Add D30V options
[official-gcc.git] / gcc / md.texi
blob0d453224ff2c0663f44bc3a3639b1284c8feb667
1 @c Copyright (C) 1988, 89, 92, 93, 94, 96, 1998, 2000 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 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
36                           for a standard operation.
37 * Insn Splitting::      Splitting Instructions into Multiple Instructions.
38 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
39 * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
40 * Conditional Execution::Generating @code{define_insn} patterns for
41                            predication.
42 @end menu
44 @node Patterns
45 @section Everything about Instruction Patterns
46 @cindex patterns
47 @cindex instruction patterns
49 @findex define_insn
50 Each instruction pattern contains an incomplete RTL expression, with pieces
51 to be filled in later, operand constraints that restrict how the pieces can
52 be filled in, and an output pattern or C code to generate the assembler
53 output, all wrapped up in a @code{define_insn} expression.
55 A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
57 @enumerate
58 @item
59 An optional name.  The presence of a name indicate that this instruction
60 pattern can perform a certain standard job for the RTL-generation
61 pass of the compiler.  This pass knows certain names and will use
62 the instruction patterns with those names, if the names are defined
63 in the machine description.
65 The absence of a name is indicated by writing an empty string
66 where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
67 used for generating RTL code, but they may permit several simpler insns
68 to be combined later on.
70 Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
71 effect; they are equivalent to no name at all.
73 For the purpose of debugging the compiler, you may also specify a
74 name beginning with the @samp{*} character.  Such a name is used only
75 for identifying the instruction in RTL dumps; it is entirely equivalent
76 to having a nameless pattern for all other purposes.
78 @item
79 The @dfn{RTL template} (@pxref{RTL Template}) is a vector of incomplete
80 RTL expressions which show what the instruction should look like.  It is
81 incomplete because it may contain @code{match_operand},
82 @code{match_operator}, and @code{match_dup} expressions that stand for
83 operands of the instruction.
85 If the vector has only one element, that element is the template for the
86 instruction pattern.  If the vector has multiple elements, then the
87 instruction pattern is a @code{parallel} expression containing the
88 elements described.
90 @item
91 @cindex pattern conditions
92 @cindex conditions, in patterns
93 A condition.  This is a string which contains a C expression that is
94 the final test to decide whether an insn body matches this pattern.
96 @cindex named patterns and conditions
97 For a named pattern, the condition (if present) may not depend on
98 the data in the insn being matched, but only the target-machine-type
99 flags.  The compiler needs to test these conditions during
100 initialization in order to learn exactly which named instructions are
101 available in a particular run.
103 @findex operands
104 For nameless patterns, the condition is applied only when matching an
105 individual insn, and only after the insn has matched the pattern's
106 recognition template.  The insn's operands may be found in the vector
107 @code{operands}.
109 @item
110 The @dfn{output template}: a string that says how to output matching
111 insns as assembler code.  @samp{%} in this string specifies where
112 to substitute the value of an operand.  @xref{Output Template}.
114 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
115 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
117 @item
118 Optionally, a vector containing the values of attributes for insns matching
119 this pattern.  @xref{Insn Attributes}.
120 @end enumerate
122 @node Example
123 @section Example of @code{define_insn}
124 @cindex @code{define_insn} example
126 Here is an actual example of an instruction pattern, for the 68000/68020.
128 @example
129 (define_insn "tstsi"
130   [(set (cc0)
131         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
132   ""
133   "*
134 @{ if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
135     return \"tstl %0\";
136   return \"cmpl #0,%0\"; @}")
137 @end example
139 This is an instruction that sets the condition codes based on the value of
140 a general operand.  It has no condition, so any insn whose RTL description
141 has the form shown may be handled according to this pattern.  The name
142 @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL generation
143 pass that, when it is necessary to test such a value, an insn to do so
144 can be constructed using this pattern.
146 The output control string is a piece of C code which chooses which
147 output template to return based on the kind of operand and the specific
148 type of CPU for which code is being generated.
150 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
152 @node RTL Template
153 @section RTL Template
154 @cindex RTL insn template
155 @cindex generating insns
156 @cindex insns, generating
157 @cindex recognizing insns
158 @cindex insns, recognizing
160 The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
161 and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
162 says how to construct an insn from specified operands.
164 Construction involves substituting specified operands into a copy of the
165 template.  Matching involves determining the values that serve as the
166 operands in the insn being matched.  Both of these activities are
167 controlled by special expression types that direct matching and
168 substitution of the operands.
170 @table @code
171 @findex match_operand
172 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
173 This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
174 the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
175 will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
176 appears at this position in the insn will be taken as operand
177 number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
178 pattern will not match at all.
180 Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
181 each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
182 expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
183 are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
184 expressions.  In the case of a @code{define_expand}, any operand numbers
185 used only in @code{match_dup} expressions have higher values than all
186 other operand numbers.
188 @var{predicate} is a string that is the name of a C function that accepts two
189 arguments, an expression and a machine mode.  During matching, the
190 function will be called with the putative operand as the expression and
191 @var{m} as the mode argument (if @var{m} is not specified,
192 @code{VOIDmode} will be used, which normally causes @var{predicate} to accept
193 any mode).  If it returns zero, this instruction pattern fails to match.
194 @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be done
195 on the operand, so anything which occurs in this position is valid.
197 Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
198 not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
199 @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
200 Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
201 @code{VOIDmode}.
203 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
204 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
206 People are often unclear on the difference between the constraint and the
207 predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
208 pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
209 controls various decisions in the case of an insn which does match.
211 @findex general_operand
212 On CISC machines, the most common @var{predicate} is
213 @code{"general_operand"}.  This function checks that the putative
214 operand is either a constant, a register or a memory reference, and that
215 it is valid for mode @var{m}.
217 @findex register_operand
218 For an operand that must be a register, @var{predicate} should be
219 @code{"register_operand"}.  Using @code{"general_operand"} would be
220 valid, since the reload pass would copy any non-register operands
221 through registers, but this would make GNU CC do extra work, it would
222 prevent invariant operands (such as constant) from being removed from
223 loops, and it would prevent the register allocator from doing the best
224 possible job.  On RISC machines, it is usually most efficient to allow
225 @var{predicate} to accept only objects that the constraints allow.
227 @findex immediate_operand
228 For an operand that must be a constant, you must be sure to either use
229 @code{"immediate_operand"} for @var{predicate}, or make the instruction
230 pattern's extra condition require a constant, or both.  You cannot
231 expect the constraints to do this work!  If the constraints allow only
232 constants, but the predicate allows something else, the compiler will
233 crash when that case arises.
235 @findex match_scratch
236 @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
237 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
238 and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
239 expression.
241 When matching patterns, this is equivalent to
243 @smallexample
244 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{pred})
245 @end smallexample
247 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
248 expression.
250 If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
251 expressions whose operands are either a hard register or
252 @code{match_scratch}, the combiner can add or delete them when
253 necessary.  @xref{Side Effects}.
255 @findex match_dup
256 @item (match_dup @var{n})
257 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
258 It is used when the operand needs to appear more than once in the
259 insn.
261 In construction, @code{match_dup} acts just like @code{match_operand}:
262 the operand is substituted into the insn being constructed.  But in
263 matching, @code{match_dup} behaves differently.  It assumes that operand
264 number @var{n} has already been determined by a @code{match_operand}
265 appearing earlier in the recognition template, and it matches only an
266 identical-looking expression.
268 @findex match_operator
269 @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
270 This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
271 code.
273 When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
274 expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
275 operands are constructed from the patterns @var{operands}.
277 When matching an expression, it matches an expression if the function
278 @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
279 patterns @var{operands} match the operands of the expression.
281 Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
282 follows, to match any expression whose operator is one of the
283 commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
285 @smallexample
287 commutative_operator (x, mode)
288      rtx x;
289      enum machine_mode mode;
291   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
292   if (GET_MODE (x) != mode)
293     return 0;
294   return (GET_RTX_CLASS (code) == 'c'
295           || code == EQ || code == NE);
297 @end smallexample
299 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
300 of a commutative operator applied to two general operands:
302 @smallexample
303 (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
304   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
305    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
306 @end smallexample
308 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
309 because the expressions to be matched all contain two operands.
311 When this pattern does match, the two operands of the commutative
312 operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
313 by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
314 will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
315 (operands[3])} to see which commutative operator was used.
317 The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
318 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
319 predicate function, and that function is solely responsible for
320 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
322 When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
323 the operation (i.e. the expression code) for the expression to be
324 made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
325 into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
326 gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
327 only its expression code matters.
329 When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
330 it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
331 is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
332 register allocation because the register allocator often looks at
333 operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
335 There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
336 operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
337 never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
338 However, if parts of its @var{operands} are matched by
339 @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
340 their own.
342 @findex match_op_dup
343 @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
344 Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
345 operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
346 substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
347 differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
348 determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
349 recognition template, and it matches only an identical-looking
350 expression.
352 @findex match_parallel
353 @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
354 This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
355 @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
356 expression should only appear at the top level of an insn pattern.
358 When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
359 this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
360 is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
361 vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
362 @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
363 @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
364 @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
365 of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
366 those listed in the @code{match_parallel}.@refill
368 A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
369 multiple expressions, which can contain a variable number of elements
370 in a @code{parallel}.  For example,
371 @c the following is *still* going over.  need to change the code.
372 @c also need to work on grouping of this example.  --mew 1feb93
374 @smallexample
375 (define_insn ""
376   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
377      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
378            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
379       (use (reg:SI 179))
380       (clobber (reg:SI 179))])]
381   ""
382   "loadm 0,0,%1,%2")
383 @end smallexample
385 This example comes from @file{a29k.md}.  The function
386 @code{load_multiple_operations} is defined in @file{a29k.c} and checks
387 that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
388 @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
389 registers and memory locations.
391 An insn that matches this pattern might look like:
393 @smallexample
394 (parallel
395  [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
396   (use (reg:SI 179))
397   (clobber (reg:SI 179))
398   (set (reg:SI 21)
399        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
400                         (const_int 4))))
401   (set (reg:SI 22)
402        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
403                         (const_int 8))))])
404 @end smallexample
406 @findex match_par_dup
407 @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
408 Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
409 @code{match_operator}.
411 @findex match_insn
412 @item (match_insn @var{predicate})
413 Match a complete insn.  Unlike the other @code{match_*} recognizers,
414 @code{match_insn} does not take an operand number.
416 The machine mode @var{m} of @code{match_insn} works like that of
417 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
418 predicate function, and that function is solely responsible for
419 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
421 @findex match_insn2
422 @item (match_insn2 @var{n} @var{predicate})
423 Match a complete insn.
425 The machine mode @var{m} of @code{match_insn2} works like that of
426 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
427 predicate function, and that function is solely responsible for
428 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
430 @end table
432 @node Output Template
433 @section Output Templates and Operand Substitution
434 @cindex output templates
435 @cindex operand substitution
437 @cindex @samp{%} in template
438 @cindex percent sign
439 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
440 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
441 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
442 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
443 identify places where different variants of the assembler require
444 different syntax.
446 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
447 operand @var{n} at that point in the string.
449 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
450 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
451 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
452 additional letters with nonstandard meanings.
454 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
455 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
456 operand.
458 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
459 the constant is negated before printing.
461 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
462 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
463 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
464 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
465 as if it were a memory reference.
467 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
468 instruction.
470 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
471 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
472 referred to more than once in a single template that generates multiple
473 assembler instructions.
475 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
476 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
477 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
478 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
479 which punctuation characters are valid with the
480 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
482 @cindex \
483 @cindex backslash
484 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
485 for the instructions, with @samp{\;} between them.
487 @cindex matching operands
488 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
489 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
490 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
491 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
492 operand.
494 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
495 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
496 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
497 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
498 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
499 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
500 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
501 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
502 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
503 it to do nothing.
505 @cindex @code{#} in template
506 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
507 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
508 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
509 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
510 multiple assembler instructions, and there is an matching @code{define_split}
511 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
512 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
513 instructions.
515 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
516 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
517 describe multiple variants of assembler language syntax.
518 @xref{Instruction Output}.
520 @node Output Statement
521 @section C Statements for Assembler Output
522 @cindex output statements
523 @cindex C statements for assembler output
524 @cindex generating assembler output
526 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
527 assembler code for all the cases that are recognized by a single
528 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
529 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
530 machine instructions.
532 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
533 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
534 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
535 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
536 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
537 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
538 might write this pattern:
540 @smallexample
541 (define_insn "addsi3"
542   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
543         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
544                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
545   ""
546   "@@
547    addr %2,%0
548    addm %2,%0")
549 @end smallexample
551 @cindex @code{*} in template
552 @cindex asterisk in template
553 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
554 output template but rather a piece of C program that should compute a
555 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
556 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
557 require doublequote characters to delimit them.  To include these
558 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
560 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
561 is @code{rtx []}.
563 It is very common to select different ways of generating assembler code
564 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
565 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
566 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
567 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
568 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
569 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
570 values of those bits.
572 @findex output_asm_insn
573 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
574 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
575 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
576 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
577 that you declare locally and initialize yourself.
579 @findex which_alternative
580 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
581 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
582 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
583 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
584 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
585 etc.).
587 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
588 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
589 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
591 @smallexample
592 (define_insn ""
593   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
594         (const_int 0))]
595   ""
596   "*
597   return (which_alternative == 0
598           ? \"clrreg %0\" : \"clrmem %0\");
599   ")
600 @end smallexample
602 The example above, where the assembler code to generate was
603 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
604 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
606 @smallexample
607 @group
608 (define_insn ""
609   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
610         (const_int 0))]
611   ""
612   "@@
613    clrreg %0
614    clrmem %0")
615 @end group
616 @end smallexample
617 @end ifset
619 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
620 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the full
621 @c manual's context are conditionalized to appear only in the full manual.
622 @ifset INTERNALS
623 @node Constraints
624 @section Operand Constraints
625 @cindex operand constraints
626 @cindex constraints
628 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify a
629 constraint for the type of operands allowed.
630 @end ifset
631 @ifclear INTERNALS
632 @node Constraints
633 @section Constraints for @code{asm} Operands
634 @cindex operand constraints, @code{asm}
635 @cindex constraints, @code{asm}
636 @cindex @code{asm} constraints
638 Here are specific details on what constraint letters you can use with
639 @code{asm} operands.
640 @end ifclear
641 Constraints can say whether
642 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
643 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
644 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
645 have.  Constraints can also require two operands to match.
647 @ifset INTERNALS
648 @menu
649 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
650 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
651 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
652 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
653 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
654 @end menu
655 @end ifset
657 @ifclear INTERNALS
658 @menu
659 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
660 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
661 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
662 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
663 @end menu
664 @end ifclear
666 @node Simple Constraints
667 @subsection Simple Constraints
668 @cindex simple constraints
670 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
671 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
672 the letters that are allowed:
674 @table @asis
675 @item whitespace
676 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
677 except the first.  This enables each alternative for different operands to
678 be visually aligned in the machine description even if they have different
679 number of constraints and modifiers.
681 @cindex @samp{m} in constraint
682 @cindex memory references in constraints
683 @item @samp{m}
684 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
685 supports in general.
687 @cindex offsettable address
688 @cindex @samp{o} in constraint
689 @item @samp{o}
690 A memory operand is allowed, but only if the address is
691 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
692 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
693 may be added to the address and the result is also a valid memory
694 address.
696 @cindex autoincrement/decrement addressing
697 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
698 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
699 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
700 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
701 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
702 addresses may or may not be offsettable depending on the other
703 addressing modes that the machine supports.
705 Note that in an output operand which can be matched by another
706 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
707 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
708 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
710 @cindex @samp{V} in constraint
711 @item @samp{V}
712 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
713 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
715 @cindex @samp{<} in constraint
716 @item @samp{<}
717 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
718 postdecrement) is allowed.
720 @cindex @samp{>} in constraint
721 @item @samp{>}
722 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
723 postincrement) is allowed.
725 @cindex @samp{r} in constraint
726 @cindex registers in constraints
727 @item @samp{r}
728 A register operand is allowed provided that it is in a general
729 register.
731 @cindex @samp{d} in constraint
732 @item @samp{d}, @samp{a}, @samp{f}, @dots{}
733 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
734 particular classes of registers.  @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are
735 defined on the 68000/68020 to stand for data, address and floating
736 point registers.
738 @cindex constants in constraints
739 @cindex @samp{i} in constraint
740 @item @samp{i}
741 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
742 This includes symbolic constants whose values will be known only at
743 assembly time.
745 @cindex @samp{n} in constraint
746 @item @samp{n}
747 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
748 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
749 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
750 rather than @samp{i}.
752 @cindex @samp{I} in constraint
753 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
754 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
755 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
756 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
757 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
758 This is the range permitted as a shift count in the shift
759 instructions.
761 @cindex @samp{E} in constraint
762 @item @samp{E}
763 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
764 allowed, but only if the target floating point format is the same as
765 that of the host machine (on which the compiler is running).
767 @cindex @samp{F} in constraint
768 @item @samp{F}
769 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
770 allowed.
772 @cindex @samp{G} in constraint
773 @cindex @samp{H} in constraint
774 @item @samp{G}, @samp{H}
775 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
776 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
778 @cindex @samp{s} in constraint
779 @item @samp{s}
780 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
781 allowed.
783 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
784 value not known at compile time, it certainly must allow any known
785 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
786 better code to be generated.
788 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
789 use an immediate operand; but if the immediate value is between -128
790 and 127, better code results from loading the value into a register and
791 using the register.  This is because the load into the register can be
792 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
793 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
794 range -128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
795 constraints.
797 @cindex @samp{g} in constraint
798 @item @samp{g}
799 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
800 registers that are not general registers.
802 @cindex @samp{X} in constraint
803 @item @samp{X}
804 @ifset INTERNALS
805 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
806 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
807 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
808 require a scratch register.
809 @end ifset
810 @ifclear INTERNALS
811 Any operand whatsoever is allowed.
812 @end ifclear
814 @cindex @samp{0} in constraint
815 @cindex digits in constraint
816 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
817 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
818 digit is used together with letters within the same alternative, the
819 digit should come last.
821 @cindex matching constraint
822 @cindex constraint, matching
823 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
824 that the assembler has only a single operand that fills two roles
825 @ifset INTERNALS
826 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
827 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
828 @end ifset
829 @ifclear INTERNALS
830 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
831 two input operands and an output operand, but on most CISC
832 @end ifclear
833 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
834 input-output operand:
836 @smallexample
837 addl #35,r12
838 @end smallexample
840 Matching constraints are used in these circumstances.
841 More precisely, the two operands that match must include one input-only
842 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
843 smaller number than the number of the operand that uses it in the
844 constraint.
846 @ifset INTERNALS
847 For operands to match in a particular case usually means that they
848 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
849 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
850 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
851 For proper results in such cases, the output template should always
852 use the output-operand's number when printing the operand.
853 @end ifset
855 @cindex load address instruction
856 @cindex push address instruction
857 @cindex address constraints
858 @cindex @samp{p} in constraint
859 @item @samp{p}
860 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
861 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
863 @findex address_operand
864 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
865 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
866 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
867 reference for which the address would be valid.
869 @cindex extensible constraints
870 @cindex @samp{Q}, in constraint
871 @item @samp{Q}, @samp{R}, @samp{S}, @dots{} @samp{U}
872 Letters in the range @samp{Q} through @samp{U} may be defined in a
873 machine-dependent fashion to stand for arbitrary operand types.
874 @ifset INTERNALS
875 The machine description macro @code{EXTRA_CONSTRAINT} is passed the
876 operand as its first argument and the constraint letter as its
877 second operand.
879 A typical use for this would be to distinguish certain types of
880 memory references that affect other insn operands.
882 Do not define these constraint letters to accept register references
883 (@code{reg}); the reload pass does not expect this and would not handle
884 it properly.
885 @end ifset
886 @end table
888 @ifset INTERNALS
889 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
890 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
891 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
892 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
893 done by copying an operand into a register.
895 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
897 @smallexample
898 (define_insn ""
899   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
900         (plus:SI (match_dup 0)
901                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
902   ""
903   "@dots{}")
904 @end smallexample
906 @noindent
907 which has two operands, one of which must appear in two places, and
909 @smallexample
910 (define_insn ""
911   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
912         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
913                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
914   ""
915   "@dots{}")
916 @end smallexample
918 @noindent
919 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
920 identical.  If we are considering an insn of the form
922 @smallexample
923 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
924   (set (reg:SI 3)
925        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
926   @dots{})
927 @end smallexample
929 @noindent
930 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
931 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
932 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns.''
933 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
934 is something wrong with it.''  It would direct the reload pass of the
935 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
936 results might look like this:
938 @smallexample
939 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
940   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
941   @dots{})
943 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
944   (set (reg:SI 3)
945        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
946   @dots{})
947 @end smallexample
949 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
950 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
951 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
952 for each possible combination of operand expressions, have at least one
953 alternative which can handle that combination of operands.)  The
954 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
955 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
956 reloading any possible operand so that it will fit.
958 @itemize @bullet
959 @item
960 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
961 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
963 For example, an operand whose constraints permit everything except
964 registers is safe provided its predicate rejects registers.
966 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
967 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
968 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
969 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
970 more selective.
972 @item
973 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
974 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
975 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
976 compiler knows how to copy a register into another register of the
977 proper class in order to make an instruction valid.
979 @cindex nonoffsettable memory reference
980 @cindex memory reference, nonoffsettable
981 @item
982 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
983 address into a register.  So if the constraint uses the letter
984 @samp{o}, all memory references are taken care of.
986 @item
987 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
988 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
989 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
990 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
992 @item
993 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
994 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
995 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
996 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
997 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
998 objects allowed by the constraint.
999 @end itemize
1001 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1002 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1003 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1004 how to copy a register temporarily into memory.
1006 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1007 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1008 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1009 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1010 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1011 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1012 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1013 @code{sign_extend}.
1014 @end ifset
1016 @node Multi-Alternative
1017 @subsection Multiple Alternative Constraints
1018 @cindex multiple alternative constraints
1020 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1021 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1022 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1023 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1024 another.
1026 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1027 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1028 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1029 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1030 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1031 @ifset INTERNALS
1032 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1034 @smallexample
1035 (define_insn "iorsi3"
1036   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1037         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1038                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1039   @dots{})
1040 @end smallexample
1042 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1043 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1044 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1045 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1046 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1047 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1048 @end ifset
1050 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1051 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1052 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1053 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1054 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1055 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1056 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1058 @table @code
1059 @cindex @samp{?} in constraint
1060 @cindex question mark
1061 @item ?
1062 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1063 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1064 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1065 in it.
1067 @cindex @samp{!} in constraint
1068 @cindex exclamation point
1069 @item !
1070 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1071 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1072 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1073 @end table
1075 @ifset INTERNALS
1076 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1077 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1078 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1079 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1080 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1081 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1082 @end ifset
1084 @ifset INTERNALS
1085 @node Class Preferences
1086 @subsection Register Class Preferences
1087 @cindex class preference constraints
1088 @cindex register class preference constraints
1090 @cindex voting between constraint alternatives
1091 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1092 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1093 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1094 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1095 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1096 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1097 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1098 favor of a general register.  The machine description says which registers
1099 are considered general.
1101 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1102 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1103 @end ifset
1105 @node Modifiers
1106 @subsection Constraint Modifier Characters
1107 @cindex modifiers in constraints
1108 @cindex constraint modifier characters
1110 @c prevent bad page break with this line
1111 Here are constraint modifier characters.
1113 @table @samp
1114 @cindex @samp{=} in constraint
1115 @item =
1116 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1117 value is discarded and replaced by output data.
1119 @cindex @samp{+} in constraint
1120 @item +
1121 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1123 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1124 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1125 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1126 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1127 are assumed to be input only.
1129 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1130 first character of the constraint string.
1132 @cindex @samp{&} in constraint
1133 @cindex earlyclobber operand
1134 @item &
1135 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1136 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1137 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1138 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1139 address.
1141 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1142 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1143 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1144 @samp{movdf} insn of the 68000.
1146 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only 
1147 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1148 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1149 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber. 
1150 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM.
1152 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1154 @cindex @samp{%} in constraint
1155 @item %
1156 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1157 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1158 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1159 constraints.
1160 @ifset INTERNALS
1161 This is often used in patterns for addition instructions
1162 that really have only two operands: the result must go in one of the
1163 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1164 instruction is defined:
1166 @smallexample
1167 (define_insn "addhi3"
1168   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1169      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1170               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1171   @dots{})
1172 @end smallexample
1173 @end ifset
1175 @cindex @samp{#} in constraint
1176 @item #
1177 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1178 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1179 register preferences.
1181 @ifset INTERNALS
1182 @cindex @samp{*} in constraint
1183 @item *
1184 Says that the following character should be ignored when choosing
1185 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1186 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1188 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1189 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1190 copying it into an address register.  While either kind of register is
1191 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1192 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1193 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1194 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1195 register preferences.
1197 @smallexample
1198 (define_insn "extendhisi2"
1199   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1200         (sign_extend:SI
1201          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1202   @dots{})
1203 @end smallexample
1204 @end ifset
1205 @end table
1207 @node Machine Constraints
1208 @subsection Constraints for Particular Machines
1209 @cindex machine specific constraints
1210 @cindex constraints, machine specific
1212 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1213 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1214 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1215 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1216 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1217 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1218 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1219 immediate-constant format.
1221 For each machine architecture, the @file{config/@var{machine}.h} file
1222 defines additional constraints.  These constraints are used by the
1223 compiler itself for instruction generation, as well as for @code{asm}
1224 statements; therefore, some of the constraints are not particularly
1225 interesting for @code{asm}.  The constraints are defined through these
1226 macros:
1228 @table @code
1229 @item REG_CLASS_FROM_LETTER
1230 Register class constraints (usually lower case).
1232 @item CONST_OK_FOR_LETTER_P
1233 Immediate constant constraints, for non-floating point constants of
1234 word size or smaller precision (usually upper case).
1236 @item CONST_DOUBLE_OK_FOR_LETTER_P
1237 Immediate constant constraints, for all floating point constants and for
1238 constants of greater than word size precision (usually upper case).
1240 @item EXTRA_CONSTRAINT
1241 Special cases of registers or memory.  This macro is not required, and
1242 is only defined for some machines.
1243 @end table
1245 Inspecting these macro definitions in the compiler source for your
1246 machine is the best way to be certain you have the right constraints.
1247 However, here is a summary of the machine-dependent constraints
1248 available on some particular machines.
1250 @table @emph
1251 @item ARM family---@file{arm.h}
1252 @table @code
1253 @item f
1254 Floating-point register
1256 @item F
1257 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1258 or 10.0
1260 @item G
1261 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1262 were negated
1264 @item I
1265 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1266 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1267 multiple of 2
1269 @item J
1270 Integer in the range -4095 to 4095
1272 @item K
1273 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1275 @item L
1276 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1278 @item M
1279 Integer in the range 0 to 32
1281 @item Q
1282 A memory reference where the exact address is in a single register
1283 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1285 @item R
1286 An item in the constant pool
1288 @item S
1289 A symbol in the text segment of the current file
1290 @end table
1292 @item AMD 29000 family---@file{a29k.h}
1293 @table @code
1294 @item l
1295 Local register 0
1297 @item b
1298 Byte Pointer (@samp{BP}) register
1300 @item q
1301 @samp{Q} register
1303 @item h
1304 Special purpose register
1306 @item A
1307 First accumulator register
1309 @item a
1310 Other accumulator register
1312 @item f
1313 Floating point register
1315 @item I
1316 Constant greater than 0, less than 0x100
1318 @item J
1319 Constant greater than 0, less than 0x10000
1321 @item K
1322 Constant whose high 24 bits are on (1)
1324 @item L
1325 16 bit constant whose high 8 bits are on (1)
1327 @item M
1328 32 bit constant whose high 16 bits are on (1)
1330 @item N
1331 32 bit negative constant that fits in 8 bits
1333 @item O
1334 The constant 0x80000000 or, on the 29050, any 32 bit constant
1335 whose low 16 bits are 0.
1337 @item P
1338 16 bit negative constant that fits in 8 bits
1340 @item G
1341 @itemx H
1342 A floating point constant (in @code{asm} statements, use the machine
1343 independent @samp{E} or @samp{F} instead)
1344 @end table
1346 @item AVR family---@file{avr.h}
1347 @table @code
1348 @item l
1349 Registers from r0 to r15
1351 @item a
1352 Registers from r16 to r23
1354 @item d
1355 Registers from r16 to r31
1357 @item w
1358 Register from r24 to r31. This registers can be used in @samp{addw} command
1360 @item e
1361 Pointer register (r26 - r31)
1363 @item b
1364 Base pointer register (r28 - r31)
1366 @item t
1367 Temporary register r0
1369 @item x
1370 Register pair X (r27:r26)
1372 @item y
1373 Register pair Y (r29:r28)
1375 @item z
1376 Register pair Z (r31:r30)
1378 @item I
1379 Constant greater than -1, less than 64
1381 @item J
1382 Constant greater than -64, less than 1
1384 @item K
1385 Constant integer 2
1387 @item L
1388 Constant integer 0
1390 @item M
1391 Constant that fits in 8 bits
1393 @item N
1394 Constant integer -1
1396 @item O
1397 Constant integer 8
1399 @item P
1400 Constant integer 1
1402 @item G
1403 A floating point constant 0.0
1404 @end table
1406 @item IBM RS6000---@file{rs6000.h}
1407 @table @code
1408 @item b
1409 Address base register
1411 @item f
1412 Floating point register
1414 @item h
1415 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1417 @item q
1418 @samp{MQ} register
1420 @item c
1421 @samp{CTR} register
1423 @item l
1424 @samp{LINK} register
1426 @item x
1427 @samp{CR} register (condition register) number 0
1429 @item y
1430 @samp{CR} register (condition register)
1432 @item z
1433 @samp{FPMEM} stack memory for FPR-GPR transfers
1435 @item I
1436 Signed 16 bit constant
1438 @item J
1439 Unsigned 16 bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for 
1440 @code{SImode} constants)
1442 @item K
1443 Unsigned 16 bit constant
1445 @item L
1446 Signed 16 bit constant shifted left 16 bits
1448 @item M
1449 Constant larger than 31
1451 @item N
1452 Exact power of 2
1454 @item O
1455 Zero
1457 @item P
1458 Constant whose negation is a signed 16 bit constant
1460 @item G
1461 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1462 instruction per word
1464 @item Q
1465 Memory operand that is an offset from a register (@samp{m} is preferable
1466 for @code{asm} statements)
1468 @item R
1469 AIX TOC entry
1471 @item S
1472 Constant suitable as a 64-bit mask operand
1474 @item T
1475 Constant suitable as a 32-bit mask operand
1477 @item U
1478 System V Release 4 small data area reference
1479 @end table
1481 @item Intel 386---@file{i386.h}
1482 @table @code
1483 @item q
1484 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register
1486 @item A
1487 @samp{a}, or @code{d} register (for 64-bit ints)
1489 @item f
1490 Floating point register
1492 @item t
1493 First (top of stack) floating point register
1495 @item u
1496 Second floating point register
1498 @item a
1499 @samp{a} register
1501 @item b
1502 @samp{b} register
1504 @item c
1505 @samp{c} register
1507 @item d
1508 @samp{d} register
1510 @item D
1511 @samp{di} register
1513 @item S
1514 @samp{si} register
1516 @item I
1517 Constant in range 0 to 31 (for 32 bit shifts)
1519 @item J
1520 Constant in range 0 to 63 (for 64 bit shifts)
1522 @item K
1523 @samp{0xff}
1525 @item L
1526 @samp{0xffff}
1528 @item M
1529 0, 1, 2, or 3 (shifts for @code{lea} instruction)
1531 @item N
1532 Constant in range 0 to 255 (for @code{out} instruction)
1534 @item G
1535 Standard 80387 floating point constant
1536 @end table
1538 @item Intel 960---@file{i960.h}
1539 @table @code
1540 @item f
1541 Floating point register (@code{fp0} to @code{fp3})
1543 @item l
1544 Local register (@code{r0} to @code{r15})
1546 @item b
1547 Global register (@code{g0} to @code{g15})
1549 @item d
1550 Any local or global register
1552 @item I
1553 Integers from 0 to 31
1555 @item J
1558 @item K
1559 Integers from -31 to 0
1561 @item G
1562 Floating point 0
1564 @item H
1565 Floating point 1
1566 @end table
1568 @item MIPS---@file{mips.h}
1569 @table @code
1570 @item d
1571 General-purpose integer register
1573 @item f
1574 Floating-point register (if available)
1576 @item h
1577 @samp{Hi} register
1579 @item l
1580 @samp{Lo} register
1582 @item x
1583 @samp{Hi} or @samp{Lo} register
1585 @item y
1586 General-purpose integer register
1588 @item z
1589 Floating-point status register
1591 @item I
1592 Signed 16 bit constant (for arithmetic instructions)
1594 @item J
1595 Zero
1597 @item K
1598 Zero-extended 16-bit constant (for logic instructions)
1600 @item L
1601 Constant with low 16 bits zero (can be loaded with @code{lui})
1603 @item M
1604 32 bit constant which requires two instructions to load (a constant
1605 which is not @samp{I}, @samp{K}, or @samp{L})
1607 @item N
1608 Negative 16 bit constant
1610 @item O
1611 Exact power of two
1613 @item P
1614 Positive 16 bit constant
1616 @item G
1617 Floating point zero
1619 @item Q
1620 Memory reference that can be loaded with more than one instruction
1621 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1623 @item R
1624 Memory reference that can be loaded with one instruction
1625 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1627 @item S
1628 Memory reference in external OSF/rose PIC format
1629 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1630 @end table
1632 @item Motorola 680x0---@file{m68k.h}
1633 @table @code
1634 @item a
1635 Address register
1637 @item d
1638 Data register
1640 @item f
1641 68881 floating-point register, if available
1643 @item x
1644 Sun FPA (floating-point) register, if available
1646 @item y
1647 First 16 Sun FPA registers, if available
1649 @item I
1650 Integer in the range 1 to 8
1652 @item J
1653 16 bit signed number
1655 @item K
1656 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
1658 @item L
1659 Integer in the range -8 to -1
1661 @item M
1662 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
1664 @item G
1665 Floating point constant that is not a 68881 constant
1667 @item H
1668 Floating point constant that can be used by Sun FPA
1669 @end table
1671 @need 1000
1672 @item SPARC---@file{sparc.h}
1673 @table @code
1674 @item f
1675 Floating-point register that can hold 32 or 64 bit values.
1677 @item e
1678 Floating-point register that can hold 64 or 128 bit values.
1680 @item I
1681 Signed 13 bit constant
1683 @item J
1684 Zero
1686 @item K
1687 32 bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
1688 loaded with the @code{sethi} instruction)
1690 @item G
1691 Floating-point zero
1693 @item H
1694 Signed 13 bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
1696 @item Q
1697 Floating-point constant whose integral representation can
1698 be moved into an integer register using a single sethi
1699 instruction
1701 @item R
1702 Floating-point constant whose integral representation can
1703 be moved into an integer register using a single mov
1704 instruction
1706 @item S
1707 Floating-point constant whose integral representation can
1708 be moved into an integer register using a high/lo_sum
1709 instruction sequence
1711 @item T
1712 Memory address aligned to an 8-byte boundary
1714 @item U
1715 Even register
1717 @end table
1719 @item TMS320C3x/C4x---@file{c4x.h}
1720 @table @code
1721 @item a
1722 Auxiliary (address) register (ar0-ar7)
1724 @item b
1725 Stack pointer register (sp)
1727 @item c
1728 Standard (32 bit) precision integer register
1730 @item f
1731 Extended (40 bit) precision register (r0-r11)
1733 @item k
1734 Block count register (bk)
1736 @item q
1737 Extended (40 bit) precision low register (r0-r7)
1739 @item t
1740 Extended (40 bit) precision register (r0-r1)
1742 @item u
1743 Extended (40 bit) precision register (r2-r3)
1745 @item v
1746 Repeat count register (rc)
1748 @item x
1749 Index register (ir0-ir1)
1751 @item y
1752 Status (condition code) register (st)
1754 @item z
1755 Data page register (dp)
1757 @item G
1758 Floating-point zero
1760 @item H
1761 Immediate 16 bit floating-point constant
1763 @item I
1764 Signed 16 bit constant
1766 @item J
1767 Signed 8 bit constant
1769 @item K
1770 Signed 5 bit constant
1772 @item L
1773 Unsigned 16 bit constant
1775 @item M
1776 Unsigned 8 bit constant
1778 @item N
1779 Ones complement of unsigned 16 bit constant
1781 @item O
1782 High 16 bit constant (32 bit constant with 16 LSBs zero)
1784 @item Q
1785 Indirect memory reference with signed 8 bit or index register displacement 
1787 @item R
1788 Indirect memory reference with unsigned 5 bit displacement
1790 @item S
1791 Indirect memory reference with 1 bit or index register displacement 
1793 @item T
1794 Direct memory reference
1796 @item U
1797 Symbolic address
1799 @end table
1800 @end table
1802 @ifset INTERNALS
1803 @node Standard Names
1804 @section Standard Pattern Names For Generation
1805 @cindex standard pattern names
1806 @cindex pattern names
1807 @cindex names, pattern
1809 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
1810 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
1811 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
1812 pattern to accomplish a certain task.
1814 @table @asis
1815 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
1816 @item @samp{mov@var{m}}
1817 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lower case.
1818 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
1819 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
1821 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
1822 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
1823 to store the specified value in the part of the register that corresponds
1824 to mode @var{m}.  The effect on the rest of the register is undefined.
1826 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
1827 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
1828 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
1829 If there are patterns accepting operands in larger modes,
1830 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
1832 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
1833 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
1834 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
1835 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
1836 into a register.
1838 @findex force_reg
1839 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
1840 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
1841 registers other than the operands.  For example, if you support the
1842 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
1843 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
1844 function which might generate new pseudo registers.
1846 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
1847 fetching those modes from memory normally requires several insns and
1848 some temporary registers.  Look in @file{spur.md} to see how the
1849 requirement can be satisfied.
1851 @findex change_address
1852 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
1853 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
1854 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
1855 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
1856 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
1857 an address into a valid address and no routine (such as
1858 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
1859 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
1861 @findex reload_in_progress
1862 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
1863 declared if required) can be used to determine whether such special
1864 handling is required.
1866 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
1867 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
1868 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
1869 machines explicit memory references will get optional reloads.
1871 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
1872 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
1874 If there are cases needing
1875 scratch registers after reload, you must define
1876 @code{SECONDARY_INPUT_RELOAD_CLASS} and perhaps also
1877 @code{SECONDARY_OUTPUT_RELOAD_CLASS} to detect them, and provide
1878 patterns @samp{reload_in@var{m}} or @samp{reload_out@var{m}} to handle
1879 them.  @xref{Register Classes}.
1881 @findex no_new_pseudos
1882 The global variable @code{no_new_pseudos} can be used to determine if it
1883 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
1884 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
1886 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
1887 register to any other hard register provided that
1888 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
1889 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
1891 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
1892 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
1893 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
1894 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
1895 point members.
1897 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
1898 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
1899 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
1900 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
1901 floating point registers, then the constraints of the fixed point
1902 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
1903 reload into a floating point register.
1905 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
1906 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
1907 @item @samp{reload_in@var{m}}
1908 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
1909 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
1910 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
1911 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
1912 macro in @pxref{Register Classes}.
1914 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
1915 @item @samp{movstrict@var{m}}
1916 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
1917 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
1918 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
1919 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
1921 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
1922 @item @samp{load_multiple}
1923 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
1924 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
1925 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
1926 number of consecutive registers.
1928 Define this only if the target machine really has such an instruction;
1929 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
1930 registers from memory is to do them one at a time.
1932 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
1933 registers can be stored into memory, such as particular starting or
1934 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
1935 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
1936 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
1938 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
1939 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
1940 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
1941 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
1942 @file{a29k.md} and @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn
1943 pattern.
1945 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
1946 @item @samp{store_multiple}
1947 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
1948 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
1949 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
1950 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
1952 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
1953 @item @samp{add@var{m}3}
1954 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
1955 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
1956 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
1958 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
1959 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
1960 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
1961 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
1962 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
1963 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
1964 @cindex @code{smin@var{m}3} instruction pattern
1965 @cindex @code{smax@var{m}3} instruction pattern
1966 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
1967 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
1968 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
1969 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
1970 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
1971 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{mul@var{m}3}
1972 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{udiv@var{m}3}, @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
1973 @itemx @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}, @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
1974 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
1975 Similar, for other arithmetic operations.
1977 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
1978 @item @samp{mulhisi3}
1979 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
1980 a @code{SImode} product in operand 0.
1982 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
1983 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
1984 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
1985 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
1987 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
1988 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
1989 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
1990 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
1991 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
1992 multiplication.
1994 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
1995 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
1996 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
1997 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
1998 The least significant half of the product is discarded.
2000 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2001 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
2002 Similar, but the multiplication is unsigned.
2004 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
2005 @item @samp{divmod@var{m}4}
2006 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
2007 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
2008 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
2010 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
2011 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
2012 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
2013 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
2014 and remainder are computed.
2016 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
2017 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
2018 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
2019 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
2020 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
2022 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
2023 @item @samp{udivmod@var{m}4}
2024 Similar, but does unsigned division.
2026 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
2027 @item @samp{ashl@var{m}3}
2028 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
2029 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
2030 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
2031 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
2032 mode before generating the instruction.
2034 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
2035 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
2036 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
2037 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
2038 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
2039 Other shift and rotate instructions, analogous to the
2040 @code{ashl@var{m}3} instructions.
2042 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
2043 @item @samp{neg@var{m}2}
2044 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
2046 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
2047 @item @samp{abs@var{m}2}
2048 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
2050 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
2051 @item @samp{sqrt@var{m}2}
2052 Store the square root of operand 1 into operand 0.
2054 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
2055 corresponds to the C data type @code{double}.
2057 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
2058 @item @samp{ffs@var{m}2}
2059 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
2060 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
2061 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
2062 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
2063 generating the instruction.
2065 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
2066 corresponds to the C data type @code{int}.
2068 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
2069 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
2070 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
2072 @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
2073 @item @samp{cmp@var{m}}
2074 Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
2075 The RTL pattern should look like this:
2077 @smallexample
2078 (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
2079                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
2080 @end smallexample
2082 @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
2083 @item @samp{tst@var{m}}
2084 Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
2085 The RTL pattern should look like this:
2087 @smallexample
2088 (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
2089 @end smallexample
2091 @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
2092 not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
2093 would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
2094 The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
2096 @cindex @code{movstr@var{m}} instruction pattern
2097 @item @samp{movstr@var{m}}
2098 Block move instruction.  The addresses of the destination and source
2099 strings are the first two operands, and both are in mode @code{Pmode}.
2101 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
2102 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
2103 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
2104 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
2105 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
2106 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
2107 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
2109 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
2110 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
2111 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
2112 it may provide the value 4 for this operand.
2114 Descriptions of multiple @code{movstr@var{m}} patterns can only be
2115 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
2116 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
2117 in @code{movstr@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
2118 individually moved data units in the block.
2120 These patterns need not give special consideration to the possibility
2121 that the source and destination strings might overlap.
2123 @cindex @code{clrstr@var{m}} instruction pattern
2124 @item @samp{clrstr@var{m}}
2125 Block clear instruction.  The addresses of the destination string is the
2126 first operand, in mode @code{Pmode}.  The number of bytes to clear is
2127 the second operand, in mode @var{m}.  See @samp{movstr@var{m}} for
2128 a discussion of the choice of mode.
2130 The third operand is the known alignment of the destination, in the form
2131 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
2132 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
2133 operand.
2135 The use for multiple @code{clrstr@var{m}} is as for @code{movstr@var{m}}.
2137 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
2138 @item @samp{cmpstr@var{m}}
2139 Block compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
2140 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
2141 of @samp{movstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
2142 byte by byte in lexicographic order.  The effect of the instruction is
2143 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
2144 comparison.
2146 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
2147 @item @samp{strlen@var{m}}
2148 Compute the length of a string, with three operands.
2149 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
2150 a @code{mem} referring to the first character of the string,
2151 operand 2 is the character to search for (normally zero),
2152 and operand 3 is a constant describing the known alignment
2153 of the beginning of the string.
2155 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
2156 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
2157 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
2158 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2159 @var{n}).
2161 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
2162 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
2163 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
2164 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2165 @var{n}).
2167 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
2168 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
2169 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2170 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
2171 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
2172 the value of operand 1 is an integer.
2174 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
2175 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
2176 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2177 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
2178 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
2179 value of operand 1 is an integer.
2181 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
2182 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
2183 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
2184 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
2185 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
2187 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2188 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
2189 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
2190 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2192 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2193 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
2194 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
2195 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2197 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
2198 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
2199 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2200 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2201 point or both floating point.
2203 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
2204 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
2205 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2206 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2207 point or both floating point.
2209 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
2210 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
2211 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2212 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2213 point.
2215 @cindex @code{extv} instruction pattern
2216 @item @samp{extv}
2217 Extract a bit field from operand 1 (a register or memory operand), where
2218 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
2219 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
2220 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
2221 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
2222 be valid for @code{word_mode}.
2224 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2225 for operands 2 and 3.
2227 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
2228 before it is stored in operand 0.
2230 @cindex @code{extzv} instruction pattern
2231 @item @samp{extzv}
2232 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
2234 @cindex @code{insv} instruction pattern
2235 @item @samp{insv}
2236 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a bit
2237 field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
2238 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
2239 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
2240 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
2242 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2243 for operands 1 and 2.
2245 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
2246 @item @samp{mov@var{mode}cc}
2247 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
2248 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
2249 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
2251 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
2252 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
2253 conditionally move an integer value based on the floating point condition
2254 codes and vice versa.
2256 If the machine does not have conditional move instructions, do not
2257 define these patterns.
2259 @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
2260 @item @samp{s@var{cond}}
2261 Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
2262 Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
2263 @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
2264 as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
2266 You specify the mode that the operand must have when you write the
2267 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
2268 which mode you have used and supplies an operand of that mode.
2270 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
2271 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
2272 you should omit it from the machine description.  You describe to the
2273 compiler exactly which value is stored by defining the macro
2274 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
2275 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
2276 should omit those operations from the machine description.
2278 These operations may fail, but should do so only in relatively
2279 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
2280 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
2282 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
2283 that copies the constant one to the target and branches around an
2284 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
2285 the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
2286 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
2287 @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
2288 the machine description.
2290 @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
2291 @item @samp{b@var{cond}}
2292 Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
2293 refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
2294 condition @var{cond}.
2296 Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
2297 instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
2298 case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
2299 simply store the operands away and generate all the required insns in a
2300 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
2301 branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
2302 immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
2303 pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
2305 Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
2306 where the mode used for the comparison depends on the condition being
2307 tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}.
2309 The above discussion also applies to the @samp{mov@var{mode}cc} and
2310 @samp{s@var{cond}} patterns.
2312 @cindex @code{jump} instruction pattern
2313 @item @samp{jump}
2314 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
2315 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
2316 on all machines.
2318 @cindex @code{call} instruction pattern
2319 @item @samp{call}
2320 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
2321 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
2322 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
2323 operands.
2325 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
2326 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
2327 to put this information into the assembler code; they can put it in
2328 the RTL instead of operand 1.
2330 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
2331 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
2332 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
2333 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
2334 instruction, the pattern for this operation should be a
2335 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
2336 address into a register and uses that register in the call instruction.
2338 @cindex @code{call_value} instruction pattern
2339 @item @samp{call_value}
2340 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
2341 register in which the value is returned.  There are three more
2342 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
2343 instruction (but with numbers increased by one).
2345 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
2346 insn.
2348 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
2349 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
2350 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
2351 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
2352 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is non-zero.  They should emit a @code{parallel}
2353 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
2354 adjustment made to the frame pointer.
2356 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be non-zero, the use of these
2357 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
2358 can be eliminated, if desired.
2360 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
2361 @item @samp{untyped_call}
2362 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
2363 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
2364 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
2365 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
2366 the saving of a function return value into the result block.
2368 This instruction pattern should be defined to support
2369 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
2370 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
2371 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
2372 multiple registers that can hold a return value (i.e.
2373 @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
2375 @cindex @code{return} instruction pattern
2376 @item @samp{return}
2377 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
2378 defined only if a single instruction can do all the work of returning
2379 from a function.
2381 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
2382 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
2383 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
2384 some class of functions only requires one instruction to implement a
2385 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
2386 to save any registers or allocate stack space.
2388 @findex reload_completed
2389 @findex leaf_function_p
2390 For such machines, the condition specified in this pattern should only
2391 be true when @code{reload_completed} is non-zero and the function's
2392 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
2393 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
2394 a register window push is required.
2396 Machines that have conditional return instructions should define patterns
2397 such as
2399 @smallexample
2400 (define_insn ""
2401   [(set (pc)
2402         (if_then_else (match_operator
2403                          0 "comparison_operator"
2404                          [(cc0) (const_int 0)])
2405                       (return)
2406                       (pc)))]
2407   "@var{condition}"
2408   "@dots{}")
2409 @end smallexample
2411 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
2412 named @samp{return} pattern.
2414 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
2415 @item @samp{untyped_return}
2416 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
2417 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
2418 instructions are needed to return a value of any type.
2420 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
2421 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
2422 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
2423 the restoring of a function return value from the result block.
2425 @cindex @code{nop} instruction pattern
2426 @item @samp{nop}
2427 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
2428 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
2429 RTL pattern.
2431 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
2432 @item @samp{indirect_jump}
2433 An instruction to jump to an address which is operand zero.
2434 This pattern name is mandatory on all machines.
2436 @cindex @code{casesi} instruction pattern
2437 @item @samp{casesi}
2438 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
2439 This instruction takes five operands:
2441 @enumerate
2442 @item
2443 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
2445 @item
2446 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
2448 @item
2449 The total range of indices in the table---the largest index
2450 minus the smallest one (both inclusive).
2452 @item
2453 A label that precedes the table itself.
2455 @item
2456 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
2457 (If the machine-description macro @code{CASE_DROPS_THROUGH} is defined,
2458 then an out-of-bounds index drops through to the code following
2459 the jump table instead of jumping to this label.  In that case,
2460 this label is not actually used by the @samp{casesi} instruction,
2461 but it is always provided as an operand.)
2462 @end enumerate
2464 The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
2465 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
2466 difference between the upper bound and the lower bound.
2468 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
2469 @item @samp{tablejump}
2470 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
2471 capability which can be used to implement a dispatch table when there
2472 is no @samp{casesi} pattern.
2474 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
2475 which should immediately precede the jump table.  If the macro
2476 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
2477 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
2478 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
2479 mode @code{Pmode}.
2481 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
2482 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
2483 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
2484 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
2486 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
2487 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
2488 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
2489 into operand 0.
2491 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
2492 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
2493 and also has mode @code{Pmode}.
2495 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
2496 the address of the function which would be called if the function
2497 pointer were used in an indirect call.
2499 Only define this pattern if function pointers on the target machine
2500 can have different values but still call the same function when
2501 used in an indirect call.
2503 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
2504 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
2505 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
2506 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
2507 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
2508 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
2509 @item @samp{save_stack_block}
2510 @itemx @samp{save_stack_function}
2511 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
2512 @itemx @samp{restore_stack_block}
2513 @itemx @samp{restore_stack_function}
2514 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
2515 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
2516 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
2517 such machines.
2519 Some machines require special handling for stack pointer saves and
2520 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
2521 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
2522 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
2523 saves and restores are:
2525 @enumerate
2526 @item
2527 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
2528 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
2529 restores the stack pointer when the block is exited.
2531 @item
2532 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
2533 similar job for the outermost block of a function and are used when the
2534 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
2535 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
2536 restore sequence on some machines.
2538 @item
2539 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
2540 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
2541 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
2542 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
2543 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
2544 and restoring additional data such as register window information or
2545 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
2546 such required data.
2547 @end enumerate
2549 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
2550 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
2551 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
2552 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
2553 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
2554 for a particular type of save (either because no save is needed or
2555 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
2556 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
2557 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
2558 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
2560 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
2561 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
2562 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
2564 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
2565 @item @samp{allocate_stack}
2566 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
2567 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
2569 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
2570 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
2571 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
2572 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
2573 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
2574 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
2575 stack is free.
2577 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
2578 Some machines require other operations such as stack probes or
2579 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
2580 operations in addition to updating the stack pointer.
2582 @cindex @code{probe} instruction pattern
2583 @item @samp{probe}
2584 Some machines require instructions to be executed after space is
2585 allocated from the stack, for example to generate a reference at
2586 the bottom of the stack.
2588 If you need to emit instructions before the stack has been adjusted,
2589 put them into the @samp{allocate_stack} pattern.  Otherwise, define
2590 this pattern to emit the required instructions.
2592 No operands are provided.
2594 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
2595 @item @samp{check_stack}
2596 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
2597 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
2598 to perform the needed check and signaling an error if the stack
2599 has overflowed.  The single operand is the location in the stack furthest
2600 from the current stack pointer that you need to validate.  Normally,
2601 on machines where this pattern is needed, you would obtain the stack
2602 limit from a global or thread-specific variable or register.
2604 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
2605 @item @samp{nonlocal_goto}
2606 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
2607 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
2608 each representing a value to be used in the jump.  The first
2609 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
2610 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
2611 the third is the address of a location where the stack is saved,
2612 and the last is the address of the label, to be placed in the
2613 location for the incoming static chain.
2615 On most machines you need not define this pattern, since GNU CC will
2616 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
2617 and static chain, restore the stack (using the
2618 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
2619 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
2620 not work on your machine.
2622 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
2623 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
2624 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
2625 nonlocal goto after the code already generated by GNU CC.  You will not
2626 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
2627 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
2628 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
2629 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
2630 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
2631 There are no arguments.
2633 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
2634 @item @samp{exception_receiver}
2635 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
2636 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
2637 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
2638 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
2639 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
2640 an exception.  There are no arguments.
2642 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
2643 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
2644 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
2645 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
2646 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
2647 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
2648 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
2649 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
2650 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
2651 the first three are normally used by the generic mechanism.
2653 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
2654 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
2655 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
2656 builtin setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
2657 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
2658 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
2659 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
2660 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
2661 at a small offset from that label.
2663 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
2664 @item @samp{builtin_longjmp}
2665 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
2666 You will not normally need to define this pattern unless you also define
2667 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
2668 @code{jmp_buf}.
2670 @cindex @code{eh_epilogue} instruction pattern
2671 @item @samp{eh_epilogue}
2672 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
2673 and thence @code{__throw} are built.  It is intended to allow communication
2674 between the exception handling machinery and the normal epilogue code
2675 for the target.
2677 The pattern takes three arguments.  The first is the exception context
2678 pointer.  This will have already been copied to the function return
2679 register appropriate for a pointer; normally this can be ignored.  The
2680 second argument is an offset to be added to the stack pointer.  It will 
2681 have been copied to some arbitrary call-clobbered hard reg so that it
2682 will survive until after reload to when the normal epilogue is generated. 
2683 The final argument is the address of the exception handler to which
2684 the function should return.  This will normally need to copied by the
2685 pattern to some special register.
2687 This pattern must be defined if @code{RETURN_ADDR_RTX} does not yield
2688 something that can be reliably and permanently modified, i.e. a fixed
2689 hard register or a stack memory reference.
2691 @cindex @code{prologue} instruction pattern
2692 @item @samp{prologue}
2693 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
2694 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
2695 pointer register, saving callee saved registers, etc.
2697 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
2698 @code{FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
2700 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
2701 instruction scheduling.
2703 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
2704 @item @samp{epilogue}
2705 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function.  The function
2706 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
2707 registers and emitting the return instruction.
2709 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
2710 @code{FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the prologue.
2712 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
2713 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
2715 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
2716 @item @samp{sibcall_epilogue}
2717 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
2718 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
2719 sibling call (aka tail call) sites.
2721 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
2722 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
2723 function.  
2725 @cindex @code{trap} instruction pattern
2726 @item @samp{trap}
2727 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
2728 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
2729 frontend to signal `invalid array index' exceptions.
2731 @cindex @code{conditional_trap} instruction pattern
2732 @item @samp{conditional_trap}
2733 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
2734 performs a comparison.  Operand 1 is the trap code, an integer.
2736 A typical @code{conditional_trap} pattern looks like
2738 @smallexample
2739 (define_insn "conditional_trap"
2740   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator" 
2741              [(cc0) (const_int 0)])
2742             (match_operand 1 "const_int_operand" "i"))]
2743   ""
2744   "@dots{}")
2745 @end smallexample
2747 @end table
2749 @node Pattern Ordering
2750 @section When the Order of Patterns Matters
2751 @cindex Pattern Ordering
2752 @cindex Ordering of Patterns
2754 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
2755 pattern that appears first in the machine description is the one used.
2756 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
2757 and faster instructions (those that will produce better code when they
2758 do match) should usually go first in the description.
2760 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
2761 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
2762 instruction for converting a fullword to floating point and another
2763 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
2764 an integer to floating point could match either one.  We put the
2765 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
2766 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
2767 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
2768 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
2769 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
2770 constant value.
2772 @node Dependent Patterns
2773 @section Interdependence of Patterns
2774 @cindex Dependent Patterns
2775 @cindex Interdependence of Patterns
2777 Every machine description must have a named pattern for each of the
2778 conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
2779 must always have the form
2781 @example
2782 (set (pc)
2783      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
2784                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
2785                    (pc)))
2786 @end example
2788 @noindent
2789 In addition, every machine description must have an anonymous pattern
2790 for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
2791 look like
2793 @example
2794 (set (pc)
2795      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
2796                    (pc)
2797                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
2798 @end example
2800 @noindent
2801 They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
2802 branches into reverse-conditional branches.
2804 It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
2805 reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
2806 example,
2808 @example
2809 (define_insn ""
2810   [(set (pc)
2811         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
2812                                       [(cc0) (const_int 0)])
2813                       (pc)
2814                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
2815   "@var{condition}"
2816   "@dots{}")
2817 @end example
2819 In some cases machines support instructions identical except for the
2820 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
2821 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
2822 patterns are
2824 @example
2825 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
2826      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
2828 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
2829      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
2830 @end example
2832 @noindent
2833 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
2834 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
2835 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
2836 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
2837 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
2838 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
2840 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
2841 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
2842 compilations.
2844 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
2845 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
2846 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
2847 you should not provide separate patterns for increment and decrement
2848 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
2849 that supports register-register add insns by examining the operands and
2850 generating the appropriate machine instruction.
2852 @node Jump Patterns
2853 @section Defining Jump Instruction Patterns
2854 @cindex jump instruction patterns
2855 @cindex defining jump instruction patterns
2857 For most machines, GNU CC assumes that the machine has a condition code.
2858 A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
2859 signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
2860 insn tests the condition code and branches or not according its value.
2861 The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
2862 common machines, such as the Vax, the 68000 and the 32000, work this
2863 way.
2865 Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
2866 only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
2867 these machines is to treat them just like the others until the final stage
2868 where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
2869 compare instruction, peek ahead at the following branch using
2870 @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
2871 being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
2872 the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
2873 otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
2874 can treat signed and unsigned branches identically.
2876 The reason you can do this is that GNU CC always generates a pair of
2877 consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
2878 set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
2879 until the end.
2881 To go with this technique, you must define the machine-description macro
2882 @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
2883 compare instruction is superfluous.
2885 Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
2886 A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
2887 compare instruction, record its operands in two static variables.  When
2888 outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
2889 output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
2891 It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
2892 In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
2893 will be combined according to these patterns.  But this does not happen
2894 if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
2895 above in addition to any special patterns you define.
2897 In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
2898 code and there may not even be a separate condition code register.  On
2899 these machines, the restriction that the definition and use of the
2900 condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
2901 important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
2902 delay for taken branches unless the condition code register is set three
2903 instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
2904 scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
2905 separate the definition and use of the condition code register.
2907 On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
2908 to represent the condition code.  If there is a specific condition code
2909 register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
2910 comparison result can be placed in any general register, or if there are
2911 multiple condition registers, use a pseudo register.
2913 @findex prev_cc0_setter
2914 @findex next_cc0_user
2915 On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
2916 the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
2917 Sparc, setting the condition code directly from an add or subtract
2918 instruction does not clear the overflow bit the way that a test
2919 instruction does, so a different branch instruction must be used for
2920 some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
2921 and use of the condition code must be adjacent (separated only by
2922 @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
2923 (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
2924 located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
2925 and @code{next_cc0_user}.
2927 However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
2928 those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
2929 compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
2930 we use the machine mode of the condition code register to record
2931 different formats of the condition code register.
2933 Registers used to store the condition code value should have a mode that
2934 is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
2935 additional modes are required (as for the add example mentioned above in
2936 the Sparc), define the macro @code{EXTRA_CC_MODES} to list the
2937 additional modes required (@pxref{Condition Code}).  Also define
2938 @code{SELECT_CC_MODE} to choose a mode given an operand of a compare.
2940 If it is known during RTL generation that a different mode will be
2941 required (for example, if the machine has separate compare instructions
2942 for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
2943 be specified at that time.
2945 If the cases that require different modes would be made by instruction
2946 combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
2947 mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
2948 written using that mode.  To support the case of the add on the Sparc
2949 discussed above, we have the pattern
2951 @smallexample
2952 (define_insn ""
2953   [(set (reg:CC_NOOV 0)
2954         (compare:CC_NOOV
2955           (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
2956                    (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
2957           (const_int 0)))]
2958   ""
2959   "@dots{}")
2960 @end smallexample
2962 The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the Sparc returns @code{CC_NOOVmode}
2963 for comparisons whose argument is a @code{plus}.
2965 @node Insn Canonicalizations
2966 @section Canonicalization of Instructions
2967 @cindex canonicalization of instructions
2968 @cindex insn canonicalization
2970 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
2971 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
2972 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
2973 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
2974 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
2975 number of insn patterns required.
2977 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
2978 are performed:
2980 @itemize @bullet
2981 @item
2982 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
2983 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
2984 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
2985 be supplied.
2987 @cindex @code{neg}, canonicalization of
2988 @cindex @code{not}, canonicalization of
2989 @cindex @code{mult}, canonicalization of
2990 @cindex @code{plus}, canonicalization of
2991 @cindex @code{minus}, canonicalization of
2992 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
2993 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
2994 first operand.
2996 @cindex @code{compare}, canonicalization of
2997 @item
2998 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
2999 on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
3000 machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
3001 a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
3002 cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
3003 matching a constant as the first operand unless the machine actually has
3004 such an instruction.
3006 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
3007 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
3008 above.
3010 @item
3011 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
3012 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
3014 @item
3015 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
3016 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
3018 @cindex @code{ior}, canonicalization of
3019 @cindex @code{and}, canonicalization of
3020 @cindex De Morgan's law
3021 @item
3022 De`Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
3023 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
3024 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
3026 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
3027 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
3028 for that instruction as
3030 @example
3031 (define_insn ""
3032   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3033         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
3034                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
3035   "@dots{}"
3036   "@dots{}")
3037 @end example
3039 @noindent
3040 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
3042 @example
3043 (define_insn ""
3044   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3045         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
3046                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
3047   "@dots{}"
3048   "@dots{}")
3049 @end example
3051 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
3052 logically equivalent RTL expressions.
3054 @cindex @code{xor}, canonicalization of
3055 @item
3056 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
3057 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
3058 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.@refill
3060 @item
3061 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
3062 the form
3064 @example
3065 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
3066 @end example
3068 @item
3069 On machines that do not use @code{cc0},
3070 @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
3071 @var{x}.@refill
3073 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
3074 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
3075 @item
3076 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
3077 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
3078 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
3080 @end itemize
3082 @node Expander Definitions
3083 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
3084 @cindex expander definitions
3085 @cindex code generation RTL sequences
3086 @cindex defining RTL sequences for code generation
3088 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
3089 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
3090 represent them.  For these target machines, you can write a
3091 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL.
3093 @findex define_expand
3094 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
3095 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
3096 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
3098 A @code{define_expand} RTX has four operands:
3100 @itemize @bullet
3101 @item
3102 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
3103 use for it is to refer to it by name.
3105 @item
3106 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
3107 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
3108 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
3110 @item
3111 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
3112 used to express how the availability of this pattern depends on
3113 subclasses of target machine, selected by command-line options when GNU
3114 CC is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
3115 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
3116 depend on the data in the insn being matched, but only the
3117 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
3118 during initialization in order to learn exactly which named instructions
3119 are available in a particular run.
3121 @item
3122 The preparation statements, a string containing zero or more C
3123 statements which are to be executed before RTL code is generated from
3124 the RTL template.
3126 Usually these statements prepare temporary registers for use as
3127 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
3128 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
3129 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
3130 @end itemize
3132 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
3133 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
3134 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
3137 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
3138 also describes the operands that need to be specified when this pattern
3139 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
3141 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
3142 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
3143 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
3144 predicate into the tables that record such things.  GNU CC uses the
3145 information to preload the operand into a register if that is required for
3146 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
3147 references should use @code{match_dup}.
3149 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
3150 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
3151 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
3152 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
3153 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
3154 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
3155 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
3156 compute the values and store them into the appropriate elements of
3157 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
3159 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
3160 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
3161 as a statement.
3163 @table @code
3165 @findex DONE
3166 @item DONE
3167 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
3168 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
3169 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
3170 preparation statements; the RTL template will not be generated.
3172 @findex FAIL
3173 @item FAIL
3174 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
3175 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
3176 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
3178 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
3179 shifting, etc.) and bitfield (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
3180 operations.
3181 @end table
3183 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
3185 @smallexample
3186 @group
3187 (define_expand "ashlsi3"
3188   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3189         (ashift:SI
3190 @end group
3191 @group
3192           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
3193           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
3194   ""
3195   "
3196 @end group
3197 @end smallexample
3199 @smallexample
3200 @group
3202   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
3203       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
3204     FAIL;
3205 @}")
3206 @end group
3207 @end smallexample
3209 @noindent
3210 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
3211 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
3212 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
3213 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
3214 library call).
3216 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
3217 patterns with names, then it would be possible to use a
3218 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
3219 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
3221 @smallexample
3222 (define_expand "zero_extendhisi2"
3223   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
3224         (const_int 0))
3225    (set (strict_low_part
3226           (subreg:HI
3227             (match_dup 0)
3228             0))
3229         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
3230   ""
3231   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
3232 @end smallexample
3234 @noindent
3235 @findex make_safe_from
3236 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
3237 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
3238 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
3239 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
3240 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
3241 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
3242 by emitting another RTL insn.
3244 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
3245 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
3246 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
3247 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
3248 on this machine.  So it must be copied into a register with
3249 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
3251 @smallexample
3252 (define_expand "zero_extendhisi2"
3253   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3254         (and:SI (subreg:SI
3255                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
3256                   0)
3257                 (match_dup 2)))]
3258   ""
3259   "operands[2]
3260      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
3261 @end smallexample
3263 @strong{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
3264 standard binary or unary arithmetic operation or a bitfield operation,
3265 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
3266 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
3267 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
3268 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
3269 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
3270 in the compiler.@refill
3272 @node Insn Splitting
3273 @section Defining How to Split Instructions
3274 @cindex insn splitting
3275 @cindex instruction splitting
3276 @cindex splitting instructions
3278 There are two cases where you should specify how to split a pattern into
3279 multiple insns.  On machines that have instructions requiring delay
3280 slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose output is
3281 not available for multiple cycles (@pxref{Function Units}), the compiler
3282 phases that optimize these cases need to be able to move insns into
3283 one-instruction delay slots.  However, some insns may generate more than one
3284 machine instruction.  These insns cannot be placed into a delay slot.
3286 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
3287 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
3288 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
3289 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
3290 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
3291 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
3292 scheduling.
3294 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
3295 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
3296 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
3297 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
3298 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
3299 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
3300 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
3301 split the addition into two insns is machine-dependent.
3303 @findex define_split
3304 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
3305 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
3307 @smallexample
3308 (define_split
3309   [@var{insn-pattern}]
3310   "@var{condition}"
3311   [@var{new-insn-pattern-1}
3312    @var{new-insn-pattern-2}
3313    @dots{}]
3314   "@var{preparation statements}")
3315 @end smallexample
3317 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
3318 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
3319 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
3320 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
3321 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
3322 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
3324 The @var{preparation statements} are similar to those statements that
3325 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3326 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
3327 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
3328 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
3329 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
3330 must not allocate any space in the stack frame.
3332 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
3333 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
3334 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
3335 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
3336 @code{reload_completed} is non-zero, is known to satisfy the constraints
3337 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
3338 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
3339 @code{reload_completed} is non-zero, must also satisfy the constraints
3340 of those definitions.
3342 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
3343 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
3344 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
3346 @smallexample
3347 (define_split
3348   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
3349         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
3350   ""
3351   [(set (match_dup 0)
3352         (ashift:SI (match_dup 1)
3353                    (const_int 16)))
3354    (set (match_dup 0)
3355         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
3356                      (const_int 16)))]
3357   "
3358 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
3359 @end smallexample
3361 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
3362 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
3363 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
3364 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
3365 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
3366 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
3367 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
3368 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
3369 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
3370 @code{define_split} that will never produce insns that match).
3372 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
3373 @file{rs6000.md}:
3375 @smallexample
3376 (define_split
3377   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
3378         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
3379                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
3380   ""
3381   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
3382    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
3385   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
3386   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
3388   if (low & 0x8000)
3389     high++, low |= 0xffff0000;
3391   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
3392   operands[4] = GEN_INT (low);
3393 @}")
3394 @end smallexample
3396 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
3397 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
3398 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
3399 can be substituted into the address of a subsequent operation.
3401 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
3402 an equality comparison of a register and a large constant:
3404 @smallexample
3405 (define_split
3406   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
3407         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
3408                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
3409    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
3410   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
3411    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
3412        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
3413   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
3414    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
3415   "
3417   /* Get the constant we are comparing against, C, and see what it
3418      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
3419      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.  */
3421   int c = INTVAL (operands[2]);
3422   int sextc = (c << 16) >> 16;
3423   int xorv = c ^ sextc;
3425   operands[4] = GEN_INT (xorv);
3426   operands[5] = GEN_INT (sextc);
3427 @}")
3428 @end smallexample
3430 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
3431 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
3432 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
3433 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
3434 are not valid.
3436 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
3437 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
3438 this:
3440 @smallexample
3441 (define_insn_and_split
3442   [@var{insn-pattern}]
3443   "@var{condition}"
3444   "@var{output-template}"
3445   "@var{split-condition}"
3446   [@var{new-insn-pattern-1}
3447    @var{new-insn-pattern-2}
3448    @dots{}]
3449   "@var{preparation statements}"
3450   [@var{insn-attributes}])
3452 @end smallexample
3454 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
3455 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
3456 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
3457 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
3458 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
3459 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
3460 logical "and" of the split condition with the insn condition.  For example,
3461 from i386.md:
3463 @smallexample
3464 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
3465   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
3466      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
3467    (clobber (reg:CC 17))]
3468   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
3469   "#"
3470   "&& reload_completed"
3471   [(parallel [(set (match_dup 0) (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
3472               (clobber (reg:CC 17))])]
3473   ""
3474   [(set_attr "type" "alu1")])
3476 @end smallexample
3478 In this case, the actual split condition will be 
3479 "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed."
3481 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
3482 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
3483 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
3484 having to ensure the two patterns' templates match.
3486 @node Peephole Definitions
3487 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
3488 @cindex peephole optimizer definitions
3489 @cindex defining peephole optimizers
3491 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
3492 definitions of machine-specific peephole optimizations.
3494 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
3495 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
3496 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
3497 though the second one does not appear to use a register computed in the
3498 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
3499 opportunities.
3501 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
3502 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
3503 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
3504 is deprecated.
3506 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
3507 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
3508 but before scheduling, which may result in much better code for 
3509 targets that do scheduling.
3511 @menu
3512 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
3513 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
3514 @end menu
3516 @node define_peephole
3517 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
3518 @findex define_peephole
3520 @need 1000
3521 A definition looks like this:
3523 @smallexample
3524 (define_peephole
3525   [@var{insn-pattern-1}
3526    @var{insn-pattern-2}
3527    @dots{}]
3528   "@var{condition}"
3529   "@var{template}"
3530   "@var{optional insn-attributes}")
3531 @end smallexample
3533 @noindent
3534 The last string operand may be omitted if you are not using any
3535 machine-specific information in this machine description.  If present,
3536 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
3538 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
3539 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
3540 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
3541 the next, and so on.@refill
3543 Each of the insns matched by a peephole must also match a
3544 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
3545 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
3546 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
3547 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
3548 stages.
3550 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
3551 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
3552 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
3553 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
3554 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
3555 other.
3557 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
3558 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
3559 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
3560 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
3561 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
3563 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
3564 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
3565 previously tested.
3567 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
3568 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
3569 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
3570 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
3571 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
3572 patterns.
3574 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
3575 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
3576 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
3577 the operands.
3579 @findex prev_active_insn
3580 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
3581 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
3582 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
3583 to refer to the last of the insns being matched; use
3584 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
3586 @findex dead_or_set_p
3587 When optimizing computations with intermediate results, you can use
3588 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
3589 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
3590 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
3591 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
3592 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
3593 value (from @code{operands[@var{i}]}).@refill
3595 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
3596 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
3597 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
3598 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
3599 used in matching the original sequence of insns.
3601 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
3602 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
3603 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
3604 as the insn pattern to control how the insn is output.
3606 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
3607 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
3609 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
3611 @smallexample
3612 (define_peephole
3613   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
3614    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
3615         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
3616   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
3617   "*
3619   rtx xoperands[2];
3620   xoperands[1] = gen_rtx (REG, SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
3621 #ifdef MOTOROLA
3622   output_asm_insn (\"move.l %1,(sp)\", xoperands);
3623   output_asm_insn (\"move.l %1,-(sp)\", operands);
3624   return \"fmove.d (sp)+,%0\";
3625 #else
3626   output_asm_insn (\"movel %1,sp@@\", xoperands);
3627   output_asm_insn (\"movel %1,sp@@-\", operands);
3628   return \"fmoved sp@@+,%0\";
3629 #endif
3632 @end smallexample
3634 @need 1000
3635 The effect of this optimization is to change
3637 @smallexample
3638 @group
3639 jbsr _foobar
3640 addql #4,sp
3641 movel d1,sp@@-
3642 movel d0,sp@@-
3643 fmoved sp@@+,fp0
3644 @end group
3645 @end smallexample
3647 @noindent
3648 into
3650 @smallexample
3651 @group
3652 jbsr _foobar
3653 movel d1,sp@@
3654 movel d0,sp@@-
3655 fmoved sp@@+,fp0
3656 @end group
3657 @end smallexample
3659 @ignore
3660 @findex CC_REVERSED
3661 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
3662 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
3663 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
3664 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
3665 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
3666 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
3667 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
3668 and in this C code check the condition code status flags and change the
3669 assembler code as appropriate.
3670 @end ignore
3672 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
3673 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
3674 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
3675 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
3676 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
3677 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
3678 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
3679 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
3680 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
3682 @smallexample
3683 (define_insn "divmodsi4"
3684   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
3685         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
3686                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
3687    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
3688         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
3689   "TARGET_68020"
3690   "divsl%.l %2,%3:%0")
3691 @end smallexample
3693 @noindent
3694 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
3696 @smallexample
3697 (define_peephole
3698   [@dots{}
3699    (parallel
3700     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
3701           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
3702                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
3703      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
3704           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
3705    @dots{}]
3706   @dots{})
3707 @end smallexample
3709 @node define_peephole2
3710 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
3711 @findex define_peephole2
3713 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
3714 substitute one sequence of instructions for another sequence, 
3715 what additional scratch registers may be needed and what their
3716 lifetimes must be.
3718 @smallexample
3719 (define_peephole2
3720   [@var{insn-pattern-1}
3721    @var{insn-pattern-2}
3722    @dots{}]
3723   "@var{condition}"
3724   [@var{new-insn-pattern-1}
3725    @var{new-insn-pattern-2}
3726    @dots{}]
3727   "@var{preparation statements}")
3728 @end smallexample
3730 The definition is almost identical to @code{define_split}
3731 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
3732 single instruction, but a sequence of instructions.
3734 It is possible to request additional scratch registers for use in the
3735 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
3736 will simply not match.
3738 @findex match_scratch
3739 @findex match_dup
3740 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
3741 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
3742 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
3743 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
3744 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
3745 at which the register must be available.
3747 Here is an example from the IA-32 machine description:
3749 @smallexample
3750 (define_peephole2
3751   [(match_scratch:SI 2 "r")
3752    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3753                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
3754                      [(match_dup 0)
3755                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
3756               (clobber (reg:CC 17))])]
3757   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
3758   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
3759    (parallel [(set (match_dup 0)
3760                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
3761               (clobber (reg:CC 17))])]
3762   "")
3763 @end smallexample
3765 @noindent
3766 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
3767 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
3768 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
3769 to be live only at the point just before the arithmetic.
3771 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
3772 so here's a silly made-up example:
3774 @smallexample
3775 (define_peephole2
3776   [(match_scratch:SI 4 "r")
3777    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
3778    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
3779    (match_dup 4)
3780    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
3781   "@var{determine 1 does not overlap 0 and 2}"
3782   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
3783    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
3784    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
3785    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
3786   "")
3787 @end smallexample
3789 @noindent
3790 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
3791 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
3792 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
3794 @node Insn Attributes
3795 @section Instruction Attributes
3796 @cindex insn attributes
3797 @cindex instruction attributes
3799 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
3800 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
3801 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
3802 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
3803 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
3804 to track the condition codes.
3806 @menu
3807 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
3808 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
3809 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
3810 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
3811 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
3812 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
3813 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
3814 * Function Units::      Specifying information for insn scheduling.
3815 @end menu
3817 @node Defining Attributes
3818 @subsection Defining Attributes and their Values
3819 @cindex defining attributes and their values
3820 @cindex attributes, defining
3822 @findex define_attr
3823 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
3824 by the target machine.  It looks like:
3826 @smallexample
3827 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
3828 @end smallexample
3830 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
3832 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
3833 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
3834 indicate that the attribute takes numeric values.
3836 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
3837 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
3838 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
3839 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
3840 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
3842 @findex insn-attr.h
3843 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
3844 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
3845 specified for an attribute, the following are defined:
3847 @itemize @bullet
3848 @item
3849 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
3851 @item
3852 An enumeral class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
3853 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
3854 the attribute name and value are first converted to upper case.
3856 @item
3857 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
3858 returns the attribute value for that insn.
3859 @end itemize
3861 For example, if the following is present in the @file{md} file:
3863 @smallexample
3864 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
3865 @end smallexample
3867 @noindent
3868 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
3870 @smallexample
3871 #define HAVE_ATTR_type
3872 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
3873                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
3874 extern enum attr_type get_attr_type ();
3875 @end smallexample
3877 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
3878 defined and the function to obtain the attribute's value will return
3879 @code{int}.
3881 @node Expressions
3882 @subsection Attribute Expressions
3883 @cindex attribute expressions
3885 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
3886 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
3887 Attribute value expressions must have one of the following forms:
3889 @table @code
3890 @cindex @code{const_int} and attributes
3891 @item (const_int @var{i})
3892 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
3893 must be non-negative.
3895 The value of a numeric attribute can be specified either with a
3896 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
3897 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
3898 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
3899 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
3901 @cindex @code{const_string} and attributes
3902 @item (const_string @var{value})
3903 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
3904 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
3905 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
3906 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
3907 of a @code{define_attr}.@refill
3909 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
3910 must be a string containing a non-negative integer (normally
3911 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
3912 contain one of the valid values for the attribute.
3914 @cindex @code{if_then_else} and attributes
3915 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
3916 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
3917 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
3918 otherwise it is @var{false-value}.
3920 @cindex @code{cond} and attributes
3921 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
3922 The first operand of this expression is a vector containing an even
3923 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
3924 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
3925 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
3926 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
3927 expression is that of the @var{default} expression.
3928 @end table
3930 @var{test} expressions can have one of the following forms:
3932 @table @code
3933 @cindex @code{const_int} and attribute tests
3934 @item (const_int @var{i})
3935 This test is true if @var{i} is non-zero and false otherwise.
3937 @cindex @code{not} and attributes
3938 @cindex @code{ior} and attributes
3939 @cindex @code{and} and attributes
3940 @item (not @var{test})
3941 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
3942 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
3943 These tests are true if the indicated logical function is true.
3945 @cindex @code{match_operand} and attributes
3946 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
3947 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
3948 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
3949 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
3950 @var{pred} returns a non-zero value when passed operand @var{n} and mode
3951 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
3952 string).
3954 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
3956 @cindex @code{le} and attributes
3957 @cindex @code{leu} and attributes
3958 @cindex @code{lt} and attributes
3959 @cindex @code{gt} and attributes
3960 @cindex @code{gtu} and attributes
3961 @cindex @code{ge} and attributes
3962 @cindex @code{geu} and attributes
3963 @cindex @code{ne} and attributes
3964 @cindex @code{eq} and attributes
3965 @cindex @code{plus} and attributes
3966 @cindex @code{minus} and attributes
3967 @cindex @code{mult} and attributes
3968 @cindex @code{div} and attributes
3969 @cindex @code{mod} and attributes
3970 @cindex @code{abs} and attributes
3971 @cindex @code{neg} and attributes
3972 @cindex @code{ashift} and attributes
3973 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
3974 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
3975 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
3976 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
3977 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
3978 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
3979 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
3980 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
3981 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
3982 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
3983 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
3984 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
3985 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
3986 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
3987 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
3988 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
3989 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.@refill
3991 @findex get_attr
3992 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
3993 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
3994 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
3995 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
3996 variable.@refill
3998 @findex eq_attr
3999 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
4000 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
4002 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
4003 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
4004 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
4005 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
4006 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
4007 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
4008 @emph{not} in the specified list.
4010 For example,
4012 @smallexample
4013 (eq_attr "type" "load,store")
4014 @end smallexample
4016 @noindent
4017 is equivalent to
4019 @smallexample
4020 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
4021 @end smallexample
4023 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
4024 value of the compiler variable @code{which_alternative}
4025 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
4026 example,@refill
4028 @smallexample
4029 (eq_attr "alternative" "2,3")
4030 @end smallexample
4032 @noindent
4033 is equivalent to
4035 @smallexample
4036 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
4037      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
4038 @end smallexample
4040 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
4041 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
4042 a particular pattern.  This is by far the most common case.@refill
4044 @findex attr_flag
4045 @item (attr_flag @var{name})
4046 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
4047 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
4048 scheduled.
4050 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
4051 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
4052 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
4053 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
4054 if a conditional branch is expected to be taken.
4056 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
4057 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
4059 This example describes a conditional branch delay slot which
4060 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
4061 for backward branches which are not taken (annul-false).
4063 @smallexample
4064 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
4065   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
4066    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
4067         (attr_flag "forward"))
4068    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
4069         (attr_flag "backward"))])
4070 @end smallexample
4072 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
4073 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
4075 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
4076 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
4077 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
4078 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
4080 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
4081 meaning to other passes of the compiler.
4083 @findex attr
4084 @item (attr @var{name})
4085 The value of another attribute is returned.  This is most useful
4086 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
4087 produce more efficient code for non-numeric attributes.
4088 @end table
4090 @node Tagging Insns
4091 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
4092 @cindex tagging insns
4093 @cindex assigning attribute values to insns
4095 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
4096 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
4097 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
4098 have an optional last argument to specify the values of attributes for
4099 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
4100 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
4101 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
4102 permits the specification of the values for only one or two attributes
4103 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
4104 next section.@refill
4106 The optional last argument of @code{define_insn} and
4107 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
4108 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
4109 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
4110 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
4111 second operand of the @code{set} is an attribute expression
4112 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.@refill
4114 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
4115 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
4116 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
4117 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
4118 each alternative.
4120 @findex set_attr
4121 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
4122 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
4123 specifying a string giving either a single attribute value or a list
4124 of attribute values, one for each alternative.
4126 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
4127 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
4129 @table @code
4130 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
4131 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
4132 or a string containing a comma-separated list giving the values for
4133 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
4134 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
4136 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
4137 which case the attribute will assume its default value for insns matching
4138 that alternative.
4140 @findex set_attr_alternative
4141 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
4142 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
4143 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
4144 tests on the @samp{alternative} attribute.
4146 @findex attr
4147 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
4148 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
4149 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
4150 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
4151 @end table
4153 The following shows three different ways of representing the same
4154 attribute value specification:
4156 @smallexample
4157 (set_attr "type" "load,store,arith")
4159 (set_attr_alternative "type"
4160                       [(const_string "load") (const_string "store")
4161                        (const_string "arith")])
4163 (set (attr "type")
4164      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
4165             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
4166            (const_string "arith")))
4167 @end smallexample
4169 @need 1000
4170 @findex define_asm_attributes
4171 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
4172 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
4173 statement.  It has the form:
4175 @smallexample
4176 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
4177 @end smallexample
4179 @noindent
4180 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
4181 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
4183 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
4184 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
4186 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
4187 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
4188 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
4189 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
4190 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
4191 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
4192 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
4193 of a single machine instruction.
4195 @node Attr Example
4196 @subsection Example of Attribute Specifications
4197 @cindex attribute specifications example
4198 @cindex attribute specifications
4200 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
4201 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
4202 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
4203 value.  This attribute is normally used only to define the default value
4204 for other attributes.  An example will clarify this usage.
4206 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
4207 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
4208 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
4209 operations, floating point operations, and branches.
4211 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
4212 the condition code and will limit ourselves to the following possible
4213 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
4214 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
4215 changed if the item previously set into the condition code has been
4216 modified.
4218 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
4220 @smallexample
4221 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
4223 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
4224              (cond [(eq_attr "type" "load")
4225                         (const_string "change0")
4226                     (eq_attr "type" "store,branch")
4227                         (const_string "unchanged")
4228                     (eq_attr "type" "arith")
4229                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
4230                                       (const_string "set")
4231                                       (const_string "clobber"))]
4232                    (const_string "clobber")))
4234 (define_insn ""
4235   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
4236         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
4237   ""
4238   "@@
4239    move %0,%1
4240    load %0,%1
4241    store %0,%1"
4242   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
4243 @end smallexample
4245 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
4246 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
4247 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
4248 full-word result.
4250 @node Insn Lengths
4251 @subsection Computing the Length of an Insn
4252 @cindex insn lengths, computing
4253 @cindex computing the length of an insn
4255 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
4256 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
4257 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
4258 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @samp{length}
4259 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
4260 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
4262 In the case of the @samp{length} attribute, two additional forms of
4263 arithmetic terms are allowed in test expressions:
4265 @table @code
4266 @cindex @code{match_dup} and attributes
4267 @item (match_dup @var{n})
4268 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
4269 must be a @code{label_ref}.
4271 @cindex @code{pc} and attributes
4272 @item (pc)
4273 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
4274 been more consistent with other usage to make this the address of the
4275 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
4276 current insn is to be computed.
4277 @end table
4279 @cindex @code{addr_vec}, length of
4280 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
4281 For normal insns, the length will be determined by value of the
4282 @samp{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
4283 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
4284 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
4286 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
4288 The following macros can be used to refine the length computation:
4290 @table @code
4291 @findex FIRST_INSN_ADDRESS
4292 @item FIRST_INSN_ADDRESS
4293 When the @code{length} insn attribute is used, this macro specifies the
4294 value to be assigned to the address of the first insn in a function.  If
4295 not specified, 0 is used.
4297 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
4298 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
4299 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
4300 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
4301 that contains the initially computed length of the insn and should be
4302 updated with the correct length of the insn.
4304 This macro will normally not be required.  A case in which it is
4305 required is the ROMP.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
4306 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
4307 may be required.
4308 @end table
4310 @findex get_attr_length
4311 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
4312 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
4313 determine the form of the branch instruction to be written, as the
4314 example below illustrates.
4316 As an example of the specification of variable-length branches, consider
4317 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
4318 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
4319 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
4320 sequence to load the address from memory and then branch to it.
4322 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
4323 as follows:
4325 @smallexample
4326 (define_insn "jump"
4327   [(set (pc)
4328         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
4329   ""
4330   "*
4332    return (get_attr_length (insn) == 4
4333            ? \"b %l0\" : \"l r15,=a(%l0); br r15\");
4335   [(set (attr "length") (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
4336                                       (const_int 4)
4337                                       (const_int 6)))])
4338 @end smallexample
4340 @node Constant Attributes
4341 @subsection Constant Attributes
4342 @cindex constant attributes
4344 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
4345 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
4346 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
4347 used to specify which variety of processor is used.  For example,
4349 @smallexample
4350 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
4351  (const
4352   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
4353          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
4354         (const_string "m88000"))))
4356 (define_attr "memory" "fast,slow"
4357  (const
4358   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
4359                 (const_string "fast")
4360                 (const_string "slow"))))
4361 @end smallexample
4363 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
4364 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
4365 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
4366 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
4367 forms involving insn attributes.
4369 @node Delay Slots
4370 @subsection Delay Slot Scheduling
4371 @cindex delay slots, defining
4373 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
4374 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
4375 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
4376 after the instruction are executed as if they were located before it.
4377 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
4378 the following instruction before the branch or call is performed.
4380 On some machines, conditional branch instructions can optionally
4381 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
4382 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
4383 instructions that annul if the branch is true and instructions that
4384 annul if the branch is false are supported.
4386 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
4387 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
4388 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
4389 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
4390 instruction scheduling.
4392 @findex define_delay
4393 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
4394 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
4396 @smallexample
4397 (define_delay @var{test}
4398               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
4399                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
4400                @dots{}])
4401 @end smallexample
4403 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
4404 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
4405 required delay slots is determined by the length of the vector specified
4406 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
4407 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
4408 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
4409 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
4410 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
4411 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.@refill
4413 For example, in the common case where branch and call insns require
4414 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
4415 call, the following would be placed in the @file{md} file:
4417 @smallexample
4418 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
4419               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
4420 @end smallexample
4422 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
4423 case, each such expression specifies different delay slot requirements
4424 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
4425 expressions are both true.
4427 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
4428 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
4429 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
4430 branch is true, we might represent this as follows:
4432 @smallexample
4433 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
4434    [(eq_attr "type" "!branch,call")
4435     (eq_attr "type" "!branch,call")
4436     (nil)])
4438 (define_delay (eq_attr "type" "call")
4439               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
4440                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
4441 @end smallexample
4442 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
4444 @node Function Units
4445 @subsection Specifying Function Units
4446 @cindex function units, for scheduling
4448 On most RISC machines, there are instructions whose results are not
4449 available for a specific number of cycles.  Common cases are instructions
4450 that load data from memory.  On many machines, a pipeline stall will result
4451 if the data is referenced too soon after the load instruction.
4453 In addition, many newer microprocessors have multiple function units, usually
4454 one for integer and one for floating point, and often will incur pipeline
4455 stalls when a result that is needed is not yet ready.
4457 The descriptions in this section allow the specification of how much
4458 time must elapse between the execution of an instruction and the time
4459 when its result is used.  It also allows specification of when the
4460 execution of an instruction will delay execution of similar instructions
4461 due to function unit conflicts.
4463 For the purposes of the specifications in this section, a machine is
4464 divided into @dfn{function units}, each of which execute a specific
4465 class of instructions in first-in-first-out order.  Function units that
4466 accept one instruction each cycle and allow a result to be used in the
4467 succeeding instruction (usually via forwarding) need not be specified.
4468 Classic RISC microprocessors will normally have a single function unit,
4469 which we can call @samp{memory}.  The newer ``superscalar'' processors
4470 will often have function units for floating point operations, usually at
4471 least a floating point adder and multiplier.
4473 @findex define_function_unit
4474 Each usage of a function units by a class of insns is specified with a
4475 @code{define_function_unit} expression, which looks like this:
4477 @smallexample
4478 (define_function_unit @var{name} @var{multiplicity} @var{simultaneity}
4479                       @var{test} @var{ready-delay} @var{issue-delay}
4480                      [@var{conflict-list}])
4481 @end smallexample
4483 @var{name} is a string giving the name of the function unit.
4485 @var{multiplicity} is an integer specifying the number of identical
4486 units in the processor.  If more than one unit is specified, they will
4487 be scheduled independently.  Only truly independent units should be
4488 counted; a pipelined unit should be specified as a single unit.  (The
4489 only common example of a machine that has multiple function units for a
4490 single instruction class that are truly independent and not pipelined
4491 are the two multiply and two increment units of the CDC 6600.)
4493 @var{simultaneity} specifies the maximum number of insns that can be
4494 executing in each instance of the function unit simultaneously or zero
4495 if the unit is pipelined and has no limit.
4497 All @code{define_function_unit} definitions referring to function unit
4498 @var{name} must have the same name and values for @var{multiplicity} and
4499 @var{simultaneity}.
4501 @var{test} is an attribute test that selects the insns we are describing
4502 in this definition.  Note that an insn may use more than one function
4503 unit and a function unit may be specified in more than one
4504 @code{define_function_unit}.
4506 @var{ready-delay} is an integer that specifies the number of cycles
4507 after which the result of the instruction can be used without
4508 introducing any stalls.
4510 @var{issue-delay} is an integer that specifies the number of cycles
4511 after the instruction matching the @var{test} expression begins using
4512 this unit until a subsequent instruction can begin.  A cost of @var{N}
4513 indicates an @var{N-1} cycle delay.  A subsequent instruction may also
4514 be delayed if an earlier instruction has a longer @var{ready-delay}
4515 value.  This blocking effect is computed using the @var{simultaneity},
4516 @var{ready-delay}, @var{issue-delay}, and @var{conflict-list} terms.
4517 For a normal non-pipelined function unit, @var{simultaneity} is one, the
4518 unit is taken to block for the @var{ready-delay} cycles of the executing
4519 insn, and smaller values of @var{issue-delay} are ignored.
4521 @var{conflict-list} is an optional list giving detailed conflict costs
4522 for this unit.  If specified, it is a list of condition test expressions
4523 to be applied to insns chosen to execute in @var{name} following the
4524 particular insn matching @var{test} that is already executing in
4525 @var{name}.  For each insn in the list, @var{issue-delay} specifies the
4526 conflict cost; for insns not in the list, the cost is zero.  If not
4527 specified, @var{conflict-list} defaults to all instructions that use the
4528 function unit.
4530 Typical uses of this vector are where a floating point function unit can
4531 pipeline either single- or double-precision operations, but not both, or
4532 where a memory unit can pipeline loads, but not stores, etc.
4534 As an example, consider a classic RISC machine where the result of a
4535 load instruction is not available for two cycles (a single ``delay''
4536 instruction is required) and where only one load instruction can be executed
4537 simultaneously.  This would be specified as:
4539 @smallexample
4540 (define_function_unit "memory" 1 1 (eq_attr "type" "load") 2 0)
4541 @end smallexample
4543 For the case of a floating point function unit that can pipeline either
4544 single or double precision, but not both, the following could be specified:
4546 @smallexample
4547 (define_function_unit
4548    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "sp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "dp_fp")])
4549 (define_function_unit
4550    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "dp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "sp_fp")])
4551 @end smallexample
4553 @strong{Note:} The scheduler attempts to avoid function unit conflicts
4554 and uses all the specifications in the @code{define_function_unit}
4555 expression.  It has recently come to our attention that these
4556 specifications may not allow modeling of some of the newer
4557 ``superscalar'' processors that have insns using multiple pipelined
4558 units.  These insns will cause a potential conflict for the second unit
4559 used during their execution and there is no way of representing that
4560 conflict.  We welcome any examples of how function unit conflicts work
4561 in such processors and suggestions for their representation.
4562 @end ifset
4564 @node Conditional Execution
4565 @section Conditional Execution
4566 @cindex conditional execution
4567 @cindex predication
4569 A number of architectures provide for some form of conditional
4570 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
4571 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
4572 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
4573 can be quite tedious to describe these forms directly in the
4574 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
4576 @findex define_cond_exec
4577 @smallexample
4578 (define_cond_exec
4579   [@var{predicate-pattern}]
4580   "@var{condition}"
4581   "@var{output template}")
4582 @end smallexample
4584 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
4585 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
4586 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
4587 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
4588 alternative.
4590 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
4591 pattern to match.
4593 @findex current_insn_predicate
4594 @var{output template} is a string similar to the @code{define_insn}
4595 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
4596 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
4597 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
4598 In order to handle the general case, there is a global variable
4599 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
4600 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
4602 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to 
4603 the @code{predicable} instruction attribute is made. 
4604 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be boolean (i.e. have
4605 exactly two elements in its @var{list-of-values}).  Further, it must
4606 not be used with complex expressions.  That is, the default and all
4607 uses in the insns must be a simple constant, not dependent on the 
4608 alternative or anything else.
4610 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable} 
4611 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
4612 generated that matches a predicated version of the instruction.
4613 For example,
4615 @smallexample
4616 (define_insn "addsi"
4617   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
4618         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
4619                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
4620   "@var{test1}"
4621   "add %2,%1,%0")
4623 (define_cond_exec
4624   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
4625        (const_int 0))]
4626   "@var{test2}"
4627   "(%0)")
4628 @end smallexample
4630 @noindent
4631 generates a new pattern
4633 @smallexample
4634 (define_insn ""
4635   [(cond_exec
4636      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
4637      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
4638           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
4639                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
4640   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
4641   "(%3) add %2,%1,%0")
4642 @end smallexample