).
2008 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
2009 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
2010 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
2011 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2012 @var{n}).
2014 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
2015 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
2016 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2017 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
2018 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
2019 the value of operand 1 is an integer.
2021 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
2022 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
2023 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2024 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
2025 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
2026 value of operand 1 is an integer.
2028 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
2029 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
2030 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
2031 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
2032 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
2034 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2035 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
2036 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
2037 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2039 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2040 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
2041 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
2042 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2044 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
2045 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
2046 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2047 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2048 point or both floating point.
2050 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
2051 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
2052 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2053 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2054 point or both floating point.
2056 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
2057 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
2058 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2059 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2060 point.
2062 @cindex @code{extv} instruction pattern
2063 @item @samp{extv}
2064 Extract a bit field from operand 1 (a register or memory operand), where
2065 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
2066 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
2067 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
2068 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
2069 be valid for @code{word_mode}.
2071 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2072 for operands 2 and 3.
2074 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
2075 before it is stored in operand 0.
2077 @cindex @code{extzv} instruction pattern
2078 @item @samp{extzv}
2079 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
2081 @cindex @code{insv} instruction pattern
2082 @item @samp{insv}
2083 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a bit
2084 field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
2085 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
2086 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
2087 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
2089 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2090 for operands 1 and 2.
2092 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
2093 @item @samp{mov@var{mode}cc}
2094 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
2095 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
2096 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
2098 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
2099 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
2100 conditionally move an integer value based on the floating point condition
2101 codes and vice versa.
2103 If the machine does not have conditional move instructions, do not
2104 define these patterns.
2106 @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
2107 @item @samp{s@var{cond}}
2108 Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
2109 Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
2110 @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
2111 as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
2113 You specify the mode that the operand must have when you write the
2114 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
2115 which mode you have used and supplies an operand of that mode.
2117 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
2118 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
2119 you should omit it from the machine description.  You describe to the
2120 compiler exactly which value is stored by defining the macro
2121 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
2122 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
2123 should omit those operations from the machine description.
2125 These operations may fail, but should do so only in relatively
2126 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
2127 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
2129 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
2130 that copies the constant one to the target and branches around an
2131 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
2132 the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
2133 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
2134 @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
2135 the machine description.
2137 @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
2138 @item @samp{b@var{cond}}
2139 Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
2140 refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
2141 condition @var{cond}.
2143 Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
2144 instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
2145 case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
2146 simply store the operands away and generate all the required insns in a
2147 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
2148 branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
2149 immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
2150 pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
2152 Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
2153 where the mode used for the comparison depends on the condition being
2154 tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}
2156 The above discussion also applies to the @samp{mov@var{mode}cc} and
2157 @samp{s@var{cond}} patterns.
2159 @cindex @code{call} instruction pattern
2160 @item @samp{call}
2161 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
2162 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
2163 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
2164 operands.
2166 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
2167 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
2168 to put this information into the assembler code; they can put it in
2169 the RTL instead of operand 1.
2171 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
2172 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
2173 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
2174 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
2175 instruction, the pattern for this operation should be a
2176 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
2177 address into a register and uses that register in the call instruction.
2179 @cindex @code{call_value} instruction pattern
2180 @item @samp{call_value}
2181 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
2182 register in which the value is returned.  There are three more
2183 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
2184 instruction (but with numbers increased by one).
2186 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
2187 insn.
2189 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
2190 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
2191 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
2192 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
2193 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is non-zero.  They should emit a @code{parallel}
2194 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
2195 adjustment made to the frame pointer.
2197 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be non-zero, the use of these
2198 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
2199 can be eliminated, if desired.
2201 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
2202 @item @samp{untyped_call}
2203 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
2204 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
2205 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
2206 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
2207 the saving of a function return value into the result block.
2209 This instruction pattern should be defined to support
2210 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
2211 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
2212 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
2213 multiple registers that can hold a return value (i.e.
2214 @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
2216 @cindex @code{return} instruction pattern
2217 @item @samp{return}
2218 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
2219 defined only if a single instruction can do all the work of returning
2220 from a function.
2222 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
2223 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
2224 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
2225 some class of functions only requires one instruction to implement a
2226 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
2227 to save any registers or allocate stack space.
2229 @findex reload_completed
2230 @findex leaf_function_p
2231 For such machines, the condition specified in this pattern should only
2232 be true when @code{reload_completed} is non-zero and the function's
2233 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
2234 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
2235 a register window push is required.
2237 Machines that have conditional return instructions should define patterns
2238 such as
2240 @smallexample
2241 (define_insn ""
2242   [(set (pc)
2243         (if_then_else (match_operator
2244                          0 "comparison_operator"
2245                          [(cc0) (const_int 0)])
2246                       (return)
2247                       (pc)))]
2248   "@var{condition}"
2249   "@dots{}")
2250 @end smallexample
2252 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
2253 named @samp{return} pattern.
2255 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
2256 @item @samp{untyped_return}
2257 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
2258 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
2259 instructions are needed to return a value of any type.
2261 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
2262 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
2263 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
2264 the restoring of a function return value from the result block.
2266 @cindex @code{nop} instruction pattern
2267 @item @samp{nop}
2268 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
2269 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
2270 RTL pattern.
2272 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
2273 @item @samp{indirect_jump}
2274 An instruction to jump to an address which is operand zero.
2275 This pattern name is mandatory on all machines.
2277 @cindex @code{casesi} instruction pattern
2278 @item @samp{casesi}
2279 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
2280 This instruction takes five operands:
2282 @enumerate
2283 @item
2284 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
2286 @item
2287 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
2289 @item
2290 The total range of indices in the table---the largest index
2291 minus the smallest one (both inclusive).
2293 @item
2294 A label that precedes the table itself.
2296 @item
2297 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
2298 (If the machine-description macro @code{CASE_DROPS_THROUGH} is defined,
2299 then an out-of-bounds index drops through to the code following
2300 the jump table instead of jumping to this label.  In that case,
2301 this label is not actually used by the @samp{casesi} instruction,
2302 but it is always provided as an operand.)
2303 @end enumerate
2305 The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
2306 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
2307 difference between the upper bound and the lower bound.
2309 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
2310 @item @samp{tablejump}
2311 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
2312 capability which can be used to implement a dispatch table when there
2313 is no @samp{casesi} pattern.
2315 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
2316 which should immediately precede the jump table.  If the macro
2317 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} is defined then the first operand is an
2318 offset which counts from the address of the table; otherwise, it is an
2319 absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
2320 mode @code{Pmode}.
2322 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
2323 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
2324 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
2325 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
2327 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
2328 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
2329 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
2330 into operand 0.
2332 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
2333 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
2334 and also has mode @code{Pmode}.
2336 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
2337 the address of the function which would be called if the function
2338 pointer were used in an indirect call.
2340 Only define this pattern if function pointers on the target machine
2341 can have different values but still call the same function when
2342 used in an indirect call.
2344 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
2345 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
2346 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
2347 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
2348 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
2349 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
2350 @item @samp{save_stack_block}
2351 @itemx @samp{save_stack_function}
2352 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
2353 @itemx @samp{restore_stack_block}
2354 @itemx @samp{restore_stack_function}
2355 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
2356 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
2357 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
2358 such machines.
2360 Some machines require special handling for stack pointer saves and
2361 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
2362 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
2363 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
2364 saves and restores are:
2366 @enumerate
2367 @item
2368 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
2369 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
2370 restores the stack pointer when the block is exited.
2372 @item
2373 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
2374 similar job for the outermost block of a function and are used when the
2375 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
2376 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
2377 restore sequence on some machines.
2379 @item
2380 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
2381 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
2382 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
2383 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
2384 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
2385 and restoring additional data such as register window information or
2386 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
2387 such required data.
2388 @end enumerate
2390 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
2391 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area is the
2392 initially mode of operand 0, but you can override that choice by
2393 defining the @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).
2394 Whether specified by the pattern or the macro, you must specify an
2395 integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed for a
2396 particular type of save (either because no save is needed or because a
2397 machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the stack pointer
2398 and operand 1 is the save area for restore operations.  If
2399 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
2400 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
2402 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
2403 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
2404 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
2406 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
2407 @item @samp{allocate_stack}
2408 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
2409 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
2411 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
2412 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
2413 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
2414 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
2415 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
2416 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
2417 stack is free.
2419 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
2420 Some machines require other operations such as stack probes or
2421 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
2422 operations in addition to updating the stack pointer.
2424 @cindex @code{probe} instruction pattern
2425 @item @samp{probe}
2426 Some machines require instructions to be executed after space is
2427 allocated from the stack, for example to generate a reference at
2428 the bottom of the stack.
2430 If you need to emit instructions before the stack has been adjusted,
2431 put them into the @samp{allocate_stack} pattern.  Otherwise, define
2432 this pattern to emit the required instructions.
2434 No operands are provided.
2436 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
2437 @item @samp{check_stack}
2438 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
2439 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
2440 to perform the needed check and signaling an error if the stack
2441 has overflowed.  The single operand is the location in the stack furthest
2442 from the current stack pointer that you need to validate.  Normally,
2443 on machines where this pattern is needed, you would obtain the stack
2444 limit from a global or thread-specific variable or register.
2446 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
2447 @item @samp{nonlocal_goto}
2448 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
2449 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
2450 each representing a value to be used in the jump.  The first
2451 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
2452 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
2453 the third is the address of a location where the stack is saved,
2454 and the last is the address of the label, to be placed in the
2455 location for the incoming static chain.
2457 On most machines you need not define this pattern, since GNU CC will
2458 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
2459 and static chain, restore the stack (using the
2460 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
2461 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
2462 not work on your machine.
2464 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
2465 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
2466 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
2467 nonlocal goto after the code already generated by GNU CC.  You will not
2468 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
2469 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
2470 must be restored when the frame pointer is restored.  There are no
2471 arguments.
2473 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
2474 @item @samp{exception_receiver}
2475 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
2476 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
2477 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
2478 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
2479 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
2480 an exception.  There are no arguments.
2482 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
2483 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
2484 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
2485 builtin setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
2486 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
2487 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
2488 table, must be restored.  This pattern is called immediate after the
2489 call to @code{__dummy} has been emitted.  There are no arguments.
2490 @end table
2492 @node Pattern Ordering
2493 @section When the Order of Patterns Matters
2494 @cindex Pattern Ordering
2495 @cindex Ordering of Patterns
2497 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
2498 pattern that appears first in the machine description is the one used.
2499 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
2500 and faster instructions (those that will produce better code when they
2501 do match) should usually go first in the description.
2503 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
2504 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
2505 instruction for converting a fullword to floating point and another
2506 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
2507 an integer to floating point could match either one.  We put the
2508 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
2509 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
2510 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
2511 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
2512 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
2513 constant value.
2515 @node Dependent Patterns
2516 @section Interdependence of Patterns
2517 @cindex Dependent Patterns
2518 @cindex Interdependence of Patterns
2520 Every machine description must have a named pattern for each of the
2521 conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
2522 must always have the form
2524 @example
2525 (set (pc)
2526      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
2527                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
2528                    (pc)))
2529 @end example
2531 @noindent
2532 In addition, every machine description must have an anonymous pattern
2533 for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
2534 look like
2536 @example
2537 (set (pc)
2538      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
2539                    (pc)
2540                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
2541 @end example
2543 @noindent
2544 They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
2545 branches into reverse-conditional branches.
2547 It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
2548 reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
2549 example,
2551 @example
2552 (define_insn ""
2553   [(set (pc)
2554         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
2555                                       [(cc0) (const_int 0)])
2556                       (pc)
2557                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
2558   "@var{condition}"
2559   "@dots{}")
2560 @end example
2562 In some cases machines support instructions identical except for the
2563 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
2564 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
2565 patterns are
2567 @example
2568 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
2569      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
2571 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
2572      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
2573 @end example
2575 @noindent
2576 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
2577 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
2578 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
2579 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
2580 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
2581 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
2583 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
2584 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
2585 compilations.
2587 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
2588 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
2589 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
2590 you should not provide separate patterns for increment and decrement
2591 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
2592 that supports register-register add insns by examining the operands and
2593 generating the appropriate machine instruction.
2595 @node Jump Patterns
2596 @section Defining Jump Instruction Patterns
2597 @cindex jump instruction patterns
2598 @cindex defining jump instruction patterns
2600 For most machines, GNU CC assumes that the machine has a condition code.
2601 A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
2602 signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
2603 insn tests the condition code and branches or not according its value.
2604 The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
2605 common machines, such as the Vax, the 68000 and the 32000, work this
2606 way.
2608 Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
2609 only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
2610 these machines is to treat them just like the others until the final stage
2611 where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
2612 compare instruction, peek ahead at the following branch using
2613 @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
2614 being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
2615 the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
2616 otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
2617 can treat signed and unsigned branches identically.
2619 The reason you can do this is that GNU CC always generates a pair of
2620 consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
2621 set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
2622 until the end.
2624 To go with this technique, you must define the machine-description macro
2625 @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
2626 compare instruction is superfluous.
2628 Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
2629 A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
2630 compare instruction, record its operands in two static variables.  When
2631 outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
2632 output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
2634 It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
2635 In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
2636 will be combined according to these patterns.  But this does not happen
2637 if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
2638 above in addition to any special patterns you define.
2640 In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
2641 code and there may not even be a separate condition code register.  On
2642 these machines, the restriction that the definition and use of the
2643 condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
2644 important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
2645 delay for taken branches unless the condition code register is set three
2646 instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
2647 scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
2648 separate the definition and use of the condition code register.
2650 On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
2651 to represent the condition code.  If there is a specific condition code
2652 register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
2653 comparison result can be placed in any general register, or if there are
2654 multiple condition registers, use a pseudo register.
2656 @findex prev_cc0_setter
2657 @findex next_cc0_user
2658 On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
2659 the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
2660 Sparc, setting the condition code directly from an add or subtract
2661 instruction does not clear the overflow bit the way that a test
2662 instruction does, so a different branch instruction must be used for
2663 some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
2664 and use of the condition code must be adjacent (separated only by
2665 @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
2666 (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
2667 located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
2668 and @code{next_cc0_user}.
2670 However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
2671 those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
2672 compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
2673 we use the machine mode of the condition code register to record
2674 different formats of the condition code register.
2676 Registers used to store the condition code value should have a mode that
2677 is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
2678 additional modes are required (as for the add example mentioned above in
2679 the Sparc), define the macro @code{EXTRA_CC_MODES} to list the
2680 additional modes required (@pxref{Condition Code}).  Also define
2681 @code{EXTRA_CC_NAMES} to list the names of those modes and
2682 @code{SELECT_CC_MODE} to choose a mode given an operand of a compare.
2684 If it is known during RTL generation that a different mode will be
2685 required (for example, if the machine has separate compare instructions
2686 for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
2687 be specified at that time.
2689 If the cases that require different modes would be made by instruction
2690 combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
2691 mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
2692 written using that mode.  To support the case of the add on the Sparc
2693 discussed above, we have the pattern
2695 @smallexample
2696 (define_insn ""
2697   [(set (reg:CC_NOOV 0)
2698         (compare:CC_NOOV
2699           (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
2700                    (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
2701           (const_int 0)))]
2702   ""
2703   "@dots{}")
2704 @end smallexample
2706 The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the Sparc returns @code{CC_NOOVmode}
2707 for comparisons whose argument is a @code{plus}.
2709 @node Insn Canonicalizations
2710 @section Canonicalization of Instructions
2711 @cindex canonicalization of instructions
2712 @cindex insn canonicalization
2714 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
2715 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
2716 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
2717 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
2718 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
2719 number of insn patterns required.
2721 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
2722 are performed:
2724 @itemize @bullet
2725 @item
2726 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
2727 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
2728 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
2729 be supplied.
2731 @cindex @code{neg}, canonicalization of
2732 @cindex @code{not}, canonicalization of
2733 @cindex @code{mult}, canonicalization of
2734 @cindex @code{plus}, canonicalization of
2735 @cindex @code{minus}, canonicalization of
2736 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
2737 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
2738 first operand.
2740 @cindex @code{compare}, canonicalization of
2741 @item
2742 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
2743 on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
2744 machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
2745 a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
2746 cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
2747 matching a constant as the first operand unless the machine actually has
2748 such an instruction.
2750 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
2751 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
2752 above.
2754 @item
2755 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
2756 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
2758 @item
2759 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
2760 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
2762 @cindex @code{ior}, canonicalization of
2763 @cindex @code{and}, canonicalization of
2764 @cindex De Morgan's law
2765 @item
2766 De`Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
2767 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
2768 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
2770 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
2771 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
2772 for that instruction as
2774 @example
2775 (define_insn ""
2776   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
2777         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
2778                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
2779   "@dots{}"
2780   "@dots{}")
2781 @end example
2783 @noindent
2784 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
2786 @example
2787 (define_insn ""
2788   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
2789         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
2790                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
2791   "@dots{}"
2792   "@dots{}")
2793 @end example
2795 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
2796 logically equivalent RTL expressions.
2798 @cindex @code{xor}, canonicalization of
2799 @item
2800 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
2801 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
2802 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.@refill
2804 @item
2805 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
2806 the form
2808 @example
2809 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
2810 @end example
2812 @item
2813 On machines that do not use @code{cc0},
2814 @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
2815 @var{x}.@refill
2817 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
2818 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
2819 @item
2820 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
2821 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
2822 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
2824 @end itemize
2826 @node Peephole Definitions
2827 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
2828 @cindex peephole optimizer definitions
2829 @cindex defining peephole optimizers
2831 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
2832 definitions of machine-specific peephole optimizations.
2834 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
2835 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
2836 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
2837 though the second one does not appear to use a register computed in the
2838 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
2839 opportunities.
2841 @need 1000
2842 A definition looks like this:
2844 @smallexample
2845 (define_peephole
2846   [@var{insn-pattern-1}
2847    @var{insn-pattern-2}
2848    @dots{}]
2849   "@var{condition}"
2850   "@var{template}"
2851   "@var{optional insn-attributes}")
2852 @end smallexample
2854 @noindent
2855 The last string operand may be omitted if you are not using any
2856 machine-specific information in this machine description.  If present,
2857 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
2859 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
2860 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
2861 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
2862 the next, and so on.@refill
2864 Each of the insns matched by a peephole must also match a
2865 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
2866 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
2867 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
2868 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
2869 stages.
2871 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
2872 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
2873 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
2874 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
2875 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
2876 other.
2878 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
2879 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
2880 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
2881 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
2882 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
2884 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
2885 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
2886 previously tested.
2888 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
2889 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
2890 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
2891 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
2892 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
2893 patterns.
2895 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
2896 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
2897 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
2898 the operands.
2900 @findex prev_active_insn
2901 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
2902 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
2903 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
2904 to refer to the last of the insns being matched; use
2905 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
2907 @findex dead_or_set_p
2908 When optimizing computations with intermediate results, you can use
2909 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
2910 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
2911 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
2912 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
2913 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
2914 value (from @code{operands[@var{i}]}).@refill
2916 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
2917 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
2918 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
2919 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
2920 used in matching the original sequence of insns.
2922 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
2923 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
2924 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
2925 as the insn pattern to control how the insn is output.
2927 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
2928 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
2930 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
2932 @smallexample
2933 (define_peephole
2934   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
2935    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
2936         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
2937   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
2938   "*
2940   rtx xoperands[2];
2941   xoperands[1] = gen_rtx (REG, SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
2942 #ifdef MOTOROLA
2943   output_asm_insn (\"move.l %1,(sp)\", xoperands);
2944   output_asm_insn (\"move.l %1,-(sp)\", operands);
2945   return \"fmove.d (sp)+,%0\";
2946 #else
2947   output_asm_insn (\"movel %1,sp@@\", xoperands);
2948   output_asm_insn (\"movel %1,sp@@-\", operands);
2949   return \"fmoved sp@@+,%0\";
2950 #endif
2953 @end smallexample
2955 @need 1000
2956 The effect of this optimization is to change
2958 @smallexample
2959 @group
2960 jbsr _foobar
2961 addql #4,sp
2962 movel d1,sp@@-
2963 movel d0,sp@@-
2964 fmoved sp@@+,fp0
2965 @end group
2966 @end smallexample
2968 @noindent
2969 into
2971 @smallexample
2972 @group
2973 jbsr _foobar
2974 movel d1,sp@@
2975 movel d0,sp@@-
2976 fmoved sp@@+,fp0
2977 @end group
2978 @end smallexample
2980 @ignore
2981 @findex CC_REVERSED
2982 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
2983 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
2984 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
2985 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
2986 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
2987 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
2988 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
2989 and in this C code check the condition code status flags and change the
2990 assembler code as appropriate.
2991 @end ignore
2993 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
2994 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
2995 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
2996 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
2997 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
2998 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
2999 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
3000 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
3001 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
3003 @smallexample
3004 (define_insn "divmodsi4"
3005   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
3006         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
3007                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
3008    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
3009         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
3010   "TARGET_68020"
3011   "divsl%.l %2,%3:%0")
3012 @end smallexample
3014 @noindent
3015 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
3017 @smallexample
3018 (define_peephole
3019   [@dots{}
3020    (parallel
3021     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
3022           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
3023                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
3024      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
3025           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
3026    @dots{}]
3027   @dots{})
3028 @end smallexample
3030 @node Expander Definitions
3031 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
3032 @cindex expander definitions
3033 @cindex code generation RTL sequences
3034 @cindex defining RTL sequences for code generation
3036 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
3037 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
3038 represent them.  For these target machines, you can write a
3039 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL.
3041 @findex define_expand
3042 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
3043 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
3044 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
3046 A @code{define_expand} RTX has four operands:
3048 @itemize @bullet
3049 @item
3050 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
3051 use for it is to refer to it by name.
3053 @findex define_peephole
3054 @item
3055 The RTL template.  This is just like the RTL template for a
3056 @code{define_peephole} in that it is a vector of RTL expressions
3057 each being one insn.
3059 @item
3060 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
3061 used to express how the availability of this pattern depends on
3062 subclasses of target machine, selected by command-line options when GNU
3063 CC is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
3064 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
3065 depend on the data in the insn being matched, but only the
3066 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
3067 during initialization in order to learn exactly which named instructions
3068 are available in a particular run.
3070 @item
3071 The preparation statements, a string containing zero or more C
3072 statements which are to be executed before RTL code is generated from
3073 the RTL template.
3075 Usually these statements prepare temporary registers for use as
3076 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
3077 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
3078 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
3079 @end itemize
3081 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
3082 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
3083 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
3086 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
3087 also describes the operands that need to be specified when this pattern
3088 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
3090 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
3091 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
3092 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
3093 predicate into the tables that record such things.  GNU CC uses the
3094 information to preload the operand into a register if that is required for
3095 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
3096 references should use @code{match_dup}.
3098 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
3099 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
3100 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
3101 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
3102 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
3103 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
3104 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
3105 compute the values and store them into the appropriate elements of
3106 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
3108 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
3109 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
3110 as a statement.
3112 @table @code
3114 @findex DONE
3115 @item DONE
3116 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
3117 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
3118 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
3119 preparation statements; the RTL template will not be generated.
3121 @findex FAIL
3122 @item FAIL
3123 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
3124 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
3125 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
3127 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
3128 shifting, etc.) and bitfield (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
3129 operations.
3130 @end table
3132 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
3134 @smallexample
3135 @group
3136 (define_expand "ashlsi3"
3137   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3138         (ashift:SI
3139 @end group
3140 @group
3141           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
3142           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
3143   ""
3144   "
3145 @end group
3146 @end smallexample
3148 @smallexample
3149 @group
3151   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
3152       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
3153     FAIL;
3154 @}")
3155 @end group
3156 @end smallexample
3158 @noindent
3159 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
3160 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
3161 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
3162 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
3163 library call).
3165 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
3166 patterns with names, then it would be possible to use a
3167 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
3168 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
3170 @smallexample
3171 (define_expand "zero_extendhisi2"
3172   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
3173         (const_int 0))
3174    (set (strict_low_part
3175           (subreg:HI
3176             (match_dup 0)
3177             0))
3178         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
3179   ""
3180   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
3181 @end smallexample
3183 @noindent
3184 @findex make_safe_from
3185 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
3186 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
3187 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
3188 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
3189 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
3190 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
3191 by emitting another RTL insn.
3193 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
3194 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
3195 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
3196 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
3197 on this machine.  So it must be copied into a register with
3198 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
3200 @smallexample
3201 (define_expand "zero_extendhisi2"
3202   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3203         (and:SI (subreg:SI
3204                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
3205                   0)
3206                 (match_dup 2)))]
3207   ""
3208   "operands[2]
3209      = force_reg (SImode, gen_rtx (CONST_INT,
3210                                    VOIDmode, 65535)); ")
3211 @end smallexample
3213 @strong{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
3214 standard binary or unary arithmetic operation or a bitfield operation,
3215 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
3216 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
3217 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
3218 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
3219 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
3220 in the compiler.@refill
3222 @node Insn Splitting
3223 @section Defining How to Split Instructions
3224 @cindex insn splitting
3225 @cindex instruction splitting
3226 @cindex splitting instructions
3228 There are two cases where you should specify how to split a pattern into
3229 multiple insns.  On machines that have instructions requiring delay
3230 slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose output is
3231 not available for multiple cycles (@pxref{Function Units}), the compiler
3232 phases that optimize these cases need to be able to move insns into
3233 one-instruction delay slots.  However, some insns may generate more than one
3234 machine instruction.  These insns cannot be placed into a delay slot.
3236 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
3237 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
3238 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
3239 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
3240 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
3241 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
3242 scheduling.
3244 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
3245 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
3246 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
3247 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
3248 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
3249 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
3250 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
3251 split the addition into two insns is machine-dependent.
3253 @cindex define_split
3254 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
3255 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
3257 @smallexample
3258 (define_split
3259   [@var{insn-pattern}]
3260   "@var{condition}"
3261   [@var{new-insn-pattern-1}
3262    @var{new-insn-pattern-2}
3263    @dots{}]
3264   "@var{preparation statements}")
3265 @end smallexample
3267 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
3268 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
3269 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
3270 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
3271 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
3272 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
3274 The @var{preparation statements} are similar to those statements that
3275 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3276 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
3277 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
3278 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
3279 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
3280 must not allocate any space in the stack frame.
3282 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
3283 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
3284 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
3285 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
3286 @code{reload_completed} is non-zero, is known to satisfy the constraints
3287 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
3288 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
3289 @code{reload_completed} is non-zero, must also satisfy the constraints
3290 of those definitions.
3292 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
3293 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
3294 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
3296 @smallexample
3297 (define_split
3298   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
3299         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
3300   ""
3301   [(set (match_dup 0)
3302         (ashift:SI (match_dup 1)
3303                    (const_int 16)))
3304    (set (match_dup 0)
3305         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
3306                      (const_int 16)))]
3307   "
3308 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
3309 @end smallexample
3311 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
3312 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
3313 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
3314 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
3315 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
3316 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
3317 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
3318 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
3319 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
3320 @code{define_split} that will never produce insns that match).
3322 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
3323 @file{rs6000.md}:
3325 @smallexample
3326 (define_split
3327   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
3328         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
3329                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
3330   ""
3331   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
3332    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
3335   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
3336   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
3338   if (low & 0x8000)
3339     high++, low |= 0xffff0000;
3341   operands[3] = gen_rtx (CONST_INT, VOIDmode, high << 16);
3342   operands[4] = gen_rtx (CONST_INT, VOIDmode, low);
3343 @}")
3344 @end smallexample
3346 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
3347 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
3348 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
3349 can be substituted into the address of a subsequent operation.
3351 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
3352 an equality comparison of a register and a large constant:
3354 @smallexample
3355 (define_split
3356   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
3357         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
3358                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
3359    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
3360   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
3361    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
3362        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
3363   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
3364    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
3365   "
3367   /* Get the constant we are comparing against, C, and see what it
3368      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
3369      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.  */
3371   int c = INTVAL (operands[2]);
3372   int sextc = (c << 16) >> 16;
3373   int xorv = c ^ sextc;
3375   operands[4] = gen_rtx (CONST_INT, VOIDmode, xorv);
3376   operands[5] = gen_rtx (CONST_INT, VOIDmode, sextc);
3377 @}")
3378 @end smallexample
3380 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
3381 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
3382 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
3383 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
3384 are not valid.
3386 @node Insn Attributes
3387 @section Instruction Attributes
3388 @cindex insn attributes
3389 @cindex instruction attributes
3391 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
3392 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
3393 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
3394 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
3395 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
3396 to track the condition codes.
3398 @menu
3399 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
3400 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
3401 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
3402 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
3403 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
3404 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
3405 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
3406 * Function Units::      Specifying information for insn scheduling.
3407 @end menu
3409 @node Defining Attributes
3410 @subsection Defining Attributes and their Values
3411 @cindex defining attributes and their values
3412 @cindex attributes, defining
3414 @findex define_attr
3415 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
3416 by the target machine.  It looks like:
3418 @smallexample
3419 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
3420 @end smallexample
3422 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
3424 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
3425 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
3426 indicate that the attribute takes numeric values.
3428 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
3429 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
3430 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
3431 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
3432 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
3434 @findex insn-attr.h
3435 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
3436 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
3437 specified for an attribute, the following are defined:
3439 @itemize @bullet
3440 @item
3441 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
3443 @item
3444 An enumeral class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
3445 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
3446 the attribute name and value are first converted to upper case.
3448 @item
3449 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
3450 returns the attribute value for that insn.
3451 @end itemize
3453 For example, if the following is present in the @file{md} file:
3455 @smallexample
3456 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
3457 @end smallexample
3459 @noindent
3460 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
3462 @smallexample
3463 #define HAVE_ATTR_type
3464 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
3465                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
3466 extern enum attr_type get_attr_type ();
3467 @end smallexample
3469 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
3470 defined and the function to obtain the attribute's value will return
3471 @code{int}.
3473 @node Expressions
3474 @subsection Attribute Expressions
3475 @cindex attribute expressions
3477 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
3478 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
3479 Attribute value expressions must have one of the following forms:
3481 @table @code
3482 @cindex @code{const_int} and attributes
3483 @item (const_int @var{i})
3484 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
3485 must be non-negative.
3487 The value of a numeric attribute can be specified either with a
3488 @code{const_int} or as an integer represented as a string in
3489 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), and @code{set_attr}
3490 (@pxref{Tagging Insns}) expressions.
3492 @cindex @code{const_string} and attributes
3493 @item (const_string @var{value})
3494 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
3495 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
3496 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
3497 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
3498 of a @code{define_attr}.@refill
3500 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
3501 must be a string containing a non-negative integer (normally
3502 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
3503 contain one of the valid values for the attribute.
3505 @cindex @code{if_then_else} and attributes
3506 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
3507 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
3508 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
3509 otherwise it is @var{false-value}.
3511 @cindex @code{cond} and attributes
3512 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
3513 The first operand of this expression is a vector containing an even
3514 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
3515 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
3516 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
3517 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
3518 expression is that of the @var{default} expression.
3519 @end table
3521 @var{test} expressions can have one of the following forms:
3523 @table @code
3524 @cindex @code{const_int} and attribute tests
3525 @item (const_int @var{i})
3526 This test is true if @var{i} is non-zero and false otherwise.
3528 @cindex @code{not} and attributes
3529 @cindex @code{ior} and attributes
3530 @cindex @code{and} and attributes
3531 @item (not @var{test})
3532 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
3533 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
3534 These tests are true if the indicated logical function is true.
3536 @cindex @code{match_operand} and attributes
3537 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
3538 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
3539 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
3540 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
3541 @var{pred} returns a non-zero value when passed operand @var{n} and mode
3542 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
3543 string).
3545 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
3547 @cindex @code{le} and attributes
3548 @cindex @code{leu} and attributes
3549 @cindex @code{lt} and attributes
3550 @cindex @code{gt} and attributes
3551 @cindex @code{gtu} and attributes
3552 @cindex @code{ge} and attributes
3553 @cindex @code{geu} and attributes
3554 @cindex @code{ne} and attributes
3555 @cindex @code{eq} and attributes
3556 @cindex @code{plus} and attributes
3557 @cindex @code{minus} and attributes
3558 @cindex @code{mult} and attributes
3559 @cindex @code{div} and attributes
3560 @cindex @code{mod} and attributes
3561 @cindex @code{abs} and attributes
3562 @cindex @code{neg} and attributes
3563 @cindex @code{ashift} and attributes
3564 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
3565 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
3566 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
3567 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
3568 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
3569 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
3570 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
3571 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
3572 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
3573 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
3574 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
3575 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
3576 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
3577 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
3578 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
3579 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
3580 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.@refill
3582 @findex get_attr
3583 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
3584 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
3585 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
3586 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
3587 variable.@refill
3589 @findex eq_attr
3590 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
3591 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
3593 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
3594 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
3595 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
3596 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
3597 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
3598 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
3599 @emph{not} in the specified list.
3601 For example,
3603 @smallexample
3604 (eq_attr "type" "load,store")
3605 @end smallexample
3607 @noindent
3608 is equivalent to
3610 @smallexample
3611 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
3612 @end smallexample
3614 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
3615 value of the compiler variable @code{which_alternative}
3616 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
3617 example,@refill
3619 @smallexample
3620 (eq_attr "alternative" "2,3")
3621 @end smallexample
3623 @noindent
3624 is equivalent to
3626 @smallexample
3627 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
3628      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
3629 @end smallexample
3631 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
3632 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
3633 a particular pattern.  This is by far the most common case.@refill
3635 @findex attr_flag
3636 @item (attr_flag @var{name})
3637 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
3638 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
3639 scheduled.
3641 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
3642 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
3643 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
3644 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
3645 if a conditional branch is expected to be taken.
3647 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
3648 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
3650 This example describes a conditional branch delay slot which
3651 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
3652 for backward branches which are not taken (annul-false).
3654 @smallexample
3655 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
3656   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
3657    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
3658         (attr_flag "forward"))
3659    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
3660         (attr_flag "backward"))])
3661 @end smallexample
3663 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
3664 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
3666 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
3667 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
3668 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
3669 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
3671 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
3672 meaning to other passes of the compiler.
3673 @end table
3675 @node Tagging Insns
3676 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
3677 @cindex tagging insns
3678 @cindex assigning attribute values to insns
3680 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
3681 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
3682 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
3683 have an optional last argument to specify the values of attributes for
3684 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
3685 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
3686 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
3687 permits the specification of the values for only one or two attributes
3688 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
3689 next section.@refill
3691 The optional last argument of @code{define_insn} and
3692 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
3693 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
3694 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
3695 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
3696 second operand of the @code{set} is an attribute expression
3697 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.@refill
3699 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
3700 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
3701 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
3702 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
3703 each alternative.
3705 @findex set_attr
3706 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
3707 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
3708 specifying a string giving either a single attribute value or a list
3709 of attribute values, one for each alternative.
3711 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
3712 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
3714 @table @code
3715 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
3716 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
3717 or a string containing a comma-separated list giving the values for
3718 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
3719 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
3721 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
3722 which case the attribute will assume its default value for insns matching
3723 that alternative.
3725 @findex set_attr_alternative
3726 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
3727 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
3728 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
3729 tests on the @samp{alternative} attribute.
3731 @findex attr
3732 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
3733 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
3734 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
3735 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
3736 @end table
3738 The following shows three different ways of representing the same
3739 attribute value specification:
3741 @smallexample
3742 (set_attr "type" "load,store,arith")
3744 (set_attr_alternative "type"
3745                       [(const_string "load") (const_string "store")
3746                        (const_string "arith")])
3748 (set (attr "type")
3749      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
3750             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
3751            (const_string "arith")))
3752 @end smallexample
3754 @need 1000
3755 @findex define_asm_attributes
3756 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
3757 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
3758 statement.  It has the form:
3760 @smallexample
3761 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
3762 @end smallexample
3764 @noindent
3765 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
3766 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
3768 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
3769 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
3771 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
3772 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
3773 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
3774 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
3775 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
3776 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
3777 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
3778 of a single machine instruction.
3780 @node Attr Example
3781 @subsection Example of Attribute Specifications
3782 @cindex attribute specifications example
3783 @cindex attribute specifications
3785 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
3786 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
3787 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
3788 value.  This attribute is normally used only to define the default value
3789 for other attributes.  An example will clarify this usage.
3791 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
3792 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
3793 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
3794 operations, floating point operations, and branches.
3796 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
3797 the condition code and will limit ourselves to the following possible
3798 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
3799 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
3800 changed if the item previously set into the condition code has been
3801 modified.
3803 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
3805 @smallexample
3806 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
3808 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
3809              (cond [(eq_attr "type" "load")
3810                         (const_string "change0")
3811                     (eq_attr "type" "store,branch")
3812                         (const_string "unchanged")
3813                     (eq_attr "type" "arith")
3814                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
3815                                       (const_string "set")
3816                                       (const_string "clobber"))]
3817                    (const_string "clobber")))
3819 (define_insn ""
3820   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
3821         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
3822   ""
3823   "@@
3824    move %0,%1
3825    load %0,%1
3826    store %0,%1"
3827   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
3828 @end smallexample
3830 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
3831 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
3832 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
3833 full-word result.
3835 @node Insn Lengths
3836 @subsection Computing the Length of an Insn
3837 @cindex insn lengths, computing
3838 @cindex computing the length of an insn
3840 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
3841 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
3842 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
3843 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @samp{length}
3844 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
3845 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
3847 In the case of the @samp{length} attribute, two additional forms of
3848 arithmetic terms are allowed in test expressions:
3850 @table @code
3851 @cindex @code{match_dup} and attributes
3852 @item (match_dup @var{n})
3853 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
3854 must be a @code{label_ref}.
3856 @cindex @code{pc} and attributes
3857 @item (pc)
3858 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
3859 been more consistent with other usage to make this the address of the
3860 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
3861 current insn is to be computed.
3862 @end table
3864 @cindex @code{addr_vec}, length of
3865 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
3866 For normal insns, the length will be determined by value of the
3867 @samp{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
3868 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
3869 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
3871 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
3873 The following macros can be used to refine the length computation:
3875 @table @code
3876 @findex FIRST_INSN_ADDRESS
3877 @item FIRST_INSN_ADDRESS
3878 When the @code{length} insn attribute is used, this macro specifies the
3879 value to be assigned to the address of the first insn in a function.  If
3880 not specified, 0 is used.
3882 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
3883 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
3884 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
3885 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
3886 that contains the initially computed length of the insn and should be
3887 updated with the correct length of the insn.  If updating is required,
3888 @var{insn} must not be a varying-length insn.
3890 This macro will normally not be required.  A case in which it is
3891 required is the ROMP.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
3892 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
3893 may be required.
3894 @end table
3896 @findex get_attr_length
3897 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
3898 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
3899 determine the form of the branch instruction to be written, as the
3900 example below illustrates.
3902 As an example of the specification of variable-length branches, consider
3903 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
3904 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
3905 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
3906 sequence to load the address from memory and then branch to it.
3908 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
3909 as follows:
3911 @smallexample
3912 (define_insn "jump"
3913   [(set (pc)
3914         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
3915   ""
3916   "*
3918    return (get_attr_length (insn) == 4
3919            ? \"b %l0\" : \"l r15,=a(%l0); br r15\");
3921   [(set (attr "length") (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
3922                                       (const_int 4)
3923                                       (const_int 6)))])
3924 @end smallexample
3926 @node Constant Attributes
3927 @subsection Constant Attributes
3928 @cindex constant attributes
3930 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
3931 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
3932 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
3933 used to specify which variety of processor is used.  For example,
3935 @smallexample
3936 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
3937  (const
3938   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
3939          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
3940         (const_string "m88000"))))
3942 (define_attr "memory" "fast,slow"
3943  (const
3944   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
3945                 (const_string "fast")
3946                 (const_string "slow"))))
3947 @end smallexample
3949 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
3950 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
3951 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
3952 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
3953 forms involving insn attributes.
3955 @node Delay Slots
3956 @subsection Delay Slot Scheduling
3957 @cindex delay slots, defining
3959 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
3960 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
3961 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
3962 after the instruction are executed as if they were located before it.
3963 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
3964 the following instruction before the branch or call is performed.
3966 On some machines, conditional branch instructions can optionally
3967 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
3968 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
3969 instructions that annul if the branch is true and instructions that
3970 annul if the branch is false are supported.
3972 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
3973 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
3974 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
3975 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
3976 instruction scheduling.
3978 @findex define_delay
3979 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
3980 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
3982 @smallexample
3983 (define_delay @var{test}
3984               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
3985                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
3986                @dots{}])
3987 @end smallexample
3989 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
3990 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
3991 required delay slots is determined by the length of the vector specified
3992 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
3993 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
3994 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
3995 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
3996 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
3997 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.@refill
3999 For example, in the common case where branch and call insns require
4000 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
4001 call, the following would be placed in the @file{md} file:
4003 @smallexample
4004 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
4005               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
4006 @end smallexample
4008 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
4009 case, each such expression specifies different delay slot requirements
4010 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
4011 expressions are both true.
4013 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
4014 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
4015 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
4016 branch is true, we might represent this as follows:
4018 @smallexample
4019 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
4020    [(eq_attr "type" "!branch,call")
4021     (eq_attr "type" "!branch,call")
4022     (nil)])
4024 (define_delay (eq_attr "type" "call")
4025               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
4026                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
4027 @end smallexample
4028 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
4030 @node Function Units
4031 @subsection Specifying Function Units
4032 @cindex function units, for scheduling
4034 On most RISC machines, there are instructions whose results are not
4035 available for a specific number of cycles.  Common cases are instructions
4036 that load data from memory.  On many machines, a pipeline stall will result
4037 if the data is referenced too soon after the load instruction.
4039 In addition, many newer microprocessors have multiple function units, usually
4040 one for integer and one for floating point, and often will incur pipeline
4041 stalls when a result that is needed is not yet ready.
4043 The descriptions in this section allow the specification of how much
4044 time must elapse between the execution of an instruction and the time
4045 when its result is used.  It also allows specification of when the
4046 execution of an instruction will delay execution of similar instructions
4047 due to function unit conflicts.
4049 For the purposes of the specifications in this section, a machine is
4050 divided into @dfn{function units}, each of which execute a specific
4051 class of instructions in first-in-first-out order.  Function units that
4052 accept one instruction each cycle and allow a result to be used in the
4053 succeeding instruction (usually via forwarding) need not be specified.
4054 Classic RISC microprocessors will normally have a single function unit,
4055 which we can call @samp{memory}.  The newer ``superscalar'' processors
4056 will often have function units for floating point operations, usually at
4057 least a floating point adder and multiplier.
4059 @findex define_function_unit
4060 Each usage of a function units by a class of insns is specified with a
4061 @code{define_function_unit} expression, which looks like this:
4063 @smallexample
4064 (define_function_unit @var{name} @var{multiplicity} @var{simultaneity}
4065                       @var{test} @var{ready-delay} @var{issue-delay}
4066                      [@var{conflict-list}])
4067 @end smallexample
4069 @var{name} is a string giving the name of the function unit.
4071 @var{multiplicity} is an integer specifying the number of identical
4072 units in the processor.  If more than one unit is specified, they will
4073 be scheduled independently.  Only truly independent units should be
4074 counted; a pipelined unit should be specified as a single unit.  (The
4075 only common example of a machine that has multiple function units for a
4076 single instruction class that are truly independent and not pipelined
4077 are the two multiply and two increment units of the CDC 6600.)
4079 @var{simultaneity} specifies the maximum number of insns that can be
4080 executing in each instance of the function unit simultaneously or zero
4081 if the unit is pipelined and has no limit.
4083 All @code{define_function_unit} definitions referring to function unit
4084 @var{name} must have the same name and values for @var{multiplicity} and
4085 @var{simultaneity}.
4087 @var{test} is an attribute test that selects the insns we are describing
4088 in this definition.  Note that an insn may use more than one function
4089 unit and a function unit may be specified in more than one
4090 @code{define_function_unit}.
4092 @var{ready-delay} is an integer that specifies the number of cycles
4093 after which the result of the instruction can be used without
4094 introducing any stalls.
4096 @var{issue-delay} is an integer that specifies the number of cycles
4097 after the instruction matching the @var{test} expression begins using
4098 this unit until a subsequent instruction can begin.  A cost of @var{N}
4099 indicates an @var{N-1} cycle delay.  A subsequent instruction may also
4100 be delayed if an earlier instruction has a longer @var{ready-delay}
4101 value.  This blocking effect is computed using the @var{simultaneity},
4102 @var{ready-delay}, @var{issue-delay}, and @var{conflict-list} terms.
4103 For a normal non-pipelined function unit, @var{simultaneity} is one, the
4104 unit is taken to block for the @var{ready-delay} cycles of the executing
4105 insn, and smaller values of @var{issue-delay} are ignored.
4107 @var{conflict-list} is an optional list giving detailed conflict costs
4108 for this unit.  If specified, it is a list of condition test expressions
4109 to be applied to insns chosen to execute in @var{name} following the
4110 particular insn matching @var{test} that is already executing in
4111 @var{name}.  For each insn in the list, @var{issue-delay} specifies the
4112 conflict cost; for insns not in the list, the cost is zero.  If not
4113 specified, @var{conflict-list} defaults to all instructions that use the
4114 function unit.
4116 Typical uses of this vector are where a floating point function unit can
4117 pipeline either single- or double-precision operations, but not both, or
4118 where a memory unit can pipeline loads, but not stores, etc.
4120 As an example, consider a classic RISC machine where the result of a
4121 load instruction is not available for two cycles (a single ``delay''
4122 instruction is required) and where only one load instruction can be executed
4123 simultaneously.  This would be specified as:
4125 @smallexample
4126 (define_function_unit "memory" 1 1 (eq_attr "type" "load") 2 0)
4127 @end smallexample
4129 For the case of a floating point function unit that can pipeline either
4130 single or double precision, but not both, the following could be specified:
4132 @smallexample
4133 (define_function_unit
4134    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "sp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "dp_fp")])
4135 (define_function_unit
4136    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "dp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "sp_fp")])
4137 @end smallexample
4139 @strong{Note:} The scheduler attempts to avoid function unit conflicts
4140 and uses all the specifications in the @code{define_function_unit}
4141 expression.  It has recently come to our attention that these
4142 specifications may not allow modeling of some of the newer
4143 ``superscalar'' processors that have insns using multiple pipelined
4144 units.  These insns will cause a potential conflict for the second unit
4145 used during their execution and there is no way of representing that
4146 conflict.  We welcome any examples of how function unit conflicts work
4147 in such processors and suggestions for their representation.
4148 @end ifset