2017-05-25 Paolo Carlini <paolo.carlini@oracle.com>
[official-gcc.git] / gcc / doc / md.texi
bloba334e52c4e413e0c16a6ed011ef4472002dce307
1 @c Copyright (C) 1988-2017 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 * Overview::            How the machine description is used.
23 * Patterns::            How to write instruction patterns.
24 * Example::             An explained example of a @code{define_insn} pattern.
25 * RTL Template::        The RTL template defines what insns match a pattern.
26 * Output Template::     The output template says how to make assembler code
27                         from such an insn.
28 * Output Statement::    For more generality, write C code to output
29                         the assembler code.
30 * Predicates::          Controlling what kinds of operands can be used
31                         for an insn.
32 * Constraints::         Fine-tuning operand selection.
33 * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
34 * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
35 * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
36 * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
37 * Looping Patterns::    How to define patterns for special looping insns.
38 * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
39 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
40                         for a standard operation.
41 * Insn Splitting::      Splitting Instructions into Multiple Instructions.
42 * Including Patterns::  Including Patterns in Machine Descriptions.
43 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
44 * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
45 * Conditional Execution::Generating @code{define_insn} patterns for
46                          predication.
47 * Define Subst::        Generating @code{define_insn} and @code{define_expand}
48                         patterns from other patterns.
49 * Constant Definitions::Defining symbolic constants that can be used in the
50                         md file.
51 * Iterators::           Using iterators to generate patterns from a template.
52 @end menu
54 @node Overview
55 @section Overview of How the Machine Description is Used
57 There are three main conversions that happen in the compiler:
59 @enumerate
61 @item
62 The front end reads the source code and builds a parse tree.
64 @item
65 The parse tree is used to generate an RTL insn list based on named
66 instruction patterns.
68 @item
69 The insn list is matched against the RTL templates to produce assembler
70 code.
72 @end enumerate
74 For the generate pass, only the names of the insns matter, from either a
75 named @code{define_insn} or a @code{define_expand}.  The compiler will
76 choose the pattern with the right name and apply the operands according
77 to the documentation later in this chapter, without regard for the RTL
78 template or operand constraints.  Note that the names the compiler looks
79 for are hard-coded in the compiler---it will ignore unnamed patterns and
80 patterns with names it doesn't know about, but if you don't provide a
81 named pattern it needs, it will abort.
83 If a @code{define_insn} is used, the template given is inserted into the
84 insn list.  If a @code{define_expand} is used, one of three things
85 happens, based on the condition logic.  The condition logic may manually
86 create new insns for the insn list, say via @code{emit_insn()}, and
87 invoke @code{DONE}.  For certain named patterns, it may invoke @code{FAIL} to tell the
88 compiler to use an alternate way of performing that task.  If it invokes
89 neither @code{DONE} nor @code{FAIL}, the template given in the pattern
90 is inserted, as if the @code{define_expand} were a @code{define_insn}.
92 Once the insn list is generated, various optimization passes convert,
93 replace, and rearrange the insns in the insn list.  This is where the
94 @code{define_split} and @code{define_peephole} patterns get used, for
95 example.
97 Finally, the insn list's RTL is matched up with the RTL templates in the
98 @code{define_insn} patterns, and those patterns are used to emit the
99 final assembly code.  For this purpose, each named @code{define_insn}
100 acts like it's unnamed, since the names are ignored.
102 @node Patterns
103 @section Everything about Instruction Patterns
104 @cindex patterns
105 @cindex instruction patterns
107 @findex define_insn
108 A @code{define_insn} expression is used to define instruction patterns
109 to which insns may be matched.  A @code{define_insn} expression contains
110 an incomplete RTL expression, with pieces to be filled in later, operand
111 constraints that restrict how the pieces can be filled in, and an output
112 template or C code to generate the assembler output.
114 A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
116 @enumerate
117 @item
118 An optional name.  The presence of a name indicate that this instruction
119 pattern can perform a certain standard job for the RTL-generation
120 pass of the compiler.  This pass knows certain names and will use
121 the instruction patterns with those names, if the names are defined
122 in the machine description.
124 The absence of a name is indicated by writing an empty string
125 where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
126 used for generating RTL code, but they may permit several simpler insns
127 to be combined later on.
129 Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
130 effect; they are equivalent to no name at all.
132 For the purpose of debugging the compiler, you may also specify a
133 name beginning with the @samp{*} character.  Such a name is used only
134 for identifying the instruction in RTL dumps; it is equivalent to having
135 a nameless pattern for all other purposes.  Names beginning with the
136 @samp{*} character are not required to be unique.
138 @item
139 The @dfn{RTL template}: This is a vector of incomplete RTL expressions
140 which describe the semantics of the instruction (@pxref{RTL Template}).
141 It is incomplete because it may contain @code{match_operand},
142 @code{match_operator}, and @code{match_dup} expressions that stand for
143 operands of the instruction.
145 If the vector has multiple elements, the RTL template is treated as a
146 @code{parallel} expression.
148 @item
149 @cindex pattern conditions
150 @cindex conditions, in patterns
151 The condition: This is a string which contains a C expression.  When the
152 compiler attempts to match RTL against a pattern, the condition is
153 evaluated.  If the condition evaluates to @code{true}, the match is
154 permitted.  The condition may be an empty string, which is treated
155 as always @code{true}.
157 @cindex named patterns and conditions
158 For a named pattern, the condition may not depend on the data in the
159 insn being matched, but only the target-machine-type flags.  The compiler
160 needs to test these conditions during initialization in order to learn
161 exactly which named instructions are available in a particular run.
163 @findex operands
164 For nameless patterns, the condition is applied only when matching an
165 individual insn, and only after the insn has matched the pattern's
166 recognition template.  The insn's operands may be found in the vector
167 @code{operands}.
169 For an insn where the condition has once matched, it
170 cannot later be used to control register allocation by excluding
171 certain register or value combinations.
173 @item
174 The @dfn{output template} or @dfn{output statement}: This is either
175 a string, or a fragment of C code which returns a string.
177 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
178 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
180 @item
181 The @dfn{insn attributes}: This is an optional vector containing the values of
182 attributes for insns matching this pattern (@pxref{Insn Attributes}).
183 @end enumerate
185 @node Example
186 @section Example of @code{define_insn}
187 @cindex @code{define_insn} example
189 Here is an example of an instruction pattern, taken from the machine
190 description for the 68000/68020.
192 @smallexample
193 (define_insn "tstsi"
194   [(set (cc0)
195         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
196   ""
197   "*
199   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
200     return \"tstl %0\";
201   return \"cmpl #0,%0\";
202 @}")
203 @end smallexample
205 @noindent
206 This can also be written using braced strings:
208 @smallexample
209 (define_insn "tstsi"
210   [(set (cc0)
211         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
212   ""
214   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
215     return "tstl %0";
216   return "cmpl #0,%0";
218 @end smallexample
220 This describes an instruction which sets the condition codes based on the
221 value of a general operand.  It has no condition, so any insn with an RTL
222 description of the form shown may be matched to this pattern.  The name
223 @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL
224 generation pass that, when it is necessary to test such a value, an insn
225 to do so can be constructed using this pattern.
227 The output control string is a piece of C code which chooses which
228 output template to return based on the kind of operand and the specific
229 type of CPU for which code is being generated.
231 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
233 @node RTL Template
234 @section RTL Template
235 @cindex RTL insn template
236 @cindex generating insns
237 @cindex insns, generating
238 @cindex recognizing insns
239 @cindex insns, recognizing
241 The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
242 and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
243 says how to construct an insn from specified operands.
245 Construction involves substituting specified operands into a copy of the
246 template.  Matching involves determining the values that serve as the
247 operands in the insn being matched.  Both of these activities are
248 controlled by special expression types that direct matching and
249 substitution of the operands.
251 @table @code
252 @findex match_operand
253 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
254 This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
255 the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
256 will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
257 appears at this position in the insn will be taken as operand
258 number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
259 pattern will not match at all.
261 Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
262 each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
263 expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
264 are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
265 expressions.  In the case of a @code{define_expand}, any operand numbers
266 used only in @code{match_dup} expressions have higher values than all
267 other operand numbers.
269 @var{predicate} is a string that is the name of a function that
270 accepts two arguments, an expression and a machine mode.
271 @xref{Predicates}.  During matching, the function will be called with
272 the putative operand as the expression and @var{m} as the mode
273 argument (if @var{m} is not specified, @code{VOIDmode} will be used,
274 which normally causes @var{predicate} to accept any mode).  If it
275 returns zero, this instruction pattern fails to match.
276 @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be
277 done on the operand, so anything which occurs in this position is
278 valid.
280 Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
281 not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
282 @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
283 Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
284 @code{VOIDmode}.
286 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
287 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
288 If the constraint would be an empty string, it can be omitted.
290 People are often unclear on the difference between the constraint and the
291 predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
292 pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
293 controls various decisions in the case of an insn which does match.
295 @findex match_scratch
296 @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
297 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
298 and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
299 expression.
301 When matching patterns, this is equivalent to
303 @smallexample
304 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{constraint})
305 @end smallexample
307 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
308 expression.
310 If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
311 expressions whose operands are either a hard register or
312 @code{match_scratch}, the combiner can add or delete them when
313 necessary.  @xref{Side Effects}.
315 @findex match_dup
316 @item (match_dup @var{n})
317 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
318 It is used when the operand needs to appear more than once in the
319 insn.
321 In construction, @code{match_dup} acts just like @code{match_operand}:
322 the operand is substituted into the insn being constructed.  But in
323 matching, @code{match_dup} behaves differently.  It assumes that operand
324 number @var{n} has already been determined by a @code{match_operand}
325 appearing earlier in the recognition template, and it matches only an
326 identical-looking expression.
328 Note that @code{match_dup} should not be used to tell the compiler that
329 a particular register is being used for two operands (example:
330 @code{add} that adds one register to another; the second register is
331 both an input operand and the output operand).  Use a matching
332 constraint (@pxref{Simple Constraints}) for those.  @code{match_dup} is for the cases where one
333 operand is used in two places in the template, such as an instruction
334 that computes both a quotient and a remainder, where the opcode takes
335 two input operands but the RTL template has to refer to each of those
336 twice; once for the quotient pattern and once for the remainder pattern.
338 @findex match_operator
339 @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
340 This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
341 code.
343 When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
344 expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
345 operands are constructed from the patterns @var{operands}.
347 When matching an expression, it matches an expression if the function
348 @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
349 patterns @var{operands} match the operands of the expression.
351 Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
352 follows, to match any expression whose operator is one of the
353 commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
355 @smallexample
357 commutative_integer_operator (x, mode)
358      rtx x;
359      machine_mode mode;
361   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
362   if (GET_MODE (x) != mode)
363     return 0;
364   return (GET_RTX_CLASS (code) == RTX_COMM_ARITH
365           || code == EQ || code == NE);
367 @end smallexample
369 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
370 of a commutative operator applied to two general operands:
372 @smallexample
373 (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
374   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
375    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
376 @end smallexample
378 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
379 because the expressions to be matched all contain two operands.
381 When this pattern does match, the two operands of the commutative
382 operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
383 by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
384 will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
385 (operands[3])} to see which commutative operator was used.
387 The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
388 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
389 predicate function, and that function is solely responsible for
390 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
392 When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
393 the operation (i.e.@: the expression code) for the expression to be
394 made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
395 into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
396 gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
397 only its expression code matters.
399 When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
400 it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
401 is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
402 register allocation because the register allocator often looks at
403 operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
405 There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
406 operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
407 never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
408 However, if parts of its @var{operands} are matched by
409 @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
410 their own.
412 @findex match_op_dup
413 @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
414 Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
415 operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
416 substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
417 differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
418 determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
419 recognition template, and it matches only an identical-looking
420 expression.
422 @findex match_parallel
423 @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
424 This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
425 @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
426 expression should only appear at the top level of an insn pattern.
428 When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
429 this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
430 is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
431 vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
432 @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
433 @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
434 @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
435 of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
436 those listed in the @code{match_parallel}.
438 A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
439 multiple expressions, which can contain a variable number of elements
440 in a @code{parallel}.  For example,
442 @smallexample
443 (define_insn ""
444   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
445      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
446            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
447       (use (reg:SI 179))
448       (clobber (reg:SI 179))])]
449   ""
450   "loadm 0,0,%1,%2")
451 @end smallexample
453 This example comes from @file{a29k.md}.  The function
454 @code{load_multiple_operation} is defined in @file{a29k.c} and checks
455 that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
456 @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
457 registers and memory locations.
459 An insn that matches this pattern might look like:
461 @smallexample
462 (parallel
463  [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
464   (use (reg:SI 179))
465   (clobber (reg:SI 179))
466   (set (reg:SI 21)
467        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
468                         (const_int 4))))
469   (set (reg:SI 22)
470        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
471                         (const_int 8))))])
472 @end smallexample
474 @findex match_par_dup
475 @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
476 Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
477 @code{match_operator}.
479 @end table
481 @node Output Template
482 @section Output Templates and Operand Substitution
483 @cindex output templates
484 @cindex operand substitution
486 @cindex @samp{%} in template
487 @cindex percent sign
488 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
489 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
490 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
491 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
492 identify places where different variants of the assembler require
493 different syntax.
495 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
496 operand @var{n} at that point in the string.
498 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
499 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
500 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
501 additional letters with nonstandard meanings.
503 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
504 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
505 operand.
507 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
508 the constant is negated before printing.
510 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
511 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
512 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
513 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
514 as if it were a memory reference.
516 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
517 instruction.
519 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
520 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
521 referred to more than once in a single template that generates multiple
522 assembler instructions.
524 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
525 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
526 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
527 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
528 which punctuation characters are valid with the
529 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
531 @cindex \
532 @cindex backslash
533 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
534 for the instructions, with @samp{\;} between them.
536 @cindex matching operands
537 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
538 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
539 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
540 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
541 operand.
543 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
544 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
545 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
546 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
547 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
548 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
549 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
550 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
551 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
552 it to do nothing.
554 @cindex @code{#} in template
555 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
556 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
557 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
558 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
559 multiple assembler instructions, and there is a matching @code{define_split}
560 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
561 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
562 instructions.
564 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
565 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
566 describe multiple variants of assembler language syntax.
567 @xref{Instruction Output}.
569 @node Output Statement
570 @section C Statements for Assembler Output
571 @cindex output statements
572 @cindex C statements for assembler output
573 @cindex generating assembler output
575 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
576 assembler code for all the cases that are recognized by a single
577 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
578 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
579 machine instructions.
581 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
582 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
583 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
584 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
585 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
586 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
587 might write this pattern:
589 @smallexample
590 (define_insn "addsi3"
591   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
592         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
593                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
594   ""
595   "@@
596    addr %2,%0
597    addm %2,%0")
598 @end smallexample
600 @cindex @code{*} in template
601 @cindex asterisk in template
602 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
603 output template but rather a piece of C program that should compute a
604 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
605 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
606 require doublequote characters to delimit them.  To include these
607 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
609 If the output control string is written as a brace block instead of a
610 double-quoted string, it is automatically assumed to be C code.  In that
611 case, it is not necessary to put in a leading asterisk, or to escape the
612 doublequotes surrounding C string literals.
614 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
615 is @code{rtx []}.
617 It is very common to select different ways of generating assembler code
618 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
619 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
620 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
621 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
622 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
623 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
624 values of those bits.
626 @findex output_asm_insn
627 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
628 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
629 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
630 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
631 that you declare locally and initialize yourself.
633 @findex which_alternative
634 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
635 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
636 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
637 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
638 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
639 etc.).
641 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
642 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
643 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
645 @smallexample
646 (define_insn ""
647   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
648         (const_int 0))]
649   ""
650   @{
651   return (which_alternative == 0
652           ? "clrreg %0" : "clrmem %0");
653   @})
654 @end smallexample
656 The example above, where the assembler code to generate was
657 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
658 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
660 @smallexample
661 @group
662 (define_insn ""
663   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
664         (const_int 0))]
665   ""
666   "@@
667    clrreg %0
668    clrmem %0")
669 @end group
670 @end smallexample
672 If you just need a little bit of C code in one (or a few) alternatives,
673 you can use @samp{*} inside of a @samp{@@} multi-alternative template:
675 @smallexample
676 @group
677 (define_insn ""
678   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,<,m")
679         (const_int 0))]
680   ""
681   "@@
682    clrreg %0
683    * return stack_mem_p (operands[0]) ? \"push 0\" : \"clrmem %0\";
684    clrmem %0")
685 @end group
686 @end smallexample
688 @node Predicates
689 @section Predicates
690 @cindex predicates
691 @cindex operand predicates
692 @cindex operator predicates
694 A predicate determines whether a @code{match_operand} or
695 @code{match_operator} expression matches, and therefore whether the
696 surrounding instruction pattern will be used for that combination of
697 operands.  GCC has a number of machine-independent predicates, and you
698 can define machine-specific predicates as needed.  By convention,
699 predicates used with @code{match_operand} have names that end in
700 @samp{_operand}, and those used with @code{match_operator} have names
701 that end in @samp{_operator}.
703 All predicates are boolean functions (in the mathematical sense) of
704 two arguments: the RTL expression that is being considered at that
705 position in the instruction pattern, and the machine mode that the
706 @code{match_operand} or @code{match_operator} specifies.  In this
707 section, the first argument is called @var{op} and the second argument
708 @var{mode}.  Predicates can be called from C as ordinary two-argument
709 functions; this can be useful in output templates or other
710 machine-specific code.
712 Operand predicates can allow operands that are not actually acceptable
713 to the hardware, as long as the constraints give reload the ability to
714 fix them up (@pxref{Constraints}).  However, GCC will usually generate
715 better code if the predicates specify the requirements of the machine
716 instructions as closely as possible.  Reload cannot fix up operands
717 that must be constants (``immediate operands''); you must use a
718 predicate that allows only constants, or else enforce the requirement
719 in the extra condition.
721 @cindex predicates and machine modes
722 @cindex normal predicates
723 @cindex special predicates
724 Most predicates handle their @var{mode} argument in a uniform manner.
725 If @var{mode} is @code{VOIDmode} (unspecified), then @var{op} can have
726 any mode.  If @var{mode} is anything else, then @var{op} must have the
727 same mode, unless @var{op} is a @code{CONST_INT} or integer
728 @code{CONST_DOUBLE}.  These RTL expressions always have
729 @code{VOIDmode}, so it would be counterproductive to check that their
730 mode matches.  Instead, predicates that accept @code{CONST_INT} and/or
731 integer @code{CONST_DOUBLE} check that the value stored in the
732 constant will fit in the requested mode.
734 Predicates with this behavior are called @dfn{normal}.
735 @command{genrecog} can optimize the instruction recognizer based on
736 knowledge of how normal predicates treat modes.  It can also diagnose
737 certain kinds of common errors in the use of normal predicates; for
738 instance, it is almost always an error to use a normal predicate
739 without specifying a mode.
741 Predicates that do something different with their @var{mode} argument
742 are called @dfn{special}.  The generic predicates
743 @code{address_operand} and @code{pmode_register_operand} are special
744 predicates.  @command{genrecog} does not do any optimizations or
745 diagnosis when special predicates are used.
747 @menu
748 * Machine-Independent Predicates::  Predicates available to all back ends.
749 * Defining Predicates::             How to write machine-specific predicate
750                                     functions.
751 @end menu
753 @node Machine-Independent Predicates
754 @subsection Machine-Independent Predicates
755 @cindex machine-independent predicates
756 @cindex generic predicates
758 These are the generic predicates available to all back ends.  They are
759 defined in @file{recog.c}.  The first category of predicates allow
760 only constant, or @dfn{immediate}, operands.
762 @defun immediate_operand
763 This predicate allows any sort of constant that fits in @var{mode}.
764 It is an appropriate choice for instructions that take operands that
765 must be constant.
766 @end defun
768 @defun const_int_operand
769 This predicate allows any @code{CONST_INT} expression that fits in
770 @var{mode}.  It is an appropriate choice for an immediate operand that
771 does not allow a symbol or label.
772 @end defun
774 @defun const_double_operand
775 This predicate accepts any @code{CONST_DOUBLE} expression that has
776 exactly @var{mode}.  If @var{mode} is @code{VOIDmode}, it will also
777 accept @code{CONST_INT}.  It is intended for immediate floating point
778 constants.
779 @end defun
781 @noindent
782 The second category of predicates allow only some kind of machine
783 register.
785 @defun register_operand
786 This predicate allows any @code{REG} or @code{SUBREG} expression that
787 is valid for @var{mode}.  It is often suitable for arithmetic
788 instruction operands on a RISC machine.
789 @end defun
791 @defun pmode_register_operand
792 This is a slight variant on @code{register_operand} which works around
793 a limitation in the machine-description reader.
795 @smallexample
796 (match_operand @var{n} "pmode_register_operand" @var{constraint})
797 @end smallexample
799 @noindent
800 means exactly what
802 @smallexample
803 (match_operand:P @var{n} "register_operand" @var{constraint})
804 @end smallexample
806 @noindent
807 would mean, if the machine-description reader accepted @samp{:P}
808 mode suffixes.  Unfortunately, it cannot, because @code{Pmode} is an
809 alias for some other mode, and might vary with machine-specific
810 options.  @xref{Misc}.
811 @end defun
813 @defun scratch_operand
814 This predicate allows hard registers and @code{SCRATCH} expressions,
815 but not pseudo-registers.  It is used internally by @code{match_scratch};
816 it should not be used directly.
817 @end defun
819 @noindent
820 The third category of predicates allow only some kind of memory reference.
822 @defun memory_operand
823 This predicate allows any valid reference to a quantity of mode
824 @var{mode} in memory, as determined by the weak form of
825 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS} (@pxref{Addressing Modes}).
826 @end defun
828 @defun address_operand
829 This predicate is a little unusual; it allows any operand that is a
830 valid expression for the @emph{address} of a quantity of mode
831 @var{mode}, again determined by the weak form of
832 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS}.  To first order, if
833 @samp{@w{(mem:@var{mode} (@var{exp}))}} is acceptable to
834 @code{memory_operand}, then @var{exp} is acceptable to
835 @code{address_operand}.  Note that @var{exp} does not necessarily have
836 the mode @var{mode}.
837 @end defun
839 @defun indirect_operand
840 This is a stricter form of @code{memory_operand} which allows only
841 memory references with a @code{general_operand} as the address
842 expression.  New uses of this predicate are discouraged, because
843 @code{general_operand} is very permissive, so it's hard to tell what
844 an @code{indirect_operand} does or does not allow.  If a target has
845 different requirements for memory operands for different instructions,
846 it is better to define target-specific predicates which enforce the
847 hardware's requirements explicitly.
848 @end defun
850 @defun push_operand
851 This predicate allows a memory reference suitable for pushing a value
852 onto the stack.  This will be a @code{MEM} which refers to
853 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address expression
854 (@pxref{Incdec}); which one is determined by the
855 @code{STACK_PUSH_CODE} macro (@pxref{Frame Layout}).
856 @end defun
858 @defun pop_operand
859 This predicate allows a memory reference suitable for popping a value
860 off the stack.  Again, this will be a @code{MEM} referring to
861 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address
862 expression.  However, this time @code{STACK_POP_CODE} is expected.
863 @end defun
865 @noindent
866 The fourth category of predicates allow some combination of the above
867 operands.
869 @defun nonmemory_operand
870 This predicate allows any immediate or register operand valid for @var{mode}.
871 @end defun
873 @defun nonimmediate_operand
874 This predicate allows any register or memory operand valid for @var{mode}.
875 @end defun
877 @defun general_operand
878 This predicate allows any immediate, register, or memory operand
879 valid for @var{mode}.
880 @end defun
882 @noindent
883 Finally, there are two generic operator predicates.
885 @defun comparison_operator
886 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
887 comparison in @var{mode}; that is, @code{COMPARISON_P} is true for the
888 expression code.
889 @end defun
891 @defun ordered_comparison_operator
892 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
893 comparison in @var{mode} and whose expression code is valid for integer
894 modes; that is, the expression code will be one of @code{eq}, @code{ne},
895 @code{lt}, @code{ltu}, @code{le}, @code{leu}, @code{gt}, @code{gtu},
896 @code{ge}, @code{geu}.
897 @end defun
899 @node Defining Predicates
900 @subsection Defining Machine-Specific Predicates
901 @cindex defining predicates
902 @findex define_predicate
903 @findex define_special_predicate
905 Many machines have requirements for their operands that cannot be
906 expressed precisely using the generic predicates.  You can define
907 additional predicates using @code{define_predicate} and
908 @code{define_special_predicate} expressions.  These expressions have
909 three operands:
911 @itemize @bullet
912 @item
913 The name of the predicate, as it will be referred to in
914 @code{match_operand} or @code{match_operator} expressions.
916 @item
917 An RTL expression which evaluates to true if the predicate allows the
918 operand @var{op}, false if it does not.  This expression can only use
919 the following RTL codes:
921 @table @code
922 @item MATCH_OPERAND
923 When written inside a predicate expression, a @code{MATCH_OPERAND}
924 expression evaluates to true if the predicate it names would allow
925 @var{op}.  The operand number and constraint are ignored.  Due to
926 limitations in @command{genrecog}, you can only refer to generic
927 predicates and predicates that have already been defined.
929 @item MATCH_CODE
930 This expression evaluates to true if @var{op} or a specified
931 subexpression of @var{op} has one of a given list of RTX codes.
933 The first operand of this expression is a string constant containing a
934 comma-separated list of RTX code names (in lower case).  These are the
935 codes for which the @code{MATCH_CODE} will be true.
937 The second operand is a string constant which indicates what
938 subexpression of @var{op} to examine.  If it is absent or the empty
939 string, @var{op} itself is examined.  Otherwise, the string constant
940 must be a sequence of digits and/or lowercase letters.  Each character
941 indicates a subexpression to extract from the current expression; for
942 the first character this is @var{op}, for the second and subsequent
943 characters it is the result of the previous character.  A digit
944 @var{n} extracts @samp{@w{XEXP (@var{e}, @var{n})}}; a letter @var{l}
945 extracts @samp{@w{XVECEXP (@var{e}, 0, @var{n})}} where @var{n} is the
946 alphabetic ordinal of @var{l} (0 for `a', 1 for 'b', and so on).  The
947 @code{MATCH_CODE} then examines the RTX code of the subexpression
948 extracted by the complete string.  It is not possible to extract
949 components of an @code{rtvec} that is not at position 0 within its RTX
950 object.
952 @item MATCH_TEST
953 This expression has one operand, a string constant containing a C
954 expression.  The predicate's arguments, @var{op} and @var{mode}, are
955 available with those names in the C expression.  The @code{MATCH_TEST}
956 evaluates to true if the C expression evaluates to a nonzero value.
957 @code{MATCH_TEST} expressions must not have side effects.
959 @item  AND
960 @itemx IOR
961 @itemx NOT
962 @itemx IF_THEN_ELSE
963 The basic @samp{MATCH_} expressions can be combined using these
964 logical operators, which have the semantics of the C operators
965 @samp{&&}, @samp{||}, @samp{!}, and @samp{@w{? :}} respectively.  As
966 in Common Lisp, you may give an @code{AND} or @code{IOR} expression an
967 arbitrary number of arguments; this has exactly the same effect as
968 writing a chain of two-argument @code{AND} or @code{IOR} expressions.
969 @end table
971 @item
972 An optional block of C code, which should execute
973 @samp{@w{return true}} if the predicate is found to match and
974 @samp{@w{return false}} if it does not.  It must not have any side
975 effects.  The predicate arguments, @var{op} and @var{mode}, are
976 available with those names.
978 If a code block is present in a predicate definition, then the RTL
979 expression must evaluate to true @emph{and} the code block must
980 execute @samp{@w{return true}} for the predicate to allow the operand.
981 The RTL expression is evaluated first; do not re-check anything in the
982 code block that was checked in the RTL expression.
983 @end itemize
985 The program @command{genrecog} scans @code{define_predicate} and
986 @code{define_special_predicate} expressions to determine which RTX
987 codes are possibly allowed.  You should always make this explicit in
988 the RTL predicate expression, using @code{MATCH_OPERAND} and
989 @code{MATCH_CODE}.
991 Here is an example of a simple predicate definition, from the IA64
992 machine description:
994 @smallexample
995 @group
996 ;; @r{True if @var{op} is a @code{SYMBOL_REF} which refers to the sdata section.}
997 (define_predicate "small_addr_symbolic_operand"
998   (and (match_code "symbol_ref")
999        (match_test "SYMBOL_REF_SMALL_ADDR_P (op)")))
1000 @end group
1001 @end smallexample
1003 @noindent
1004 And here is another, showing the use of the C block.
1006 @smallexample
1007 @group
1008 ;; @r{True if @var{op} is a register operand that is (or could be) a GR reg.}
1009 (define_predicate "gr_register_operand"
1010   (match_operand 0 "register_operand")
1012   unsigned int regno;
1013   if (GET_CODE (op) == SUBREG)
1014     op = SUBREG_REG (op);
1016   regno = REGNO (op);
1017   return (regno >= FIRST_PSEUDO_REGISTER || GENERAL_REGNO_P (regno));
1019 @end group
1020 @end smallexample
1022 Predicates written with @code{define_predicate} automatically include
1023 a test that @var{mode} is @code{VOIDmode}, or @var{op} has the same
1024 mode as @var{mode}, or @var{op} is a @code{CONST_INT} or
1025 @code{CONST_DOUBLE}.  They do @emph{not} check specifically for
1026 integer @code{CONST_DOUBLE}, nor do they test that the value of either
1027 kind of constant fits in the requested mode.  This is because
1028 target-specific predicates that take constants usually have to do more
1029 stringent value checks anyway.  If you need the exact same treatment
1030 of @code{CONST_INT} or @code{CONST_DOUBLE} that the generic predicates
1031 provide, use a @code{MATCH_OPERAND} subexpression to call
1032 @code{const_int_operand}, @code{const_double_operand}, or
1033 @code{immediate_operand}.
1035 Predicates written with @code{define_special_predicate} do not get any
1036 automatic mode checks, and are treated as having special mode handling
1037 by @command{genrecog}.
1039 The program @command{genpreds} is responsible for generating code to
1040 test predicates.  It also writes a header file containing function
1041 declarations for all machine-specific predicates.  It is not necessary
1042 to declare these predicates in @file{@var{cpu}-protos.h}.
1043 @end ifset
1045 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
1046 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the internals
1047 @c manual's context are conditionalized to appear only in the internals manual.
1048 @ifset INTERNALS
1049 @node Constraints
1050 @section Operand Constraints
1051 @cindex operand constraints
1052 @cindex constraints
1054 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify
1055 constraints for the operands allowed.  The constraints allow you to
1056 fine-tune matching within the set of operands allowed by the
1057 predicate.
1059 @end ifset
1060 @ifclear INTERNALS
1061 @node Constraints
1062 @section Constraints for @code{asm} Operands
1063 @cindex operand constraints, @code{asm}
1064 @cindex constraints, @code{asm}
1065 @cindex @code{asm} constraints
1067 Here are specific details on what constraint letters you can use with
1068 @code{asm} operands.
1069 @end ifclear
1070 Constraints can say whether
1071 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
1072 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
1073 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
1074 have.  Constraints can also require two operands to match.
1075 Side-effects aren't allowed in operands of inline @code{asm}, unless
1076 @samp{<} or @samp{>} constraints are used, because there is no guarantee
1077 that the side-effects will happen exactly once in an instruction that can update
1078 the addressing register.
1080 @ifset INTERNALS
1081 @menu
1082 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1083 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1084 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
1085 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1086 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
1087 * Disable Insn Alternatives:: Disable insn alternatives using attributes.
1088 * Define Constraints::  How to define machine-specific constraints.
1089 * C Constraint Interface:: How to test constraints from C code.
1090 @end menu
1091 @end ifset
1093 @ifclear INTERNALS
1094 @menu
1095 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1096 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1097 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1098 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
1099 @end menu
1100 @end ifclear
1102 @node Simple Constraints
1103 @subsection Simple Constraints
1104 @cindex simple constraints
1106 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
1107 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
1108 the letters that are allowed:
1110 @table @asis
1111 @item whitespace
1112 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
1113 except the first.  This enables each alternative for different operands to
1114 be visually aligned in the machine description even if they have different
1115 number of constraints and modifiers.
1117 @cindex @samp{m} in constraint
1118 @cindex memory references in constraints
1119 @item @samp{m}
1120 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
1121 supports in general.
1122 Note that the letter used for the general memory constraint can be
1123 re-defined by a back end using the @code{TARGET_MEM_CONSTRAINT} macro.
1125 @cindex offsettable address
1126 @cindex @samp{o} in constraint
1127 @item @samp{o}
1128 A memory operand is allowed, but only if the address is
1129 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
1130 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
1131 may be added to the address and the result is also a valid memory
1132 address.
1134 @cindex autoincrement/decrement addressing
1135 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
1136 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
1137 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
1138 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
1139 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
1140 addresses may or may not be offsettable depending on the other
1141 addressing modes that the machine supports.
1143 Note that in an output operand which can be matched by another
1144 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
1145 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
1146 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
1148 @cindex @samp{V} in constraint
1149 @item @samp{V}
1150 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
1151 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
1153 @cindex @samp{<} in constraint
1154 @item @samp{<}
1155 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
1156 postdecrement) is allowed.  In inline @code{asm} this constraint is only
1157 allowed if the operand is used exactly once in an instruction that can
1158 handle the side-effects.  Not using an operand with @samp{<} in constraint
1159 string in the inline @code{asm} pattern at all or using it in multiple
1160 instructions isn't valid, because the side-effects wouldn't be performed
1161 or would be performed more than once.  Furthermore, on some targets
1162 the operand with @samp{<} in constraint string must be accompanied by
1163 special instruction suffixes like @code{%U0} instruction suffix on PowerPC
1164 or @code{%P0} on IA-64.
1166 @cindex @samp{>} in constraint
1167 @item @samp{>}
1168 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
1169 postincrement) is allowed.  In inline @code{asm} the same restrictions
1170 as for @samp{<} apply.
1172 @cindex @samp{r} in constraint
1173 @cindex registers in constraints
1174 @item @samp{r}
1175 A register operand is allowed provided that it is in a general
1176 register.
1178 @cindex constants in constraints
1179 @cindex @samp{i} in constraint
1180 @item @samp{i}
1181 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
1182 This includes symbolic constants whose values will be known only at
1183 assembly time or later.
1185 @cindex @samp{n} in constraint
1186 @item @samp{n}
1187 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
1188 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
1189 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
1190 rather than @samp{i}.
1192 @cindex @samp{I} in constraint
1193 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
1194 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
1195 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
1196 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
1197 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
1198 This is the range permitted as a shift count in the shift
1199 instructions.
1201 @cindex @samp{E} in constraint
1202 @item @samp{E}
1203 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
1204 allowed, but only if the target floating point format is the same as
1205 that of the host machine (on which the compiler is running).
1207 @cindex @samp{F} in constraint
1208 @item @samp{F}
1209 An immediate floating operand (expression code @code{const_double} or
1210 @code{const_vector}) is allowed.
1212 @cindex @samp{G} in constraint
1213 @cindex @samp{H} in constraint
1214 @item @samp{G}, @samp{H}
1215 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
1216 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
1218 @cindex @samp{s} in constraint
1219 @item @samp{s}
1220 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
1221 allowed.
1223 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
1224 value not known at compile time, it certainly must allow any known
1225 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
1226 better code to be generated.
1228 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
1229 use an immediate operand; but if the immediate value is between @minus{}128
1230 and 127, better code results from loading the value into a register and
1231 using the register.  This is because the load into the register can be
1232 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
1233 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
1234 range @minus{}128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
1235 constraints.
1237 @cindex @samp{g} in constraint
1238 @item @samp{g}
1239 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
1240 registers that are not general registers.
1242 @cindex @samp{X} in constraint
1243 @item @samp{X}
1244 @ifset INTERNALS
1245 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
1246 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
1247 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
1248 require a scratch register.
1249 @end ifset
1250 @ifclear INTERNALS
1251 Any operand whatsoever is allowed.
1252 @end ifclear
1254 @cindex @samp{0} in constraint
1255 @cindex digits in constraint
1256 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
1257 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
1258 digit is used together with letters within the same alternative, the
1259 digit should come last.
1261 This number is allowed to be more than a single digit.  If multiple
1262 digits are encountered consecutively, they are interpreted as a single
1263 decimal integer.  There is scant chance for ambiguity, since to-date
1264 it has never been desirable that @samp{10} be interpreted as matching
1265 either operand 1 @emph{or} operand 0.  Should this be desired, one
1266 can use multiple alternatives instead.
1268 @cindex matching constraint
1269 @cindex constraint, matching
1270 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
1271 that the assembler has only a single operand that fills two roles
1272 @ifset INTERNALS
1273 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
1274 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
1275 @end ifset
1276 @ifclear INTERNALS
1277 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
1278 two input operands and an output operand, but on most CISC
1279 @end ifclear
1280 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
1281 input-output operand:
1283 @smallexample
1284 addl #35,r12
1285 @end smallexample
1287 Matching constraints are used in these circumstances.
1288 More precisely, the two operands that match must include one input-only
1289 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
1290 smaller number than the number of the operand that uses it in the
1291 constraint.
1293 @ifset INTERNALS
1294 For operands to match in a particular case usually means that they
1295 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
1296 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
1297 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
1298 For proper results in such cases, the output template should always
1299 use the output-operand's number when printing the operand.
1300 @end ifset
1302 @cindex load address instruction
1303 @cindex push address instruction
1304 @cindex address constraints
1305 @cindex @samp{p} in constraint
1306 @item @samp{p}
1307 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
1308 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
1310 @findex address_operand
1311 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
1312 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
1313 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
1314 reference for which the address would be valid.
1316 @cindex other register constraints
1317 @cindex extensible constraints
1318 @item @var{other-letters}
1319 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
1320 particular classes of registers or other arbitrary operand types.
1321 @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are defined on the 68000/68020 to stand
1322 for data, address and floating point registers.
1323 @end table
1325 @ifset INTERNALS
1326 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
1327 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
1328 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
1329 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
1330 done by copying an operand into a register.
1332 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
1334 @smallexample
1335 (define_insn ""
1336   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1337         (plus:SI (match_dup 0)
1338                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
1339   ""
1340   "@dots{}")
1341 @end smallexample
1343 @noindent
1344 which has two operands, one of which must appear in two places, and
1346 @smallexample
1347 (define_insn ""
1348   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1349         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
1350                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
1351   ""
1352   "@dots{}")
1353 @end smallexample
1355 @noindent
1356 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
1357 identical.  If we are considering an insn of the form
1359 @smallexample
1360 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
1361   (set (reg:SI 3)
1362        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
1363   @dots{})
1364 @end smallexample
1366 @noindent
1367 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
1368 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
1369 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns''.
1370 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
1371 is something wrong with it''.  It would direct the reload pass of the
1372 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
1373 results might look like this:
1375 @smallexample
1376 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
1377   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
1378   @dots{})
1380 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
1381   (set (reg:SI 3)
1382        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
1383   @dots{})
1384 @end smallexample
1386 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
1387 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
1388 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
1389 for each possible combination of operand expressions, have at least one
1390 alternative which can handle that combination of operands.)  The
1391 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
1392 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
1393 reloading any possible operand so that it will fit.
1395 @itemize @bullet
1396 @item
1397 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
1398 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
1400 For example, an operand whose constraints permit everything except
1401 registers is safe provided its predicate rejects registers.
1403 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
1404 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
1405 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
1406 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
1407 more selective.
1409 @item
1410 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
1411 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
1412 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
1413 compiler knows how to copy a register into another register of the
1414 proper class in order to make an instruction valid.
1416 @cindex nonoffsettable memory reference
1417 @cindex memory reference, nonoffsettable
1418 @item
1419 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
1420 address into a register.  So if the constraint uses the letter
1421 @samp{o}, all memory references are taken care of.
1423 @item
1424 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
1425 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1426 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1427 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1429 @item
1430 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1431 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1432 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1433 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1434 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1435 objects allowed by the constraint.
1436 @end itemize
1438 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1439 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1440 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1441 how to copy a register temporarily into memory.
1443 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1444 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1445 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1446 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1447 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1448 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1449 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1450 @code{sign_extend}.
1451 @end ifset
1453 @node Multi-Alternative
1454 @subsection Multiple Alternative Constraints
1455 @cindex multiple alternative constraints
1457 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1458 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1459 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1460 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1461 another.
1463 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1464 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1465 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1466 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1467 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1468 All operands for a single instruction must have the same number of 
1469 alternatives.
1470 @ifset INTERNALS
1471 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1473 @smallexample
1474 (define_insn "iorsi3"
1475   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1476         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1477                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1478   @dots{})
1479 @end smallexample
1481 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1482 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1483 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1484 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1485 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1486 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1488 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1489 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1490 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1491 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1492 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1493 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1495 @table @code
1496 @cindex @samp{?} in constraint
1497 @cindex question mark
1498 @item ?
1499 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1500 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1501 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1502 in it.
1504 @cindex @samp{!} in constraint
1505 @cindex exclamation point
1506 @item !
1507 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1508 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1509 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1511 @cindex @samp{^} in constraint
1512 @cindex caret
1513 @item ^
1514 This constraint is analogous to @samp{?} but it disparages slightly
1515 the alternative only if the operand with the @samp{^} needs a reload.
1517 @cindex @samp{$} in constraint
1518 @cindex dollar sign
1519 @item $
1520 This constraint is analogous to @samp{!} but it disparages severely
1521 the alternative only if the operand with the @samp{$} needs a reload.
1522 @end table
1524 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1525 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1526 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1527 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1528 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1529 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1530 @end ifset
1531 @ifclear INTERNALS
1533 So the first alternative for the 68000's logical-or could be written as 
1534 @code{"+m" (output) : "ir" (input)}.  The second could be @code{"+r" 
1535 (output): "irm" (input)}.  However, the fact that two memory locations 
1536 cannot be used in a single instruction prevents simply using @code{"+rm" 
1537 (output) : "irm" (input)}.  Using multi-alternatives, this might be 
1538 written as @code{"+m,r" (output) : "ir,irm" (input)}.  This describes
1539 all the available alternatives to the compiler, allowing it to choose 
1540 the most efficient one for the current conditions.
1542 There is no way within the template to determine which alternative was 
1543 chosen.  However you may be able to wrap your @code{asm} statements with 
1544 builtins such as @code{__builtin_constant_p} to achieve the desired results.
1545 @end ifclear
1547 @ifset INTERNALS
1548 @node Class Preferences
1549 @subsection Register Class Preferences
1550 @cindex class preference constraints
1551 @cindex register class preference constraints
1553 @cindex voting between constraint alternatives
1554 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1555 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1556 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1557 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1558 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1559 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1560 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1561 favor of a general register.  The machine description says which registers
1562 are considered general.
1564 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1565 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1566 @end ifset
1568 @node Modifiers
1569 @subsection Constraint Modifier Characters
1570 @cindex modifiers in constraints
1571 @cindex constraint modifier characters
1573 @c prevent bad page break with this line
1574 Here are constraint modifier characters.
1576 @table @samp
1577 @cindex @samp{=} in constraint
1578 @item =
1579 Means that this operand is written to by this instruction:
1580 the previous value is discarded and replaced by new data.
1582 @cindex @samp{+} in constraint
1583 @item +
1584 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1586 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1587 it needs to know which operands are read by the instruction and
1588 which are written by it.  @samp{=} identifies an operand which is only
1589 written; @samp{+} identifies an operand that is both read and written; all
1590 other operands are assumed to only be read.
1592 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1593 first character of the constraint string.
1595 @cindex @samp{&} in constraint
1596 @cindex earlyclobber operand
1597 @item &
1598 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1599 @dfn{earlyclobber} operand, which is written before the instruction is
1600 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1601 in a register that is read by the instruction or as part of any memory
1602 address.
1604 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1605 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1606 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1607 @samp{movdf} insn of the 68000.
1609 A operand which is read by the instruction can be tied to an earlyclobber
1610 operand if its only use as an input occurs before the early result is
1611 written.  Adding alternatives of this form often allows GCC to produce
1612 better code when only some of the read operands can be affected by the
1613 earlyclobber. See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM@.
1615 Furthermore, if the @dfn{earlyclobber} operand is also a read/write
1616 operand, then that operand is written only after it's used.
1618 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=} or @samp{+}.  As
1619 @dfn{earlyclobber} operands are always written, a read-only
1620 @dfn{earlyclobber} operand is ill-formed and will be rejected by the
1621 compiler.
1623 @cindex @samp{%} in constraint
1624 @item %
1625 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1626 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1627 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1628 constraints.  @samp{%} applies to all alternatives and must appear as
1629 the first character in the constraint.  Only read-only operands can use
1630 @samp{%}.
1632 @ifset INTERNALS
1633 This is often used in patterns for addition instructions
1634 that really have only two operands: the result must go in one of the
1635 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1636 instruction is defined:
1638 @smallexample
1639 (define_insn "addhi3"
1640   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1641      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1642               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1643   @dots{})
1644 @end smallexample
1645 @end ifset
1646 GCC can only handle one commutative pair in an asm; if you use more,
1647 the compiler may fail.  Note that you need not use the modifier if
1648 the two alternatives are strictly identical; this would only waste
1649 time in the reload pass.
1650 @ifset INTERNALS
1651 The modifier is not operational after
1652 register allocation, so the result of @code{define_peephole2}
1653 and @code{define_split}s performed after reload cannot rely on
1654 @samp{%} to make the intended insn match.
1656 @cindex @samp{#} in constraint
1657 @item #
1658 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1659 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1660 register preferences.
1662 @cindex @samp{*} in constraint
1663 @item *
1664 Says that the following character should be ignored when choosing
1665 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1666 constraint as a constraint, and no effect on reloading.  For LRA
1667 @samp{*} additionally disparages slightly the alternative if the
1668 following character matches the operand.
1670 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1671 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1672 copying it into an address register.  While either kind of register is
1673 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1674 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1675 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1676 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1677 register preferences.
1679 @smallexample
1680 (define_insn "extendhisi2"
1681   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1682         (sign_extend:SI
1683          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1684   @dots{})
1685 @end smallexample
1686 @end ifset
1687 @end table
1689 @node Machine Constraints
1690 @subsection Constraints for Particular Machines
1691 @cindex machine specific constraints
1692 @cindex constraints, machine specific
1694 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1695 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1696 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1697 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1698 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1699 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1700 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1701 immediate-constant format.
1703 Each architecture defines additional constraints.  These constraints
1704 are used by the compiler itself for instruction generation, as well as
1705 for @code{asm} statements; therefore, some of the constraints are not
1706 particularly useful for @code{asm}.  Here is a summary of some of the
1707 machine-dependent constraints available on some particular machines;
1708 it includes both constraints that are useful for @code{asm} and
1709 constraints that aren't.  The compiler source file mentioned in the
1710 table heading for each architecture is the definitive reference for
1711 the meanings of that architecture's constraints.
1713 @c Please keep this table alphabetized by target!
1714 @table @emph
1715 @item AArch64 family---@file{config/aarch64/constraints.md}
1716 @table @code
1717 @item k
1718 The stack pointer register (@code{SP})
1720 @item w
1721 Floating point or SIMD vector register
1723 @item I
1724 Integer constant that is valid as an immediate operand in an @code{ADD}
1725 instruction
1727 @item J
1728 Integer constant that is valid as an immediate operand in a @code{SUB}
1729 instruction (once negated)
1731 @item K
1732 Integer constant that can be used with a 32-bit logical instruction
1734 @item L
1735 Integer constant that can be used with a 64-bit logical instruction
1737 @item M
1738 Integer constant that is valid as an immediate operand in a 32-bit @code{MOV}
1739 pseudo instruction. The @code{MOV} may be assembled to one of several different
1740 machine instructions depending on the value
1742 @item N
1743 Integer constant that is valid as an immediate operand in a 64-bit @code{MOV}
1744 pseudo instruction
1746 @item S
1747 An absolute symbolic address or a label reference
1749 @item Y
1750 Floating point constant zero
1752 @item Z
1753 Integer constant zero
1755 @item Ush
1756 The high part (bits 12 and upwards) of the pc-relative address of a symbol
1757 within 4GB of the instruction
1759 @item Q
1760 A memory address which uses a single base register with no offset
1762 @item Ump
1763 A memory address suitable for a load/store pair instruction in SI, DI, SF and
1764 DF modes
1766 @end table
1769 @item ARC ---@file{config/arc/constraints.md}
1770 @table @code
1771 @item q
1772 Registers usable in ARCompact 16-bit instructions: @code{r0}-@code{r3},
1773 @code{r12}-@code{r15}.  This constraint can only match when the @option{-mq}
1774 option is in effect.
1776 @item e
1777 Registers usable as base-regs of memory addresses in ARCompact 16-bit memory
1778 instructions: @code{r0}-@code{r3}, @code{r12}-@code{r15}, @code{sp}.
1779 This constraint can only match when the @option{-mq}
1780 option is in effect.
1781 @item D
1782 ARC FPX (dpfp) 64-bit registers. @code{D0}, @code{D1}.
1784 @item I
1785 A signed 12-bit integer constant.
1787 @item Cal
1788 constant for arithmetic/logical operations.  This might be any constant
1789 that can be put into a long immediate by the assmbler or linker without
1790 involving a PIC relocation.
1792 @item K
1793 A 3-bit unsigned integer constant.
1795 @item L
1796 A 6-bit unsigned integer constant.
1798 @item CnL
1799 One's complement of a 6-bit unsigned integer constant.
1801 @item CmL
1802 Two's complement of a 6-bit unsigned integer constant.
1804 @item M
1805 A 5-bit unsigned integer constant.
1807 @item O
1808 A 7-bit unsigned integer constant.
1810 @item P
1811 A 8-bit unsigned integer constant.
1813 @item H
1814 Any const_double value.
1815 @end table
1817 @item ARM family---@file{config/arm/constraints.md}
1818 @table @code
1820 @item h
1821 In Thumb state, the core registers @code{r8}-@code{r15}.
1823 @item k
1824 The stack pointer register.
1826 @item l
1827 In Thumb State the core registers @code{r0}-@code{r7}.  In ARM state this
1828 is an alias for the @code{r} constraint.
1830 @item t
1831 VFP floating-point registers @code{s0}-@code{s31}.  Used for 32 bit values.
1833 @item w
1834 VFP floating-point registers @code{d0}-@code{d31} and the appropriate
1835 subset @code{d0}-@code{d15} based on command line options.
1836 Used for 64 bit values only.  Not valid for Thumb1.
1838 @item y
1839 The iWMMX co-processor registers.
1841 @item z
1842 The iWMMX GR registers.
1844 @item G
1845 The floating-point constant 0.0
1847 @item I
1848 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1849 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1850 multiple of 2
1852 @item J
1853 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1855 @item K
1856 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1858 @item L
1859 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1861 @item M
1862 Integer in the range 0 to 32
1864 @item Q
1865 A memory reference where the exact address is in a single register
1866 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1868 @item R
1869 An item in the constant pool
1871 @item S
1872 A symbol in the text segment of the current file
1874 @item Uv
1875 A memory reference suitable for VFP load/store insns (reg+constant offset)
1877 @item Uy
1878 A memory reference suitable for iWMMXt load/store instructions.
1880 @item Uq
1881 A memory reference suitable for the ARMv4 ldrsb instruction.
1882 @end table
1884 @item AVR family---@file{config/avr/constraints.md}
1885 @table @code
1886 @item l
1887 Registers from r0 to r15
1889 @item a
1890 Registers from r16 to r23
1892 @item d
1893 Registers from r16 to r31
1895 @item w
1896 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1898 @item e
1899 Pointer register (r26--r31)
1901 @item b
1902 Base pointer register (r28--r31)
1904 @item q
1905 Stack pointer register (SPH:SPL)
1907 @item t
1908 Temporary register r0
1910 @item x
1911 Register pair X (r27:r26)
1913 @item y
1914 Register pair Y (r29:r28)
1916 @item z
1917 Register pair Z (r31:r30)
1919 @item I
1920 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1922 @item J
1923 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1925 @item K
1926 Constant integer 2
1928 @item L
1929 Constant integer 0
1931 @item M
1932 Constant that fits in 8 bits
1934 @item N
1935 Constant integer @minus{}1
1937 @item O
1938 Constant integer 8, 16, or 24
1940 @item P
1941 Constant integer 1
1943 @item G
1944 A floating point constant 0.0
1946 @item Q
1947 A memory address based on Y or Z pointer with displacement.
1948 @end table
1950 @item Blackfin family---@file{config/bfin/constraints.md}
1951 @table @code
1952 @item a
1953 P register
1955 @item d
1956 D register
1958 @item z
1959 A call clobbered P register.
1961 @item q@var{n}
1962 A single register.  If @var{n} is in the range 0 to 7, the corresponding D
1963 register.  If it is @code{A}, then the register P0.
1965 @item D
1966 Even-numbered D register
1968 @item W
1969 Odd-numbered D register
1971 @item e
1972 Accumulator register.
1974 @item A
1975 Even-numbered accumulator register.
1977 @item B
1978 Odd-numbered accumulator register.
1980 @item b
1981 I register
1983 @item v
1984 B register
1986 @item f
1987 M register
1989 @item c
1990 Registers used for circular buffering, i.e. I, B, or L registers.
1992 @item C
1993 The CC register.
1995 @item t
1996 LT0 or LT1.
1998 @item k
1999 LC0 or LC1.
2001 @item u
2002 LB0 or LB1.
2004 @item x
2005 Any D, P, B, M, I or L register.
2007 @item y
2008 Additional registers typically used only in prologues and epilogues: RETS,
2009 RETN, RETI, RETX, RETE, ASTAT, SEQSTAT and USP.
2011 @item w
2012 Any register except accumulators or CC.
2014 @item Ksh
2015 Signed 16 bit integer (in the range @minus{}32768 to 32767)
2017 @item Kuh
2018 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535)
2020 @item Ks7
2021 Signed 7 bit integer (in the range @minus{}64 to 63)
2023 @item Ku7
2024 Unsigned 7 bit integer (in the range 0 to 127)
2026 @item Ku5
2027 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31)
2029 @item Ks4
2030 Signed 4 bit integer (in the range @minus{}8 to 7)
2032 @item Ks3
2033 Signed 3 bit integer (in the range @minus{}3 to 4)
2035 @item Ku3
2036 Unsigned 3 bit integer (in the range 0 to 7)
2038 @item P@var{n}
2039 Constant @var{n}, where @var{n} is a single-digit constant in the range 0 to 4.
2041 @item PA
2042 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2043 use with either accumulator.
2045 @item PB
2046 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2047 use only with accumulator A1.
2049 @item M1
2050 Constant 255.
2052 @item M2
2053 Constant 65535.
2055 @item J
2056 An integer constant with exactly a single bit set.
2058 @item L
2059 An integer constant with all bits set except exactly one.
2061 @item H
2063 @item Q
2064 Any SYMBOL_REF.
2065 @end table
2067 @item CR16 Architecture---@file{config/cr16/cr16.h}
2068 @table @code
2070 @item b
2071 Registers from r0 to r14 (registers without stack pointer)
2073 @item t
2074 Register from r0 to r11 (all 16-bit registers)
2076 @item p
2077 Register from r12 to r15 (all 32-bit registers)
2079 @item I
2080 Signed constant that fits in 4 bits
2082 @item J
2083 Signed constant that fits in 5 bits
2085 @item K
2086 Signed constant that fits in 6 bits
2088 @item L
2089 Unsigned constant that fits in 4 bits
2091 @item M
2092 Signed constant that fits in 32 bits
2094 @item N
2095 Check for 64 bits wide constants for add/sub instructions
2097 @item G
2098 Floating point constant that is legal for store immediate
2099 @end table
2101 @item Epiphany---@file{config/epiphany/constraints.md}
2102 @table @code
2103 @item U16
2104 An unsigned 16-bit constant.
2106 @item K
2107 An unsigned 5-bit constant.
2109 @item L
2110 A signed 11-bit constant.
2112 @item Cm1
2113 A signed 11-bit constant added to @minus{}1.
2114 Can only match when the @option{-m1reg-@var{reg}} option is active.
2116 @item Cl1
2117 Left-shift of @minus{}1, i.e., a bit mask with a block of leading ones, the rest
2118 being a block of trailing zeroes.
2119 Can only match when the @option{-m1reg-@var{reg}} option is active.
2121 @item Cr1
2122 Right-shift of @minus{}1, i.e., a bit mask with a trailing block of ones, the
2123 rest being zeroes.  Or to put it another way, one less than a power of two.
2124 Can only match when the @option{-m1reg-@var{reg}} option is active.
2126 @item Cal
2127 Constant for arithmetic/logical operations.
2128 This is like @code{i}, except that for position independent code,
2129 no symbols / expressions needing relocations are allowed.
2131 @item Csy
2132 Symbolic constant for call/jump instruction.
2134 @item Rcs
2135 The register class usable in short insns.  This is a register class
2136 constraint, and can thus drive register allocation.
2137 This constraint won't match unless @option{-mprefer-short-insn-regs} is
2138 in effect.
2140 @item Rsc
2141 The the register class of registers that can be used to hold a
2142 sibcall call address.  I.e., a caller-saved register.
2144 @item Rct
2145 Core control register class.
2147 @item Rgs
2148 The register group usable in short insns.
2149 This constraint does not use a register class, so that it only
2150 passively matches suitable registers, and doesn't drive register allocation.
2152 @ifset INTERNALS
2153 @item Car
2154 Constant suitable for the addsi3_r pattern.  This is a valid offset
2155 For byte, halfword, or word addressing.
2156 @end ifset
2158 @item Rra
2159 Matches the return address if it can be replaced with the link register.
2161 @item Rcc
2162 Matches the integer condition code register.
2164 @item Sra
2165 Matches the return address if it is in a stack slot.
2167 @item Cfm
2168 Matches control register values to switch fp mode, which are encapsulated in
2169 @code{UNSPEC_FP_MODE}.
2170 @end table
2172 @item FRV---@file{config/frv/frv.h}
2173 @table @code
2174 @item a
2175 Register in the class @code{ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2177 @item b
2178 Register in the class @code{EVEN_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2180 @item c
2181 Register in the class @code{CC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3} and
2182 @code{icc0} to @code{icc3}).
2184 @item d
2185 Register in the class @code{GPR_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2187 @item e
2188 Register in the class @code{EVEN_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2189 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2190 mode larger than 4 bytes.
2192 @item f
2193 Register in the class @code{FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2195 @item h
2196 Register in the class @code{FEVEN_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2197 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2198 mode larger than 4 bytes.
2200 @item l
2201 Register in the class @code{LR_REG} (the @code{lr} register).
2203 @item q
2204 Register in the class @code{QUAD_REGS} (@code{gr2} to @code{gr63}).
2205 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2206 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2208 @item t
2209 Register in the class @code{ICC_REGS} (@code{icc0} to @code{icc3}).
2211 @item u
2212 Register in the class @code{FCC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3}).
2214 @item v
2215 Register in the class @code{ICR_REGS} (@code{cc4} to @code{cc7}).
2217 @item w
2218 Register in the class @code{FCR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc3}).
2220 @item x
2221 Register in the class @code{QUAD_FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2222 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2223 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2225 @item z
2226 Register in the class @code{SPR_REGS} (@code{lcr} and @code{lr}).
2228 @item A
2229 Register in the class @code{QUAD_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2231 @item B
2232 Register in the class @code{ACCG_REGS} (@code{accg0} to @code{accg7}).
2234 @item C
2235 Register in the class @code{CR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc7}).
2237 @item G
2238 Floating point constant zero
2240 @item I
2241 6-bit signed integer constant
2243 @item J
2244 10-bit signed integer constant
2246 @item L
2247 16-bit signed integer constant
2249 @item M
2250 16-bit unsigned integer constant
2252 @item N
2253 12-bit signed integer constant that is negative---i.e.@: in the
2254 range of @minus{}2048 to @minus{}1
2256 @item O
2257 Constant zero
2259 @item P
2260 12-bit signed integer constant that is greater than zero---i.e.@: in the
2261 range of 1 to 2047.
2263 @end table
2265 @item FT32---@file{config/ft32/constraints.md}
2266 @table @code
2267 @item A
2268 An absolute address
2270 @item B
2271 An offset address
2273 @item W
2274 A register indirect memory operand
2276 @item e
2277 An offset address.
2279 @item f
2280 An offset address.
2282 @item O
2283 The constant zero or one
2285 @item I
2286 A 16-bit signed constant (@minus{}32768 @dots{} 32767)
2288 @item w
2289 A bitfield mask suitable for bext or bins
2291 @item x
2292 An inverted bitfield mask suitable for bext or bins
2294 @item L
2295 A 16-bit unsigned constant, multiple of 4 (0 @dots{} 65532)
2297 @item S
2298 A 20-bit signed constant (@minus{}524288 @dots{} 524287)
2300 @item b
2301 A constant for a bitfield width (1 @dots{} 16)
2303 @item KA
2304 A 10-bit signed constant (@minus{}512 @dots{} 511)
2306 @end table
2308 @item Hewlett-Packard PA-RISC---@file{config/pa/pa.h}
2309 @table @code
2310 @item a
2311 General register 1
2313 @item f
2314 Floating point register
2316 @item q
2317 Shift amount register
2319 @item x
2320 Floating point register (deprecated)
2322 @item y
2323 Upper floating point register (32-bit), floating point register (64-bit)
2325 @item Z
2326 Any register
2328 @item I
2329 Signed 11-bit integer constant
2331 @item J
2332 Signed 14-bit integer constant
2334 @item K
2335 Integer constant that can be deposited with a @code{zdepi} instruction
2337 @item L
2338 Signed 5-bit integer constant
2340 @item M
2341 Integer constant 0
2343 @item N
2344 Integer constant that can be loaded with a @code{ldil} instruction
2346 @item O
2347 Integer constant whose value plus one is a power of 2
2349 @item P
2350 Integer constant that can be used for @code{and} operations in @code{depi}
2351 and @code{extru} instructions
2353 @item S
2354 Integer constant 31
2356 @item U
2357 Integer constant 63
2359 @item G
2360 Floating-point constant 0.0
2362 @item A
2363 A @code{lo_sum} data-linkage-table memory operand
2365 @item Q
2366 A memory operand that can be used as the destination operand of an
2367 integer store instruction
2369 @item R
2370 A scaled or unscaled indexed memory operand
2372 @item T
2373 A memory operand for floating-point loads and stores
2375 @item W
2376 A register indirect memory operand
2377 @end table
2379 @item Intel IA-64---@file{config/ia64/ia64.h}
2380 @table @code
2381 @item a
2382 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
2384 @item b
2385 Branch register
2387 @item c
2388 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
2390 @item d
2391 Application register residing in M-unit
2393 @item e
2394 Application register residing in I-unit
2396 @item f
2397 Floating-point register
2399 @item m
2400 Memory operand.  If used together with @samp{<} or @samp{>},
2401 the operand can have postincrement and postdecrement which
2402 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
2404 @item G
2405 Floating-point constant 0.0 or 1.0
2407 @item I
2408 14-bit signed integer constant
2410 @item J
2411 22-bit signed integer constant
2413 @item K
2414 8-bit signed integer constant for logical instructions
2416 @item L
2417 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
2419 @item M
2420 6-bit unsigned integer constant for shift counts
2422 @item N
2423 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
2425 @item O
2426 The constant zero
2428 @item P
2429 0 or @minus{}1 for @code{dep} instruction
2431 @item Q
2432 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
2434 @item R
2435 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
2437 @item S
2438 Memory operand except postincrement and postdecrement.  This is
2439 now roughly the same as @samp{m} when not used together with @samp{<}
2440 or @samp{>}.
2441 @end table
2443 @item M32C---@file{config/m32c/m32c.c}
2444 @table @code
2445 @item Rsp
2446 @itemx Rfb
2447 @itemx Rsb
2448 @samp{$sp}, @samp{$fb}, @samp{$sb}.
2450 @item Rcr
2451 Any control register, when they're 16 bits wide (nothing if control
2452 registers are 24 bits wide)
2454 @item Rcl
2455 Any control register, when they're 24 bits wide.
2457 @item R0w
2458 @itemx R1w
2459 @itemx R2w
2460 @itemx R3w
2461 $r0, $r1, $r2, $r3.
2463 @item R02
2464 $r0 or $r2, or $r2r0 for 32 bit values.
2466 @item R13
2467 $r1 or $r3, or $r3r1 for 32 bit values.
2469 @item Rdi
2470 A register that can hold a 64 bit value.
2472 @item Rhl
2473 $r0 or $r1 (registers with addressable high/low bytes)
2475 @item R23
2476 $r2 or $r3
2478 @item Raa
2479 Address registers
2481 @item Raw
2482 Address registers when they're 16 bits wide.
2484 @item Ral
2485 Address registers when they're 24 bits wide.
2487 @item Rqi
2488 Registers that can hold QI values.
2490 @item Rad
2491 Registers that can be used with displacements ($a0, $a1, $sb).
2493 @item Rsi
2494 Registers that can hold 32 bit values.
2496 @item Rhi
2497 Registers that can hold 16 bit values.
2499 @item Rhc
2500 Registers chat can hold 16 bit values, including all control
2501 registers.
2503 @item Rra
2504 $r0 through R1, plus $a0 and $a1.
2506 @item Rfl
2507 The flags register.
2509 @item Rmm
2510 The memory-based pseudo-registers $mem0 through $mem15.
2512 @item Rpi
2513 Registers that can hold pointers (16 bit registers for r8c, m16c; 24
2514 bit registers for m32cm, m32c).
2516 @item Rpa
2517 Matches multiple registers in a PARALLEL to form a larger register.
2518 Used to match function return values.
2520 @item Is3
2521 @minus{}8 @dots{} 7
2523 @item IS1
2524 @minus{}128 @dots{} 127
2526 @item IS2
2527 @minus{}32768 @dots{} 32767
2529 @item IU2
2530 0 @dots{} 65535
2532 @item In4
2533 @minus{}8 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 8
2535 @item In5
2536 @minus{}16 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 16
2538 @item In6
2539 @minus{}32 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 32
2541 @item IM2
2542 @minus{}65536 @dots{} @minus{}1
2544 @item Ilb
2545 An 8 bit value with exactly one bit set.
2547 @item Ilw
2548 A 16 bit value with exactly one bit set.
2550 @item Sd
2551 The common src/dest memory addressing modes.
2553 @item Sa
2554 Memory addressed using $a0 or $a1.
2556 @item Si
2557 Memory addressed with immediate addresses.
2559 @item Ss
2560 Memory addressed using the stack pointer ($sp).
2562 @item Sf
2563 Memory addressed using the frame base register ($fb).
2565 @item Ss
2566 Memory addressed using the small base register ($sb).
2568 @item S1
2569 $r1h
2570 @end table
2572 @item MicroBlaze---@file{config/microblaze/constraints.md}
2573 @table @code
2574 @item d
2575 A general register (@code{r0} to @code{r31}).
2577 @item z
2578 A status register (@code{rmsr}, @code{$fcc1} to @code{$fcc7}).
2580 @end table
2582 @item MIPS---@file{config/mips/constraints.md}
2583 @table @code
2584 @item d
2585 A general-purpose register.  This is equivalent to @code{r} unless
2586 generating MIPS16 code, in which case the MIPS16 register set is used.
2588 @item f
2589 A floating-point register (if available).
2591 @item h
2592 Formerly the @code{hi} register.  This constraint is no longer supported.
2594 @item l
2595 The @code{lo} register.  Use this register to store values that are
2596 no bigger than a word.
2598 @item x
2599 The concatenated @code{hi} and @code{lo} registers.  Use this register
2600 to store doubleword values.
2602 @item c
2603 A register suitable for use in an indirect jump.  This will always be
2604 @code{$25} for @option{-mabicalls}.
2606 @item v
2607 Register @code{$3}.  Do not use this constraint in new code;
2608 it is retained only for compatibility with glibc.
2610 @item y
2611 Equivalent to @code{r}; retained for backwards compatibility.
2613 @item z
2614 A floating-point condition code register.
2616 @item I
2617 A signed 16-bit constant (for arithmetic instructions).
2619 @item J
2620 Integer zero.
2622 @item K
2623 An unsigned 16-bit constant (for logic instructions).
2625 @item L
2626 A signed 32-bit constant in which the lower 16 bits are zero.
2627 Such constants can be loaded using @code{lui}.
2629 @item M
2630 A constant that cannot be loaded using @code{lui}, @code{addiu}
2631 or @code{ori}.
2633 @item N
2634 A constant in the range @minus{}65535 to @minus{}1 (inclusive).
2636 @item O
2637 A signed 15-bit constant.
2639 @item P
2640 A constant in the range 1 to 65535 (inclusive).
2642 @item G
2643 Floating-point zero.
2645 @item R
2646 An address that can be used in a non-macro load or store.
2648 @item ZC
2649 A memory operand whose address is formed by a base register and offset
2650 that is suitable for use in instructions with the same addressing mode
2651 as @code{ll} and @code{sc}.
2653 @item ZD
2654 An address suitable for a @code{prefetch} instruction, or for any other
2655 instruction with the same addressing mode as @code{prefetch}.
2656 @end table
2658 @item Motorola 680x0---@file{config/m68k/constraints.md}
2659 @table @code
2660 @item a
2661 Address register
2663 @item d
2664 Data register
2666 @item f
2667 68881 floating-point register, if available
2669 @item I
2670 Integer in the range 1 to 8
2672 @item J
2673 16-bit signed number
2675 @item K
2676 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
2678 @item L
2679 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
2681 @item M
2682 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
2684 @item N
2685 Range 24 to 31, rotatert:SI 8 to 1 expressed as rotate
2687 @item O
2688 16 (for rotate using swap)
2690 @item P
2691 Range 8 to 15, rotatert:HI 8 to 1 expressed as rotate
2693 @item R
2694 Numbers that mov3q can handle
2696 @item G
2697 Floating point constant that is not a 68881 constant
2699 @item S
2700 Operands that satisfy 'm' when -mpcrel is in effect
2702 @item T
2703 Operands that satisfy 's' when -mpcrel is not in effect
2705 @item Q
2706 Address register indirect addressing mode
2708 @item U
2709 Register offset addressing
2711 @item W
2712 const_call_operand
2714 @item Cs
2715 symbol_ref or const
2717 @item Ci
2718 const_int
2720 @item C0
2721 const_int 0
2723 @item Cj
2724 Range of signed numbers that don't fit in 16 bits
2726 @item Cmvq
2727 Integers valid for mvq
2729 @item Capsw
2730 Integers valid for a moveq followed by a swap
2732 @item Cmvz
2733 Integers valid for mvz
2735 @item Cmvs
2736 Integers valid for mvs
2738 @item Ap
2739 push_operand
2741 @item Ac
2742 Non-register operands allowed in clr
2744 @end table
2746 @item Moxie---@file{config/moxie/constraints.md}
2747 @table @code
2748 @item A
2749 An absolute address
2751 @item B
2752 An offset address
2754 @item W
2755 A register indirect memory operand
2757 @item I
2758 A constant in the range of 0 to 255.
2760 @item N
2761 A constant in the range of 0 to @minus{}255.
2763 @end table
2765 @item MSP430--@file{config/msp430/constraints.md}
2766 @table @code
2768 @item R12
2769 Register R12.
2771 @item R13
2772 Register R13.
2774 @item K
2775 Integer constant 1.
2777 @item L
2778 Integer constant -1^20..1^19.
2780 @item M
2781 Integer constant 1-4.
2783 @item Ya
2784 Memory references which do not require an extended MOVX instruction.
2786 @item Yl
2787 Memory reference, labels only.
2789 @item Ys
2790 Memory reference, stack only.
2792 @end table
2794 @item NDS32---@file{config/nds32/constraints.md}
2795 @table @code
2796 @item w
2797 LOW register class $r0 to $r7 constraint for V3/V3M ISA.
2798 @item l
2799 LOW register class $r0 to $r7.
2800 @item d
2801 MIDDLE register class $r0 to $r11, $r16 to $r19.
2802 @item h
2803 HIGH register class $r12 to $r14, $r20 to $r31.
2804 @item t
2805 Temporary assist register $ta (i.e.@: $r15).
2806 @item k
2807 Stack register $sp.
2808 @item Iu03
2809 Unsigned immediate 3-bit value.
2810 @item In03
2811 Negative immediate 3-bit value in the range of @minus{}7--0.
2812 @item Iu04
2813 Unsigned immediate 4-bit value.
2814 @item Is05
2815 Signed immediate 5-bit value.
2816 @item Iu05
2817 Unsigned immediate 5-bit value.
2818 @item In05
2819 Negative immediate 5-bit value in the range of @minus{}31--0.
2820 @item Ip05
2821 Unsigned immediate 5-bit value for movpi45 instruction with range 16--47.
2822 @item Iu06
2823 Unsigned immediate 6-bit value constraint for addri36.sp instruction.
2824 @item Iu08
2825 Unsigned immediate 8-bit value.
2826 @item Iu09
2827 Unsigned immediate 9-bit value.
2828 @item Is10
2829 Signed immediate 10-bit value.
2830 @item Is11
2831 Signed immediate 11-bit value.
2832 @item Is15
2833 Signed immediate 15-bit value.
2834 @item Iu15
2835 Unsigned immediate 15-bit value.
2836 @item Ic15
2837 A constant which is not in the range of imm15u but ok for bclr instruction.
2838 @item Ie15
2839 A constant which is not in the range of imm15u but ok for bset instruction.
2840 @item It15
2841 A constant which is not in the range of imm15u but ok for btgl instruction.
2842 @item Ii15
2843 A constant whose compliment value is in the range of imm15u
2844 and ok for bitci instruction.
2845 @item Is16
2846 Signed immediate 16-bit value.
2847 @item Is17
2848 Signed immediate 17-bit value.
2849 @item Is19
2850 Signed immediate 19-bit value.
2851 @item Is20
2852 Signed immediate 20-bit value.
2853 @item Ihig
2854 The immediate value that can be simply set high 20-bit.
2855 @item Izeb
2856 The immediate value 0xff.
2857 @item Izeh
2858 The immediate value 0xffff.
2859 @item Ixls
2860 The immediate value 0x01.
2861 @item Ix11
2862 The immediate value 0x7ff.
2863 @item Ibms
2864 The immediate value with power of 2.
2865 @item Ifex
2866 The immediate value with power of 2 minus 1.
2867 @item U33
2868 Memory constraint for 333 format.
2869 @item U45
2870 Memory constraint for 45 format.
2871 @item U37
2872 Memory constraint for 37 format.
2873 @end table
2875 @item Nios II family---@file{config/nios2/constraints.md}
2876 @table @code
2878 @item I
2879 Integer that is valid as an immediate operand in an
2880 instruction taking a signed 16-bit number. Range
2881 @minus{}32768 to 32767.
2883 @item J
2884 Integer that is valid as an immediate operand in an
2885 instruction taking an unsigned 16-bit number. Range
2886 0 to 65535.
2888 @item K
2889 Integer that is valid as an immediate operand in an
2890 instruction taking only the upper 16-bits of a
2891 32-bit number. Range 32-bit numbers with the lower
2892 16-bits being 0.
2894 @item L
2895 Integer that is valid as an immediate operand for a 
2896 shift instruction. Range 0 to 31.
2898 @item M
2899 Integer that is valid as an immediate operand for
2900 only the value 0. Can be used in conjunction with
2901 the format modifier @code{z} to use @code{r0}
2902 instead of @code{0} in the assembly output.
2904 @item N
2905 Integer that is valid as an immediate operand for
2906 a custom instruction opcode. Range 0 to 255.
2908 @item P
2909 An immediate operand for R2 andchi/andci instructions. 
2911 @item S
2912 Matches immediates which are addresses in the small
2913 data section and therefore can be added to @code{gp}
2914 as a 16-bit immediate to re-create their 32-bit value.
2916 @item U
2917 Matches constants suitable as an operand for the rdprs and
2918 cache instructions.
2920 @item v
2921 A memory operand suitable for Nios II R2 load/store
2922 exclusive instructions.
2924 @item w
2925 A memory operand suitable for load/store IO and cache
2926 instructions.
2928 @ifset INTERNALS
2929 @item T
2930 A @code{const} wrapped @code{UNSPEC} expression,
2931 representing a supported PIC or TLS relocation.
2932 @end ifset
2934 @end table
2936 @item PDP-11---@file{config/pdp11/constraints.md}
2937 @table @code
2938 @item a
2939 Floating point registers AC0 through AC3.  These can be loaded from/to
2940 memory with a single instruction.
2942 @item d
2943 Odd numbered general registers (R1, R3, R5).  These are used for
2944 16-bit multiply operations.
2946 @item f
2947 Any of the floating point registers (AC0 through AC5).
2949 @item G
2950 Floating point constant 0.
2952 @item I
2953 An integer constant that fits in 16 bits.
2955 @item J
2956 An integer constant whose low order 16 bits are zero.
2958 @item K
2959 An integer constant that does not meet the constraints for codes
2960 @samp{I} or @samp{J}.
2962 @item L
2963 The integer constant 1.
2965 @item M
2966 The integer constant @minus{}1.
2968 @item N
2969 The integer constant 0.
2971 @item O
2972 Integer constants @minus{}4 through @minus{}1 and 1 through 4; shifts by these
2973 amounts are handled as multiple single-bit shifts rather than a single
2974 variable-length shift.
2976 @item Q
2977 A memory reference which requires an additional word (address or
2978 offset) after the opcode.
2980 @item R
2981 A memory reference that is encoded within the opcode.
2983 @end table
2985 @item PowerPC and IBM RS6000---@file{config/rs6000/constraints.md}
2986 @table @code
2987 @item b
2988 Address base register
2990 @item d
2991 Floating point register (containing 64-bit value)
2993 @item f
2994 Floating point register (containing 32-bit value)
2996 @item v
2997 Altivec vector register
2999 @item wa
3000 Any VSX register if the @option{-mvsx} option was used or NO_REGS.
3002 When using any of the register constraints (@code{wa}, @code{wd},
3003 @code{wf}, @code{wg}, @code{wh}, @code{wi}, @code{wj}, @code{wk},
3004 @code{wl}, @code{wm}, @code{wo}, @code{wp}, @code{wq}, @code{ws},
3005 @code{wt}, @code{wu}, @code{wv}, @code{ww}, or @code{wy})
3006 that take VSX registers, you must use @code{%x<n>} in the template so
3007 that the correct register is used.  Otherwise the register number
3008 output in the assembly file will be incorrect if an Altivec register
3009 is an operand of a VSX instruction that expects VSX register
3010 numbering.
3012 @smallexample
3013 asm ("xvadddp %x0,%x1,%x2"
3014      : "=wa" (v1)
3015      : "wa" (v2), "wa" (v3));
3016 @end smallexample
3018 @noindent
3019 is correct, but:
3021 @smallexample
3022 asm ("xvadddp %0,%1,%2" 
3023      : "=wa" (v1) 
3024      : "wa" (v2), "wa" (v3));
3025 @end smallexample
3027 @noindent
3028 is not correct.
3030 If an instruction only takes Altivec registers, you do not want to use
3031 @code{%x<n>}.
3033 @smallexample
3034 asm ("xsaddqp %0,%1,%2"
3035      : "=v" (v1)
3036      : "v" (v2), "v" (v3));
3037 @end smallexample
3039 @noindent
3040 is correct because the @code{xsaddqp} instruction only takes Altivec
3041 registers, while:
3043 @smallexample
3044 asm ("xsaddqp %x0,%x1,%x2" 
3045      : "=v" (v1) 
3046      : "v" (v2), "v" (v3));
3047 @end smallexample
3049 @noindent
3050 is incorrect.
3052 @item wb
3053 Altivec register if @option{-mcpu=power9} is used or NO_REGS.
3055 @item wd
3056 VSX vector register to hold vector double data or NO_REGS.
3058 @item we
3059 VSX register if the @option{-mcpu=power9} and @option{-m64} options
3060 were used or NO_REGS.
3062 @item wf
3063 VSX vector register to hold vector float data or NO_REGS.
3065 @item wg
3066 If @option{-mmfpgpr} was used, a floating point register or NO_REGS.
3068 @item wh
3069 Floating point register if direct moves are available, or NO_REGS.
3071 @item wi
3072 FP or VSX register to hold 64-bit integers for VSX insns or NO_REGS.
3074 @item wj
3075 FP or VSX register to hold 64-bit integers for direct moves or NO_REGS.
3077 @item wk
3078 FP or VSX register to hold 64-bit doubles for direct moves or NO_REGS.
3080 @item wl
3081 Floating point register if the LFIWAX instruction is enabled or NO_REGS.
3083 @item wm
3084 VSX register if direct move instructions are enabled, or NO_REGS.
3086 @item wn
3087 No register (NO_REGS).
3089 @item wo
3090 VSX register to use for ISA 3.0 vector instructions, or NO_REGS.
3092 @item wp
3093 VSX register to use for IEEE 128-bit floating point TFmode, or NO_REGS.
3095 @item wq
3096 VSX register to use for IEEE 128-bit floating point, or NO_REGS.
3098 @item wr
3099 General purpose register if 64-bit instructions are enabled or NO_REGS.
3101 @item ws
3102 VSX vector register to hold scalar double values or NO_REGS.
3104 @item wt
3105 VSX vector register to hold 128 bit integer or NO_REGS.
3107 @item wu
3108 Altivec register to use for float/32-bit int loads/stores  or NO_REGS.
3110 @item wv
3111 Altivec register to use for double loads/stores  or NO_REGS.
3113 @item ww
3114 FP or VSX register to perform float operations under @option{-mvsx} or NO_REGS.
3116 @item wx
3117 Floating point register if the STFIWX instruction is enabled or NO_REGS.
3119 @item wy
3120 FP or VSX register to perform ISA 2.07 float ops or NO_REGS.
3122 @item wz
3123 Floating point register if the LFIWZX instruction is enabled or NO_REGS.
3125 @item wA
3126 Address base register if 64-bit instructions are enabled or NO_REGS.
3128 @item wB
3129 Signed 5-bit constant integer that can be loaded into an altivec register.
3131 @item wD
3132 Int constant that is the element number of the 64-bit scalar in a vector.
3134 @item wE
3135 Vector constant that can be loaded with the XXSPLTIB instruction.
3137 @item wF
3138 Memory operand suitable for power9 fusion load/stores.
3140 @item wG
3141 Memory operand suitable for TOC fusion memory references.
3143 @item wH
3144 Altivec register if @option{-mvsx-small-integer}.
3146 @item wI
3147 Floating point register if @option{-mvsx-small-integer}.
3149 @item wJ
3150 FP register if @option{-mvsx-small-integer} and @option{-mpower9-vector}.
3152 @item wK
3153 Altivec register if @option{-mvsx-small-integer} and @option{-mpower9-vector}.
3155 @item wL
3156 Int constant that is the element number that the MFVSRLD instruction.
3157 targets.
3159 @item wM
3160 Match vector constant with all 1's if the XXLORC instruction is available.
3162 @item wO
3163 A memory operand suitable for the ISA 3.0 vector d-form instructions.
3165 @item wQ
3166 A memory address that will work with the @code{lq} and @code{stq}
3167 instructions.
3169 @item wS
3170 Vector constant that can be loaded with XXSPLTIB & sign extension.
3172 @item h
3173 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
3175 @item c
3176 @samp{CTR} register
3178 @item l
3179 @samp{LINK} register
3181 @item x
3182 @samp{CR} register (condition register) number 0
3184 @item y
3185 @samp{CR} register (condition register)
3187 @item z
3188 @samp{XER[CA]} carry bit (part of the XER register)
3190 @item I
3191 Signed 16-bit constant
3193 @item J
3194 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
3195 @code{SImode} constants)
3197 @item K
3198 Unsigned 16-bit constant
3200 @item L
3201 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
3203 @item M
3204 Constant larger than 31
3206 @item N
3207 Exact power of 2
3209 @item O
3210 Zero
3212 @item P
3213 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
3215 @item G
3216 Floating point constant that can be loaded into a register with one
3217 instruction per word
3219 @item H
3220 Integer/Floating point constant that can be loaded into a register using
3221 three instructions
3223 @item m
3224 Memory operand.
3225 Normally, @code{m} does not allow addresses that update the base register.
3226 If @samp{<} or @samp{>} constraint is also used, they are allowed and
3227 therefore on PowerPC targets in that case it is only safe
3228 to use @samp{m<>} in an @code{asm} statement if that @code{asm} statement
3229 accesses the operand exactly once.  The @code{asm} statement must also
3230 use @samp{%U@var{<opno>}} as a placeholder for the ``update'' flag in the
3231 corresponding load or store instruction.  For example:
3233 @smallexample
3234 asm ("st%U0 %1,%0" : "=m<>" (mem) : "r" (val));
3235 @end smallexample
3237 is correct but:
3239 @smallexample
3240 asm ("st %1,%0" : "=m<>" (mem) : "r" (val));
3241 @end smallexample
3243 is not.
3245 @item es
3246 A ``stable'' memory operand; that is, one which does not include any
3247 automodification of the base register.  This used to be useful when
3248 @samp{m} allowed automodification of the base register, but as those are now only
3249 allowed when @samp{<} or @samp{>} is used, @samp{es} is basically the same
3250 as @samp{m} without @samp{<} and @samp{>}.
3252 @item Q
3253 Memory operand that is an offset from a register (it is usually better
3254 to use @samp{m} or @samp{es} in @code{asm} statements)
3256 @item Z
3257 Memory operand that is an indexed or indirect from a register (it is
3258 usually better to use @samp{m} or @samp{es} in @code{asm} statements)
3260 @item R
3261 AIX TOC entry
3263 @item a
3264 Address operand that is an indexed or indirect from a register (@samp{p} is
3265 preferable for @code{asm} statements)
3267 @item U
3268 System V Release 4 small data area reference
3270 @item W
3271 Vector constant that does not require memory
3273 @item j
3274 Vector constant that is all zeros.
3276 @end table
3278 @item RL78---@file{config/rl78/constraints.md}
3279 @table @code
3281 @item Int3
3282 An integer constant in the range 1 @dots{} 7.
3283 @item Int8
3284 An integer constant in the range 0 @dots{} 255.
3285 @item J
3286 An integer constant in the range @minus{}255 @dots{} 0
3287 @item K
3288 The integer constant 1.
3289 @item L
3290 The integer constant -1.
3291 @item M
3292 The integer constant 0.
3293 @item N
3294 The integer constant 2.
3295 @item O
3296 The integer constant -2.
3297 @item P
3298 An integer constant in the range 1 @dots{} 15.
3299 @item Qbi
3300 The built-in compare types--eq, ne, gtu, ltu, geu, and leu.
3301 @item Qsc
3302 The synthetic compare types--gt, lt, ge, and le.
3303 @item Wab
3304 A memory reference with an absolute address.
3305 @item Wbc
3306 A memory reference using @code{BC} as a base register, with an optional offset.
3307 @item Wca
3308 A memory reference using @code{AX}, @code{BC}, @code{DE}, or @code{HL} for the address, for calls.
3309 @item Wcv
3310 A memory reference using any 16-bit register pair for the address, for calls.
3311 @item Wd2
3312 A memory reference using @code{DE} as a base register, with an optional offset.
3313 @item Wde
3314 A memory reference using @code{DE} as a base register, without any offset.
3315 @item Wfr
3316 Any memory reference to an address in the far address space.
3317 @item Wh1
3318 A memory reference using @code{HL} as a base register, with an optional one-byte offset.
3319 @item Whb
3320 A memory reference using @code{HL} as a base register, with @code{B} or @code{C} as the index register.
3321 @item Whl
3322 A memory reference using @code{HL} as a base register, without any offset.
3323 @item Ws1
3324 A memory reference using @code{SP} as a base register, with an optional one-byte offset.
3325 @item Y
3326 Any memory reference to an address in the near address space.
3327 @item A
3328 The @code{AX} register.
3329 @item B
3330 The @code{BC} register.
3331 @item D
3332 The @code{DE} register.
3333 @item R
3334 @code{A} through @code{L} registers.
3335 @item S
3336 The @code{SP} register.
3337 @item T
3338 The @code{HL} register.
3339 @item Z08W
3340 The 16-bit @code{R8} register.
3341 @item Z10W
3342 The 16-bit @code{R10} register.
3343 @item Zint
3344 The registers reserved for interrupts (@code{R24} to @code{R31}).
3345 @item a
3346 The @code{A} register.
3347 @item b
3348 The @code{B} register.
3349 @item c
3350 The @code{C} register.
3351 @item d
3352 The @code{D} register.
3353 @item e
3354 The @code{E} register.
3355 @item h
3356 The @code{H} register.
3357 @item l
3358 The @code{L} register.
3359 @item v
3360 The virtual registers.
3361 @item w
3362 The @code{PSW} register.
3363 @item x
3364 The @code{X} register.
3366 @end table
3368 @item RISC-V---@file{config/riscv/constraints.md}
3369 @table @code
3371 @item f
3372 A floating-point register (if availiable).
3374 @item I
3375 An I-type 12-bit signed immediate.
3377 @item J
3378 Integer zero.
3380 @item K
3381 A 5-bit unsigned immediate for CSR access instructions.
3383 @item A
3384 An address that is held in a general-purpose register.
3386 @end table
3388 @item RX---@file{config/rx/constraints.md}
3389 @table @code
3390 @item Q
3391 An address which does not involve register indirect addressing or
3392 pre/post increment/decrement addressing.
3394 @item Symbol
3395 A symbol reference.
3397 @item Int08
3398 A constant in the range @minus{}256 to 255, inclusive.
3400 @item Sint08
3401 A constant in the range @minus{}128 to 127, inclusive.
3403 @item Sint16
3404 A constant in the range @minus{}32768 to 32767, inclusive.
3406 @item Sint24
3407 A constant in the range @minus{}8388608 to 8388607, inclusive.
3409 @item Uint04
3410 A constant in the range 0 to 15, inclusive.
3412 @end table
3414 @item S/390 and zSeries---@file{config/s390/s390.h}
3415 @table @code
3416 @item a
3417 Address register (general purpose register except r0)
3419 @item c
3420 Condition code register
3422 @item d
3423 Data register (arbitrary general purpose register)
3425 @item f
3426 Floating-point register
3428 @item I
3429 Unsigned 8-bit constant (0--255)
3431 @item J
3432 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
3434 @item K
3435 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
3437 @item L
3438 Value appropriate as displacement.
3439 @table @code
3440 @item (0..4095)
3441 for short displacement
3442 @item (@minus{}524288..524287)
3443 for long displacement
3444 @end table
3446 @item M
3447 Constant integer with a value of 0x7fffffff.
3449 @item N
3450 Multiple letter constraint followed by 4 parameter letters.
3451 @table @code
3452 @item 0..9:
3453 number of the part counting from most to least significant
3454 @item H,Q:
3455 mode of the part
3456 @item D,S,H:
3457 mode of the containing operand
3458 @item 0,F:
3459 value of the other parts (F---all bits set)
3460 @end table
3461 The constraint matches if the specified part of a constant
3462 has a value different from its other parts.
3464 @item Q
3465 Memory reference without index register and with short displacement.
3467 @item R
3468 Memory reference with index register and short displacement.
3470 @item S
3471 Memory reference without index register but with long displacement.
3473 @item T
3474 Memory reference with index register and long displacement.
3476 @item U
3477 Pointer with short displacement.
3479 @item W
3480 Pointer with long displacement.
3482 @item Y
3483 Shift count operand.
3485 @end table
3487 @need 1000
3488 @item SPARC---@file{config/sparc/sparc.h}
3489 @table @code
3490 @item f
3491 Floating-point register on the SPARC-V8 architecture and
3492 lower floating-point register on the SPARC-V9 architecture.
3494 @item e
3495 Floating-point register.  It is equivalent to @samp{f} on the
3496 SPARC-V8 architecture and contains both lower and upper
3497 floating-point registers on the SPARC-V9 architecture.
3499 @item c
3500 Floating-point condition code register.
3502 @item d
3503 Lower floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9
3504 architecture when the Visual Instruction Set is available.
3506 @item b
3507 Floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9 architecture
3508 when the Visual Instruction Set is available.
3510 @item h
3511 64-bit global or out register for the SPARC-V8+ architecture.
3513 @item C
3514 The constant all-ones, for floating-point.
3516 @item A
3517 Signed 5-bit constant
3519 @item D
3520 A vector constant
3522 @item I
3523 Signed 13-bit constant
3525 @item J
3526 Zero
3528 @item K
3529 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
3530 loaded with the @code{sethi} instruction)
3532 @item L
3533 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions (11-bit
3534 signed immediate)
3536 @item M
3537 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions (10-bit
3538 signed immediate)
3540 @item N
3541 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
3542 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
3543 modes wider than @code{SImode}
3545 @item O
3546 The constant 4096
3548 @item G
3549 Floating-point zero
3551 @item H
3552 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
3554 @item P
3555 The constant -1
3557 @item Q
3558 Floating-point constant whose integral representation can
3559 be moved into an integer register using a single sethi
3560 instruction
3562 @item R
3563 Floating-point constant whose integral representation can
3564 be moved into an integer register using a single mov
3565 instruction
3567 @item S
3568 Floating-point constant whose integral representation can
3569 be moved into an integer register using a high/lo_sum
3570 instruction sequence
3572 @item T
3573 Memory address aligned to an 8-byte boundary
3575 @item U
3576 Even register
3578 @item W
3579 Memory address for @samp{e} constraint registers
3581 @item w
3582 Memory address with only a base register
3584 @item Y
3585 Vector zero
3587 @end table
3589 @item SPU---@file{config/spu/spu.h}
3590 @table @code
3591 @item a
3592 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.
3594 @item c
3595 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.
3597 @item d
3598 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 64 bit value.
3600 @item f
3601 An immediate which can be loaded with @code{fsmbi}.
3603 @item A
3604 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3606 @item B
3607 An immediate for most arithmetic instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3609 @item C
3610 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3612 @item D
3613 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 32 bit value.
3615 @item I
3616 A constant in the range [@minus{}64, 63] for shift/rotate instructions.
3618 @item J
3619 An unsigned 7-bit constant for conversion/nop/channel instructions.
3621 @item K
3622 A signed 10-bit constant for most arithmetic instructions.
3624 @item M
3625 A signed 16 bit immediate for @code{stop}.
3627 @item N
3628 An unsigned 16-bit constant for @code{iohl} and @code{fsmbi}.
3630 @item O
3631 An unsigned 7-bit constant whose 3 least significant bits are 0.
3633 @item P
3634 An unsigned 3-bit constant for 16-byte rotates and shifts
3636 @item R
3637 Call operand, reg, for indirect calls
3639 @item S
3640 Call operand, symbol, for relative calls.
3642 @item T
3643 Call operand, const_int, for absolute calls.
3645 @item U
3646 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is sign extended to 128 bit.
3648 @item W
3649 An immediate for shift and rotate instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3651 @item Y
3652 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is sign extended as a 128 bit.
3654 @item Z
3655 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is sign extended to 128 bit.
3657 @end table
3659 @item TI C6X family---@file{config/c6x/constraints.md}
3660 @table @code
3661 @item a
3662 Register file A (A0--A31).
3664 @item b
3665 Register file B (B0--B31).
3667 @item A
3668 Predicate registers in register file A (A0--A2 on C64X and
3669 higher, A1 and A2 otherwise).
3671 @item B
3672 Predicate registers in register file B (B0--B2).
3674 @item C
3675 A call-used register in register file B (B0--B9, B16--B31).
3677 @item Da
3678 Register file A, excluding predicate registers (A3--A31,
3679 plus A0 if not C64X or higher).
3681 @item Db
3682 Register file B, excluding predicate registers (B3--B31).
3684 @item Iu4
3685 Integer constant in the range 0 @dots{} 15.
3687 @item Iu5
3688 Integer constant in the range 0 @dots{} 31.
3690 @item In5
3691 Integer constant in the range @minus{}31 @dots{} 0.
3693 @item Is5
3694 Integer constant in the range @minus{}16 @dots{} 15.
3696 @item I5x
3697 Integer constant that can be the operand of an ADDA or a SUBA insn.
3699 @item IuB
3700 Integer constant in the range 0 @dots{} 65535.
3702 @item IsB
3703 Integer constant in the range @minus{}32768 @dots{} 32767.
3705 @item IsC
3706 Integer constant in the range @math{-2^{20}} @dots{} @math{2^{20} - 1}.
3708 @item Jc
3709 Integer constant that is a valid mask for the clr instruction.
3711 @item Js
3712 Integer constant that is a valid mask for the set instruction.
3714 @item Q
3715 Memory location with A base register.
3717 @item R
3718 Memory location with B base register.
3720 @ifset INTERNALS
3721 @item S0
3722 On C64x+ targets, a GP-relative small data reference.
3724 @item S1
3725 Any kind of @code{SYMBOL_REF}, for use in a call address.
3727 @item Si
3728 Any kind of immediate operand, unless it matches the S0 constraint.
3730 @item T
3731 Memory location with B base register, but not using a long offset.
3733 @item W
3734 A memory operand with an address that cannot be used in an unaligned access.
3736 @end ifset
3737 @item Z
3738 Register B14 (aka DP).
3740 @end table
3742 @item TILE-Gx---@file{config/tilegx/constraints.md}
3743 @table @code
3744 @item R00
3745 @itemx R01
3746 @itemx R02
3747 @itemx R03
3748 @itemx R04
3749 @itemx R05
3750 @itemx R06
3751 @itemx R07
3752 @itemx R08
3753 @itemx R09
3754 @itemx R10
3755 Each of these represents a register constraint for an individual
3756 register, from r0 to r10.
3758 @item I
3759 Signed 8-bit integer constant.
3761 @item J
3762 Signed 16-bit integer constant.
3764 @item K
3765 Unsigned 16-bit integer constant.
3767 @item L
3768 Integer constant that fits in one signed byte when incremented by one
3769 (@minus{}129 @dots{} 126).
3771 @item m
3772 Memory operand.  If used together with @samp{<} or @samp{>}, the
3773 operand can have postincrement which requires printing with @samp{%In}
3774 and @samp{%in} on TILE-Gx.  For example:
3776 @smallexample
3777 asm ("st_add %I0,%1,%i0" : "=m<>" (*mem) : "r" (val));
3778 @end smallexample
3780 @item M
3781 A bit mask suitable for the BFINS instruction.
3783 @item N
3784 Integer constant that is a byte tiled out eight times.
3786 @item O
3787 The integer zero constant.
3789 @item P
3790 Integer constant that is a sign-extended byte tiled out as four shorts.
3792 @item Q
3793 Integer constant that fits in one signed byte when incremented
3794 (@minus{}129 @dots{} 126), but excluding -1.
3796 @item S
3797 Integer constant that has all 1 bits consecutive and starting at bit 0.
3799 @item T
3800 A 16-bit fragment of a got, tls, or pc-relative reference.
3802 @item U
3803 Memory operand except postincrement.  This is roughly the same as
3804 @samp{m} when not used together with @samp{<} or @samp{>}.
3806 @item W
3807 An 8-element vector constant with identical elements.
3809 @item Y
3810 A 4-element vector constant with identical elements.
3812 @item Z0
3813 The integer constant 0xffffffff.
3815 @item Z1
3816 The integer constant 0xffffffff00000000.
3818 @end table
3820 @item TILEPro---@file{config/tilepro/constraints.md}
3821 @table @code
3822 @item R00
3823 @itemx R01
3824 @itemx R02
3825 @itemx R03
3826 @itemx R04
3827 @itemx R05
3828 @itemx R06
3829 @itemx R07
3830 @itemx R08
3831 @itemx R09
3832 @itemx R10
3833 Each of these represents a register constraint for an individual
3834 register, from r0 to r10.
3836 @item I
3837 Signed 8-bit integer constant.
3839 @item J
3840 Signed 16-bit integer constant.
3842 @item K
3843 Nonzero integer constant with low 16 bits zero.
3845 @item L
3846 Integer constant that fits in one signed byte when incremented by one
3847 (@minus{}129 @dots{} 126).
3849 @item m
3850 Memory operand.  If used together with @samp{<} or @samp{>}, the
3851 operand can have postincrement which requires printing with @samp{%In}
3852 and @samp{%in} on TILEPro.  For example:
3854 @smallexample
3855 asm ("swadd %I0,%1,%i0" : "=m<>" (mem) : "r" (val));
3856 @end smallexample
3858 @item M
3859 A bit mask suitable for the MM instruction.
3861 @item N
3862 Integer constant that is a byte tiled out four times.
3864 @item O
3865 The integer zero constant.
3867 @item P
3868 Integer constant that is a sign-extended byte tiled out as two shorts.
3870 @item Q
3871 Integer constant that fits in one signed byte when incremented
3872 (@minus{}129 @dots{} 126), but excluding -1.
3874 @item T
3875 A symbolic operand, or a 16-bit fragment of a got, tls, or pc-relative
3876 reference.
3878 @item U
3879 Memory operand except postincrement.  This is roughly the same as
3880 @samp{m} when not used together with @samp{<} or @samp{>}.
3882 @item W
3883 A 4-element vector constant with identical elements.
3885 @item Y
3886 A 2-element vector constant with identical elements.
3888 @end table
3890 @item Visium---@file{config/visium/constraints.md}
3891 @table @code
3892 @item b
3893 EAM register @code{mdb}
3895 @item c
3896 EAM register @code{mdc}
3898 @item f
3899 Floating point register
3901 @ifset INTERNALS
3902 @item k
3903 Register for sibcall optimization
3904 @end ifset
3906 @item l
3907 General register, but not @code{r29}, @code{r30} and @code{r31}
3909 @item t
3910 Register @code{r1}
3912 @item u
3913 Register @code{r2}
3915 @item v
3916 Register @code{r3}
3918 @item G
3919 Floating-point constant 0.0
3921 @item J
3922 Integer constant in the range 0 .. 65535 (16-bit immediate)
3924 @item K
3925 Integer constant in the range 1 .. 31 (5-bit immediate)
3927 @item L
3928 Integer constant in the range @minus{}65535 .. @minus{}1 (16-bit negative immediate)
3930 @item M
3931 Integer constant @minus{}1
3933 @item O
3934 Integer constant 0
3936 @item P
3937 Integer constant 32
3938 @end table
3940 @item x86 family---@file{config/i386/constraints.md}
3941 @table @code
3942 @item R
3943 Legacy register---the eight integer registers available on all
3944 i386 processors (@code{a}, @code{b}, @code{c}, @code{d},
3945 @code{si}, @code{di}, @code{bp}, @code{sp}).
3947 @item q
3948 Any register accessible as @code{@var{r}l}.  In 32-bit mode, @code{a},
3949 @code{b}, @code{c}, and @code{d}; in 64-bit mode, any integer register.
3951 @item Q
3952 Any register accessible as @code{@var{r}h}: @code{a}, @code{b},
3953 @code{c}, and @code{d}.
3955 @ifset INTERNALS
3956 @item l
3957 Any register that can be used as the index in a base+index memory
3958 access: that is, any general register except the stack pointer.
3959 @end ifset
3961 @item a
3962 The @code{a} register.
3964 @item b
3965 The @code{b} register.
3967 @item c
3968 The @code{c} register.
3970 @item d
3971 The @code{d} register.
3973 @item S
3974 The @code{si} register.
3976 @item D
3977 The @code{di} register.
3979 @item A
3980 The @code{a} and @code{d} registers.  This class is used for instructions
3981 that return double word results in the @code{ax:dx} register pair.  Single
3982 word values will be allocated either in @code{ax} or @code{dx}.
3983 For example on i386 the following implements @code{rdtsc}:
3985 @smallexample
3986 unsigned long long rdtsc (void)
3988   unsigned long long tick;
3989   __asm__ __volatile__("rdtsc":"=A"(tick));
3990   return tick;
3992 @end smallexample
3994 This is not correct on x86-64 as it would allocate tick in either @code{ax}
3995 or @code{dx}.  You have to use the following variant instead:
3997 @smallexample
3998 unsigned long long rdtsc (void)
4000   unsigned int tickl, tickh;
4001   __asm__ __volatile__("rdtsc":"=a"(tickl),"=d"(tickh));
4002   return ((unsigned long long)tickh << 32)|tickl;
4004 @end smallexample
4006 @item U
4007 The call-clobbered integer registers.
4009 @item f
4010 Any 80387 floating-point (stack) register.
4012 @item t
4013 Top of 80387 floating-point stack (@code{%st(0)}).
4015 @item u
4016 Second from top of 80387 floating-point stack (@code{%st(1)}).
4018 @ifset INTERNALS
4019 @item Yk
4020 Any mask register that can be used as a predicate, i.e. @code{k1-k7}.
4022 @item k
4023 Any mask register.
4024 @end ifset
4026 @item y
4027 Any MMX register.
4029 @item x
4030 Any SSE register.
4032 @item v
4033 Any EVEX encodable SSE register (@code{%xmm0-%xmm31}).
4035 @ifset INTERNALS
4036 @item w
4037 Any bound register.
4038 @end ifset
4040 @item Yz
4041 First SSE register (@code{%xmm0}).
4043 @ifset INTERNALS
4044 @item Yi
4045 Any SSE register, when SSE2 and inter-unit moves are enabled.
4047 @item Yj
4048 Any SSE register, when SSE2 and inter-unit moves from vector registers are enabled.
4050 @item Ym
4051 Any MMX register, when inter-unit moves are enabled.
4053 @item Yn
4054 Any MMX register, when inter-unit moves from vector registers are enabled.
4056 @item Yp
4057 Any integer register when @code{TARGET_PARTIAL_REG_STALL} is disabled.
4059 @item Ya
4060 Any integer register when zero extensions with @code{AND} are disabled.
4062 @item Yb
4063 Any register that can be used as the GOT base when calling@*
4064 @code{___tls_get_addr}: that is, any general register except @code{a}
4065 and @code{sp} registers, for @option{-fno-plt} if linker supports it.
4066 Otherwise, @code{b} register.
4068 @item Yf
4069 Any x87 register when 80387 floating-point arithmetic is enabled.
4071 @item Yr
4072 Lower SSE register when avoiding REX prefix and all SSE registers otherwise.
4074 @item Yv
4075 For AVX512VL, any EVEX-encodable SSE register (@code{%xmm0-%xmm31}),
4076 otherwise any SSE register.
4078 @item Yh
4079 Any EVEX-encodable SSE register, that has number factor of four.
4081 @item Bf
4082 Flags register operand.
4084 @item Bg
4085 GOT memory operand.
4087 @item Bm
4088 Vector memory operand.
4090 @item Bc
4091 Constant memory operand.
4093 @item Bn
4094 Memory operand without REX prefix.
4096 @item Bs
4097 Sibcall memory operand.
4099 @item Bw
4100 Call memory operand.
4102 @item Bz
4103 Constant call address operand.
4105 @item BC
4106 SSE constant -1 operand.
4107 @end ifset
4109 @item I
4110 Integer constant in the range 0 @dots{} 31, for 32-bit shifts.
4112 @item J
4113 Integer constant in the range 0 @dots{} 63, for 64-bit shifts.
4115 @item K
4116 Signed 8-bit integer constant.
4118 @item L
4119 @code{0xFF} or @code{0xFFFF}, for andsi as a zero-extending move.
4121 @item M
4122 0, 1, 2, or 3 (shifts for the @code{lea} instruction).
4124 @item N
4125 Unsigned 8-bit integer constant (for @code{in} and @code{out}
4126 instructions).
4128 @ifset INTERNALS
4129 @item O
4130 Integer constant in the range 0 @dots{} 127, for 128-bit shifts.
4131 @end ifset
4133 @item G
4134 Standard 80387 floating point constant.
4136 @item C
4137 SSE constant zero operand.
4139 @item e
4140 32-bit signed integer constant, or a symbolic reference known
4141 to fit that range (for immediate operands in sign-extending x86-64
4142 instructions).
4144 @item We
4145 32-bit signed integer constant, or a symbolic reference known
4146 to fit that range (for sign-extending conversion operations that
4147 require non-@code{VOIDmode} immediate operands).
4149 @item Wz
4150 32-bit unsigned integer constant, or a symbolic reference known
4151 to fit that range (for zero-extending conversion operations that
4152 require non-@code{VOIDmode} immediate operands).
4154 @item Wd
4155 128-bit integer constant where both the high and low 64-bit word
4156 satisfy the @code{e} constraint.
4158 @item Z
4159 32-bit unsigned integer constant, or a symbolic reference known
4160 to fit that range (for immediate operands in zero-extending x86-64
4161 instructions).
4163 @item Tv
4164 VSIB address operand.
4166 @item Ts
4167 Address operand without segment register.
4169 @item Ti
4170 MPX address operand without index.
4172 @item Tb
4173 MPX address operand without base.
4175 @end table
4177 @item Xstormy16---@file{config/stormy16/stormy16.h}
4178 @table @code
4179 @item a
4180 Register r0.
4182 @item b
4183 Register r1.
4185 @item c
4186 Register r2.
4188 @item d
4189 Register r8.
4191 @item e
4192 Registers r0 through r7.
4194 @item t
4195 Registers r0 and r1.
4197 @item y
4198 The carry register.
4200 @item z
4201 Registers r8 and r9.
4203 @item I
4204 A constant between 0 and 3 inclusive.
4206 @item J
4207 A constant that has exactly one bit set.
4209 @item K
4210 A constant that has exactly one bit clear.
4212 @item L
4213 A constant between 0 and 255 inclusive.
4215 @item M
4216 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
4218 @item N
4219 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
4221 @item O
4222 A constant between 1 and 4 inclusive.
4224 @item P
4225 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
4227 @item Q
4228 A memory reference that is a stack push.
4230 @item R
4231 A memory reference that is a stack pop.
4233 @item S
4234 A memory reference that refers to a constant address of known value.
4236 @item T
4237 The register indicated by Rx (not implemented yet).
4239 @item U
4240 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
4242 @item Z
4243 The constant 0.
4245 @end table
4247 @item Xtensa---@file{config/xtensa/constraints.md}
4248 @table @code
4249 @item a
4250 General-purpose 32-bit register
4252 @item b
4253 One-bit boolean register
4255 @item A
4256 MAC16 40-bit accumulator register
4258 @item I
4259 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
4261 @item J
4262 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
4264 @item K
4265 Integer constant valid for BccI instructions
4267 @item L
4268 Unsigned constant valid for BccUI instructions
4270 @end table
4272 @end table
4274 @ifset INTERNALS
4275 @node Disable Insn Alternatives
4276 @subsection Disable insn alternatives using the @code{enabled} attribute
4277 @cindex enabled
4279 There are three insn attributes that may be used to selectively disable
4280 instruction alternatives:
4282 @table @code
4283 @item enabled
4284 Says whether an alternative is available on the current subtarget.
4286 @item preferred_for_size
4287 Says whether an enabled alternative should be used in code that is
4288 optimized for size.
4290 @item preferred_for_speed
4291 Says whether an enabled alternative should be used in code that is
4292 optimized for speed.
4293 @end table
4295 All these attributes should use @code{(const_int 1)} to allow an alternative
4296 or @code{(const_int 0)} to disallow it.  The attributes must be a static
4297 property of the subtarget; they cannot for example depend on the
4298 current operands, on the current optimization level, on the location
4299 of the insn within the body of a loop, on whether register allocation
4300 has finished, or on the current compiler pass.
4302 The @code{enabled} attribute is a correctness property.  It tells GCC to act
4303 as though the disabled alternatives were never defined in the first place.
4304 This is useful when adding new instructions to an existing pattern in
4305 cases where the new instructions are only available for certain cpu
4306 architecture levels (typically mapped to the @code{-march=} command-line
4307 option).
4309 In contrast, the @code{preferred_for_size} and @code{preferred_for_speed}
4310 attributes are strong optimization hints rather than correctness properties.
4311 @code{preferred_for_size} tells GCC which alternatives to consider when
4312 adding or modifying an instruction that GCC wants to optimize for size.
4313 @code{preferred_for_speed} does the same thing for speed.  Note that things
4314 like code motion can lead to cases where code optimized for size uses
4315 alternatives that are not preferred for size, and similarly for speed.
4317 Although @code{define_insn}s can in principle specify the @code{enabled}
4318 attribute directly, it is often clearer to have subsiduary attributes
4319 for each architectural feature of interest.  The @code{define_insn}s
4320 can then use these subsiduary attributes to say which alternatives
4321 require which features.  The example below does this for @code{cpu_facility}.
4323 E.g. the following two patterns could easily be merged using the @code{enabled}
4324 attribute:
4326 @smallexample
4328 (define_insn "*movdi_old"
4329   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
4330         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d"))]
4331   "!TARGET_NEW"
4332   "lgr %0,%1")
4334 (define_insn "*movdi_new"
4335   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d,f,d")
4336         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d,d,f"))]
4337   "TARGET_NEW"
4338   "@@
4339    lgr  %0,%1
4340    ldgr %0,%1
4341    lgdr %0,%1")
4343 @end smallexample
4347 @smallexample
4349 (define_insn "*movdi_combined"
4350   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d,f,d")
4351         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d,d,f"))]
4352   ""
4353   "@@
4354    lgr  %0,%1
4355    ldgr %0,%1
4356    lgdr %0,%1"
4357   [(set_attr "cpu_facility" "*,new,new")])
4359 @end smallexample
4361 with the @code{enabled} attribute defined like this:
4363 @smallexample
4365 (define_attr "cpu_facility" "standard,new" (const_string "standard"))
4367 (define_attr "enabled" ""
4368   (cond [(eq_attr "cpu_facility" "standard") (const_int 1)
4369          (and (eq_attr "cpu_facility" "new")
4370               (ne (symbol_ref "TARGET_NEW") (const_int 0)))
4371          (const_int 1)]
4372         (const_int 0)))
4374 @end smallexample
4376 @end ifset
4378 @ifset INTERNALS
4379 @node Define Constraints
4380 @subsection Defining Machine-Specific Constraints
4381 @cindex defining constraints
4382 @cindex constraints, defining
4384 Machine-specific constraints fall into two categories: register and
4385 non-register constraints.  Within the latter category, constraints
4386 which allow subsets of all possible memory or address operands should
4387 be specially marked, to give @code{reload} more information.
4389 Machine-specific constraints can be given names of arbitrary length,
4390 but they must be entirely composed of letters, digits, underscores
4391 (@samp{_}), and angle brackets (@samp{< >}).  Like C identifiers, they
4392 must begin with a letter or underscore.
4394 In order to avoid ambiguity in operand constraint strings, no
4395 constraint can have a name that begins with any other constraint's
4396 name.  For example, if @code{x} is defined as a constraint name,
4397 @code{xy} may not be, and vice versa.  As a consequence of this rule,
4398 no constraint may begin with one of the generic constraint letters:
4399 @samp{E F V X g i m n o p r s}.
4401 Register constraints correspond directly to register classes.
4402 @xref{Register Classes}.  There is thus not much flexibility in their
4403 definitions.
4405 @deffn {MD Expression} define_register_constraint name regclass docstring
4406 All three arguments are string constants.
4407 @var{name} is the name of the constraint, as it will appear in
4408 @code{match_operand} expressions.  If @var{name} is a multi-letter
4409 constraint its length shall be the same for all constraints starting
4410 with the same letter.  @var{regclass} can be either the
4411 name of the corresponding register class (@pxref{Register Classes}),
4412 or a C expression which evaluates to the appropriate register class.
4413 If it is an expression, it must have no side effects, and it cannot
4414 look at the operand.  The usual use of expressions is to map some
4415 register constraints to @code{NO_REGS} when the register class
4416 is not available on a given subarchitecture.
4418 @var{docstring} is a sentence documenting the meaning of the
4419 constraint.  Docstrings are explained further below.
4420 @end deffn
4422 Non-register constraints are more like predicates: the constraint
4423 definition gives a boolean expression which indicates whether the
4424 constraint matches.
4426 @deffn {MD Expression} define_constraint name docstring exp
4427 The @var{name} and @var{docstring} arguments are the same as for
4428 @code{define_register_constraint}, but note that the docstring comes
4429 immediately after the name for these expressions.  @var{exp} is an RTL
4430 expression, obeying the same rules as the RTL expressions in predicate
4431 definitions.  @xref{Defining Predicates}, for details.  If it
4432 evaluates true, the constraint matches; if it evaluates false, it
4433 doesn't. Constraint expressions should indicate which RTL codes they
4434 might match, just like predicate expressions.
4436 @code{match_test} C expressions have access to the
4437 following variables:
4439 @table @var
4440 @item op
4441 The RTL object defining the operand.
4442 @item mode
4443 The machine mode of @var{op}.
4444 @item ival
4445 @samp{INTVAL (@var{op})}, if @var{op} is a @code{const_int}.
4446 @item hval
4447 @samp{CONST_DOUBLE_HIGH (@var{op})}, if @var{op} is an integer
4448 @code{const_double}.
4449 @item lval
4450 @samp{CONST_DOUBLE_LOW (@var{op})}, if @var{op} is an integer
4451 @code{const_double}.
4452 @item rval
4453 @samp{CONST_DOUBLE_REAL_VALUE (@var{op})}, if @var{op} is a floating-point
4454 @code{const_double}.
4455 @end table
4457 The @var{*val} variables should only be used once another piece of the
4458 expression has verified that @var{op} is the appropriate kind of RTL
4459 object.
4460 @end deffn
4462 Most non-register constraints should be defined with
4463 @code{define_constraint}.  The remaining two definition expressions
4464 are only appropriate for constraints that should be handled specially
4465 by @code{reload} if they fail to match.
4467 @deffn {MD Expression} define_memory_constraint name docstring exp
4468 Use this expression for constraints that match a subset of all memory
4469 operands: that is, @code{reload} can make them match by converting the
4470 operand to the form @samp{@w{(mem (reg @var{X}))}}, where @var{X} is a
4471 base register (from the register class specified by
4472 @code{BASE_REG_CLASS}, @pxref{Register Classes}).
4474 For example, on the S/390, some instructions do not accept arbitrary
4475 memory references, but only those that do not make use of an index
4476 register.  The constraint letter @samp{Q} is defined to represent a
4477 memory address of this type.  If @samp{Q} is defined with
4478 @code{define_memory_constraint}, a @samp{Q} constraint can handle any
4479 memory operand, because @code{reload} knows it can simply copy the
4480 memory address into a base register if required.  This is analogous to
4481 the way an @samp{o} constraint can handle any memory operand.
4483 The syntax and semantics are otherwise identical to
4484 @code{define_constraint}.
4485 @end deffn
4487 @deffn {MD Expression} define_special_memory_constraint name docstring exp
4488 Use this expression for constraints that match a subset of all memory
4489 operands: that is, @code{reload} can not make them match by reloading
4490 the address as it is described for @code{define_memory_constraint} or
4491 such address reload is undesirable with the performance point of view.
4493 For example, @code{define_special_memory_constraint} can be useful if
4494 specifically aligned memory is necessary or desirable for some insn
4495 operand.
4497 The syntax and semantics are otherwise identical to
4498 @code{define_constraint}.
4499 @end deffn
4501 @deffn {MD Expression} define_address_constraint name docstring exp
4502 Use this expression for constraints that match a subset of all address
4503 operands: that is, @code{reload} can make the constraint match by
4504 converting the operand to the form @samp{@w{(reg @var{X})}}, again
4505 with @var{X} a base register.
4507 Constraints defined with @code{define_address_constraint} can only be
4508 used with the @code{address_operand} predicate, or machine-specific
4509 predicates that work the same way.  They are treated analogously to
4510 the generic @samp{p} constraint.
4512 The syntax and semantics are otherwise identical to
4513 @code{define_constraint}.
4514 @end deffn
4516 For historical reasons, names beginning with the letters @samp{G H}
4517 are reserved for constraints that match only @code{const_double}s, and
4518 names beginning with the letters @samp{I J K L M N O P} are reserved
4519 for constraints that match only @code{const_int}s.  This may change in
4520 the future.  For the time being, constraints with these names must be
4521 written in a stylized form, so that @code{genpreds} can tell you did
4522 it correctly:
4524 @smallexample
4525 @group
4526 (define_constraint "[@var{GHIJKLMNOP}]@dots{}"
4527   "@var{doc}@dots{}"
4528   (and (match_code "const_int")  ; @r{@code{const_double} for G/H}
4529        @var{condition}@dots{}))            ; @r{usually a @code{match_test}}
4530 @end group
4531 @end smallexample
4532 @c the semicolons line up in the formatted manual
4534 It is fine to use names beginning with other letters for constraints
4535 that match @code{const_double}s or @code{const_int}s.
4537 Each docstring in a constraint definition should be one or more complete
4538 sentences, marked up in Texinfo format.  @emph{They are currently unused.}
4539 In the future they will be copied into the GCC manual, in @ref{Machine
4540 Constraints}, replacing the hand-maintained tables currently found in
4541 that section.  Also, in the future the compiler may use this to give
4542 more helpful diagnostics when poor choice of @code{asm} constraints
4543 causes a reload failure.
4545 If you put the pseudo-Texinfo directive @samp{@@internal} at the
4546 beginning of a docstring, then (in the future) it will appear only in
4547 the internals manual's version of the machine-specific constraint tables.
4548 Use this for constraints that should not appear in @code{asm} statements.
4550 @node C Constraint Interface
4551 @subsection Testing constraints from C
4552 @cindex testing constraints
4553 @cindex constraints, testing
4555 It is occasionally useful to test a constraint from C code rather than
4556 implicitly via the constraint string in a @code{match_operand}.  The
4557 generated file @file{tm_p.h} declares a few interfaces for working
4558 with constraints.  At present these are defined for all constraints
4559 except @code{g} (which is equivalent to @code{general_operand}).
4561 Some valid constraint names are not valid C identifiers, so there is a
4562 mangling scheme for referring to them from C@.  Constraint names that
4563 do not contain angle brackets or underscores are left unchanged.
4564 Underscores are doubled, each @samp{<} is replaced with @samp{_l}, and
4565 each @samp{>} with @samp{_g}.  Here are some examples:
4567 @c the @c's prevent double blank lines in the printed manual.
4568 @example
4569 @multitable {Original} {Mangled}
4570 @item @strong{Original} @tab @strong{Mangled}  @c
4571 @item @code{x}     @tab @code{x}       @c
4572 @item @code{P42x}  @tab @code{P42x}    @c
4573 @item @code{P4_x}  @tab @code{P4__x}   @c
4574 @item @code{P4>x}  @tab @code{P4_gx}   @c
4575 @item @code{P4>>}  @tab @code{P4_g_g}  @c
4576 @item @code{P4_g>} @tab @code{P4__g_g} @c
4577 @end multitable
4578 @end example
4580 Throughout this section, the variable @var{c} is either a constraint
4581 in the abstract sense, or a constant from @code{enum constraint_num};
4582 the variable @var{m} is a mangled constraint name (usually as part of
4583 a larger identifier).
4585 @deftp Enum constraint_num
4586 For each constraint except @code{g}, there is a corresponding
4587 enumeration constant: @samp{CONSTRAINT_} plus the mangled name of the
4588 constraint.  Functions that take an @code{enum constraint_num} as an
4589 argument expect one of these constants.
4590 @end deftp
4592 @deftypefun {inline bool} satisfies_constraint_@var{m} (rtx @var{exp})
4593 For each non-register constraint @var{m} except @code{g}, there is
4594 one of these functions; it returns @code{true} if @var{exp} satisfies the
4595 constraint.  These functions are only visible if @file{rtl.h} was included
4596 before @file{tm_p.h}.
4597 @end deftypefun
4599 @deftypefun bool constraint_satisfied_p (rtx @var{exp}, enum constraint_num @var{c})
4600 Like the @code{satisfies_constraint_@var{m}} functions, but the
4601 constraint to test is given as an argument, @var{c}.  If @var{c}
4602 specifies a register constraint, this function will always return
4603 @code{false}.
4604 @end deftypefun
4606 @deftypefun {enum reg_class} reg_class_for_constraint (enum constraint_num @var{c})
4607 Returns the register class associated with @var{c}.  If @var{c} is not
4608 a register constraint, or those registers are not available for the
4609 currently selected subtarget, returns @code{NO_REGS}.
4610 @end deftypefun
4612 Here is an example use of @code{satisfies_constraint_@var{m}}.  In
4613 peephole optimizations (@pxref{Peephole Definitions}), operand
4614 constraint strings are ignored, so if there are relevant constraints,
4615 they must be tested in the C condition.  In the example, the
4616 optimization is applied if operand 2 does @emph{not} satisfy the
4617 @samp{K} constraint.  (This is a simplified version of a peephole
4618 definition from the i386 machine description.)
4620 @smallexample
4621 (define_peephole2
4622   [(match_scratch:SI 3 "r")
4623    (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4624         (mult:SI (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")
4625                  (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "")))]
4627   "!satisfies_constraint_K (operands[2])"
4629   [(set (match_dup 3) (match_dup 1))
4630    (set (match_dup 0) (mult:SI (match_dup 3) (match_dup 2)))]
4632   "")
4633 @end smallexample
4635 @node Standard Names
4636 @section Standard Pattern Names For Generation
4637 @cindex standard pattern names
4638 @cindex pattern names
4639 @cindex names, pattern
4641 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
4642 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
4643 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
4644 pattern to accomplish a certain task.
4646 @table @asis
4647 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
4648 @item @samp{mov@var{m}}
4649 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lowercase.
4650 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
4651 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
4653 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
4654 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
4655 to store the specified value in the part of the register that corresponds
4656 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
4657 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
4658 outside the target word are left unchanged.
4660 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
4661 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
4662 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
4663 If there are patterns accepting operands in larger modes,
4664 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
4666 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
4667 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
4668 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
4669 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
4670 into a register.
4672 @findex force_reg
4673 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
4674 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
4675 registers other than the operands.  For example, if you support the
4676 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
4677 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
4678 function which might generate new pseudo registers.
4680 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
4681 fetching those modes from memory normally requires several insns and
4682 some temporary registers.
4684 @findex change_address
4685 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
4686 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
4687 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
4688 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
4689 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
4690 an address into a valid address and no routine (such as
4691 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
4692 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
4694 @findex reload_in_progress
4695 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
4696 declared if required) can be used to determine whether such special
4697 handling is required.
4699 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
4700 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
4701 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
4702 machines explicit memory references will get optional reloads.
4704 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
4705 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
4707 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
4708 you must provide an appropriate secondary_reload target hook.
4710 @findex can_create_pseudo_p
4711 The macro @code{can_create_pseudo_p} can be used to determine if it
4712 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
4713 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
4715 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
4716 register to any other hard register provided that
4717 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
4718 @code{TARGET_REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value
4719 of 2.
4721 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
4722 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
4723 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
4724 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
4725 point members.
4727 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
4728 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
4729 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
4730 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
4731 floating point registers, then the constraints of the fixed point
4732 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
4733 reload into a floating point register.
4735 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
4736 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
4737 @item @samp{reload_in@var{m}}
4738 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
4739 These named patterns have been obsoleted by the target hook
4740 @code{secondary_reload}.
4742 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
4743 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
4744 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
4745 macro in @pxref{Register Classes}.
4747 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
4748 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
4749 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
4750 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
4751 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
4752 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
4753 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
4754 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
4755 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
4756 for these patterns.
4758 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
4759 @item @samp{movstrict@var{m}}
4760 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
4761 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
4762 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
4763 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
4765 @cindex @code{movmisalign@var{m}} instruction pattern
4766 @item @samp{movmisalign@var{m}}
4767 This variant of a move pattern is designed to load or store a value
4768 from a memory address that is not naturally aligned for its mode.
4769 For a store, the memory will be in operand 0; for a load, the memory
4770 will be in operand 1.  The other operand is guaranteed not to be a
4771 memory, so that it's easy to tell whether this is a load or store.
4773 This pattern is used by the autovectorizer, and when expanding a
4774 @code{MISALIGNED_INDIRECT_REF} expression.
4776 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
4777 @item @samp{load_multiple}
4778 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
4779 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
4780 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
4781 number of consecutive registers.
4783 Define this only if the target machine really has such an instruction;
4784 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
4785 registers from memory is to do them one at a time.
4787 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
4788 registers can be stored into memory, such as particular starting or
4789 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
4790 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
4791 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
4793 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
4794 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
4795 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
4796 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
4797 @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn pattern.
4799 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
4800 @item @samp{store_multiple}
4801 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
4802 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
4803 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
4804 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
4806 @cindex @code{vec_load_lanes@var{m}@var{n}} instruction pattern
4807 @item @samp{vec_load_lanes@var{m}@var{n}}
4808 Perform an interleaved load of several vectors from memory operand 1
4809 into register operand 0.  Both operands have mode @var{m}.  The register
4810 operand is viewed as holding consecutive vectors of mode @var{n},
4811 while the memory operand is a flat array that contains the same number
4812 of elements.  The operation is equivalent to:
4814 @smallexample
4815 int c = GET_MODE_SIZE (@var{m}) / GET_MODE_SIZE (@var{n});
4816 for (j = 0; j < GET_MODE_NUNITS (@var{n}); j++)
4817   for (i = 0; i < c; i++)
4818     operand0[i][j] = operand1[j * c + i];
4819 @end smallexample
4821 For example, @samp{vec_load_lanestiv4hi} loads 8 16-bit values
4822 from memory into a register of mode @samp{TI}@.  The register
4823 contains two consecutive vectors of mode @samp{V4HI}@.
4825 This pattern can only be used if:
4826 @smallexample
4827 TARGET_ARRAY_MODE_SUPPORTED_P (@var{n}, @var{c})
4828 @end smallexample
4829 is true.  GCC assumes that, if a target supports this kind of
4830 instruction for some mode @var{n}, it also supports unaligned
4831 loads for vectors of mode @var{n}.
4833 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
4835 @cindex @code{vec_store_lanes@var{m}@var{n}} instruction pattern
4836 @item @samp{vec_store_lanes@var{m}@var{n}}
4837 Equivalent to @samp{vec_load_lanes@var{m}@var{n}}, with the memory
4838 and register operands reversed.  That is, the instruction is
4839 equivalent to:
4841 @smallexample
4842 int c = GET_MODE_SIZE (@var{m}) / GET_MODE_SIZE (@var{n});
4843 for (j = 0; j < GET_MODE_NUNITS (@var{n}); j++)
4844   for (i = 0; i < c; i++)
4845     operand0[j * c + i] = operand1[i][j];
4846 @end smallexample
4848 for a memory operand 0 and register operand 1.
4850 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
4852 @cindex @code{vec_set@var{m}} instruction pattern
4853 @item @samp{vec_set@var{m}}
4854 Set given field in the vector value.  Operand 0 is the vector to modify,
4855 operand 1 is new value of field and operand 2 specify the field index.
4857 @cindex @code{vec_extract@var{m}} instruction pattern
4858 @item @samp{vec_extract@var{m}}
4859 Extract given field from the vector value.  Operand 1 is the vector, operand 2
4860 specify field index and operand 0 place to store value into.
4862 @cindex @code{vec_init@var{m}} instruction pattern
4863 @item @samp{vec_init@var{m}}
4864 Initialize the vector to given values.  Operand 0 is the vector to initialize
4865 and operand 1 is parallel containing values for individual fields.
4867 @cindex @code{vec_cmp@var{m}@var{n}} instruction pattern
4868 @item @samp{vec_cmp@var{m}@var{n}}
4869 Output a vector comparison.  Operand 0 of mode @var{n} is the destination for
4870 predicate in operand 1 which is a signed vector comparison with operands of
4871 mode @var{m} in operands 2 and 3.  Predicate is computed by element-wise
4872 evaluation of the vector comparison with a truth value of all-ones and a false
4873 value of all-zeros.
4875 @cindex @code{vec_cmpu@var{m}@var{n}} instruction pattern
4876 @item @samp{vec_cmpu@var{m}@var{n}}
4877 Similar to @code{vec_cmp@var{m}@var{n}} but perform unsigned vector comparison.
4879 @cindex @code{vec_cmpeq@var{m}@var{n}} instruction pattern
4880 @item @samp{vec_cmpeq@var{m}@var{n}}
4881 Similar to @code{vec_cmp@var{m}@var{n}} but perform equality or non-equality
4882 vector comparison only.  If @code{vec_cmp@var{m}@var{n}}
4883 or @code{vec_cmpu@var{m}@var{n}} instruction pattern is supported,
4884 it will be preferred over @code{vec_cmpeq@var{m}@var{n}}, so there is
4885 no need to define this instruction pattern if the others are supported.
4887 @cindex @code{vcond@var{m}@var{n}} instruction pattern
4888 @item @samp{vcond@var{m}@var{n}}
4889 Output a conditional vector move.  Operand 0 is the destination to
4890 receive a combination of operand 1 and operand 2, which are of mode @var{m},
4891 dependent on the outcome of the predicate in operand 3 which is a signed
4892 vector comparison with operands of mode @var{n} in operands 4 and 5.  The
4893 modes @var{m} and @var{n} should have the same size.  Operand 0
4894 will be set to the value @var{op1} & @var{msk} | @var{op2} & ~@var{msk}
4895 where @var{msk} is computed by element-wise evaluation of the vector
4896 comparison with a truth value of all-ones and a false value of all-zeros.
4898 @cindex @code{vcondu@var{m}@var{n}} instruction pattern
4899 @item @samp{vcondu@var{m}@var{n}}
4900 Similar to @code{vcond@var{m}@var{n}} but performs unsigned vector
4901 comparison.
4903 @cindex @code{vcondeq@var{m}@var{n}} instruction pattern
4904 @item @samp{vcondeq@var{m}@var{n}}
4905 Similar to @code{vcond@var{m}@var{n}} but performs equality or
4906 non-equality vector comparison only.  If @code{vcond@var{m}@var{n}}
4907 or @code{vcondu@var{m}@var{n}} instruction pattern is supported,
4908 it will be preferred over @code{vcondeq@var{m}@var{n}}, so there is
4909 no need to define this instruction pattern if the others are supported.
4911 @cindex @code{vcond_mask_@var{m}@var{n}} instruction pattern
4912 @item @samp{vcond_mask_@var{m}@var{n}}
4913 Similar to @code{vcond@var{m}@var{n}} but operand 3 holds a pre-computed
4914 result of vector comparison.
4916 @cindex @code{maskload@var{m}@var{n}} instruction pattern
4917 @item @samp{maskload@var{m}@var{n}}
4918 Perform a masked load of vector from memory operand 1 of mode @var{m}
4919 into register operand 0.  Mask is provided in register operand 2 of
4920 mode @var{n}.
4922 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
4924 @cindex @code{maskstore@var{m}@var{n}} instruction pattern
4925 @item @samp{maskstore@var{m}@var{n}}
4926 Perform a masked store of vector from register operand 1 of mode @var{m}
4927 into memory operand 0.  Mask is provided in register operand 2 of
4928 mode @var{n}.
4930 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
4932 @cindex @code{vec_perm@var{m}} instruction pattern
4933 @item @samp{vec_perm@var{m}}
4934 Output a (variable) vector permutation.  Operand 0 is the destination
4935 to receive elements from operand 1 and operand 2, which are of mode
4936 @var{m}.  Operand 3 is the @dfn{selector}.  It is an integral mode
4937 vector of the same width and number of elements as mode @var{m}.
4939 The input elements are numbered from 0 in operand 1 through
4940 @math{2*@var{N}-1} in operand 2.  The elements of the selector must
4941 be computed modulo @math{2*@var{N}}.  Note that if
4942 @code{rtx_equal_p(operand1, operand2)}, this can be implemented
4943 with just operand 1 and selector elements modulo @var{N}.
4945 In order to make things easy for a number of targets, if there is no
4946 @samp{vec_perm} pattern for mode @var{m}, but there is for mode @var{q}
4947 where @var{q} is a vector of @code{QImode} of the same width as @var{m},
4948 the middle-end will lower the mode @var{m} @code{VEC_PERM_EXPR} to
4949 mode @var{q}.
4951 @cindex @code{vec_perm_const@var{m}} instruction pattern
4952 @item @samp{vec_perm_const@var{m}}
4953 Like @samp{vec_perm} except that the permutation is a compile-time
4954 constant.  That is, operand 3, the @dfn{selector}, is a @code{CONST_VECTOR}.
4956 Some targets cannot perform a permutation with a variable selector,
4957 but can efficiently perform a constant permutation.  Further, the
4958 target hook @code{vec_perm_ok} is queried to determine if the 
4959 specific constant permutation is available efficiently; the named
4960 pattern is never expanded without @code{vec_perm_ok} returning true.
4962 There is no need for a target to supply both @samp{vec_perm@var{m}}
4963 and @samp{vec_perm_const@var{m}} if the former can trivially implement
4964 the operation with, say, the vector constant loaded into a register.
4966 @cindex @code{push@var{m}1} instruction pattern
4967 @item @samp{push@var{m}1}
4968 Output a push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
4969 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
4970 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
4971 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
4972 method is deprecated.
4974 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
4975 @item @samp{add@var{m}3}
4976 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
4977 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
4978 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
4980 @cindex @code{ssadd@var{m}3} instruction pattern
4981 @cindex @code{usadd@var{m}3} instruction pattern
4982 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
4983 @cindex @code{sssub@var{m}3} instruction pattern
4984 @cindex @code{ussub@var{m}3} instruction pattern
4985 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
4986 @cindex @code{ssmul@var{m}3} instruction pattern
4987 @cindex @code{usmul@var{m}3} instruction pattern
4988 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
4989 @cindex @code{ssdiv@var{m}3} instruction pattern
4990 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
4991 @cindex @code{usdiv@var{m}3} instruction pattern
4992 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
4993 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
4994 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
4995 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
4996 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
4997 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
4998 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
4999 @item @samp{ssadd@var{m}3}, @samp{usadd@var{m}3}
5000 @itemx @samp{sub@var{m}3}, @samp{sssub@var{m}3}, @samp{ussub@var{m}3}
5001 @itemx @samp{mul@var{m}3}, @samp{ssmul@var{m}3}, @samp{usmul@var{m}3}
5002 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{ssdiv@var{m}3}
5003 @itemx @samp{udiv@var{m}3}, @samp{usdiv@var{m}3}
5004 @itemx @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
5005 @itemx @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
5006 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
5007 Similar, for other arithmetic operations.
5009 @cindex @code{addv@var{m}4} instruction pattern
5010 @item @samp{addv@var{m}4}
5011 Like @code{add@var{m}3} but takes a @code{code_label} as operand 3 and
5012 emits code to jump to it if signed overflow occurs during the addition.
5013 This pattern is used to implement the built-in functions performing
5014 signed integer addition with overflow checking.
5016 @cindex @code{subv@var{m}4} instruction pattern
5017 @cindex @code{mulv@var{m}4} instruction pattern
5018 @item @samp{subv@var{m}4}, @samp{mulv@var{m}4}
5019 Similar, for other signed arithmetic operations.
5021 @cindex @code{uaddv@var{m}4} instruction pattern
5022 @item @samp{uaddv@var{m}4}
5023 Like @code{addv@var{m}4} but for unsigned addition.  That is to
5024 say, the operation is the same as signed addition but the jump
5025 is taken only on unsigned overflow.
5027 @cindex @code{usubv@var{m}4} instruction pattern
5028 @cindex @code{umulv@var{m}4} instruction pattern
5029 @item @samp{usubv@var{m}4}, @samp{umulv@var{m}4}
5030 Similar, for other unsigned arithmetic operations.
5032 @cindex @code{addptr@var{m}3} instruction pattern
5033 @item @samp{addptr@var{m}3}
5034 Like @code{add@var{m}3} but is guaranteed to only be used for address
5035 calculations.  The expanded code is not allowed to clobber the
5036 condition code.  It only needs to be defined if @code{add@var{m}3}
5037 sets the condition code.  If adds used for address calculations and
5038 normal adds are not compatible it is required to expand a distinct
5039 pattern (e.g. using an unspec).  The pattern is used by LRA to emit
5040 address calculations.  @code{add@var{m}3} is used if
5041 @code{addptr@var{m}3} is not defined.
5043 @cindex @code{fma@var{m}4} instruction pattern
5044 @item @samp{fma@var{m}4}
5045 Multiply operand 2 and operand 1, then add operand 3, storing the
5046 result in operand 0 without doing an intermediate rounding step.  All
5047 operands must have mode @var{m}.  This pattern is used to implement
5048 the @code{fma}, @code{fmaf}, and @code{fmal} builtin functions from
5049 the ISO C99 standard.
5051 @cindex @code{fms@var{m}4} instruction pattern
5052 @item @samp{fms@var{m}4}
5053 Like @code{fma@var{m}4}, except operand 3 subtracted from the
5054 product instead of added to the product.  This is represented
5055 in the rtl as
5057 @smallexample
5058 (fma:@var{m} @var{op1} @var{op2} (neg:@var{m} @var{op3}))
5059 @end smallexample
5061 @cindex @code{fnma@var{m}4} instruction pattern
5062 @item @samp{fnma@var{m}4}
5063 Like @code{fma@var{m}4} except that the intermediate product
5064 is negated before being added to operand 3.  This is represented
5065 in the rtl as
5067 @smallexample
5068 (fma:@var{m} (neg:@var{m} @var{op1}) @var{op2} @var{op3})
5069 @end smallexample
5071 @cindex @code{fnms@var{m}4} instruction pattern
5072 @item @samp{fnms@var{m}4}
5073 Like @code{fms@var{m}4} except that the intermediate product
5074 is negated before subtracting operand 3.  This is represented
5075 in the rtl as
5077 @smallexample
5078 (fma:@var{m} (neg:@var{m} @var{op1}) @var{op2} (neg:@var{m} @var{op3}))
5079 @end smallexample
5081 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
5082 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
5083 @item @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}
5084 Signed minimum and maximum operations.  When used with floating point,
5085 if both operands are zeros, or if either operand is @code{NaN}, then
5086 it is unspecified which of the two operands is returned as the result.
5088 @cindex @code{fmin@var{m}3} instruction pattern
5089 @cindex @code{fmax@var{m}3} instruction pattern
5090 @item @samp{fmin@var{m}3}, @samp{fmax@var{m}3}
5091 IEEE-conformant minimum and maximum operations.  If one operand is a quiet
5092 @code{NaN}, then the other operand is returned.  If both operands are quiet
5093 @code{NaN}, then a quiet @code{NaN} is returned.  In the case when gcc supports
5094 signaling @code{NaN} (-fsignaling-nans) an invalid floating point exception is
5095 raised and a quiet @code{NaN} is returned.
5097 All operands have mode @var{m}, which is a scalar or vector
5098 floating-point mode.  These patterns are not allowed to @code{FAIL}.
5100 @cindex @code{reduc_smin_scal_@var{m}} instruction pattern
5101 @cindex @code{reduc_smax_scal_@var{m}} instruction pattern
5102 @item @samp{reduc_smin_scal_@var{m}}, @samp{reduc_smax_scal_@var{m}}
5103 Find the signed minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
5104 operand 1, and operand 0 is the scalar result, with mode equal to the mode of
5105 the elements of the input vector.
5107 @cindex @code{reduc_umin_scal_@var{m}} instruction pattern
5108 @cindex @code{reduc_umax_scal_@var{m}} instruction pattern
5109 @item @samp{reduc_umin_scal_@var{m}}, @samp{reduc_umax_scal_@var{m}}
5110 Find the unsigned minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
5111 operand 1, and operand 0 is the scalar result, with mode equal to the mode of
5112 the elements of the input vector.
5114 @cindex @code{reduc_plus_scal_@var{m}} instruction pattern
5115 @item @samp{reduc_plus_scal_@var{m}}
5116 Compute the sum of the elements of a vector. The vector is operand 1, and
5117 operand 0 is the scalar result, with mode equal to the mode of the elements of
5118 the input vector.
5120 @cindex @code{sdot_prod@var{m}} instruction pattern
5121 @item @samp{sdot_prod@var{m}}
5122 @cindex @code{udot_prod@var{m}} instruction pattern
5123 @itemx @samp{udot_prod@var{m}}
5124 Compute the sum of the products of two signed/unsigned elements.
5125 Operand 1 and operand 2 are of the same mode. Their product, which is of a
5126 wider mode, is computed and added to operand 3. Operand 3 is of a mode equal or
5127 wider than the mode of the product. The result is placed in operand 0, which
5128 is of the same mode as operand 3.
5130 @cindex @code{ssad@var{m}} instruction pattern
5131 @item @samp{ssad@var{m}}
5132 @cindex @code{usad@var{m}} instruction pattern
5133 @item @samp{usad@var{m}}
5134 Compute the sum of absolute differences of two signed/unsigned elements.
5135 Operand 1 and operand 2 are of the same mode. Their absolute difference, which
5136 is of a wider mode, is computed and added to operand 3. Operand 3 is of a mode
5137 equal or wider than the mode of the absolute difference. The result is placed
5138 in operand 0, which is of the same mode as operand 3.
5140 @cindex @code{widen_ssum@var{m3}} instruction pattern
5141 @item @samp{widen_ssum@var{m3}}
5142 @cindex @code{widen_usum@var{m3}} instruction pattern
5143 @itemx @samp{widen_usum@var{m3}}
5144 Operands 0 and 2 are of the same mode, which is wider than the mode of
5145 operand 1. Add operand 1 to operand 2 and place the widened result in
5146 operand 0. (This is used express accumulation of elements into an accumulator
5147 of a wider mode.)
5149 @cindex @code{vec_shr_@var{m}} instruction pattern
5150 @item @samp{vec_shr_@var{m}}
5151 Whole vector right shift in bits, i.e. towards element 0.
5152 Operand 1 is a vector to be shifted.
5153 Operand 2 is an integer shift amount in bits.
5154 Operand 0 is where the resulting shifted vector is stored.
5155 The output and input vectors should have the same modes.
5157 @cindex @code{vec_pack_trunc_@var{m}} instruction pattern
5158 @item @samp{vec_pack_trunc_@var{m}}
5159 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors. Operands 1 and 2
5160 are vectors of the same mode having N integral or floating point elements
5161 of size S@.  Operand 0 is the resulting vector in which 2*N elements of
5162 size N/2 are concatenated after narrowing them down using truncation.
5164 @cindex @code{vec_pack_ssat_@var{m}} instruction pattern
5165 @cindex @code{vec_pack_usat_@var{m}} instruction pattern
5166 @item @samp{vec_pack_ssat_@var{m}}, @samp{vec_pack_usat_@var{m}}
5167 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors.  Operands 1 and 2
5168 are vectors of the same mode having N integral elements of size S.
5169 Operand 0 is the resulting vector in which the elements of the two input
5170 vectors are concatenated after narrowing them down using signed/unsigned
5171 saturating arithmetic.
5173 @cindex @code{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}} instruction pattern
5174 @cindex @code{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}} instruction pattern
5175 @item @samp{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}}, @samp{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}}
5176 Narrow, convert to signed/unsigned integral type and merge the elements
5177 of two vectors.  Operands 1 and 2 are vectors of the same mode having N
5178 floating point elements of size S@.  Operand 0 is the resulting vector
5179 in which 2*N elements of size N/2 are concatenated.
5181 @cindex @code{vec_unpacks_hi_@var{m}} instruction pattern
5182 @cindex @code{vec_unpacks_lo_@var{m}} instruction pattern
5183 @item @samp{vec_unpacks_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_lo_@var{m}}
5184 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of signed
5185 integral or floating point elements.  The input vector (operand 1) has N
5186 elements of size S@.  Widen (promote) the high/low elements of the vector
5187 using signed or floating point extension and place the resulting N/2
5188 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
5190 @cindex @code{vec_unpacku_hi_@var{m}} instruction pattern
5191 @cindex @code{vec_unpacku_lo_@var{m}} instruction pattern
5192 @item @samp{vec_unpacku_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_lo_@var{m}}
5193 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of unsigned
5194 integral elements.  The input vector (operand 1) has N elements of size S.
5195 Widen (promote) the high/low elements of the vector using zero extension and
5196 place the resulting N/2 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
5198 @cindex @code{vec_unpacks_float_hi_@var{m}} instruction pattern
5199 @cindex @code{vec_unpacks_float_lo_@var{m}} instruction pattern
5200 @cindex @code{vec_unpacku_float_hi_@var{m}} instruction pattern
5201 @cindex @code{vec_unpacku_float_lo_@var{m}} instruction pattern
5202 @item @samp{vec_unpacks_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_float_lo_@var{m}}
5203 @itemx @samp{vec_unpacku_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_float_lo_@var{m}}
5204 Extract, convert to floating point type and widen the high/low part of a
5205 vector of signed/unsigned integral elements.  The input vector (operand 1)
5206 has N elements of size S@.  Convert the high/low elements of the vector using
5207 floating point conversion and place the resulting N/2 values of size 2*S in
5208 the output vector (operand 0).
5210 @cindex @code{vec_widen_umult_hi_@var{m}} instruction pattern
5211 @cindex @code{vec_widen_umult_lo_@var{m}} instruction pattern
5212 @cindex @code{vec_widen_smult_hi_@var{m}} instruction pattern
5213 @cindex @code{vec_widen_smult_lo_@var{m}} instruction pattern
5214 @cindex @code{vec_widen_umult_even_@var{m}} instruction pattern
5215 @cindex @code{vec_widen_umult_odd_@var{m}} instruction pattern
5216 @cindex @code{vec_widen_smult_even_@var{m}} instruction pattern
5217 @cindex @code{vec_widen_smult_odd_@var{m}} instruction pattern
5218 @item @samp{vec_widen_umult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_umult_lo_@var{m}}
5219 @itemx @samp{vec_widen_smult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_smult_lo_@var{m}}
5220 @itemx @samp{vec_widen_umult_even_@var{m}}, @samp{vec_widen_umult_odd_@var{m}}
5221 @itemx @samp{vec_widen_smult_even_@var{m}}, @samp{vec_widen_smult_odd_@var{m}}
5222 Signed/Unsigned widening multiplication.  The two inputs (operands 1 and 2)
5223 are vectors with N signed/unsigned elements of size S@.  Multiply the high/low
5224 or even/odd elements of the two vectors, and put the N/2 products of size 2*S
5225 in the output vector (operand 0). A target shouldn't implement even/odd pattern
5226 pair if it is less efficient than lo/hi one.
5228 @cindex @code{vec_widen_ushiftl_hi_@var{m}} instruction pattern
5229 @cindex @code{vec_widen_ushiftl_lo_@var{m}} instruction pattern
5230 @cindex @code{vec_widen_sshiftl_hi_@var{m}} instruction pattern
5231 @cindex @code{vec_widen_sshiftl_lo_@var{m}} instruction pattern
5232 @item @samp{vec_widen_ushiftl_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_ushiftl_lo_@var{m}}
5233 @itemx @samp{vec_widen_sshiftl_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_sshiftl_lo_@var{m}}
5234 Signed/Unsigned widening shift left.  The first input (operand 1) is a vector
5235 with N signed/unsigned elements of size S@.  Operand 2 is a constant.  Shift
5236 the high/low elements of operand 1, and put the N/2 results of size 2*S in the
5237 output vector (operand 0).
5239 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
5240 @item @samp{mulhisi3}
5241 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
5242 a @code{SImode} product in operand 0.
5244 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
5245 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
5246 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
5247 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
5249 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
5250 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
5251 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
5252 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
5253 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
5254 multiplication.
5256 @cindex @code{usmulqihi3} instruction pattern
5257 @cindex @code{usmulhisi3} instruction pattern
5258 @cindex @code{usmulsidi3} instruction pattern
5259 @item @samp{usmulqihi3}, @samp{usmulhisi3}, @samp{usmulsidi3}
5260 Similar widening-multiplication instructions that interpret the first
5261 operand as unsigned and the second operand as signed, then do a signed
5262 multiplication.
5264 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
5265 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
5266 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
5267 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
5268 The least significant half of the product is discarded.
5270 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
5271 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
5272 Similar, but the multiplication is unsigned.
5274 @cindex @code{madd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5275 @item @samp{madd@var{m}@var{n}4}
5276 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, add
5277 operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
5278 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
5279 Both modes must be integer or fixed-point modes and @var{n} must be twice
5280 the size of @var{m}.
5282 In other words, @code{madd@var{m}@var{n}4} is like
5283 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also adds operand 3.
5285 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
5287 @cindex @code{umadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5288 @item @samp{umadd@var{m}@var{n}4}
5289 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
5290 operands instead of sign-extending them.
5292 @cindex @code{ssmadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5293 @item @samp{ssmadd@var{m}@var{n}4}
5294 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
5295 signed-saturating.
5297 @cindex @code{usmadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5298 @item @samp{usmadd@var{m}@var{n}4}
5299 Like @code{umadd@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
5300 unsigned-saturating.
5302 @cindex @code{msub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5303 @item @samp{msub@var{m}@var{n}4}
5304 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, subtract the
5305 result from operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
5306 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
5307 Both modes must be integer or fixed-point modes and @var{n} must be twice
5308 the size of @var{m}.
5310 In other words, @code{msub@var{m}@var{n}4} is like
5311 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also subtracts the result
5312 from operand 3.
5314 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
5316 @cindex @code{umsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5317 @item @samp{umsub@var{m}@var{n}4}
5318 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
5319 operands instead of sign-extending them.
5321 @cindex @code{ssmsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5322 @item @samp{ssmsub@var{m}@var{n}4}
5323 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
5324 signed-saturating.
5326 @cindex @code{usmsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5327 @item @samp{usmsub@var{m}@var{n}4}
5328 Like @code{umsub@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
5329 unsigned-saturating.
5331 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
5332 @item @samp{divmod@var{m}4}
5333 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
5334 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
5335 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
5337 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
5338 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
5339 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
5340 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
5341 and remainder are computed.
5343 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
5344 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
5345 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
5346 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
5347 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
5349 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
5350 @item @samp{udivmod@var{m}4}
5351 Similar, but does unsigned division.
5353 @anchor{shift patterns}
5354 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
5355 @cindex @code{ssashl@var{m}3} instruction pattern
5356 @cindex @code{usashl@var{m}3} instruction pattern
5357 @item @samp{ashl@var{m}3}, @samp{ssashl@var{m}3}, @samp{usashl@var{m}3}
5358 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
5359 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
5360 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
5361 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
5362 mode before generating the instruction.  The shift or rotate expander
5363 or instruction pattern should explicitly specify the mode of the operand 2,
5364 it should never be @code{VOIDmode}.  The meaning of out-of-range shift
5365 counts can optionally be specified by @code{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
5366 @xref{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.  Operand 2 is always a scalar type.
5368 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
5369 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
5370 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
5371 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
5372 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
5373 Other shift and rotate instructions, analogous to the
5374 @code{ashl@var{m}3} instructions.  Operand 2 is always a scalar type.
5376 @cindex @code{vashl@var{m}3} instruction pattern
5377 @cindex @code{vashr@var{m}3} instruction pattern
5378 @cindex @code{vlshr@var{m}3} instruction pattern
5379 @cindex @code{vrotl@var{m}3} instruction pattern
5380 @cindex @code{vrotr@var{m}3} instruction pattern
5381 @item @samp{vashl@var{m}3}, @samp{vashr@var{m}3}, @samp{vlshr@var{m}3}, @samp{vrotl@var{m}3}, @samp{vrotr@var{m}3}
5382 Vector shift and rotate instructions that take vectors as operand 2
5383 instead of a scalar type.
5385 @cindex @code{bswap@var{m}2} instruction pattern
5386 @item @samp{bswap@var{m}2}
5387 Reverse the order of bytes of operand 1 and store the result in operand 0.
5389 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
5390 @cindex @code{ssneg@var{m}2} instruction pattern
5391 @cindex @code{usneg@var{m}2} instruction pattern
5392 @item @samp{neg@var{m}2}, @samp{ssneg@var{m}2}, @samp{usneg@var{m}2}
5393 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
5395 @cindex @code{negv@var{m}3} instruction pattern
5396 @item @samp{negv@var{m}3}
5397 Like @code{neg@var{m}2} but takes a @code{code_label} as operand 2 and
5398 emits code to jump to it if signed overflow occurs during the negation.
5400 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
5401 @item @samp{abs@var{m}2}
5402 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
5404 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
5405 @item @samp{sqrt@var{m}2}
5406 Store the square root of operand 1 into operand 0.  Both operands have
5407 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5409 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5411 @cindex @code{rsqrt@var{m}2} instruction pattern
5412 @item @samp{rsqrt@var{m}2}
5413 Store the reciprocal of the square root of operand 1 into operand 0.
5414 Both operands have mode @var{m}, which is a scalar or vector
5415 floating-point mode.
5417 On most architectures this pattern is only approximate, so either
5418 its C condition or the @code{TARGET_OPTAB_SUPPORTED_P} hook should
5419 check for the appropriate math flags.  (Using the C condition is
5420 more direct, but using @code{TARGET_OPTAB_SUPPORTED_P} can be useful
5421 if a target-specific built-in also uses the @samp{rsqrt@var{m}2}
5422 pattern.)
5424 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5426 @cindex @code{fmod@var{m}3} instruction pattern
5427 @item @samp{fmod@var{m}3}
5428 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
5429 operand 0, rounded towards zero to an integer.  All operands have
5430 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5432 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5434 @cindex @code{remainder@var{m}3} instruction pattern
5435 @item @samp{remainder@var{m}3}
5436 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
5437 operand 0, rounded to the nearest integer.  All operands have
5438 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5440 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5442 @cindex @code{scalb@var{m}3} instruction pattern
5443 @item @samp{scalb@var{m}3}
5444 Raise @code{FLT_RADIX} to the power of operand 2, multiply it by
5445 operand 1, and store the result in operand 0.  All operands have
5446 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5448 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5450 @cindex @code{ldexp@var{m}3} instruction pattern
5451 @item @samp{ldexp@var{m}3}
5452 Raise 2 to the power of operand 2, multiply it by operand 1, and store
5453 the result in operand 0.  Operands 0 and 1 have mode @var{m}, which is
5454 a scalar or vector floating-point mode.  Operand 2's mode has
5455 the same number of elements as @var{m} and each element is wide
5456 enough to store an @code{int}.  The integers are signed.
5458 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5460 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
5461 @item @samp{cos@var{m}2}
5462 Store the cosine of operand 1 into operand 0.  Both operands have
5463 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5465 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5467 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
5468 @item @samp{sin@var{m}2}
5469 Store the sine of operand 1 into operand 0.  Both operands have
5470 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5472 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5474 @cindex @code{sincos@var{m}3} instruction pattern
5475 @item @samp{sincos@var{m}3}
5476 Store the cosine of operand 2 into operand 0 and the sine of
5477 operand 2 into operand 1.  All operands have mode @var{m},
5478 which is a scalar or vector floating-point mode.
5480 Targets that can calculate the sine and cosine simultaneously can
5481 implement this pattern as opposed to implementing individual
5482 @code{sin@var{m}2} and @code{cos@var{m}2} patterns.  The @code{sin}
5483 and @code{cos} built-in functions will then be expanded to the
5484 @code{sincos@var{m}3} pattern, with one of the output values
5485 left unused.
5487 @cindex @code{tan@var{m}2} instruction pattern
5488 @item @samp{tan@var{m}2}
5489 Store the tangent of operand 1 into operand 0.  Both operands have
5490 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5492 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5494 @cindex @code{asin@var{m}2} instruction pattern
5495 @item @samp{asin@var{m}2}
5496 Store the arc sine of operand 1 into operand 0.  Both operands have
5497 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5499 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5501 @cindex @code{acos@var{m}2} instruction pattern
5502 @item @samp{acos@var{m}2}
5503 Store the arc cosine of operand 1 into operand 0.  Both operands have
5504 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5506 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5508 @cindex @code{atan@var{m}2} instruction pattern
5509 @item @samp{atan@var{m}2}
5510 Store the arc tangent of operand 1 into operand 0.  Both operands have
5511 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5513 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5515 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
5516 @item @samp{exp@var{m}2}
5517 Raise e (the base of natural logarithms) to the power of operand 1
5518 and store the result in operand 0.  Both operands have mode @var{m},
5519 which is a scalar or vector floating-point mode.
5521 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5523 @cindex @code{expm1@var{m}2} instruction pattern
5524 @item @samp{expm1@var{m}2}
5525 Raise e (the base of natural logarithms) to the power of operand 1,
5526 subtract 1, and store the result in operand 0.  Both operands have
5527 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5529 For inputs close to zero, the pattern is expected to be more
5530 accurate than a separate @code{exp@var{m}2} and @code{sub@var{m}3}
5531 would be.
5533 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5535 @cindex @code{exp10@var{m}2} instruction pattern
5536 @item @samp{exp10@var{m}2}
5537 Raise 10 to the power of operand 1 and store the result in operand 0.
5538 Both operands have mode @var{m}, which is a scalar or vector
5539 floating-point mode.
5541 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5543 @cindex @code{exp2@var{m}2} instruction pattern
5544 @item @samp{exp2@var{m}2}
5545 Raise 2 to the power of operand 1 and store the result in operand 0.
5546 Both operands have mode @var{m}, which is a scalar or vector
5547 floating-point mode.
5549 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5551 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
5552 @item @samp{log@var{m}2}
5553 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.  Both operands
5554 have mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5556 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5558 @cindex @code{log1p@var{m}2} instruction pattern
5559 @item @samp{log1p@var{m}2}
5560 Add 1 to operand 1, compute the natural logarithm, and store
5561 the result in operand 0.  Both operands have mode @var{m}, which is
5562 a scalar or vector floating-point mode.
5564 For inputs close to zero, the pattern is expected to be more
5565 accurate than a separate @code{add@var{m}3} and @code{log@var{m}2}
5566 would be.
5568 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5570 @cindex @code{log10@var{m}2} instruction pattern
5571 @item @samp{log10@var{m}2}
5572 Store the base-10 logarithm of operand 1 into operand 0.  Both operands
5573 have mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5575 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5577 @cindex @code{log2@var{m}2} instruction pattern
5578 @item @samp{log2@var{m}2}
5579 Store the base-2 logarithm of operand 1 into operand 0.  Both operands
5580 have mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5582 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5584 @cindex @code{logb@var{m}2} instruction pattern
5585 @item @samp{logb@var{m}2}
5586 Store the base-@code{FLT_RADIX} logarithm of operand 1 into operand 0.
5587 Both operands have mode @var{m}, which is a scalar or vector
5588 floating-point mode.
5590 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5592 @cindex @code{significand@var{m}2} instruction pattern
5593 @item @samp{significand@var{m}2}
5594 Store the significand of floating-point operand 1 in operand 0.
5595 Both operands have mode @var{m}, which is a scalar or vector
5596 floating-point mode.
5598 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5600 @cindex @code{pow@var{m}3} instruction pattern
5601 @item @samp{pow@var{m}3}
5602 Store the value of operand 1 raised to the exponent operand 2
5603 into operand 0.  All operands have mode @var{m}, which is a scalar
5604 or vector floating-point mode.
5606 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5608 @cindex @code{atan2@var{m}3} instruction pattern
5609 @item @samp{atan2@var{m}3}
5610 Store the arc tangent (inverse tangent) of operand 1 divided by
5611 operand 2 into operand 0, using the signs of both arguments to
5612 determine the quadrant of the result.  All operands have mode
5613 @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5615 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5617 @cindex @code{floor@var{m}2} instruction pattern
5618 @item @samp{floor@var{m}2}
5619 Store the largest integral value not greater than operand 1 in operand 0.
5620 Both operands have mode @var{m}, which is a scalar or vector
5621 floating-point mode.  If @option{-ffp-int-builtin-inexact} is in
5622 effect, the ``inexact'' exception may be raised for noninteger
5623 operands; otherwise, it may not.
5625 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5627 @cindex @code{btrunc@var{m}2} instruction pattern
5628 @item @samp{btrunc@var{m}2}
5629 Round operand 1 to an integer, towards zero, and store the result in
5630 operand 0.  Both operands have mode @var{m}, which is a scalar or
5631 vector floating-point mode.  If @option{-ffp-int-builtin-inexact} is
5632 in effect, the ``inexact'' exception may be raised for noninteger
5633 operands; otherwise, it may not.
5635 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5637 @cindex @code{round@var{m}2} instruction pattern
5638 @item @samp{round@var{m}2}
5639 Round operand 1 to the nearest integer, rounding away from zero in the
5640 event of a tie, and store the result in operand 0.  Both operands have
5641 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.  If
5642 @option{-ffp-int-builtin-inexact} is in effect, the ``inexact''
5643 exception may be raised for noninteger operands; otherwise, it may
5644 not.
5646 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5648 @cindex @code{ceil@var{m}2} instruction pattern
5649 @item @samp{ceil@var{m}2}
5650 Store the smallest integral value not less than operand 1 in operand 0.
5651 Both operands have mode @var{m}, which is a scalar or vector
5652 floating-point mode.  If @option{-ffp-int-builtin-inexact} is in
5653 effect, the ``inexact'' exception may be raised for noninteger
5654 operands; otherwise, it may not.
5656 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5658 @cindex @code{nearbyint@var{m}2} instruction pattern
5659 @item @samp{nearbyint@var{m}2}
5660 Round operand 1 to an integer, using the current rounding mode, and
5661 store the result in operand 0.  Do not raise an inexact condition when
5662 the result is different from the argument.  Both operands have mode
5663 @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5665 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5667 @cindex @code{rint@var{m}2} instruction pattern
5668 @item @samp{rint@var{m}2}
5669 Round operand 1 to an integer, using the current rounding mode, and
5670 store the result in operand 0.  Raise an inexact condition when
5671 the result is different from the argument.  Both operands have mode
5672 @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5674 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5676 @cindex @code{lrint@var{m}@var{n}2}
5677 @item @samp{lrint@var{m}@var{n}2}
5678 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5679 point mode @var{n} as a signed number according to the current
5680 rounding mode and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
5682 @cindex @code{lround@var{m}@var{n}2}
5683 @item @samp{lround@var{m}@var{n}2}
5684 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5685 point mode @var{n} as a signed number rounding to nearest and away
5686 from zero and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
5688 @cindex @code{lfloor@var{m}@var{n}2}
5689 @item @samp{lfloor@var{m}@var{n}2}
5690 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5691 point mode @var{n} as a signed number rounding down and store in
5692 operand 0 (which has mode @var{n}).
5694 @cindex @code{lceil@var{m}@var{n}2}
5695 @item @samp{lceil@var{m}@var{n}2}
5696 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5697 point mode @var{n} as a signed number rounding up and store in
5698 operand 0 (which has mode @var{n}).
5700 @cindex @code{copysign@var{m}3} instruction pattern
5701 @item @samp{copysign@var{m}3}
5702 Store a value with the magnitude of operand 1 and the sign of operand
5703 2 into operand 0.  All operands have mode @var{m}, which is a scalar or
5704 vector floating-point mode.
5706 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5708 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
5709 @item @samp{ffs@var{m}2}
5710 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
5711 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.
5713 @var{m} is either a scalar or vector integer mode.  When it is a scalar,
5714 operand 1 has mode @var{m} but operand 0 can have whatever scalar
5715 integer mode is suitable for the target.  The compiler will insert
5716 conversion instructions as necessary (typically to convert the result
5717 to the same width as @code{int}).  When @var{m} is a vector, both
5718 operands must have mode @var{m}.
5720 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5722 @cindex @code{clrsb@var{m}2} instruction pattern
5723 @item @samp{clrsb@var{m}2}
5724 Count leading redundant sign bits.
5725 Store into operand 0 the number of redundant sign bits in operand 1, starting
5726 at the most significant bit position.
5727 A redundant sign bit is defined as any sign bit after the first. As such,
5728 this count will be one less than the count of leading sign bits.
5730 @var{m} is either a scalar or vector integer mode.  When it is a scalar,
5731 operand 1 has mode @var{m} but operand 0 can have whatever scalar
5732 integer mode is suitable for the target.  The compiler will insert
5733 conversion instructions as necessary (typically to convert the result
5734 to the same width as @code{int}).  When @var{m} is a vector, both
5735 operands must have mode @var{m}.
5737 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5739 @cindex @code{clz@var{m}2} instruction pattern
5740 @item @samp{clz@var{m}2}
5741 Store into operand 0 the number of leading 0-bits in operand 1, starting
5742 at the most significant bit position.  If operand 1 is 0, the
5743 @code{CLZ_DEFINED_VALUE_AT_ZERO} (@pxref{Misc}) macro defines if
5744 the result is undefined or has a useful value.
5746 @var{m} is either a scalar or vector integer mode.  When it is a scalar,
5747 operand 1 has mode @var{m} but operand 0 can have whatever scalar
5748 integer mode is suitable for the target.  The compiler will insert
5749 conversion instructions as necessary (typically to convert the result
5750 to the same width as @code{int}).  When @var{m} is a vector, both
5751 operands must have mode @var{m}.
5753 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5755 @cindex @code{ctz@var{m}2} instruction pattern
5756 @item @samp{ctz@var{m}2}
5757 Store into operand 0 the number of trailing 0-bits in operand 1, starting
5758 at the least significant bit position.  If operand 1 is 0, the
5759 @code{CTZ_DEFINED_VALUE_AT_ZERO} (@pxref{Misc}) macro defines if
5760 the result is undefined or has a useful value.
5762 @var{m} is either a scalar or vector integer mode.  When it is a scalar,
5763 operand 1 has mode @var{m} but operand 0 can have whatever scalar
5764 integer mode is suitable for the target.  The compiler will insert
5765 conversion instructions as necessary (typically to convert the result
5766 to the same width as @code{int}).  When @var{m} is a vector, both
5767 operands must have mode @var{m}.
5769 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5771 @cindex @code{popcount@var{m}2} instruction pattern
5772 @item @samp{popcount@var{m}2}
5773 Store into operand 0 the number of 1-bits in operand 1.
5775 @var{m} is either a scalar or vector integer mode.  When it is a scalar,
5776 operand 1 has mode @var{m} but operand 0 can have whatever scalar
5777 integer mode is suitable for the target.  The compiler will insert
5778 conversion instructions as necessary (typically to convert the result
5779 to the same width as @code{int}).  When @var{m} is a vector, both
5780 operands must have mode @var{m}.
5782 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5784 @cindex @code{parity@var{m}2} instruction pattern
5785 @item @samp{parity@var{m}2}
5786 Store into operand 0 the parity of operand 1, i.e.@: the number of 1-bits
5787 in operand 1 modulo 2.
5789 @var{m} is either a scalar or vector integer mode.  When it is a scalar,
5790 operand 1 has mode @var{m} but operand 0 can have whatever scalar
5791 integer mode is suitable for the target.  The compiler will insert
5792 conversion instructions as necessary (typically to convert the result
5793 to the same width as @code{int}).  When @var{m} is a vector, both
5794 operands must have mode @var{m}.
5796 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5798 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
5799 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
5800 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
5802 @cindex @code{movmem@var{m}} instruction pattern
5803 @item @samp{movmem@var{m}}
5804 Block move instruction.  The destination and source blocks of memory
5805 are the first two operands, and both are @code{mem:BLK}s with an
5806 address in mode @code{Pmode}.
5808 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
5809 Usually, you specify @code{Pmode} for @var{m}.  However, if you can
5810 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
5811 those representable in a full Pmode pointer, you should provide
5812 a pattern with a
5813 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
5814 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
5815 that appear negative) and also a pattern with @code{Pmode}.
5817 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
5818 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
5819 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
5820 it may provide the value 4 for this operand.
5822 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
5823 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
5824 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
5825 all cases. This expected alignment is also in bytes, just like operand 4.
5826 Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
5828 Descriptions of multiple @code{movmem@var{m}} patterns can only be
5829 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
5830 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
5831 in @code{movmem@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
5832 individually moved data units in the block.
5834 These patterns need not give special consideration to the possibility
5835 that the source and destination strings might overlap.
5837 @cindex @code{movstr} instruction pattern
5838 @item @samp{movstr}
5839 String copy instruction, with @code{stpcpy} semantics.  Operand 0 is
5840 an output operand in mode @code{Pmode}.  The addresses of the
5841 destination and source strings are operands 1 and 2, and both are
5842 @code{mem:BLK}s with addresses in mode @code{Pmode}.  The execution of
5843 the expansion of this pattern should store in operand 0 the address in
5844 which the @code{NUL} terminator was stored in the destination string.
5846 This patern has also several optional operands that are same as in
5847 @code{setmem}.
5849 @cindex @code{setmem@var{m}} instruction pattern
5850 @item @samp{setmem@var{m}}
5851 Block set instruction.  The destination string is the first operand,
5852 given as a @code{mem:BLK} whose address is in mode @code{Pmode}.  The
5853 number of bytes to set is the second operand, in mode @var{m}.  The value to
5854 initialize the memory with is the third operand. Targets that only support the
5855 clearing of memory should reject any value that is not the constant 0.  See
5856 @samp{movmem@var{m}} for a discussion of the choice of mode.
5858 The fourth operand is the known alignment of the destination, in the form
5859 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
5860 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
5861 operand.
5863 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
5864 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
5865 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
5866 all cases. This expected alignment is also in bytes, just like operand 4.
5867 Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
5868 Operand 7 is the minimal size of the block and operand 8 is the
5869 maximal size of the block (NULL if it can not be represented as CONST_INT).
5870 Operand 9 is the probable maximal size (i.e. we can not rely on it for correctness,
5871 but it can be used for choosing proper code sequence for a given size).
5873 The use for multiple @code{setmem@var{m}} is as for @code{movmem@var{m}}.
5875 @cindex @code{cmpstrn@var{m}} instruction pattern
5876 @item @samp{cmpstrn@var{m}}
5877 String compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
5878 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
5879 of @samp{movmem@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
5880 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
5881 string.  The instruction is not allowed to prefetch more than one byte
5882 at a time since either string may end in the first byte and reading past
5883 that may access an invalid page or segment and cause a fault.  The
5884 comparison terminates early if the fetched bytes are different or if
5885 they are equal to zero.  The effect of the instruction is to store a
5886 value in operand 0 whose sign indicates the result of the comparison.
5888 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
5889 @item @samp{cmpstr@var{m}}
5890 String compare instruction, without known maximum length.  Operand 0 is the
5891 output; it has mode @var{m}.  The second and third operand are the blocks of
5892 memory to be compared; both are @code{mem:BLK} with an address in mode
5893 @code{Pmode}.
5895 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
5896 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
5897 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
5898 it may provide the value 4 for this operand.
5900 The two memory blocks specified are compared byte by byte in lexicographic
5901 order starting at the beginning of each string.  The instruction is not allowed
5902 to prefetch more than one byte at a time since either string may end in the
5903 first byte and reading past that may access an invalid page or segment and
5904 cause a fault.  The comparison will terminate when the fetched bytes
5905 are different or if they are equal to zero.  The effect of the
5906 instruction is to store a value in operand 0 whose sign indicates the
5907 result of the comparison.
5909 @cindex @code{cmpmem@var{m}} instruction pattern
5910 @item @samp{cmpmem@var{m}}
5911 Block compare instruction, with five operands like the operands
5912 of @samp{cmpstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
5913 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
5914 block.  Unlike @samp{cmpstr@var{m}} the instruction can prefetch
5915 any bytes in the two memory blocks.  Also unlike @samp{cmpstr@var{m}}
5916 the comparison will not stop if both bytes are zero.  The effect of
5917 the instruction is to store a value in operand 0 whose sign indicates
5918 the result of the comparison.
5920 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
5921 @item @samp{strlen@var{m}}
5922 Compute the length of a string, with three operands.
5923 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
5924 a @code{mem} referring to the first character of the string,
5925 operand 2 is the character to search for (normally zero),
5926 and operand 3 is a constant describing the known alignment
5927 of the beginning of the string.
5929 @cindex @code{float@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5930 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
5931 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
5932 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
5933 @var{n}).
5935 @cindex @code{floatuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5936 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
5937 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
5938 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
5939 @var{n}).
5941 @cindex @code{fix@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5942 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
5943 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5944 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
5945 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
5946 the value of operand 1 is an integer.
5948 If the machine description defines this pattern, it also needs to
5949 define the @code{ftrunc} pattern.
5951 @cindex @code{fixuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5952 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
5953 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5954 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
5955 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
5956 value of operand 1 is an integer.
5958 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
5959 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
5960 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
5961 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
5962 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
5964 @cindex @code{fix_trunc@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5965 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
5966 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
5967 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
5969 @cindex @code{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5970 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
5971 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
5972 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
5974 @cindex @code{trunc@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5975 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
5976 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
5977 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
5978 point or both floating point.
5980 @cindex @code{extend@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5981 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
5982 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
5983 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
5984 point or both floating point.
5986 @cindex @code{zero_extend@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5987 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
5988 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
5989 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
5990 point.
5992 @cindex @code{fract@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5993 @item @samp{fract@var{m}@var{n}2}
5994 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
5995 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
5996 could be fixed-point to fixed-point, signed integer to fixed-point,
5997 fixed-point to signed integer, floating-point to fixed-point,
5998 or fixed-point to floating-point.
5999 When overflows or underflows happen, the results are undefined.
6001 @cindex @code{satfract@var{m}@var{n}2} instruction pattern
6002 @item @samp{satfract@var{m}@var{n}2}
6003 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
6004 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
6005 could be fixed-point to fixed-point, signed integer to fixed-point,
6006 or floating-point to fixed-point.
6007 When overflows or underflows happen, the instruction saturates the
6008 results to the maximum or the minimum.
6010 @cindex @code{fractuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
6011 @item @samp{fractuns@var{m}@var{n}2}
6012 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
6013 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
6014 could be unsigned integer to fixed-point, or
6015 fixed-point to unsigned integer.
6016 When overflows or underflows happen, the results are undefined.
6018 @cindex @code{satfractuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
6019 @item @samp{satfractuns@var{m}@var{n}2}
6020 Convert unsigned integer operand 1 of mode @var{m} to fixed-point mode
6021 @var{n} and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
6022 When overflows or underflows happen, the instruction saturates the
6023 results to the maximum or the minimum.
6025 @cindex @code{extv@var{m}} instruction pattern
6026 @item @samp{extv@var{m}}
6027 Extract a bit-field from register operand 1, sign-extend it, and store
6028 it in operand 0.  Operand 2 specifies the width of the field in bits
6029 and operand 3 the starting bit, which counts from the most significant
6030 bit if @samp{BITS_BIG_ENDIAN} is true and from the least significant bit
6031 otherwise.
6033 Operands 0 and 1 both have mode @var{m}.  Operands 2 and 3 have a
6034 target-specific mode.
6036 @cindex @code{extvmisalign@var{m}} instruction pattern
6037 @item @samp{extvmisalign@var{m}}
6038 Extract a bit-field from memory operand 1, sign extend it, and store
6039 it in operand 0.  Operand 2 specifies the width in bits and operand 3
6040 the starting bit.  The starting bit is always somewhere in the first byte of
6041 operand 1; it counts from the most significant bit if @samp{BITS_BIG_ENDIAN}
6042 is true and from the least significant bit otherwise.
6044 Operand 0 has mode @var{m} while operand 1 has @code{BLK} mode.
6045 Operands 2 and 3 have a target-specific mode.
6047 The instruction must not read beyond the last byte of the bit-field.
6049 @cindex @code{extzv@var{m}} instruction pattern
6050 @item @samp{extzv@var{m}}
6051 Like @samp{extv@var{m}} except that the bit-field value is zero-extended.
6053 @cindex @code{extzvmisalign@var{m}} instruction pattern
6054 @item @samp{extzvmisalign@var{m}}
6055 Like @samp{extvmisalign@var{m}} except that the bit-field value is
6056 zero-extended.
6058 @cindex @code{insv@var{m}} instruction pattern
6059 @item @samp{insv@var{m}}
6060 Insert operand 3 into a bit-field of register operand 0.  Operand 1
6061 specifies the width of the field in bits and operand 2 the starting bit,
6062 which counts from the most significant bit if @samp{BITS_BIG_ENDIAN}
6063 is true and from the least significant bit otherwise.
6065 Operands 0 and 3 both have mode @var{m}.  Operands 1 and 2 have a
6066 target-specific mode.
6068 @cindex @code{insvmisalign@var{m}} instruction pattern
6069 @item @samp{insvmisalign@var{m}}
6070 Insert operand 3 into a bit-field of memory operand 0.  Operand 1
6071 specifies the width of the field in bits and operand 2 the starting bit.
6072 The starting bit is always somewhere in the first byte of operand 0;
6073 it counts from the most significant bit if @samp{BITS_BIG_ENDIAN}
6074 is true and from the least significant bit otherwise.
6076 Operand 3 has mode @var{m} while operand 0 has @code{BLK} mode.
6077 Operands 1 and 2 have a target-specific mode.
6079 The instruction must not read or write beyond the last byte of the bit-field.
6081 @cindex @code{extv} instruction pattern
6082 @item @samp{extv}
6083 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
6084 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
6085 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
6086 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
6087 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
6088 be valid for @code{word_mode}.
6090 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
6091 for operands 2 and 3 and the constant is never zero for operand 2.
6093 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
6094 before it is stored in operand 0.
6096 This pattern is deprecated; please use @samp{extv@var{m}} and
6097 @code{extvmisalign@var{m}} instead.
6099 @cindex @code{extzv} instruction pattern
6100 @item @samp{extzv}
6101 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
6103 This pattern is deprecated; please use @samp{extzv@var{m}} and
6104 @code{extzvmisalign@var{m}} instead.
6106 @cindex @code{insv} instruction pattern
6107 @item @samp{insv}
6108 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
6109 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
6110 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
6111 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
6112 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
6114 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
6115 for operands 1 and 2 and the constant is never zero for operand 1.
6117 This pattern is deprecated; please use @samp{insv@var{m}} and
6118 @code{insvmisalign@var{m}} instead.
6120 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
6121 @item @samp{mov@var{mode}cc}
6122 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
6123 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
6124 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
6126 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
6127 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
6128 conditionally move an integer value based on the floating point condition
6129 codes and vice versa.
6131 If the machine does not have conditional move instructions, do not
6132 define these patterns.
6134 @cindex @code{add@var{mode}cc} instruction pattern
6135 @item @samp{add@var{mode}cc}
6136 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional addition.  Conditionally
6137 move operand 2 or (operands 2 + operand 3) into operand 0 according to the
6138 comparison in operand 1.  If the comparison is false, operand 2 is moved into
6139 operand 0, otherwise (operand 2 + operand 3) is moved.
6141 @cindex @code{neg@var{mode}cc} instruction pattern
6142 @item @samp{neg@var{mode}cc}
6143 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional negation.  Conditionally
6144 move the negation of operand 2 or the unchanged operand 3 into operand 0
6145 according to the comparison in operand 1.  If the comparison is true, the negation
6146 of operand 2 is moved into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
6148 @cindex @code{not@var{mode}cc} instruction pattern
6149 @item @samp{not@var{mode}cc}
6150 Similar to @samp{neg@var{mode}cc} but for conditional complement.
6151 Conditionally move the bitwise complement of operand 2 or the unchanged
6152 operand 3 into operand 0 according to the comparison in operand 1.
6153 If the comparison is true, the complement of operand 2 is moved into
6154 operand 0, otherwise operand 3 is moved.
6156 @cindex @code{cstore@var{mode}4} instruction pattern
6157 @item @samp{cstore@var{mode}4}
6158 Store zero or nonzero in operand 0 according to whether a comparison
6159 is true.  Operand 1 is a comparison operator.  Operand 2 and operand 3
6160 are the first and second operand of the comparison, respectively.
6161 You specify the mode that operand 0 must have when you write the
6162 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees which
6163 mode you have used and supplies an operand of that mode.
6165 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
6166 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
6167 you should omit it from the machine description.  You describe to the
6168 compiler exactly which value is stored by defining the macro
6169 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
6170 found that can be used for all the possible comparison operators, you
6171 should pick one and use a @code{define_expand} to map all results
6172 onto the one you chose.
6174 These operations may @code{FAIL}, but should do so only in relatively
6175 uncommon cases; if they would @code{FAIL} for common cases involving
6176 integer comparisons, it is best to restrict the predicates to not
6177 allow these operands.  Likewise if a given comparison operator will
6178 always fail, independent of the operands (for floating-point modes, the
6179 @code{ordered_comparison_operator} predicate is often useful in this case).
6181 If this pattern is omitted, the compiler will generate a conditional
6182 branch---for example, it may copy a constant one to the target and branching
6183 around an assignment of zero to the target---or a libcall.  If the predicate
6184 for operand 1 only rejects some operators, it will also try reordering the
6185 operands and/or inverting the result value (e.g.@: by an exclusive OR).
6186 These possibilities could be cheaper or equivalent to the instructions
6187 used for the @samp{cstore@var{mode}4} pattern followed by those required
6188 to convert a positive result from @code{STORE_FLAG_VALUE} to 1; in this
6189 case, you can and should make operand 1's predicate reject some operators
6190 in the @samp{cstore@var{mode}4} pattern, or remove the pattern altogether
6191 from the machine description.
6193 @cindex @code{cbranch@var{mode}4} instruction pattern
6194 @item @samp{cbranch@var{mode}4}
6195 Conditional branch instruction combined with a compare instruction.
6196 Operand 0 is a comparison operator.  Operand 1 and operand 2 are the
6197 first and second operands of the comparison, respectively.  Operand 3
6198 is the @code{code_label} to jump to.
6200 @cindex @code{jump} instruction pattern
6201 @item @samp{jump}
6202 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
6203 @code{code_label} to jump to.  This pattern name is mandatory on all
6204 machines.
6206 @cindex @code{call} instruction pattern
6207 @item @samp{call}
6208 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
6209 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
6210 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
6211 operands.
6213 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
6214 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
6215 to put this information into the assembler code; they can put it in
6216 the RTL instead of operand 1.
6218 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
6219 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
6220 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
6221 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
6222 instruction, the pattern for this operation should be a
6223 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
6224 address into a register and uses that register in the call instruction.
6226 @cindex @code{call_value} instruction pattern
6227 @item @samp{call_value}
6228 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
6229 register in which the value is returned.  There are three more
6230 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
6231 instruction (but with numbers increased by one).
6233 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
6234 insn.
6236 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
6237 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
6238 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
6239 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
6240 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
6241 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
6242 adjustment made to the frame pointer.
6244 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
6245 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
6246 can be eliminated, if desired.
6248 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
6249 @item @samp{untyped_call}
6250 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
6251 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
6252 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
6253 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
6254 the saving of a function return value into the result block.
6256 This instruction pattern should be defined to support
6257 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
6258 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
6259 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
6260 multiple registers that can hold a return value
6261 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
6263 @cindex @code{return} instruction pattern
6264 @item @samp{return}
6265 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
6266 defined only if a single instruction can do all the work of returning
6267 from a function.
6269 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
6270 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
6271 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
6272 some class of functions only requires one instruction to implement a
6273 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
6274 to save any registers or allocate stack space.
6276 It is valid for this pattern to expand to an instruction using
6277 @code{simple_return} if no epilogue is required.
6279 @cindex @code{simple_return} instruction pattern
6280 @item @samp{simple_return}
6281 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
6282 defined only if a single instruction can do all the work of returning
6283 from a function on a path where no epilogue is required.  This pattern
6284 is very similar to the @code{return} instruction pattern, but it is emitted
6285 only by the shrink-wrapping optimization on paths where the function
6286 prologue has not been executed, and a function return should occur without
6287 any of the effects of the epilogue.  Additional uses may be introduced on
6288 paths where both the prologue and the epilogue have executed.
6290 @findex reload_completed
6291 @findex leaf_function_p
6292 For such machines, the condition specified in this pattern should only
6293 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
6294 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
6295 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
6296 a register window push is required.
6298 Machines that have conditional return instructions should define patterns
6299 such as
6301 @smallexample
6302 (define_insn ""
6303   [(set (pc)
6304         (if_then_else (match_operator
6305                          0 "comparison_operator"
6306                          [(cc0) (const_int 0)])
6307                       (return)
6308                       (pc)))]
6309   "@var{condition}"
6310   "@dots{}")
6311 @end smallexample
6313 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
6314 named @samp{return} pattern.
6316 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
6317 @item @samp{untyped_return}
6318 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
6319 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
6320 instructions are needed to return a value of any type.
6322 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
6323 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
6324 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
6325 the restoring of a function return value from the result block.
6327 @cindex @code{nop} instruction pattern
6328 @item @samp{nop}
6329 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
6330 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
6331 RTL pattern.
6333 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
6334 @item @samp{indirect_jump}
6335 An instruction to jump to an address which is operand zero.
6336 This pattern name is mandatory on all machines.
6338 @cindex @code{casesi} instruction pattern
6339 @item @samp{casesi}
6340 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
6341 This instruction takes five operands:
6343 @enumerate
6344 @item
6345 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
6347 @item
6348 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
6350 @item
6351 The total range of indices in the table---the largest index
6352 minus the smallest one (both inclusive).
6354 @item
6355 A label that precedes the table itself.
6357 @item
6358 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
6359 @end enumerate
6361 The table is an @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
6362 @code{jump_table_data}.  The number of elements in the table is one plus the
6363 difference between the upper bound and the lower bound.
6365 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
6366 @item @samp{tablejump}
6367 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
6368 capability which can be used to implement a dispatch table when there
6369 is no @samp{casesi} pattern.
6371 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
6372 which should immediately precede the jump table.  If the macro
6373 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
6374 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
6375 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
6376 mode @code{Pmode}.
6378 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
6379 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
6380 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
6381 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
6384 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
6385 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
6386 Conditional branch instruction that decrements a register and
6387 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
6388 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
6389 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
6391 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
6392 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
6393 reduction is enabled.
6395 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
6396 @item @samp{doloop_end}
6397 Conditional branch instruction that decrements a register and
6398 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
6399 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
6400 register is nonzero.
6401 @xref{Looping Patterns}.
6403 This optional instruction pattern should be defined for machines with
6404 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
6405 modify suitable loops to utilize it.  The target hook
6406 @code{TARGET_CAN_USE_DOLOOP_P} controls the conditions under which
6407 low-overhead loops can be used.
6409 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
6410 @item @samp{doloop_begin}
6411 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
6412 need to perform some initialization, such as loading a special counter
6413 register.  Operand 1 is the associated @code{doloop_end} pattern and
6414 operand 0 is the register that it decrements.
6416 If initialization insns do not always need to be emitted, use a
6417 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
6419 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
6420 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
6421 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
6422 into operand 0.
6424 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
6425 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
6426 and also has mode @code{Pmode}.
6428 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
6429 the address of the function which would be called if the function
6430 pointer were used in an indirect call.
6432 Only define this pattern if function pointers on the target machine
6433 can have different values but still call the same function when
6434 used in an indirect call.
6436 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
6437 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
6438 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
6439 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
6440 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
6441 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
6442 @item @samp{save_stack_block}
6443 @itemx @samp{save_stack_function}
6444 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
6445 @itemx @samp{restore_stack_block}
6446 @itemx @samp{restore_stack_function}
6447 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
6448 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
6449 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
6450 such machines.
6452 Some machines require special handling for stack pointer saves and
6453 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
6454 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
6455 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
6456 saves and restores are:
6458 @enumerate
6459 @item
6460 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
6461 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
6462 restores the stack pointer when the block is exited.
6464 @item
6465 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
6466 similar job for the outermost block of a function and are used when the
6467 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
6468 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
6469 restore sequence on some machines.
6471 @item
6472 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
6473 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
6474 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
6475 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
6476 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
6477 and restoring additional data such as register window information or
6478 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
6479 such required data.
6480 @end enumerate
6482 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
6483 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
6484 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
6485 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
6486 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
6487 for a particular type of save (either because no save is needed or
6488 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
6489 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
6490 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
6491 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
6493 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
6494 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
6495 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
6497 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
6498 @item @samp{allocate_stack}
6499 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
6500 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
6502 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
6503 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
6504 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
6505 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
6506 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
6507 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
6508 stack is free.
6510 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
6511 Some machines require other operations such as stack probes or
6512 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
6513 operations in addition to updating the stack pointer.
6515 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
6516 @item @samp{check_stack}
6517 If stack checking (@pxref{Stack Checking}) cannot be done on your system by
6518 probing the stack, define this pattern to perform the needed check and signal
6519 an error if the stack has overflowed.  The single operand is the address in
6520 the stack farthest from the current stack pointer that you need to validate.
6521 Normally, on platforms where this pattern is needed, you would obtain the
6522 stack limit from a global or thread-specific variable or register.
6524 @cindex @code{probe_stack_address} instruction pattern
6525 @item @samp{probe_stack_address}
6526 If stack checking (@pxref{Stack Checking}) can be done on your system by
6527 probing the stack but without the need to actually access it, define this
6528 pattern and signal an error if the stack has overflowed.  The single operand
6529 is the memory address in the stack that needs to be probed.
6531 @cindex @code{probe_stack} instruction pattern
6532 @item @samp{probe_stack}
6533 If stack checking (@pxref{Stack Checking}) can be done on your system by
6534 probing the stack but doing it with a ``store zero'' instruction is not valid
6535 or optimal, define this pattern to do the probing differently and signal an
6536 error if the stack has overflowed.  The single operand is the memory reference
6537 in the stack that needs to be probed.
6539 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
6540 @item @samp{nonlocal_goto}
6541 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
6542 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
6543 each representing a value to be used in the jump.  The first
6544 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
6545 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
6546 the third is the address of a location where the stack is saved,
6547 and the last is the address of the label, to be placed in the
6548 location for the incoming static chain.
6550 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
6551 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
6552 and static chain, restore the stack (using the
6553 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
6554 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
6555 not work on your machine.
6557 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
6558 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
6559 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
6560 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
6561 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
6562 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
6563 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
6564 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
6565 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
6566 There are no arguments.
6568 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
6569 @item @samp{exception_receiver}
6570 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
6571 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
6572 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
6573 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
6574 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
6575 an exception.  There are no arguments.
6577 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
6578 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
6579 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
6580 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
6581 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
6582 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
6583 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
6584 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
6585 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
6586 the first three are normally used by the generic mechanism.
6588 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
6589 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
6590 This pattern, if defined, contains code needed at the site of a
6591 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
6592 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
6593 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
6594 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
6595 to which builtin_longjmp transferred control; this pattern may be emitted
6596 at a small offset from that label.
6598 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
6599 @item @samp{builtin_longjmp}
6600 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
6601 You will not normally need to define this pattern unless you also define
6602 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
6603 @code{jmp_buf}.
6605 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
6606 @item @samp{eh_return}
6607 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
6608 and thence the call frame exception handling library routines, are
6609 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
6610 the abnormal return path.
6612 The address of the exception handler to which the function should return
6613 is passed as operand to this pattern.  It will normally need to copied by
6614 the pattern to some special register or memory location.
6615 If the pattern needs to determine the location of the target call
6616 frame in order to do so, it may use @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX},
6617 if defined; it will have already been assigned.
6619 If this pattern is not defined, the default action will be to simply
6620 copy the return address to @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX}.  Either
6621 that macro or this pattern needs to be defined if call frame exception
6622 handling is to be used.
6624 @cindex @code{prologue} instruction pattern
6625 @anchor{prologue instruction pattern}
6626 @item @samp{prologue}
6627 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
6628 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
6629 pointer register, saving callee saved registers, etc.
6631 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
6632 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
6634 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
6635 instruction scheduling.
6637 @cindex @code{window_save} instruction pattern
6638 @anchor{window_save instruction pattern}
6639 @item @samp{window_save}
6640 This pattern, if defined, emits RTL for a register window save.  It should
6641 be defined if the target machine has register windows but the window events
6642 are decoupled from calls to subroutines.  The canonical example is the SPARC
6643 architecture.
6645 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
6646 @anchor{epilogue instruction pattern}
6647 @item @samp{epilogue}
6648 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
6649 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
6650 registers and emitting the return instruction.
6652 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
6653 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
6655 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
6656 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
6658 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
6659 @item @samp{sibcall_epilogue}
6660 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
6661 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
6662 sibling call (aka tail call) sites.
6664 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
6665 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
6666 function.
6668 @cindex @code{trap} instruction pattern
6669 @item @samp{trap}
6670 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
6671 kind of signal to be raised.
6673 @cindex @code{ctrap@var{MM}4} instruction pattern
6674 @item @samp{ctrap@var{MM}4}
6675 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
6676 performs a comparison, and operands 1 and 2 are the arms of the
6677 comparison.  Operand 3 is the trap code, an integer.
6679 A typical @code{ctrap} pattern looks like
6681 @smallexample
6682 (define_insn "ctrapsi4"
6683   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
6684              [(match_operand 1 "register_operand")
6685               (match_operand 2 "immediate_operand")])
6686             (match_operand 3 "const_int_operand" "i"))]
6687   ""
6688   "@dots{}")
6689 @end smallexample
6691 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
6692 @item @samp{prefetch}
6693 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
6694 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
6695 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
6696 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
6697 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
6698 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
6699 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
6700 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
6701 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
6703 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
6704 the values of operands 1 and 2.
6706 @cindex @code{blockage} instruction pattern
6707 @item @samp{blockage}
6708 This pattern defines a pseudo insn that prevents the instruction
6709 scheduler and other passes from moving instructions and using register
6710 equivalences across the boundary defined by the blockage insn.
6711 This needs to be an UNSPEC_VOLATILE pattern or a volatile ASM.
6713 @cindex @code{memory_barrier} instruction pattern
6714 @item @samp{memory_barrier}
6715 If the target memory model is not fully synchronous, then this pattern
6716 should be defined to an instruction that orders both loads and stores
6717 before the instruction with respect to loads and stores after the instruction.
6718 This pattern has no operands.
6720 @cindex @code{sync_compare_and_swap@var{mode}} instruction pattern
6721 @item @samp{sync_compare_and_swap@var{mode}}
6722 This pattern, if defined, emits code for an atomic compare-and-swap
6723 operation.  Operand 1 is the memory on which the atomic operation is
6724 performed.  Operand 2 is the ``old'' value to be compared against the
6725 current contents of the memory location.  Operand 3 is the ``new'' value
6726 to store in the memory if the compare succeeds.  Operand 0 is the result
6727 of the operation; it should contain the contents of the memory
6728 before the operation.  If the compare succeeds, this should obviously be
6729 a copy of operand 2.
6731 This pattern must show that both operand 0 and operand 1 are modified.
6733 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
6734 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
6735 operation and all memory operations after the atomic operation occur
6736 after the atomic operation.
6738 For targets where the success or failure of the compare-and-swap
6739 operation is available via the status flags, it is possible to
6740 avoid a separate compare operation and issue the subsequent
6741 branch or store-flag operation immediately after the compare-and-swap.
6742 To this end, GCC will look for a @code{MODE_CC} set in the
6743 output of @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}; if the machine
6744 description includes such a set, the target should also define special
6745 @code{cbranchcc4} and/or @code{cstorecc4} instructions.  GCC will then
6746 be able to take the destination of the @code{MODE_CC} set and pass it
6747 to the @code{cbranchcc4} or @code{cstorecc4} pattern as the first
6748 operand of the comparison (the second will be @code{(const_int 0)}).
6750 For targets where the operating system may provide support for this
6751 operation via library calls, the @code{sync_compare_and_swap_optab}
6752 may be initialized to a function with the same interface as the
6753 @code{__sync_val_compare_and_swap_@var{n}} built-in.  If the entire
6754 set of @var{__sync} builtins are supported via library calls, the
6755 target can initialize all of the optabs at once with
6756 @code{init_sync_libfuncs}.
6757 For the purposes of C++11 @code{std::atomic::is_lock_free}, it is
6758 assumed that these library calls do @emph{not} use any kind of
6759 interruptable locking.
6761 @cindex @code{sync_add@var{mode}} instruction pattern
6762 @cindex @code{sync_sub@var{mode}} instruction pattern
6763 @cindex @code{sync_ior@var{mode}} instruction pattern
6764 @cindex @code{sync_and@var{mode}} instruction pattern
6765 @cindex @code{sync_xor@var{mode}} instruction pattern
6766 @cindex @code{sync_nand@var{mode}} instruction pattern
6767 @item @samp{sync_add@var{mode}}, @samp{sync_sub@var{mode}}
6768 @itemx @samp{sync_ior@var{mode}}, @samp{sync_and@var{mode}}
6769 @itemx @samp{sync_xor@var{mode}}, @samp{sync_nand@var{mode}}
6770 These patterns emit code for an atomic operation on memory.
6771 Operand 0 is the memory on which the atomic operation is performed.
6772 Operand 1 is the second operand to the binary operator.
6774 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
6775 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
6776 operation and all memory operations after the atomic operation occur
6777 after the atomic operation.
6779 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
6780 from a compare-and-swap operation, if defined.
6782 @cindex @code{sync_old_add@var{mode}} instruction pattern
6783 @cindex @code{sync_old_sub@var{mode}} instruction pattern
6784 @cindex @code{sync_old_ior@var{mode}} instruction pattern
6785 @cindex @code{sync_old_and@var{mode}} instruction pattern
6786 @cindex @code{sync_old_xor@var{mode}} instruction pattern
6787 @cindex @code{sync_old_nand@var{mode}} instruction pattern
6788 @item @samp{sync_old_add@var{mode}}, @samp{sync_old_sub@var{mode}}
6789 @itemx @samp{sync_old_ior@var{mode}}, @samp{sync_old_and@var{mode}}
6790 @itemx @samp{sync_old_xor@var{mode}}, @samp{sync_old_nand@var{mode}}
6791 These patterns emit code for an atomic operation on memory,
6792 and return the value that the memory contained before the operation.
6793 Operand 0 is the result value, operand 1 is the memory on which the
6794 atomic operation is performed, and operand 2 is the second operand
6795 to the binary operator.
6797 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
6798 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
6799 operation and all memory operations after the atomic operation occur
6800 after the atomic operation.
6802 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
6803 from a compare-and-swap operation, if defined.
6805 @cindex @code{sync_new_add@var{mode}} instruction pattern
6806 @cindex @code{sync_new_sub@var{mode}} instruction pattern
6807 @cindex @code{sync_new_ior@var{mode}} instruction pattern
6808 @cindex @code{sync_new_and@var{mode}} instruction pattern
6809 @cindex @code{sync_new_xor@var{mode}} instruction pattern
6810 @cindex @code{sync_new_nand@var{mode}} instruction pattern
6811 @item @samp{sync_new_add@var{mode}}, @samp{sync_new_sub@var{mode}}
6812 @itemx @samp{sync_new_ior@var{mode}}, @samp{sync_new_and@var{mode}}
6813 @itemx @samp{sync_new_xor@var{mode}}, @samp{sync_new_nand@var{mode}}
6814 These patterns are like their @code{sync_old_@var{op}} counterparts,
6815 except that they return the value that exists in the memory location
6816 after the operation, rather than before the operation.
6818 @cindex @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}} instruction pattern
6819 @item @samp{sync_lock_test_and_set@var{mode}}
6820 This pattern takes two forms, based on the capabilities of the target.
6821 In either case, operand 0 is the result of the operand, operand 1 is
6822 the memory on which the atomic operation is performed, and operand 2
6823 is the value to set in the lock.
6825 In the ideal case, this operation is an atomic exchange operation, in
6826 which the previous value in memory operand is copied into the result
6827 operand, and the value operand is stored in the memory operand.
6829 For less capable targets, any value operand that is not the constant 1
6830 should be rejected with @code{FAIL}.  In this case the target may use
6831 an atomic test-and-set bit operation.  The result operand should contain
6832 1 if the bit was previously set and 0 if the bit was previously clear.
6833 The true contents of the memory operand are implementation defined.
6835 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
6836 pattern as a whole acts as an acquire barrier, that is all memory
6837 operations after the pattern do not occur until the lock is acquired.
6839 If this pattern is not defined, the operation will be constructed from
6840 a compare-and-swap operation, if defined.
6842 @cindex @code{sync_lock_release@var{mode}} instruction pattern
6843 @item @samp{sync_lock_release@var{mode}}
6844 This pattern, if defined, releases a lock set by
6845 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}.  Operand 0 is the memory
6846 that contains the lock; operand 1 is the value to store in the lock.
6848 If the target doesn't implement full semantics for
6849 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}, any value operand which is not
6850 the constant 0 should be rejected with @code{FAIL}, and the true contents
6851 of the memory operand are implementation defined.
6853 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
6854 pattern as a whole acts as a release barrier, that is the lock is
6855 released only after all previous memory operations have completed.
6857 If this pattern is not defined, then a @code{memory_barrier} pattern
6858 will be emitted, followed by a store of the value to the memory operand.
6860 @cindex @code{atomic_compare_and_swap@var{mode}} instruction pattern
6861 @item @samp{atomic_compare_and_swap@var{mode}} 
6862 This pattern, if defined, emits code for an atomic compare-and-swap
6863 operation with memory model semantics.  Operand 2 is the memory on which
6864 the atomic operation is performed.  Operand 0 is an output operand which
6865 is set to true or false based on whether the operation succeeded.  Operand
6866 1 is an output operand which is set to the contents of the memory before
6867 the operation was attempted.  Operand 3 is the value that is expected to
6868 be in memory.  Operand 4 is the value to put in memory if the expected
6869 value is found there.  Operand 5 is set to 1 if this compare and swap is to
6870 be treated as a weak operation.  Operand 6 is the memory model to be used
6871 if the operation is a success.  Operand 7 is the memory model to be used
6872 if the operation fails.
6874 If memory referred to in operand 2 contains the value in operand 3, then
6875 operand 4 is stored in memory pointed to by operand 2 and fencing based on
6876 the memory model in operand 6 is issued.  
6878 If memory referred to in operand 2 does not contain the value in operand 3,
6879 then fencing based on the memory model in operand 7 is issued.
6881 If a target does not support weak compare-and-swap operations, or the port
6882 elects not to implement weak operations, the argument in operand 5 can be
6883 ignored.  Note a strong implementation must be provided.
6885 If this pattern is not provided, the @code{__atomic_compare_exchange}
6886 built-in functions will utilize the legacy @code{sync_compare_and_swap}
6887 pattern with an @code{__ATOMIC_SEQ_CST} memory model.
6889 @cindex @code{atomic_load@var{mode}} instruction pattern
6890 @item @samp{atomic_load@var{mode}}
6891 This pattern implements an atomic load operation with memory model
6892 semantics.  Operand 1 is the memory address being loaded from.  Operand 0
6893 is the result of the load.  Operand 2 is the memory model to be used for
6894 the load operation.
6896 If not present, the @code{__atomic_load} built-in function will either
6897 resort to a normal load with memory barriers, or a compare-and-swap
6898 operation if a normal load would not be atomic.
6900 @cindex @code{atomic_store@var{mode}} instruction pattern
6901 @item @samp{atomic_store@var{mode}}
6902 This pattern implements an atomic store operation with memory model
6903 semantics.  Operand 0 is the memory address being stored to.  Operand 1
6904 is the value to be written.  Operand 2 is the memory model to be used for
6905 the operation.
6907 If not present, the @code{__atomic_store} built-in function will attempt to
6908 perform a normal store and surround it with any required memory fences.  If
6909 the store would not be atomic, then an @code{__atomic_exchange} is
6910 attempted with the result being ignored.
6912 @cindex @code{atomic_exchange@var{mode}} instruction pattern
6913 @item @samp{atomic_exchange@var{mode}}
6914 This pattern implements an atomic exchange operation with memory model
6915 semantics.  Operand 1 is the memory location the operation is performed on.
6916 Operand 0 is an output operand which is set to the original value contained
6917 in the memory pointed to by operand 1.  Operand 2 is the value to be
6918 stored.  Operand 3 is the memory model to be used.
6920 If this pattern is not present, the built-in function
6921 @code{__atomic_exchange} will attempt to preform the operation with a
6922 compare and swap loop.
6924 @cindex @code{atomic_add@var{mode}} instruction pattern
6925 @cindex @code{atomic_sub@var{mode}} instruction pattern
6926 @cindex @code{atomic_or@var{mode}} instruction pattern
6927 @cindex @code{atomic_and@var{mode}} instruction pattern
6928 @cindex @code{atomic_xor@var{mode}} instruction pattern
6929 @cindex @code{atomic_nand@var{mode}} instruction pattern
6930 @item @samp{atomic_add@var{mode}}, @samp{atomic_sub@var{mode}}
6931 @itemx @samp{atomic_or@var{mode}}, @samp{atomic_and@var{mode}}
6932 @itemx @samp{atomic_xor@var{mode}}, @samp{atomic_nand@var{mode}}
6933 These patterns emit code for an atomic operation on memory with memory
6934 model semantics. Operand 0 is the memory on which the atomic operation is
6935 performed.  Operand 1 is the second operand to the binary operator.
6936 Operand 2 is the memory model to be used by the operation.
6938 If these patterns are not defined, attempts will be made to use legacy
6939 @code{sync} patterns, or equivalent patterns which return a result.  If
6940 none of these are available a compare-and-swap loop will be used.
6942 @cindex @code{atomic_fetch_add@var{mode}} instruction pattern
6943 @cindex @code{atomic_fetch_sub@var{mode}} instruction pattern
6944 @cindex @code{atomic_fetch_or@var{mode}} instruction pattern
6945 @cindex @code{atomic_fetch_and@var{mode}} instruction pattern
6946 @cindex @code{atomic_fetch_xor@var{mode}} instruction pattern
6947 @cindex @code{atomic_fetch_nand@var{mode}} instruction pattern
6948 @item @samp{atomic_fetch_add@var{mode}}, @samp{atomic_fetch_sub@var{mode}}
6949 @itemx @samp{atomic_fetch_or@var{mode}}, @samp{atomic_fetch_and@var{mode}}
6950 @itemx @samp{atomic_fetch_xor@var{mode}}, @samp{atomic_fetch_nand@var{mode}}
6951 These patterns emit code for an atomic operation on memory with memory
6952 model semantics, and return the original value. Operand 0 is an output 
6953 operand which contains the value of the memory location before the 
6954 operation was performed.  Operand 1 is the memory on which the atomic 
6955 operation is performed.  Operand 2 is the second operand to the binary
6956 operator.  Operand 3 is the memory model to be used by the operation.
6958 If these patterns are not defined, attempts will be made to use legacy
6959 @code{sync} patterns.  If none of these are available a compare-and-swap
6960 loop will be used.
6962 @cindex @code{atomic_add_fetch@var{mode}} instruction pattern
6963 @cindex @code{atomic_sub_fetch@var{mode}} instruction pattern
6964 @cindex @code{atomic_or_fetch@var{mode}} instruction pattern
6965 @cindex @code{atomic_and_fetch@var{mode}} instruction pattern
6966 @cindex @code{atomic_xor_fetch@var{mode}} instruction pattern
6967 @cindex @code{atomic_nand_fetch@var{mode}} instruction pattern
6968 @item @samp{atomic_add_fetch@var{mode}}, @samp{atomic_sub_fetch@var{mode}}
6969 @itemx @samp{atomic_or_fetch@var{mode}}, @samp{atomic_and_fetch@var{mode}}
6970 @itemx @samp{atomic_xor_fetch@var{mode}}, @samp{atomic_nand_fetch@var{mode}}
6971 These patterns emit code for an atomic operation on memory with memory
6972 model semantics and return the result after the operation is performed.
6973 Operand 0 is an output operand which contains the value after the
6974 operation.  Operand 1 is the memory on which the atomic operation is
6975 performed.  Operand 2 is the second operand to the binary operator.
6976 Operand 3 is the memory model to be used by the operation.
6978 If these patterns are not defined, attempts will be made to use legacy
6979 @code{sync} patterns, or equivalent patterns which return the result before
6980 the operation followed by the arithmetic operation required to produce the
6981 result.  If none of these are available a compare-and-swap loop will be
6982 used.
6984 @cindex @code{atomic_test_and_set} instruction pattern
6985 @item @samp{atomic_test_and_set}
6986 This pattern emits code for @code{__builtin_atomic_test_and_set}.
6987 Operand 0 is an output operand which is set to true if the previous
6988 previous contents of the byte was "set", and false otherwise.  Operand 1
6989 is the @code{QImode} memory to be modified.  Operand 2 is the memory
6990 model to be used.
6992 The specific value that defines "set" is implementation defined, and
6993 is normally based on what is performed by the native atomic test and set
6994 instruction.
6996 @cindex @code{atomic_bit_test_and_set@var{mode}} instruction pattern
6997 @cindex @code{atomic_bit_test_and_complement@var{mode}} instruction pattern
6998 @cindex @code{atomic_bit_test_and_reset@var{mode}} instruction pattern
6999 @item @samp{atomic_bit_test_and_set@var{mode}}
7000 @itemx @samp{atomic_bit_test_and_complement@var{mode}}
7001 @itemx @samp{atomic_bit_test_and_reset@var{mode}}
7002 These patterns emit code for an atomic bitwise operation on memory with memory
7003 model semantics, and return the original value of the specified bit.
7004 Operand 0 is an output operand which contains the value of the specified bit
7005 from the memory location before the operation was performed.  Operand 1 is the
7006 memory on which the atomic operation is performed.  Operand 2 is the bit within
7007 the operand, starting with least significant bit.  Operand 3 is the memory model
7008 to be used by the operation.  Operand 4 is a flag - it is @code{const1_rtx}
7009 if operand 0 should contain the original value of the specified bit in the
7010 least significant bit of the operand, and @code{const0_rtx} if the bit should
7011 be in its original position in the operand.
7012 @code{atomic_bit_test_and_set@var{mode}} atomically sets the specified bit after
7013 remembering its original value, @code{atomic_bit_test_and_complement@var{mode}}
7014 inverts the specified bit and @code{atomic_bit_test_and_reset@var{mode}} clears
7015 the specified bit.
7017 If these patterns are not defined, attempts will be made to use
7018 @code{atomic_fetch_or@var{mode}}, @code{atomic_fetch_xor@var{mode}} or
7019 @code{atomic_fetch_and@var{mode}} instruction patterns, or their @code{sync}
7020 counterparts.  If none of these are available a compare-and-swap
7021 loop will be used.
7023 @cindex @code{mem_thread_fence@var{mode}} instruction pattern
7024 @item @samp{mem_thread_fence@var{mode}}
7025 This pattern emits code required to implement a thread fence with
7026 memory model semantics.  Operand 0 is the memory model to be used.
7028 If this pattern is not specified, all memory models except
7029 @code{__ATOMIC_RELAXED} will result in issuing a @code{sync_synchronize}
7030 barrier pattern.
7032 @cindex @code{mem_signal_fence@var{mode}} instruction pattern
7033 @item @samp{mem_signal_fence@var{mode}}
7034 This pattern emits code required to implement a signal fence with
7035 memory model semantics.  Operand 0 is the memory model to be used.
7037 This pattern should impact the compiler optimizers the same way that
7038 mem_signal_fence does, but it does not need to issue any barrier
7039 instructions.
7041 If this pattern is not specified, all memory models except
7042 @code{__ATOMIC_RELAXED} will result in issuing a @code{sync_synchronize}
7043 barrier pattern.
7045 @cindex @code{get_thread_pointer@var{mode}} instruction pattern
7046 @cindex @code{set_thread_pointer@var{mode}} instruction pattern
7047 @item @samp{get_thread_pointer@var{mode}}
7048 @itemx @samp{set_thread_pointer@var{mode}}
7049 These patterns emit code that reads/sets the TLS thread pointer. Currently,
7050 these are only needed if the target needs to support the
7051 @code{__builtin_thread_pointer} and @code{__builtin_set_thread_pointer}
7052 builtins.
7054 The get/set patterns have a single output/input operand respectively,
7055 with @var{mode} intended to be @code{Pmode}.
7057 @cindex @code{stack_protect_set} instruction pattern
7058 @item @samp{stack_protect_set}
7059 This pattern, if defined, moves a @code{ptr_mode} value from the memory
7060 in operand 1 to the memory in operand 0 without leaving the value in
7061 a register afterward.  This is to avoid leaking the value some place
7062 that an attacker might use to rewrite the stack guard slot after
7063 having clobbered it.
7065 If this pattern is not defined, then a plain move pattern is generated.
7067 @cindex @code{stack_protect_test} instruction pattern
7068 @item @samp{stack_protect_test}
7069 This pattern, if defined, compares a @code{ptr_mode} value from the
7070 memory in operand 1 with the memory in operand 0 without leaving the
7071 value in a register afterward and branches to operand 2 if the values
7072 were equal.
7074 If this pattern is not defined, then a plain compare pattern and
7075 conditional branch pattern is used.
7077 @cindex @code{clear_cache} instruction pattern
7078 @item @samp{clear_cache}
7079 This pattern, if defined, flushes the instruction cache for a region of
7080 memory.  The region is bounded to by the Pmode pointers in operand 0
7081 inclusive and operand 1 exclusive.
7083 If this pattern is not defined, a call to the library function
7084 @code{__clear_cache} is used.
7086 @end table
7088 @end ifset
7089 @c Each of the following nodes are wrapped in separate
7090 @c "@ifset INTERNALS" to work around memory limits for the default
7091 @c configuration in older tetex distributions.  Known to not work:
7092 @c tetex-1.0.7, known to work: tetex-2.0.2.
7093 @ifset INTERNALS
7094 @node Pattern Ordering
7095 @section When the Order of Patterns Matters
7096 @cindex Pattern Ordering
7097 @cindex Ordering of Patterns
7099 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
7100 pattern that appears first in the machine description is the one used.
7101 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
7102 and faster instructions (those that will produce better code when they
7103 do match) should usually go first in the description.
7105 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
7106 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
7107 instruction for converting a fullword to floating point and another
7108 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
7109 an integer to floating point could match either one.  We put the
7110 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
7111 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
7112 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
7113 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
7114 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
7115 constant value.
7117 @end ifset
7118 @ifset INTERNALS
7119 @node Dependent Patterns
7120 @section Interdependence of Patterns
7121 @cindex Dependent Patterns
7122 @cindex Interdependence of Patterns
7124 In some cases machines support instructions identical except for the
7125 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
7126 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
7127 patterns are
7129 @smallexample
7130 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
7131      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
7133 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
7134      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
7135 @end smallexample
7137 @noindent
7138 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
7139 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
7140 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
7141 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
7142 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
7143 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
7145 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
7146 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
7147 compilations.
7149 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
7150 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
7151 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
7152 you should not provide separate patterns for increment and decrement
7153 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
7154 that supports register-register add insns by examining the operands and
7155 generating the appropriate machine instruction.
7157 @end ifset
7158 @ifset INTERNALS
7159 @node Jump Patterns
7160 @section Defining Jump Instruction Patterns
7161 @cindex jump instruction patterns
7162 @cindex defining jump instruction patterns
7164 GCC does not assume anything about how the machine realizes jumps.
7165 The machine description should define a single pattern, usually
7166 a @code{define_expand}, which expands to all the required insns.
7168 Usually, this would be a comparison insn to set the condition code
7169 and a separate branch insn testing the condition code and branching
7170 or not according to its value.  For many machines, however,
7171 separating compares and branches is limiting, which is why the
7172 more flexible approach with one @code{define_expand} is used in GCC.
7173 The machine description becomes clearer for architectures that
7174 have compare-and-branch instructions but no condition code.  It also
7175 works better when different sets of comparison operators are supported
7176 by different kinds of conditional branches (e.g. integer vs. floating-point),
7177 or by conditional branches with respect to conditional stores.
7179 Two separate insns are always used if the machine description represents
7180 a condition code register using the legacy RTL expression @code{(cc0)},
7181 and on most machines that use a separate condition code register
7182 (@pxref{Condition Code}).  For machines that use @code{(cc0)}, in
7183 fact, the set and use of the condition code must be separate and
7184 adjacent@footnote{@code{note} insns can separate them, though.}, thus
7185 allowing flags in @code{cc_status} to be used (@pxref{Condition Code}) and
7186 so that the comparison and branch insns could be located from each other
7187 by using the functions @code{prev_cc0_setter} and @code{next_cc0_user}.
7189 Even in this case having a single entry point for conditional branches
7190 is advantageous, because it handles equally well the case where a single
7191 comparison instruction records the results of both signed and unsigned
7192 comparison of the given operands (with the branch insns coming in distinct
7193 signed and unsigned flavors) as in the x86 or SPARC, and the case where
7194 there are distinct signed and unsigned compare instructions and only
7195 one set of conditional branch instructions as in the PowerPC.
7197 @end ifset
7198 @ifset INTERNALS
7199 @node Looping Patterns
7200 @section Defining Looping Instruction Patterns
7201 @cindex looping instruction patterns
7202 @cindex defining looping instruction patterns
7204 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
7205 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
7206 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
7207 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
7208 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
7209 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
7210 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
7211 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
7212 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
7213 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
7214 the jump.
7216 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
7217 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
7218 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
7219 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
7220 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
7221 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
7222 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
7223 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
7224 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
7225 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
7226 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
7227 following for its @code{dbra} instruction:
7229 @smallexample
7230 @group
7231 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
7232   [(set (pc)
7233         (if_then_else
7234           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
7235                        (const_int -1))
7236               (const_int 0))
7237           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
7238           (pc)))
7239    (set (match_dup 0)
7240         (plus:SI (match_dup 0)
7241                  (const_int -1)))]
7242   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
7243   "@dots{}")
7244 @end group
7245 @end smallexample
7247 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
7248 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
7249 since this insn is generated by the instruction combination phase
7250 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
7251 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
7252 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
7253 pattern will not be matched by the combiner.
7255 @smallexample
7256 @group
7257 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
7258   [(set (pc)
7259         (if_then_else
7260           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
7261               (const_int 1))
7262           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
7263           (pc)))
7264    (set (match_dup 0)
7265         (plus:SI (match_dup 0)
7266                  (const_int -1)))]
7267   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
7268   "@dots{}")
7269 @end group
7270 @end smallexample
7272 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
7273 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
7274 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
7275 information collected during strength reduction.
7277 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
7278 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
7279 is an optional companion pattern that can be used for initialization
7280 needed for some low-overhead looping instructions.
7282 Note that some machines require the actual looping instruction to be
7283 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
7284 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
7285 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
7286 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
7287 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
7288 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
7289 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
7290 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
7291 desired special iteration counter register was not allocated, this
7292 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
7293 instruction pair.
7295 The essential difference between the
7296 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
7297 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
7298 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
7299 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
7300 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
7301 may become redundant and removed by the flow pass.
7304 @end ifset
7305 @ifset INTERNALS
7306 @node Insn Canonicalizations
7307 @section Canonicalization of Instructions
7308 @cindex canonicalization of instructions
7309 @cindex insn canonicalization
7311 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
7312 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
7313 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
7314 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
7315 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
7316 number of insn patterns required.
7318 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
7319 are performed:
7321 @itemize @bullet
7322 @item
7323 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
7324 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
7325 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
7326 be supplied.
7328 @item
7329 For associative operators, a sequence of operators will always chain
7330 to the left; for instance, only the left operand of an integer @code{plus}
7331 can itself be a @code{plus}.  @code{and}, @code{ior}, @code{xor},
7332 @code{plus}, @code{mult}, @code{smin}, @code{smax}, @code{umin}, and
7333 @code{umax} are associative when applied to integers, and sometimes to
7334 floating-point.
7336 @item
7337 @cindex @code{neg}, canonicalization of
7338 @cindex @code{not}, canonicalization of
7339 @cindex @code{mult}, canonicalization of
7340 @cindex @code{plus}, canonicalization of
7341 @cindex @code{minus}, canonicalization of
7342 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
7343 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
7344 first operand.
7346 @item
7347 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
7348 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
7349 the operations as far as possible.  For instance,
7350 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
7351 @code{(plus (mult (neg B) C) A)} is canonicalized as
7352 @code{(minus A (mult B C))}.
7354 @cindex @code{compare}, canonicalization of
7355 @item
7356 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
7357 if the first argument is a condition code register or @code{(cc0)}.
7359 @item
7360 For instructions that inherently set a condition code register, the
7361 @code{compare} operator is always written as the first RTL expression of
7362 the @code{parallel} instruction pattern.  For example,
7364 @smallexample
7365 (define_insn ""
7366   [(set (reg:CCZ FLAGS_REG)
7367         (compare:CCZ
7368           (plus:SI
7369             (match_operand:SI 1 "register_operand" "%r")
7370             (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))
7371           (const_int 0)))
7372    (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
7373         (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
7374   ""
7375   "addl %0, %1, %2")
7376 @end smallexample
7378 @item
7379 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
7380 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
7381 above.
7383 @item
7384 @code{(ltu (plus @var{a} @var{b}) @var{b})} is converted to
7385 @code{(ltu (plus @var{a} @var{b}) @var{a})}. Likewise with @code{geu} instead
7386 of @code{ltu}.
7388 @item
7389 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
7390 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
7392 @item
7393 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
7394 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
7396 @cindex @code{ior}, canonicalization of
7397 @cindex @code{and}, canonicalization of
7398 @cindex De Morgan's law
7399 @item
7400 De Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
7401 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
7402 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
7404 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
7405 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
7406 for that instruction as
7408 @smallexample
7409 (define_insn ""
7410   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
7411         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
7412                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
7413   "@dots{}"
7414   "@dots{}")
7415 @end smallexample
7417 @noindent
7418 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
7420 @smallexample
7421 (define_insn ""
7422   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
7423         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
7424                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
7425   "@dots{}"
7426   "@dots{}")
7427 @end smallexample
7429 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
7430 logically equivalent RTL expressions.
7432 @cindex @code{xor}, canonicalization of
7433 @item
7434 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
7435 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
7436 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
7438 @item
7439 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
7440 the form
7442 @smallexample
7443 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
7444 @end smallexample
7446 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
7447 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
7448 @item
7449 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
7450 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
7451 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
7453 @cindex @code{mult}, canonicalization of
7454 @item
7455 @code{(sign_extend:@var{m1} (mult:@var{m2} (sign_extend:@var{m2} @var{x})
7456 (sign_extend:@var{m2} @var{y})))} is converted to @code{(mult:@var{m1}
7457 (sign_extend:@var{m1} @var{x}) (sign_extend:@var{m1} @var{y}))}, and likewise
7458 for @code{zero_extend}.
7460 @item
7461 @code{(sign_extend:@var{m1} (mult:@var{m2} (ashiftrt:@var{m2}
7462 @var{x} @var{s}) (sign_extend:@var{m2} @var{y})))} is converted
7463 to @code{(mult:@var{m1} (sign_extend:@var{m1} (ashiftrt:@var{m2}
7464 @var{x} @var{s})) (sign_extend:@var{m1} @var{y}))}, and likewise for
7465 patterns using @code{zero_extend} and @code{lshiftrt}.  If the second
7466 operand of @code{mult} is also a shift, then that is extended also.
7467 This transformation is only applied when it can be proven that the
7468 original operation had sufficient precision to prevent overflow.
7470 @end itemize
7472 Further canonicalization rules are defined in the function
7473 @code{commutative_operand_precedence} in @file{gcc/rtlanal.c}.
7475 @end ifset
7476 @ifset INTERNALS
7477 @node Expander Definitions
7478 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
7479 @cindex expander definitions
7480 @cindex code generation RTL sequences
7481 @cindex defining RTL sequences for code generation
7483 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
7484 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
7485 represent them.  For these target machines, you can write a
7486 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
7488 @findex define_expand
7489 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
7490 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
7491 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
7493 A @code{define_expand} RTX has four operands:
7495 @itemize @bullet
7496 @item
7497 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
7498 use for it is to refer to it by name.
7500 @item
7501 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
7502 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
7503 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
7505 @item
7506 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
7507 used to express how the availability of this pattern depends on
7508 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
7509 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
7510 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
7511 depend on the data in the insn being matched, but only the
7512 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
7513 during initialization in order to learn exactly which named instructions
7514 are available in a particular run.
7516 @item
7517 The preparation statements, a string containing zero or more C
7518 statements which are to be executed before RTL code is generated from
7519 the RTL template.
7521 Usually these statements prepare temporary registers for use as
7522 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
7523 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
7524 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
7526 @item
7527 Optionally, a vector containing the values of attributes. @xref{Insn
7528 Attributes}.
7529 @end itemize
7531 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
7532 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
7533 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
7536 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
7537 also describes the operands that need to be specified when this pattern
7538 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
7540 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
7541 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
7542 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
7543 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
7544 information to preload the operand into a register if that is required for
7545 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
7546 references should use @code{match_dup}.
7548 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
7549 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
7550 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
7551 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
7552 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
7553 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
7554 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
7555 compute the values and store them into the appropriate elements of
7556 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
7558 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
7559 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
7560 as a statement.
7562 @table @code
7564 @findex DONE
7565 @item DONE
7566 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
7567 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
7568 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
7569 preparation statements; the RTL template will not be generated.
7571 @findex FAIL
7572 @item FAIL
7573 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
7574 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
7575 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
7577 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
7578 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
7579 operations.
7580 @end table
7582 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
7583 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
7584 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
7585 insn.
7587 The RTL template is not used for matching, only for generating the
7588 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
7589 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
7590 list of operands, such as this example:
7592 @smallexample
7593 @group
7594 (define_expand "addsi3"
7595   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
7596    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
7597    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
7598 @end group
7599 @group
7600   ""
7601   "
7603   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
7604   DONE;
7605 @}")
7606 @end group
7607 @end smallexample
7609 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
7611 @smallexample
7612 @group
7613 (define_expand "ashlsi3"
7614   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
7615         (ashift:SI
7616 @end group
7617 @group
7618           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
7619           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
7620   ""
7621   "
7622 @end group
7623 @end smallexample
7625 @smallexample
7626 @group
7628   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
7629       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
7630     FAIL;
7631 @}")
7632 @end group
7633 @end smallexample
7635 @noindent
7636 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
7637 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
7638 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
7639 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
7640 library call).
7642 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
7643 patterns with names, then it would be possible to use a
7644 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
7645 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
7647 @smallexample
7648 (define_expand "zero_extendhisi2"
7649   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
7650         (const_int 0))
7651    (set (strict_low_part
7652           (subreg:HI
7653             (match_dup 0)
7654             0))
7655         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
7656   ""
7657   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
7658 @end smallexample
7660 @noindent
7661 @findex make_safe_from
7662 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
7663 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
7664 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
7665 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
7666 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
7667 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
7668 by emitting another RTL insn.
7670 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
7671 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
7672 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
7673 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
7674 on this machine.  So it must be copied into a register with
7675 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
7677 @smallexample
7678 (define_expand "zero_extendhisi2"
7679   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
7680         (and:SI (subreg:SI
7681                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
7682                   0)
7683                 (match_dup 2)))]
7684   ""
7685   "operands[2]
7686      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
7687 @end smallexample
7689 @emph{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
7690 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
7691 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
7692 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
7693 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
7694 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
7695 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
7696 in the compiler.
7698 @end ifset
7699 @ifset INTERNALS
7700 @node Insn Splitting
7701 @section Defining How to Split Instructions
7702 @cindex insn splitting
7703 @cindex instruction splitting
7704 @cindex splitting instructions
7706 There are two cases where you should specify how to split a pattern
7707 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
7708 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
7709 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
7710 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
7711 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
7712 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
7713 cannot be placed into a delay slot.
7715 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
7716 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
7717 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
7718 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
7719 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
7720 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
7721 scheduling.
7723 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
7724 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
7725 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
7726 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
7727 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
7728 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
7729 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
7730 split the addition into two insns is machine-dependent.
7732 @findex define_split
7733 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
7734 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
7736 @smallexample
7737 (define_split
7738   [@var{insn-pattern}]
7739   "@var{condition}"
7740   [@var{new-insn-pattern-1}
7741    @var{new-insn-pattern-2}
7742    @dots{}]
7743   "@var{preparation-statements}")
7744 @end smallexample
7746 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
7747 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
7748 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
7749 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
7750 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
7751 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
7753 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
7754 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
7755 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
7756 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
7757 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
7758 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
7759 must not allocate any space in the stack frame.
7761 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
7762 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
7763 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
7764 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
7765 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
7766 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
7767 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
7768 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
7769 of those definitions.
7771 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
7772 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
7773 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
7775 @smallexample
7776 (define_split
7777   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
7778         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
7779   ""
7780   [(set (match_dup 0)
7781         (ashift:SI (match_dup 1)
7782                    (const_int 16)))
7783    (set (match_dup 0)
7784         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
7785                      (const_int 16)))]
7786   "
7787 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
7788 @end smallexample
7790 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
7791 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
7792 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
7793 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
7794 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
7795 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
7796 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
7797 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
7798 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
7799 @code{define_split} that will never produce insns that match).
7801 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
7802 @file{rs6000.md}:
7804 @smallexample
7805 (define_split
7806   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
7807         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
7808                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
7809   ""
7810   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
7811    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
7814   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
7815   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
7817   if (low & 0x8000)
7818     high++, low |= 0xffff0000;
7820   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
7821   operands[4] = GEN_INT (low);
7822 @}")
7823 @end smallexample
7825 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
7826 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
7827 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
7828 can be substituted into the address of a subsequent operation.
7830 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
7831 an equality comparison of a register and a large constant:
7833 @smallexample
7834 (define_split
7835   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
7836         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
7837                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
7838    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
7839   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
7840    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
7841        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
7842   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
7843    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
7844   "
7846   /* @r{Get the constant we are comparing against, C, and see what it
7847      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
7848      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.}  */
7850   int c = INTVAL (operands[2]);
7851   int sextc = (c << 16) >> 16;
7852   int xorv = c ^ sextc;
7854   operands[4] = GEN_INT (xorv);
7855   operands[5] = GEN_INT (sextc);
7856 @}")
7857 @end smallexample
7859 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
7860 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
7861 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
7862 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
7863 are not valid.
7865 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
7866 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
7867 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
7868 several restriction apply.
7870 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
7871 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
7872 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
7873 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
7874 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
7875 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump.  A global variable
7876 @code{split_branch_probability} holds the probability of the original branch in case
7877 it was a simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
7878 recomputing of edge frequencies, the new sequence is required to have only
7879 forward jumps to the newly created labels.
7881 @findex define_insn_and_split
7882 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
7883 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
7884 this:
7886 @smallexample
7887 (define_insn_and_split
7888   [@var{insn-pattern}]
7889   "@var{condition}"
7890   "@var{output-template}"
7891   "@var{split-condition}"
7892   [@var{new-insn-pattern-1}
7893    @var{new-insn-pattern-2}
7894    @dots{}]
7895   "@var{preparation-statements}"
7896   [@var{insn-attributes}])
7898 @end smallexample
7900 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
7901 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
7902 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
7903 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
7904 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
7905 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
7906 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
7907 from i386.md:
7909 @smallexample
7910 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
7911   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
7912      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
7913    (clobber (reg:CC 17))]
7914   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
7915   "#"
7916   "&& reload_completed"
7917   [(parallel [(set (match_dup 0)
7918                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
7919               (clobber (reg:CC 17))])]
7920   ""
7921   [(set_attr "type" "alu1")])
7923 @end smallexample
7925 In this case, the actual split condition will be
7926 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
7928 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
7929 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
7930 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
7931 having to ensure the two patterns' templates match.
7933 @end ifset
7934 @ifset INTERNALS
7935 @node Including Patterns
7936 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
7937 @cindex insn includes
7939 @findex include
7940 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
7941 look for patterns that are in files other than in the file
7942 @file{.md}.  This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
7944 It looks like:
7946 @smallexample
7948 (include
7949   @var{pathname})
7950 @end smallexample
7952 For example:
7954 @smallexample
7956 (include "filestuff")
7958 @end smallexample
7960 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
7961 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}.  The
7962 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
7965 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
7966 and placed into subdirectories.
7968 By specifying:
7970 @smallexample
7972 (include "BOGUS/filestuff")
7974 @end smallexample
7976 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
7978 Specifying an absolute path for the include file such as;
7979 @smallexample
7981 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
7983 @end smallexample
7984 is permitted but is not encouraged.
7986 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
7987 @cindex directory options .md
7988 @cindex options, directory search
7989 @cindex search options
7991 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
7992 For example:
7994 @smallexample
7996 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
7998 @end smallexample
8001 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
8002 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
8003 file, substituting your own version, since these directories are
8004 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
8005 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
8006 order; the standard default directory come after.
8009 @end ifset
8010 @ifset INTERNALS
8011 @node Peephole Definitions
8012 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
8013 @cindex peephole optimizer definitions
8014 @cindex defining peephole optimizers
8016 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
8017 definitions of machine-specific peephole optimizations.
8019 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
8020 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
8021 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
8022 though the second one does not appear to use a register computed in the
8023 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
8024 opportunities.
8026 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
8027 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
8028 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
8029 is deprecated.
8031 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
8032 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
8033 but before scheduling, which may result in much better code for
8034 targets that do scheduling.
8036 @menu
8037 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
8038 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
8039 @end menu
8041 @end ifset
8042 @ifset INTERNALS
8043 @node define_peephole
8044 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
8045 @findex define_peephole
8047 @need 1000
8048 A definition looks like this:
8050 @smallexample
8051 (define_peephole
8052   [@var{insn-pattern-1}
8053    @var{insn-pattern-2}
8054    @dots{}]
8055   "@var{condition}"
8056   "@var{template}"
8057   "@var{optional-insn-attributes}")
8058 @end smallexample
8060 @noindent
8061 The last string operand may be omitted if you are not using any
8062 machine-specific information in this machine description.  If present,
8063 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
8065 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
8066 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
8067 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
8068 the next, and so on.
8070 Each of the insns matched by a peephole must also match a
8071 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
8072 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
8073 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
8074 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
8075 stages.
8077 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
8078 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
8079 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
8080 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
8081 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
8082 other.
8084 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
8085 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
8086 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
8087 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
8088 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
8090 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
8091 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
8092 previously tested.
8094 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
8095 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
8096 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
8097 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
8098 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
8099 patterns.
8101 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
8102 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
8103 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
8104 the operands.
8106 @findex prev_active_insn
8107 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
8108 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
8109 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
8110 to refer to the last of the insns being matched; use
8111 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
8113 @findex dead_or_set_p
8114 When optimizing computations with intermediate results, you can use
8115 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
8116 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
8117 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
8118 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
8119 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
8120 value (from @code{operands[@var{i}]}).
8122 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
8123 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
8124 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
8125 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
8126 used in matching the original sequence of insns.
8128 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
8129 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
8130 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
8131 as the insn pattern to control how the insn is output.
8133 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
8134 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
8136 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
8138 @smallexample
8139 (define_peephole
8140   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
8141    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
8142         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
8143   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
8145   rtx xoperands[2];
8146   xoperands[1] = gen_rtx_REG (SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
8147 #ifdef MOTOROLA
8148   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
8149   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
8150   return "fmove.d (sp)+,%0";
8151 #else
8152   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
8153   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
8154   return "fmoved sp@@+,%0";
8155 #endif
8157 @end smallexample
8159 @need 1000
8160 The effect of this optimization is to change
8162 @smallexample
8163 @group
8164 jbsr _foobar
8165 addql #4,sp
8166 movel d1,sp@@-
8167 movel d0,sp@@-
8168 fmoved sp@@+,fp0
8169 @end group
8170 @end smallexample
8172 @noindent
8173 into
8175 @smallexample
8176 @group
8177 jbsr _foobar
8178 movel d1,sp@@
8179 movel d0,sp@@-
8180 fmoved sp@@+,fp0
8181 @end group
8182 @end smallexample
8184 @ignore
8185 @findex CC_REVERSED
8186 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
8187 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
8188 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
8189 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
8190 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
8191 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
8192 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
8193 and in this C code check the condition code status flags and change the
8194 assembler code as appropriate.
8195 @end ignore
8197 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
8198 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
8199 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
8200 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
8201 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
8202 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
8203 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
8204 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
8205 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
8207 @smallexample
8208 (define_insn "divmodsi4"
8209   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
8210         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
8211                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
8212    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
8213         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
8214   "TARGET_68020"
8215   "divsl%.l %2,%3:%0")
8216 @end smallexample
8218 @noindent
8219 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
8221 @smallexample
8222 (define_peephole
8223   [@dots{}
8224    (parallel
8225     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
8226           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
8227                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
8228      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
8229           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
8230    @dots{}]
8231   @dots{})
8232 @end smallexample
8234 @end ifset
8235 @ifset INTERNALS
8236 @node define_peephole2
8237 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
8238 @findex define_peephole2
8240 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
8241 substitute one sequence of instructions for another sequence,
8242 what additional scratch registers may be needed and what their
8243 lifetimes must be.
8245 @smallexample
8246 (define_peephole2
8247   [@var{insn-pattern-1}
8248    @var{insn-pattern-2}
8249    @dots{}]
8250   "@var{condition}"
8251   [@var{new-insn-pattern-1}
8252    @var{new-insn-pattern-2}
8253    @dots{}]
8254   "@var{preparation-statements}")
8255 @end smallexample
8257 The definition is almost identical to @code{define_split}
8258 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
8259 single instruction, but a sequence of instructions.
8261 It is possible to request additional scratch registers for use in the
8262 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
8263 will simply not match.
8265 @findex match_scratch
8266 @findex match_dup
8267 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
8268 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
8269 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
8270 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
8271 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
8272 at which the register must be available.
8274 Here is an example from the IA-32 machine description:
8276 @smallexample
8277 (define_peephole2
8278   [(match_scratch:SI 2 "r")
8279    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
8280                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
8281                      [(match_dup 0)
8282                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
8283               (clobber (reg:CC 17))])]
8284   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
8285   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
8286    (parallel [(set (match_dup 0)
8287                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
8288               (clobber (reg:CC 17))])]
8289   "")
8290 @end smallexample
8292 @noindent
8293 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
8294 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
8295 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
8296 to be live only at the point just before the arithmetic.
8298 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
8299 so here's a silly made-up example:
8301 @smallexample
8302 (define_peephole2
8303   [(match_scratch:SI 4 "r")
8304    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
8305    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
8306    (match_dup 4)
8307    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
8308   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
8309   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
8310    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
8311    (set (match_dup 2) (match_dup 4))
8312    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
8313   "")
8314 @end smallexample
8316 @noindent
8317 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
8318 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
8319 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
8321 @end ifset
8322 @ifset INTERNALS
8323 @node Insn Attributes
8324 @section Instruction Attributes
8325 @cindex insn attributes
8326 @cindex instruction attributes
8328 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
8329 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
8330 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
8331 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
8332 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
8333 to track the condition codes.
8335 @menu
8336 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
8337 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
8338 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
8339 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
8340 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
8341 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
8342 * Mnemonic Attribute::  Obtain the instruction mnemonic as attribute value.
8343 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
8344 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
8345 @end menu
8347 @end ifset
8348 @ifset INTERNALS
8349 @node Defining Attributes
8350 @subsection Defining Attributes and their Values
8351 @cindex defining attributes and their values
8352 @cindex attributes, defining
8354 @findex define_attr
8355 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
8356 by the target machine.  It looks like:
8358 @smallexample
8359 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
8360 @end smallexample
8362 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being
8363 defined.  Some attributes are used in a special way by the rest of the
8364 compiler. The @code{enabled} attribute can be used to conditionally
8365 enable or disable insn alternatives (@pxref{Disable Insn
8366 Alternatives}). The @code{predicable} attribute, together with a
8367 suitable @code{define_cond_exec} (@pxref{Conditional Execution}), can
8368 be used to automatically generate conditional variants of instruction
8369 patterns. The @code{mnemonic} attribute can be used to check for the
8370 instruction mnemonic (@pxref{Mnemonic Attribute}).  The compiler
8371 internally uses the names @code{ce_enabled} and @code{nonce_enabled},
8372 so they should not be used elsewhere as alternative names.
8374 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
8375 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
8376 indicate that the attribute takes numeric values.
8378 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
8379 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
8380 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
8381 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
8382 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
8384 @findex insn-attr.h
8385 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
8386 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
8387 specified for an attribute, the following are defined:
8389 @itemize @bullet
8390 @item
8391 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
8393 @item
8394 An enumerated class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
8395 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
8396 the attribute name and value are first converted to uppercase.
8398 @item
8399 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
8400 returns the attribute value for that insn.
8401 @end itemize
8403 For example, if the following is present in the @file{md} file:
8405 @smallexample
8406 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
8407 @end smallexample
8409 @noindent
8410 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
8412 @smallexample
8413 #define HAVE_ATTR_type 1
8414 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
8415                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
8416 extern enum attr_type get_attr_type ();
8417 @end smallexample
8419 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
8420 defined and the function to obtain the attribute's value will return
8421 @code{int}.
8423 There are attributes which are tied to a specific meaning.  These
8424 attributes are not free to use for other purposes:
8426 @table @code
8427 @item length
8428 The @code{length} attribute is used to calculate the length of emitted
8429 code chunks.  This is especially important when verifying branch
8430 distances. @xref{Insn Lengths}.
8432 @item enabled
8433 The @code{enabled} attribute can be defined to prevent certain
8434 alternatives of an insn definition from being used during code
8435 generation. @xref{Disable Insn Alternatives}.
8437 @item mnemonic
8438 The @code{mnemonic} attribute can be defined to implement instruction
8439 specific checks in e.g. the pipeline description.
8440 @xref{Mnemonic Attribute}.
8441 @end table
8443 For each of these special attributes, the corresponding
8444 @samp{HAVE_ATTR_@var{name}} @samp{#define} is also written when the
8445 attribute is not defined; in that case, it is defined as @samp{0}.
8447 @findex define_enum_attr
8448 @anchor{define_enum_attr}
8449 Another way of defining an attribute is to use:
8451 @smallexample
8452 (define_enum_attr "@var{attr}" "@var{enum}" @var{default})
8453 @end smallexample
8455 This works in just the same way as @code{define_attr}, except that
8456 the list of values is taken from a separate enumeration called
8457 @var{enum} (@pxref{define_enum}).  This form allows you to use
8458 the same list of values for several attributes without having to
8459 repeat the list each time.  For example:
8461 @smallexample
8462 (define_enum "processor" [
8463   model_a
8464   model_b
8465   @dots{}
8467 (define_enum_attr "arch" "processor"
8468   (const (symbol_ref "target_arch")))
8469 (define_enum_attr "tune" "processor"
8470   (const (symbol_ref "target_tune")))
8471 @end smallexample
8473 defines the same attributes as:
8475 @smallexample
8476 (define_attr "arch" "model_a,model_b,@dots{}"
8477   (const (symbol_ref "target_arch")))
8478 (define_attr "tune" "model_a,model_b,@dots{}"
8479   (const (symbol_ref "target_tune")))
8480 @end smallexample
8482 but without duplicating the processor list.  The second example defines two
8483 separate C enums (@code{attr_arch} and @code{attr_tune}) whereas the first
8484 defines a single C enum (@code{processor}).
8485 @end ifset
8486 @ifset INTERNALS
8487 @node Expressions
8488 @subsection Attribute Expressions
8489 @cindex attribute expressions
8491 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
8492 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
8493 Attribute value expressions must have one of the following forms:
8495 @table @code
8496 @cindex @code{const_int} and attributes
8497 @item (const_int @var{i})
8498 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
8499 must be non-negative.
8501 The value of a numeric attribute can be specified either with a
8502 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
8503 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
8504 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
8505 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
8507 @cindex @code{const_string} and attributes
8508 @item (const_string @var{value})
8509 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
8510 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
8511 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
8512 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
8513 of a @code{define_attr}.
8515 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
8516 must be a string containing a non-negative integer (normally
8517 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
8518 contain one of the valid values for the attribute.
8520 @cindex @code{if_then_else} and attributes
8521 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
8522 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
8523 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
8524 otherwise it is @var{false-value}.
8526 @cindex @code{cond} and attributes
8527 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
8528 The first operand of this expression is a vector containing an even
8529 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
8530 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
8531 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
8532 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
8533 expression is that of the @var{default} expression.
8534 @end table
8536 @var{test} expressions can have one of the following forms:
8538 @table @code
8539 @cindex @code{const_int} and attribute tests
8540 @item (const_int @var{i})
8541 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
8543 @cindex @code{not} and attributes
8544 @cindex @code{ior} and attributes
8545 @cindex @code{and} and attributes
8546 @item (not @var{test})
8547 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
8548 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
8549 These tests are true if the indicated logical function is true.
8551 @cindex @code{match_operand} and attributes
8552 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
8553 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
8554 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
8555 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
8556 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
8557 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
8558 string).
8560 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
8562 @cindex @code{match_test} and attributes
8563 @item (match_test @var{c-expr})
8564 The test is true if C expression @var{c-expr} is true.  In non-constant
8565 attributes, @var{c-expr} has access to the following variables:
8567 @table @var
8568 @item insn
8569 The rtl instruction under test.
8570 @item which_alternative
8571 The @code{define_insn} alternative that @var{insn} matches.
8572 @xref{Output Statement}.
8573 @item operands
8574 An array of @var{insn}'s rtl operands.
8575 @end table
8577 @var{c-expr} behaves like the condition in a C @code{if} statement,
8578 so there is no need to explicitly convert the expression into a boolean
8579 0 or 1 value.  For example, the following two tests are equivalent:
8581 @smallexample
8582 (match_test "x & 2")
8583 (match_test "(x & 2) != 0")
8584 @end smallexample
8586 @cindex @code{le} and attributes
8587 @cindex @code{leu} and attributes
8588 @cindex @code{lt} and attributes
8589 @cindex @code{gt} and attributes
8590 @cindex @code{gtu} and attributes
8591 @cindex @code{ge} and attributes
8592 @cindex @code{geu} and attributes
8593 @cindex @code{ne} and attributes
8594 @cindex @code{eq} and attributes
8595 @cindex @code{plus} and attributes
8596 @cindex @code{minus} and attributes
8597 @cindex @code{mult} and attributes
8598 @cindex @code{div} and attributes
8599 @cindex @code{mod} and attributes
8600 @cindex @code{abs} and attributes
8601 @cindex @code{neg} and attributes
8602 @cindex @code{ashift} and attributes
8603 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
8604 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
8605 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
8606 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
8607 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
8608 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
8609 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
8610 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
8611 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
8612 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
8613 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
8614 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
8615 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
8616 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
8617 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
8618 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
8619 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
8621 @findex get_attr
8622 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
8623 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
8624 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
8625 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
8626 variable.
8628 @findex eq_attr
8629 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
8630 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
8632 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
8633 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
8634 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
8635 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
8636 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
8637 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
8638 @emph{not} in the specified list.
8640 For example,
8642 @smallexample
8643 (eq_attr "type" "load,store")
8644 @end smallexample
8646 @noindent
8647 is equivalent to
8649 @smallexample
8650 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
8651 @end smallexample
8653 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
8654 value of the compiler variable @code{which_alternative}
8655 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
8656 example,
8658 @smallexample
8659 (eq_attr "alternative" "2,3")
8660 @end smallexample
8662 @noindent
8663 is equivalent to
8665 @smallexample
8666 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
8667      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
8668 @end smallexample
8670 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
8671 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
8672 a particular pattern.  This is by far the most common case.
8674 @findex attr_flag
8675 @item (attr_flag @var{name})
8676 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
8677 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
8678 scheduled.
8680 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
8681 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
8682 direction of a conditional branch.
8684 This example describes a conditional branch delay slot which
8685 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
8686 for backward branches which are not taken (annul-false).
8688 @smallexample
8689 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
8690   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
8691    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
8692         (attr_flag "forward"))
8693    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
8694         (attr_flag "backward"))])
8695 @end smallexample
8697 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
8698 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
8700 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
8701 meaning to other passes of the compiler.
8703 @findex attr
8704 @item (attr @var{name})
8705 The value of another attribute is returned.  This is most useful
8706 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
8707 produce more efficient code for non-numeric attributes.
8708 @end table
8710 @end ifset
8711 @ifset INTERNALS
8712 @node Tagging Insns
8713 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
8714 @cindex tagging insns
8715 @cindex assigning attribute values to insns
8717 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
8718 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
8719 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
8720 have an optional last argument to specify the values of attributes for
8721 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
8722 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
8723 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
8724 permits the specification of the values for only one or two attributes
8725 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
8726 next section.
8728 The optional last argument of @code{define_insn} and
8729 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
8730 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
8731 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
8732 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
8733 second operand of the @code{set} is an attribute expression
8734 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
8736 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
8737 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
8738 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
8739 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
8740 each alternative.
8742 @findex set_attr
8743 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
8744 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
8745 specifying a string giving either a single attribute value or a list
8746 of attribute values, one for each alternative.
8748 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
8749 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
8751 @table @code
8752 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
8753 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
8754 or a string containing a comma-separated list giving the values for
8755 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
8756 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
8758 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
8759 which case the attribute will assume its default value for insns matching
8760 that alternative.
8762 @findex set_attr_alternative
8763 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
8764 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
8765 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
8766 tests on the @samp{alternative} attribute.
8768 @findex attr
8769 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
8770 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
8771 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
8772 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
8773 @end table
8775 The following shows three different ways of representing the same
8776 attribute value specification:
8778 @smallexample
8779 (set_attr "type" "load,store,arith")
8781 (set_attr_alternative "type"
8782                       [(const_string "load") (const_string "store")
8783                        (const_string "arith")])
8785 (set (attr "type")
8786      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
8787             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
8788            (const_string "arith")))
8789 @end smallexample
8791 @need 1000
8792 @findex define_asm_attributes
8793 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
8794 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
8795 statement.  It has the form:
8797 @smallexample
8798 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
8799 @end smallexample
8801 @noindent
8802 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
8803 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
8805 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
8806 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
8808 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
8809 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
8810 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
8811 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
8812 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
8813 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
8814 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
8815 of a single machine instruction.
8817 @end ifset
8818 @ifset INTERNALS
8819 @node Attr Example
8820 @subsection Example of Attribute Specifications
8821 @cindex attribute specifications example
8822 @cindex attribute specifications
8824 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
8825 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
8826 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
8827 value.  This attribute is normally used only to define the default value
8828 for other attributes.  An example will clarify this usage.
8830 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
8831 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
8832 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
8833 operations, floating point operations, and branches.
8835 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
8836 the condition code and will limit ourselves to the following possible
8837 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
8838 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
8839 changed if the item previously set into the condition code has been
8840 modified.
8842 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
8844 @smallexample
8845 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
8847 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
8848              (cond [(eq_attr "type" "load")
8849                         (const_string "change0")
8850                     (eq_attr "type" "store,branch")
8851                         (const_string "unchanged")
8852                     (eq_attr "type" "arith")
8853                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
8854                                       (const_string "set")
8855                                       (const_string "clobber"))]
8856                    (const_string "clobber")))
8858 (define_insn ""
8859   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
8860         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
8861   ""
8862   "@@
8863    move %0,%1
8864    load %0,%1
8865    store %0,%1"
8866   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
8867 @end smallexample
8869 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
8870 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
8871 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
8872 full-word result.
8874 @end ifset
8875 @ifset INTERNALS
8876 @node Insn Lengths
8877 @subsection Computing the Length of an Insn
8878 @cindex insn lengths, computing
8879 @cindex computing the length of an insn
8881 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
8882 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
8883 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
8884 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @code{length}
8885 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
8886 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
8888 In the case of the @code{length} attribute, two additional forms of
8889 arithmetic terms are allowed in test expressions:
8891 @table @code
8892 @cindex @code{match_dup} and attributes
8893 @item (match_dup @var{n})
8894 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
8895 must be a @code{label_ref}.
8897 @cindex @code{pc} and attributes
8898 @item (pc)
8899 For non-branch instructions and backward branch instructions, this refers
8900 to the address of the current insn.  But for forward branch instructions,
8901 this refers to the address of the next insn, because the length of the
8902 current insn is to be computed.
8903 @end table
8905 @cindex @code{addr_vec}, length of
8906 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
8907 For normal insns, the length will be determined by value of the
8908 @code{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
8909 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
8910 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
8912 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
8914 Note that it is possible to call functions via the @code{symbol_ref}
8915 mechanism to compute the length of an insn.  However, if you use this
8916 mechanism you must provide dummy clauses to express the maximum length
8917 without using the function call.  You can an example of this in the
8918 @code{pa} machine description for the @code{call_symref} pattern.
8920 The following macros can be used to refine the length computation:
8922 @table @code
8923 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
8924 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
8925 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
8926 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
8927 that contains the initially computed length of the insn and should be
8928 updated with the correct length of the insn.
8930 This macro will normally not be required.  A case in which it is
8931 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
8932 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
8933 may be required.
8934 @end table
8936 @findex get_attr_length
8937 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
8938 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
8939 determine the form of the branch instruction to be written, as the
8940 example below illustrates.
8942 As an example of the specification of variable-length branches, consider
8943 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
8944 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
8945 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
8946 sequence to load the address from memory and then branch to it.
8948 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
8949 as follows:
8951 @smallexample
8952 (define_insn "jump"
8953   [(set (pc)
8954         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
8955   ""
8957    return (get_attr_length (insn) == 4
8958            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
8960   [(set (attr "length")
8961         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
8962                       (const_int 4)
8963                       (const_int 6)))])
8964 @end smallexample
8966 @end ifset
8967 @ifset INTERNALS
8968 @node Constant Attributes
8969 @subsection Constant Attributes
8970 @cindex constant attributes
8972 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
8973 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
8974 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
8975 used to specify which variety of processor is used.  For example,
8977 @smallexample
8978 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
8979  (const
8980   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
8981          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
8982         (const_string "m88000"))))
8984 (define_attr "memory" "fast,slow"
8985  (const
8986   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
8987                 (const_string "fast")
8988                 (const_string "slow"))))
8989 @end smallexample
8991 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
8992 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
8993 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
8994 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
8995 forms involving insn attributes.
8997 @end ifset
8998 @ifset INTERNALS
8999 @node Mnemonic Attribute
9000 @subsection Mnemonic Attribute
9001 @cindex mnemonic attribute
9003 The @code{mnemonic} attribute is a string type attribute holding the
9004 instruction mnemonic for an insn alternative.  The attribute values
9005 will automatically be generated by the machine description parser if
9006 there is an attribute definition in the md file:
9008 @smallexample
9009 (define_attr "mnemonic" "unknown" (const_string "unknown"))
9010 @end smallexample
9012 The default value can be freely chosen as long as it does not collide
9013 with any of the instruction mnemonics.  This value will be used
9014 whenever the machine description parser is not able to determine the
9015 mnemonic string.  This might be the case for output templates
9016 containing more than a single instruction as in
9017 @code{"mvcle\t%0,%1,0\;jo\t.-4"}.
9019 The @code{mnemonic} attribute set is not generated automatically if the
9020 instruction string is generated via C code.
9022 An existing @code{mnemonic} attribute set in an insn definition will not
9023 be overriden by the md file parser.  That way it is possible to
9024 manually set the instruction mnemonics for the cases where the md file
9025 parser fails to determine it automatically.
9027 The @code{mnemonic} attribute is useful for dealing with instruction
9028 specific properties in the pipeline description without defining
9029 additional insn attributes.
9031 @smallexample
9032 (define_attr "ooo_expanded" ""
9033   (cond [(eq_attr "mnemonic" "dlr,dsgr,d,dsgf,stam,dsgfr,dlgr")
9034          (const_int 1)]
9035         (const_int 0)))
9036 @end smallexample
9038 @end ifset
9039 @ifset INTERNALS
9040 @node Delay Slots
9041 @subsection Delay Slot Scheduling
9042 @cindex delay slots, defining
9044 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
9045 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
9046 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
9047 after the instruction are executed as if they were located before it.
9048 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
9049 the following instruction before the branch or call is performed.
9051 On some machines, conditional branch instructions can optionally
9052 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
9053 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
9054 instructions that annul if the branch is true and instructions that
9055 annul if the branch is false are supported.
9057 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
9058 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
9059 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
9060 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
9061 instruction scheduling.
9063 @findex define_delay
9064 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
9065 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
9067 @smallexample
9068 (define_delay @var{test}
9069               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
9070                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
9071                @dots{}])
9072 @end smallexample
9074 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
9075 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
9076 required delay slots is determined by the length of the vector specified
9077 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
9078 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
9079 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
9080 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
9081 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
9082 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
9084 For example, in the common case where branch and call insns require
9085 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
9086 call, the following would be placed in the @file{md} file:
9088 @smallexample
9089 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
9090               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
9091 @end smallexample
9093 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
9094 case, each such expression specifies different delay slot requirements
9095 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
9096 expressions are both true.
9098 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
9099 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
9100 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
9101 branch is true, we might represent this as follows:
9103 @smallexample
9104 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
9105    [(eq_attr "type" "!branch,call")
9106     (eq_attr "type" "!branch,call")
9107     (nil)])
9109 (define_delay (eq_attr "type" "call")
9110               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
9111                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
9112 @end smallexample
9113 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
9115 @end ifset
9116 @ifset INTERNALS
9117 @node Processor pipeline description
9118 @subsection Specifying processor pipeline description
9119 @cindex processor pipeline description
9120 @cindex processor functional units
9121 @cindex instruction latency time
9122 @cindex interlock delays
9123 @cindex data dependence delays
9124 @cindex reservation delays
9125 @cindex pipeline hazard recognizer
9126 @cindex automaton based pipeline description
9127 @cindex regular expressions
9128 @cindex deterministic finite state automaton
9129 @cindex automaton based scheduler
9130 @cindex RISC
9131 @cindex VLIW
9133 To achieve better performance, most modern processors
9134 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
9135 processors) have many @dfn{functional units} on which several
9136 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
9137 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
9138 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
9139 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
9140 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g.@: for some
9141 MIPS processors).
9143 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
9144 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
9145 latency time}.  The instruction execution is not started until all
9146 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
9147 complex cases when the instruction execution starts even when the data
9148 are not available but will be ready in given time after the
9149 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
9150 account is simple.  The data dependence (true, output, and
9151 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
9152 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
9153 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
9154 means that two instructions under execution will be in need of shared
9155 processors resources, i.e.@: buses, internal registers, and/or
9156 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
9157 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
9158 processors.
9160 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
9161 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
9162 instruction scheduler has to have an adequate description of the
9163 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  GCC
9164 machine descriptions describe processor parallelism and functional
9165 unit reservations for groups of instructions with the aid of
9166 @dfn{regular expressions}.
9168 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
9169 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
9170 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
9171 automatically generated from the processor pipeline description.  The
9172 pipeline hazard recognizer generated from the machine description
9173 is based on a deterministic finite state automaton (@acronym{DFA}):
9174 the instruction issue is possible if there is a transition from one
9175 automaton state to another one.  This algorithm is very fast, and
9176 furthermore, its speed is not dependent on processor
9177 complexity@footnote{However, the size of the automaton depends on
9178 processor complexity.  To limit this effect, machine descriptions
9179 can split orthogonal parts of the machine description among several
9180 automata: but then, since each of these must be stepped independently,
9181 this does cause a small decrease in the algorithm's performance.}.
9183 @cindex automaton based pipeline description
9184 The rest of this section describes the directives that constitute
9185 an automaton-based processor pipeline description.  The order of
9186 these constructions within the machine description file is not
9187 important.
9189 @findex define_automaton
9190 @cindex pipeline hazard recognizer
9191 The following optional construction describes names of automata
9192 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
9193 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
9194 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
9195 units to the automata, the total size of the automata is usually
9196 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
9197 construction, only one finite state automaton is generated.
9199 @smallexample
9200 (define_automaton @var{automata-names})
9201 @end smallexample
9203 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
9204 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
9205 The automaton name is used in the constructions @code{define_cpu_unit} and
9206 @code{define_query_cpu_unit}.
9208 @findex define_cpu_unit
9209 @cindex processor functional units
9210 Each processor functional unit used in the description of instruction
9211 reservations should be described by the following construction.
9213 @smallexample
9214 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
9215 @end smallexample
9217 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
9218 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
9219 for other goals.
9221 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
9222 which the unit is bound.  The automaton should be described in
9223 construction @code{define_automaton}.  You should give
9224 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
9226 The assignment of units to automata are constrained by the uses of the
9227 units in insn reservations.  The most important constraint is: if a
9228 unit reservation is present on a particular cycle of an alternative
9229 for an insn reservation, then some unit from the same automaton must
9230 be present on the same cycle for the other alternatives of the insn
9231 reservation.  The rest of the constraints are mentioned in the
9232 description of the subsequent constructions.
9234 @findex define_query_cpu_unit
9235 @cindex querying function unit reservations
9236 The following construction describes CPU functional units analogously
9237 to @code{define_cpu_unit}.  The reservation of such units can be
9238 queried for an automaton state.  The instruction scheduler never
9239 queries reservation of functional units for given automaton state.  So
9240 as a rule, you don't need this construction.  This construction could
9241 be used for future code generation goals (e.g.@: to generate
9242 @acronym{VLIW} insn templates).
9244 @smallexample
9245 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
9246 @end smallexample
9248 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
9249 separated by commas.
9251 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
9252 which the unit is bound.
9254 @findex define_insn_reservation
9255 @cindex instruction latency time
9256 @cindex regular expressions
9257 @cindex data bypass
9258 The following construction is the major one to describe pipeline
9259 characteristics of an instruction.
9261 @smallexample
9262 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
9263                          @var{condition} @var{regexp})
9264 @end smallexample
9266 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
9267 instruction.  There is an important difference between the old
9268 description and the automaton based pipeline description.  The latency
9269 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
9270 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
9271 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
9272 zero and the cost of output dependencies is the difference between
9273 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
9274 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
9275 change the default costs for any description by using the target hook
9276 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
9278 @var{insn-name} is a string giving the internal name of the insn.  The
9279 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
9280 the automaton description file generated for debugging.  The internal
9281 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
9282 good practice to use insn classes described in the processor manual.
9284 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
9285 construction.  You should remember that you will be in trouble if
9286 @var{condition} for two or more different
9287 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
9288 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
9289 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
9290 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
9291 the same value is quite difficult (especially if the conditions
9292 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
9293 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
9294 recognizer considerably.
9296 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
9297 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
9298 expression according to the following syntax:
9300 @smallexample
9301        regexp = regexp "," oneof
9302               | oneof
9304        oneof = oneof "|" allof
9305              | allof
9307        allof = allof "+" repeat
9308              | repeat
9310        repeat = element "*" number
9311               | element
9313        element = cpu_function_unit_name
9314                | reservation_name
9315                | result_name
9316                | "nothing"
9317                | "(" regexp ")"
9318 @end smallexample
9320 @itemize @bullet
9321 @item
9322 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
9323 the reservation.
9325 @item
9326 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
9327 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
9328 regular expression @strong{or} etc.
9330 @item
9331 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
9332 regular expression @strong{and} a reservation described by the
9333 second regular expression @strong{and} etc.
9335 @item
9336 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
9337 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
9338 advancing (see @samp{,}).
9340 @item
9341 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
9342 functional unit.
9344 @item
9345 @samp{reservation_name} --- see description of construction
9346 @samp{define_reservation}.
9348 @item
9349 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
9350 @end itemize
9352 @findex define_reservation
9353 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
9354 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
9355 the common part by the following construction
9357 @smallexample
9358 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
9359 @end smallexample
9361 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
9362 Functional unit names and reservation names are in the same name
9363 space.  So the reservation names should be different from the
9364 functional unit names and can not be the reserved name @samp{nothing}.
9366 @findex define_bypass
9367 @cindex instruction latency time
9368 @cindex data bypass
9369 The following construction is used to describe exceptions in the
9370 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
9372 @smallexample
9373 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
9374                [@var{guard}])
9375 @end smallexample
9377 @var{number} defines when the result generated by the instructions
9378 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
9379 instructions given in string @var{in_insn_names}.  Each of these
9380 strings is a comma-separated list of filename-style globs and
9381 they refer to the names of @code{define_insn_reservation}s.
9382 For example:
9383 @smallexample
9384 (define_bypass 1 "cpu1_load_*, cpu1_store_*" "cpu1_load_*")
9385 @end smallexample
9386 defines a bypass between instructions that start with
9387 @samp{cpu1_load_} or @samp{cpu1_store_} and those that start with
9388 @samp{cpu1_load_}.
9390 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
9391 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
9392 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
9393 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
9394 recognize complicated bypasses, e.g.@: when the consumer is only an address
9395 of insn @samp{store} (not a stored value).
9397 If there are more one bypass with the same output and input insns, the
9398 chosen bypass is the first bypass with a guard in description whose
9399 guard function returns nonzero.  If there is no such bypass, then
9400 bypass without the guard function is chosen.
9402 @findex exclusion_set
9403 @findex presence_set
9404 @findex final_presence_set
9405 @findex absence_set
9406 @findex final_absence_set
9407 @cindex VLIW
9408 @cindex RISC
9409 The following five constructions are usually used to describe
9410 @acronym{VLIW} processors, or more precisely, to describe a placement
9411 of small instructions into @acronym{VLIW} instruction slots.  They
9412 can be used for @acronym{RISC} processors, too.
9414 @smallexample
9415 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
9416 (presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
9417 (final_presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
9418 (absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
9419 (final_absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
9420 @end smallexample
9422 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
9423 separated by commas.
9425 @var{patterns} is a string giving patterns of functional units
9426 separated by comma.  Currently pattern is one unit or units
9427 separated by white-spaces.
9429 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
9430 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
9431 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
9432 example, the construction is useful for describing processors
9433 (e.g.@: some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
9434 functional unit which can execute simultaneously only single floating
9435 point insns or only double floating point insns.
9437 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
9438 functional unit in the first string can not be reserved unless at
9439 least one of pattern of units whose names are in the second string is
9440 reserved.  This is an asymmetric relation.  For example, it is useful
9441 for description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
9442 @samp{slot0} reservation.  We could describe it by the following
9443 construction
9445 @smallexample
9446 (presence_set "slot1" "slot0")
9447 @end smallexample
9449 Or @samp{slot1} is reserved only after @samp{slot0} and unit @samp{b0}
9450 reservation.  In this case we could write
9452 @smallexample
9453 (presence_set "slot1" "slot0 b0")
9454 @end smallexample
9456 The third construction (@samp{final_presence_set}) is analogous to
9457 @samp{presence_set}.  The difference between them is when checking is
9458 done.  When an instruction is issued in given automaton state
9459 reflecting all current and planned unit reservations, the automaton
9460 state is changed.  The first state is a source state, the second one
9461 is a result state.  Checking for @samp{presence_set} is done on the
9462 source state reservation, checking for @samp{final_presence_set} is
9463 done on the result reservation.  This construction is useful to
9464 describe a reservation which is actually two subsequent reservations.
9465 For example, if we use
9467 @smallexample
9468 (presence_set "slot1" "slot0")
9469 @end smallexample
9471 the following insn will be never issued (because @samp{slot1} requires
9472 @samp{slot0} which is absent in the source state).
9474 @smallexample
9475 (define_reservation "insn_and_nop" "slot0 + slot1")
9476 @end smallexample
9478 but it can be issued if we use analogous @samp{final_presence_set}.
9480 The forth construction (@samp{absence_set}) means that each functional
9481 unit in the first string can be reserved only if each pattern of units
9482 whose names are in the second string is not reserved.  This is an
9483 asymmetric relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to
9484 this one but it is symmetric).  For example it might be useful in a
9485 @acronym{VLIW} description to say that @samp{slot0} cannot be reserved
9486 after either @samp{slot1} or @samp{slot2} have been reserved.  This
9487 can be described as:
9489 @smallexample
9490 (absence_set "slot0" "slot1, slot2")
9491 @end smallexample
9493 Or @samp{slot2} can not be reserved if @samp{slot0} and unit @samp{b0}
9494 are reserved or @samp{slot1} and unit @samp{b1} are reserved.  In
9495 this case we could write
9497 @smallexample
9498 (absence_set "slot2" "slot0 b0, slot1 b1")
9499 @end smallexample
9501 All functional units mentioned in a set should belong to the same
9502 automaton.
9504 The last construction (@samp{final_absence_set}) is analogous to
9505 @samp{absence_set} but checking is done on the result (state)
9506 reservation.  See comments for @samp{final_presence_set}.
9508 @findex automata_option
9509 @cindex deterministic finite state automaton
9510 @cindex nondeterministic finite state automaton
9511 @cindex finite state automaton minimization
9512 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
9513 the following construction.
9515 @smallexample
9516 (automata_option @var{options})
9517 @end smallexample
9519 @var{options} is a string giving options which affect the generated
9520 code.  Currently there are the following options:
9522 @itemize @bullet
9523 @item
9524 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
9525 only worth to do when we are debugging the description and need to
9526 look more accurately at reservations of states.
9528 @item
9529 @dfn{time} means printing time statistics about the generation of
9530 automata.
9532 @item
9533 @dfn{stats} means printing statistics about the generated automata
9534 such as the number of DFA states, NDFA states and arcs.
9536 @item
9537 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
9538 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
9539 verification and debugging.
9541 @item
9542 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
9543 non-critical errors.
9545 @item
9546 @dfn{no-comb-vect} prevents the automaton generator from generating
9547 two data structures and comparing them for space efficiency.  Using
9548 a comb vector to represent transitions may be better, but it can be
9549 very expensive to construct.  This option is useful if the build
9550 process spends an unacceptably long time in genautomata.
9552 @item
9553 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
9554 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
9555 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
9556 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
9557 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
9558 may be rejected by reservations in the subsequent insns.
9560 @item
9561 @dfn{collapse-ndfa} modifies the behavior of the generator when
9562 producing an automaton.  An additional state transition to collapse a
9563 nondeterministic @acronym{NDFA} state to a deterministic @acronym{DFA}
9564 state is generated.  It can be triggered by passing @code{const0_rtx} to
9565 state_transition.  In such an automaton, cycle advance transitions are
9566 available only for these collapsed states.  This option is useful for
9567 ports that want to use the @code{ndfa} option, but also want to use
9568 @code{define_query_cpu_unit} to assign units to insns issued in a cycle.
9570 @item
9571 @dfn{progress} means output of a progress bar showing how many states
9572 were generated so far for automaton being processed.  This is useful
9573 during debugging a @acronym{DFA} description.  If you see too many
9574 generated states, you could interrupt the generator of the pipeline
9575 hazard recognizer and try to figure out a reason for generation of the
9576 huge automaton.
9577 @end itemize
9579 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
9580 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
9581 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
9582 the following functional units.
9584 @smallexample
9585 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
9586 (define_cpu_unit "port0, port1")
9587 @end smallexample
9589 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
9590 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
9591 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
9592 are issued into the second pipeline.  Integer division and
9593 multiplication insns can be executed only in the second integer
9594 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
9595 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e.@: the subsequent
9596 integer division insn can not be issued until the current division
9597 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
9598 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
9599 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
9600 incurred.  To describe all of this we could specify
9602 @smallexample
9603 (define_cpu_unit "div")
9605 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
9606                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
9608 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "type" "mult")
9609                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
9611 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "type" "div")
9612                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
9614 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "type" "float")
9615                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
9617 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
9618 @end smallexample
9620 To simplify the description we could describe the following reservation
9622 @smallexample
9623 (define_reservation "finish" "port0|port1")
9624 @end smallexample
9626 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
9627 construction
9629 @smallexample
9630 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
9631                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
9632 @end smallexample
9635 @end ifset
9636 @ifset INTERNALS
9637 @node Conditional Execution
9638 @section Conditional Execution
9639 @cindex conditional execution
9640 @cindex predication
9642 A number of architectures provide for some form of conditional
9643 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
9644 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
9645 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
9646 can be quite tedious to describe these forms directly in the
9647 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
9649 @findex define_cond_exec
9650 @smallexample
9651 (define_cond_exec
9652   [@var{predicate-pattern}]
9653   "@var{condition}"
9654   "@var{output-template}"
9655   "@var{optional-insn-attribues}")
9656 @end smallexample
9658 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
9659 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
9660 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
9661 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
9662 alternative.
9664 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
9665 pattern to match.
9667 @findex current_insn_predicate
9668 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
9669 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
9670 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
9671 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
9672 In order to handle the general case, there is a global variable
9673 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
9674 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
9676 @var{optional-insn-attributes} is an optional vector of attributes that gets
9677 appended to the insn attributes of the produced cond_exec rtx. It can
9678 be used to add some distinguishing attribute to cond_exec rtxs produced
9679 that way. An example usage would be to use this attribute in conjunction
9680 with attributes on the main pattern to disable particular alternatives under
9681 certain conditions.
9683 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
9684 the @code{predicable} instruction attribute is made.
9685 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be a boolean (i.e.@: have
9686 exactly two elements in its @var{list-of-values}), with the possible
9687 values being @code{no} and @code{yes}.  The default and all uses in
9688 the insns must be a simple constant, not a complex expressions.  It
9689 may, however, depend on the alternative, by using a comma-separated
9690 list of values.  If that is the case, the port should also define an
9691 @code{enabled} attribute (@pxref{Disable Insn Alternatives}), which
9692 should also allow only @code{no} and @code{yes} as its values.
9694 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
9695 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
9696 generated that matches a predicated version of the instruction.
9697 For example,
9699 @smallexample
9700 (define_insn "addsi"
9701   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
9702         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9703                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
9704   "@var{test1}"
9705   "add %2,%1,%0")
9707 (define_cond_exec
9708   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
9709        (const_int 0))]
9710   "@var{test2}"
9711   "(%0)")
9712 @end smallexample
9714 @noindent
9715 generates a new pattern
9717 @smallexample
9718 (define_insn ""
9719   [(cond_exec
9720      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
9721      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
9722           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9723                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
9724   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
9725   "(%3) add %2,%1,%0")
9726 @end smallexample
9728 @end ifset
9729 @ifset INTERNALS
9730 @node Define Subst
9731 @section RTL Templates Transformations
9732 @cindex define_subst
9734 For some hardware architectures there are common cases when the RTL
9735 templates for the instructions can be derived from the other RTL
9736 templates using simple transformations.  E.g., @file{i386.md} contains
9737 an RTL template for the ordinary @code{sub} instruction---
9738 @code{*subsi_1}, and for the @code{sub} instruction with subsequent
9739 zero-extension---@code{*subsi_1_zext}.  Such cases can be easily
9740 implemented by a single meta-template capable of generating a modified
9741 case based on the initial one:
9743 @findex define_subst
9744 @smallexample
9745 (define_subst "@var{name}"
9746   [@var{input-template}]
9747   "@var{condition}"
9748   [@var{output-template}])
9749 @end smallexample
9750 @var{input-template} is a pattern describing the source RTL template,
9751 which will be transformed.
9753 @var{condition} is a C expression that is conjunct with the condition
9754 from the input-template to generate a condition to be used in the
9755 output-template.
9757 @var{output-template} is a pattern that will be used in the resulting
9758 template.
9760 @code{define_subst} mechanism is tightly coupled with the notion of the
9761 subst attribute (@pxref{Subst Iterators}).  The use of
9762 @code{define_subst} is triggered by a reference to a subst attribute in
9763 the transforming RTL template.  This reference initiates duplication of
9764 the source RTL template and substitution of the attributes with their
9765 values.  The source RTL template is left unchanged, while the copy is
9766 transformed by @code{define_subst}.  This transformation can fail in the
9767 case when the source RTL template is not matched against the
9768 input-template of the @code{define_subst}.  In such case the copy is
9769 deleted.
9771 @code{define_subst} can be used only in @code{define_insn} and
9772 @code{define_expand}, it cannot be used in other expressions (e.g. in
9773 @code{define_insn_and_split}).
9775 @menu
9776 * Define Subst Example::            Example of @code{define_subst} work.
9777 * Define Subst Pattern Matching::   Process of template comparison.
9778 * Define Subst Output Template::    Generation of output template.
9779 @end menu
9781 @node Define Subst Example
9782 @subsection @code{define_subst} Example
9783 @cindex define_subst
9785 To illustrate how @code{define_subst} works, let us examine a simple
9786 template transformation.
9788 Suppose there are two kinds of instructions: one that touches flags and
9789 the other that does not.  The instructions of the second type could be
9790 generated with the following @code{define_subst}:
9792 @smallexample
9793 (define_subst "add_clobber_subst"
9794   [(set (match_operand:SI 0 "" "")
9795         (match_operand:SI 1 "" ""))]
9796   ""
9797   [(set (match_dup 0)
9798         (match_dup 1))
9799    (clobber (reg:CC FLAGS_REG))]
9800 @end smallexample
9802 This @code{define_subst} can be applied to any RTL pattern containing
9803 @code{set} of mode SI and generates a copy with clobber when it is
9804 applied.
9806 Assume there is an RTL template for a @code{max} instruction to be used
9807 in @code{define_subst} mentioned above:
9809 @smallexample
9810 (define_insn "maxsi"
9811   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
9812         (max:SI
9813           (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9814           (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
9815   ""
9816   "max\t@{%2, %1, %0|%0, %1, %2@}"
9817  [@dots{}])
9818 @end smallexample
9820 To mark the RTL template for @code{define_subst} application,
9821 subst-attributes are used.  They should be declared in advance:
9823 @smallexample
9824 (define_subst_attr "add_clobber_name" "add_clobber_subst" "_noclobber" "_clobber")
9825 @end smallexample
9827 Here @samp{add_clobber_name} is the attribute name,
9828 @samp{add_clobber_subst} is the name of the corresponding
9829 @code{define_subst}, the third argument (@samp{_noclobber}) is the
9830 attribute value that would be substituted into the unchanged version of
9831 the source RTL template, and the last argument (@samp{_clobber}) is the
9832 value that would be substituted into the second, transformed,
9833 version of the RTL template.
9835 Once the subst-attribute has been defined, it should be used in RTL
9836 templates which need to be processed by the @code{define_subst}.  So,
9837 the original RTL template should be changed:
9839 @smallexample
9840 (define_insn "maxsi<add_clobber_name>"
9841   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
9842         (max:SI
9843           (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9844           (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
9845   ""
9846   "max\t@{%2, %1, %0|%0, %1, %2@}"
9847  [@dots{}])
9848 @end smallexample
9850 The result of the @code{define_subst} usage would look like the following:
9852 @smallexample
9853 (define_insn "maxsi_noclobber"
9854   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
9855         (max:SI
9856           (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9857           (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
9858   ""
9859   "max\t@{%2, %1, %0|%0, %1, %2@}"
9860  [@dots{}])
9861 (define_insn "maxsi_clobber"
9862   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
9863         (max:SI
9864           (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9865           (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))
9866    (clobber (reg:CC FLAGS_REG))]
9867   ""
9868   "max\t@{%2, %1, %0|%0, %1, %2@}"
9869  [@dots{}])
9870 @end smallexample
9872 @node Define Subst Pattern Matching
9873 @subsection Pattern Matching in @code{define_subst}
9874 @cindex define_subst
9876 All expressions, allowed in @code{define_insn} or @code{define_expand},
9877 are allowed in the input-template of @code{define_subst}, except
9878 @code{match_par_dup}, @code{match_scratch}, @code{match_parallel}. The
9879 meanings of expressions in the input-template were changed:
9881 @code{match_operand} matches any expression (possibly, a subtree in
9882 RTL-template), if modes of the @code{match_operand} and this expression
9883 are the same, or mode of the @code{match_operand} is @code{VOIDmode}, or
9884 this expression is @code{match_dup}, @code{match_op_dup}.  If the
9885 expression is @code{match_operand} too, and predicate of
9886 @code{match_operand} from the input pattern is not empty, then the
9887 predicates are compared.  That can be used for more accurate filtering
9888 of accepted RTL-templates.
9890 @code{match_operator} matches common operators (like @code{plus},
9891 @code{minus}), @code{unspec}, @code{unspec_volatile} operators and
9892 @code{match_operator}s from the original pattern if the modes match and
9893 @code{match_operator} from the input pattern has the same number of
9894 operands as the operator from the original pattern.
9896 @node Define Subst Output Template
9897 @subsection Generation of output template in @code{define_subst}
9898 @cindex define_subst
9900 If all necessary checks for @code{define_subst} application pass, a new
9901 RTL-pattern, based on the output-template, is created to replace the old
9902 template.  Like in input-patterns, meanings of some RTL expressions are
9903 changed when they are used in output-patterns of a @code{define_subst}.
9904 Thus, @code{match_dup} is used for copying the whole expression from the
9905 original pattern, which matched corresponding @code{match_operand} from
9906 the input pattern.
9908 @code{match_dup N} is used in the output template to be replaced with
9909 the expression from the original pattern, which matched
9910 @code{match_operand N} from the input pattern.  As a consequence,
9911 @code{match_dup} cannot be used to point to @code{match_operand}s from
9912 the output pattern, it should always refer to a @code{match_operand}
9913 from the input pattern.
9915 In the output template one can refer to the expressions from the
9916 original pattern and create new ones.  For instance, some operands could
9917 be added by means of standard @code{match_operand}.
9919 After replacing @code{match_dup} with some RTL-subtree from the original
9920 pattern, it could happen that several @code{match_operand}s in the
9921 output pattern have the same indexes.  It is unknown, how many and what
9922 indexes would be used in the expression which would replace
9923 @code{match_dup}, so such conflicts in indexes are inevitable.  To
9924 overcome this issue, @code{match_operands} and @code{match_operators},
9925 which were introduced into the output pattern, are renumerated when all
9926 @code{match_dup}s are replaced.
9928 Number of alternatives in @code{match_operand}s introduced into the
9929 output template @code{M} could differ from the number of alternatives in
9930 the original pattern @code{N}, so in the resultant pattern there would
9931 be @code{N*M} alternatives.  Thus, constraints from the original pattern
9932 would be duplicated @code{N} times, constraints from the output pattern
9933 would be duplicated @code{M} times, producing all possible combinations.
9934 @end ifset
9936 @ifset INTERNALS
9937 @node Constant Definitions
9938 @section Constant Definitions
9939 @cindex constant definitions
9940 @findex define_constants
9942 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
9943 can be a maintenance problem.
9945 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
9946 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
9947 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
9948 if the corresponding value had been written instead.  You may use
9949 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
9950 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
9951 a different value.
9953 To come back to the a29k load multiple example, instead of
9955 @smallexample
9956 (define_insn ""
9957   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
9958      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
9959            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
9960       (use (reg:SI 179))
9961       (clobber (reg:SI 179))])]
9962   ""
9963   "loadm 0,0,%1,%2")
9964 @end smallexample
9966 You could write:
9968 @smallexample
9969 (define_constants [
9970     (R_BP 177)
9971     (R_FC 178)
9972     (R_CR 179)
9973     (R_Q  180)
9976 (define_insn ""
9977   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
9978      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
9979            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
9980       (use (reg:SI R_CR))
9981       (clobber (reg:SI R_CR))])]
9982   ""
9983   "loadm 0,0,%1,%2")
9984 @end smallexample
9986 The constants that are defined with a define_constant are also output
9987 in the insn-codes.h header file as #defines.
9989 @cindex enumerations
9990 @findex define_c_enum
9991 You can also use the machine description file to define enumerations.
9992 Like the constants defined by @code{define_constant}, these enumerations
9993 are visible to both the machine description file and the main C code.
9995 The syntax is as follows:
9997 @smallexample
9998 (define_c_enum "@var{name}" [
9999   @var{value0}
10000   @var{value1}
10001   @dots{}
10002   @var{valuen}
10004 @end smallexample
10006 This definition causes the equivalent of the following C code to appear
10007 in @file{insn-constants.h}:
10009 @smallexample
10010 enum @var{name} @{
10011   @var{value0} = 0,
10012   @var{value1} = 1,
10013   @dots{}
10014   @var{valuen} = @var{n}
10016 #define NUM_@var{cname}_VALUES (@var{n} + 1)
10017 @end smallexample
10019 where @var{cname} is the capitalized form of @var{name}.
10020 It also makes each @var{valuei} available in the machine description
10021 file, just as if it had been declared with:
10023 @smallexample
10024 (define_constants [(@var{valuei} @var{i})])
10025 @end smallexample
10027 Each @var{valuei} is usually an upper-case identifier and usually
10028 begins with @var{cname}.
10030 You can split the enumeration definition into as many statements as
10031 you like.  The above example is directly equivalent to:
10033 @smallexample
10034 (define_c_enum "@var{name}" [@var{value0}])
10035 (define_c_enum "@var{name}" [@var{value1}])
10036 @dots{}
10037 (define_c_enum "@var{name}" [@var{valuen}])
10038 @end smallexample
10040 Splitting the enumeration helps to improve the modularity of each
10041 individual @code{.md} file.  For example, if a port defines its
10042 synchronization instructions in a separate @file{sync.md} file,
10043 it is convenient to define all synchronization-specific enumeration
10044 values in @file{sync.md} rather than in the main @file{.md} file.
10046 Some enumeration names have special significance to GCC:
10048 @table @code
10049 @item unspecv
10050 @findex unspec_volatile
10051 If an enumeration called @code{unspecv} is defined, GCC will use it
10052 when printing out @code{unspec_volatile} expressions.  For example:
10054 @smallexample
10055 (define_c_enum "unspecv" [
10056   UNSPECV_BLOCKAGE
10058 @end smallexample
10060 causes GCC to print @samp{(unspec_volatile @dots{} 0)} as:
10062 @smallexample
10063 (unspec_volatile ... UNSPECV_BLOCKAGE)
10064 @end smallexample
10066 @item unspec
10067 @findex unspec
10068 If an enumeration called @code{unspec} is defined, GCC will use
10069 it when printing out @code{unspec} expressions.  GCC will also use
10070 it when printing out @code{unspec_volatile} expressions unless an
10071 @code{unspecv} enumeration is also defined.  You can therefore
10072 decide whether to keep separate enumerations for volatile and
10073 non-volatile expressions or whether to use the same enumeration
10074 for both.
10075 @end table
10077 @findex define_enum
10078 @anchor{define_enum}
10079 Another way of defining an enumeration is to use @code{define_enum}:
10081 @smallexample
10082 (define_enum "@var{name}" [
10083   @var{value0}
10084   @var{value1}
10085   @dots{}
10086   @var{valuen}
10088 @end smallexample
10090 This directive implies:
10092 @smallexample
10093 (define_c_enum "@var{name}" [
10094   @var{cname}_@var{cvalue0}
10095   @var{cname}_@var{cvalue1}
10096   @dots{}
10097   @var{cname}_@var{cvaluen}
10099 @end smallexample
10101 @findex define_enum_attr
10102 where @var{cvaluei} is the capitalized form of @var{valuei}.
10103 However, unlike @code{define_c_enum}, the enumerations defined
10104 by @code{define_enum} can be used in attribute specifications
10105 (@pxref{define_enum_attr}).
10106 @end ifset
10107 @ifset INTERNALS
10108 @node Iterators
10109 @section Iterators
10110 @cindex iterators in @file{.md} files
10112 Ports often need to define similar patterns for more than one machine
10113 mode or for more than one rtx code.  GCC provides some simple iterator
10114 facilities to make this process easier.
10116 @menu
10117 * Mode Iterators::         Generating variations of patterns for different modes.
10118 * Code Iterators::         Doing the same for codes.
10119 * Int Iterators::          Doing the same for integers.
10120 * Subst Iterators::        Generating variations of patterns for define_subst.
10121 @end menu
10123 @node Mode Iterators
10124 @subsection Mode Iterators
10125 @cindex mode iterators in @file{.md} files
10127 Ports often need to define similar patterns for two or more different modes.
10128 For example:
10130 @itemize @bullet
10131 @item
10132 If a processor has hardware support for both single and double
10133 floating-point arithmetic, the @code{SFmode} patterns tend to be
10134 very similar to the @code{DFmode} ones.
10136 @item
10137 If a port uses @code{SImode} pointers in one configuration and
10138 @code{DImode} pointers in another, it will usually have very similar
10139 @code{SImode} and @code{DImode} patterns for manipulating pointers.
10140 @end itemize
10142 Mode iterators allow several patterns to be instantiated from one
10143 @file{.md} file template.  They can be used with any type of
10144 rtx-based construct, such as a @code{define_insn},
10145 @code{define_split}, or @code{define_peephole2}.
10147 @menu
10148 * Defining Mode Iterators:: Defining a new mode iterator.
10149 * Substitutions::           Combining mode iterators with substitutions
10150 * Examples::                Examples
10151 @end menu
10153 @node Defining Mode Iterators
10154 @subsubsection Defining Mode Iterators
10155 @findex define_mode_iterator
10157 The syntax for defining a mode iterator is:
10159 @smallexample
10160 (define_mode_iterator @var{name} [(@var{mode1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{moden} "@var{condn}")])
10161 @end smallexample
10163 This allows subsequent @file{.md} file constructs to use the mode suffix
10164 @code{:@var{name}}.  Every construct that does so will be expanded
10165 @var{n} times, once with every use of @code{:@var{name}} replaced by
10166 @code{:@var{mode1}}, once with every use replaced by @code{:@var{mode2}},
10167 and so on.  In the expansion for a particular @var{modei}, every
10168 C condition will also require that @var{condi} be true.
10170 For example:
10172 @smallexample
10173 (define_mode_iterator P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
10174 @end smallexample
10176 defines a new mode suffix @code{:P}.  Every construct that uses
10177 @code{:P} will be expanded twice, once with every @code{:P} replaced
10178 by @code{:SI} and once with every @code{:P} replaced by @code{:DI}.
10179 The @code{:SI} version will only apply if @code{Pmode == SImode} and
10180 the @code{:DI} version will only apply if @code{Pmode == DImode}.
10182 As with other @file{.md} conditions, an empty string is treated
10183 as ``always true''.  @code{(@var{mode} "")} can also be abbreviated
10184 to @code{@var{mode}}.  For example:
10186 @smallexample
10187 (define_mode_iterator GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
10188 @end smallexample
10190 means that the @code{:DI} expansion only applies if @code{TARGET_64BIT}
10191 but that the @code{:SI} expansion has no such constraint.
10193 Iterators are applied in the order they are defined.  This can be
10194 significant if two iterators are used in a construct that requires
10195 substitutions.  @xref{Substitutions}.
10197 @node Substitutions
10198 @subsubsection Substitution in Mode Iterators
10199 @findex define_mode_attr
10201 If an @file{.md} file construct uses mode iterators, each version of the
10202 construct will often need slightly different strings or modes.  For
10203 example:
10205 @itemize @bullet
10206 @item
10207 When a @code{define_expand} defines several @code{add@var{m}3} patterns
10208 (@pxref{Standard Names}), each expander will need to use the
10209 appropriate mode name for @var{m}.
10211 @item
10212 When a @code{define_insn} defines several instruction patterns,
10213 each instruction will often use a different assembler mnemonic.
10215 @item
10216 When a @code{define_insn} requires operands with different modes,
10217 using an iterator for one of the operand modes usually requires a specific
10218 mode for the other operand(s).
10219 @end itemize
10221 GCC supports such variations through a system of ``mode attributes''.
10222 There are two standard attributes: @code{mode}, which is the name of
10223 the mode in lower case, and @code{MODE}, which is the same thing in
10224 upper case.  You can define other attributes using:
10226 @smallexample
10227 (define_mode_attr @var{name} [(@var{mode1} "@var{value1}") @dots{} (@var{moden} "@var{valuen}")])
10228 @end smallexample
10230 where @var{name} is the name of the attribute and @var{valuei}
10231 is the value associated with @var{modei}.
10233 When GCC replaces some @var{:iterator} with @var{:mode}, it will scan
10234 each string and mode in the pattern for sequences of the form
10235 @code{<@var{iterator}:@var{attr}>}, where @var{attr} is the name of a
10236 mode attribute.  If the attribute is defined for @var{mode}, the whole
10237 @code{<@dots{}>} sequence will be replaced by the appropriate attribute
10238 value.
10240 For example, suppose an @file{.md} file has:
10242 @smallexample
10243 (define_mode_iterator P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
10244 (define_mode_attr load [(SI "lw") (DI "ld")])
10245 @end smallexample
10247 If one of the patterns that uses @code{:P} contains the string
10248 @code{"<P:load>\t%0,%1"}, the @code{SI} version of that pattern
10249 will use @code{"lw\t%0,%1"} and the @code{DI} version will use
10250 @code{"ld\t%0,%1"}.
10252 Here is an example of using an attribute for a mode:
10254 @smallexample
10255 (define_mode_iterator LONG [SI DI])
10256 (define_mode_attr SHORT [(SI "HI") (DI "SI")])
10257 (define_insn @dots{}
10258   (sign_extend:LONG (match_operand:<LONG:SHORT> @dots{})) @dots{})
10259 @end smallexample
10261 The @code{@var{iterator}:} prefix may be omitted, in which case the
10262 substitution will be attempted for every iterator expansion.
10264 @node Examples
10265 @subsubsection Mode Iterator Examples
10267 Here is an example from the MIPS port.  It defines the following
10268 modes and attributes (among others):
10270 @smallexample
10271 (define_mode_iterator GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
10272 (define_mode_attr d [(SI "") (DI "d")])
10273 @end smallexample
10275 and uses the following template to define both @code{subsi3}
10276 and @code{subdi3}:
10278 @smallexample
10279 (define_insn "sub<mode>3"
10280   [(set (match_operand:GPR 0 "register_operand" "=d")
10281         (minus:GPR (match_operand:GPR 1 "register_operand" "d")
10282                    (match_operand:GPR 2 "register_operand" "d")))]
10283   ""
10284   "<d>subu\t%0,%1,%2"
10285   [(set_attr "type" "arith")
10286    (set_attr "mode" "<MODE>")])
10287 @end smallexample
10289 This is exactly equivalent to:
10291 @smallexample
10292 (define_insn "subsi3"
10293   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=d")
10294         (minus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "d")
10295                   (match_operand:SI 2 "register_operand" "d")))]
10296   ""
10297   "subu\t%0,%1,%2"
10298   [(set_attr "type" "arith")
10299    (set_attr "mode" "SI")])
10301 (define_insn "subdi3"
10302   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
10303         (minus:DI (match_operand:DI 1 "register_operand" "d")
10304                   (match_operand:DI 2 "register_operand" "d")))]
10305   ""
10306   "dsubu\t%0,%1,%2"
10307   [(set_attr "type" "arith")
10308    (set_attr "mode" "DI")])
10309 @end smallexample
10311 @node Code Iterators
10312 @subsection Code Iterators
10313 @cindex code iterators in @file{.md} files
10314 @findex define_code_iterator
10315 @findex define_code_attr
10317 Code iterators operate in a similar way to mode iterators.  @xref{Mode Iterators}.
10319 The construct:
10321 @smallexample
10322 (define_code_iterator @var{name} [(@var{code1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{coden} "@var{condn}")])
10323 @end smallexample
10325 defines a pseudo rtx code @var{name} that can be instantiated as
10326 @var{codei} if condition @var{condi} is true.  Each @var{codei}
10327 must have the same rtx format.  @xref{RTL Classes}.
10329 As with mode iterators, each pattern that uses @var{name} will be
10330 expanded @var{n} times, once with all uses of @var{name} replaced by
10331 @var{code1}, once with all uses replaced by @var{code2}, and so on.
10332 @xref{Defining Mode Iterators}.
10334 It is possible to define attributes for codes as well as for modes.
10335 There are two standard code attributes: @code{code}, the name of the
10336 code in lower case, and @code{CODE}, the name of the code in upper case.
10337 Other attributes are defined using:
10339 @smallexample
10340 (define_code_attr @var{name} [(@var{code1} "@var{value1}") @dots{} (@var{coden} "@var{valuen}")])
10341 @end smallexample
10343 Here's an example of code iterators in action, taken from the MIPS port:
10345 @smallexample
10346 (define_code_iterator any_cond [unordered ordered unlt unge uneq ltgt unle ungt
10347                                 eq ne gt ge lt le gtu geu ltu leu])
10349 (define_expand "b<code>"
10350   [(set (pc)
10351         (if_then_else (any_cond:CC (cc0)
10352                                    (const_int 0))
10353                       (label_ref (match_operand 0 ""))
10354                       (pc)))]
10355   ""
10357   gen_conditional_branch (operands, <CODE>);
10358   DONE;
10360 @end smallexample
10362 This is equivalent to:
10364 @smallexample
10365 (define_expand "bunordered"
10366   [(set (pc)
10367         (if_then_else (unordered:CC (cc0)
10368                                     (const_int 0))
10369                       (label_ref (match_operand 0 ""))
10370                       (pc)))]
10371   ""
10373   gen_conditional_branch (operands, UNORDERED);
10374   DONE;
10377 (define_expand "bordered"
10378   [(set (pc)
10379         (if_then_else (ordered:CC (cc0)
10380                                   (const_int 0))
10381                       (label_ref (match_operand 0 ""))
10382                       (pc)))]
10383   ""
10385   gen_conditional_branch (operands, ORDERED);
10386   DONE;
10389 @dots{}
10390 @end smallexample
10392 @node Int Iterators
10393 @subsection Int Iterators
10394 @cindex int iterators in @file{.md} files
10395 @findex define_int_iterator
10396 @findex define_int_attr
10398 Int iterators operate in a similar way to code iterators.  @xref{Code Iterators}.
10400 The construct:
10402 @smallexample
10403 (define_int_iterator @var{name} [(@var{int1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{intn} "@var{condn}")])
10404 @end smallexample
10406 defines a pseudo integer constant @var{name} that can be instantiated as
10407 @var{inti} if condition @var{condi} is true.  Each @var{int}
10408 must have the same rtx format.  @xref{RTL Classes}. Int iterators can appear
10409 in only those rtx fields that have 'i' as the specifier. This means that
10410 each @var{int} has to be a constant defined using define_constant or
10411 define_c_enum.
10413 As with mode and code iterators, each pattern that uses @var{name} will be
10414 expanded @var{n} times, once with all uses of @var{name} replaced by
10415 @var{int1}, once with all uses replaced by @var{int2}, and so on.
10416 @xref{Defining Mode Iterators}.
10418 It is possible to define attributes for ints as well as for codes and modes.
10419 Attributes are defined using:
10421 @smallexample
10422 (define_int_attr @var{name} [(@var{int1} "@var{value1}") @dots{} (@var{intn} "@var{valuen}")])
10423 @end smallexample
10425 Here's an example of int iterators in action, taken from the ARM port:
10427 @smallexample
10428 (define_int_iterator QABSNEG [UNSPEC_VQABS UNSPEC_VQNEG])
10430 (define_int_attr absneg [(UNSPEC_VQABS "abs") (UNSPEC_VQNEG "neg")])
10432 (define_insn "neon_vq<absneg><mode>"
10433   [(set (match_operand:VDQIW 0 "s_register_operand" "=w")
10434         (unspec:VDQIW [(match_operand:VDQIW 1 "s_register_operand" "w")
10435                        (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "i")]
10436                       QABSNEG))]
10437   "TARGET_NEON"
10438   "vq<absneg>.<V_s_elem>\t%<V_reg>0, %<V_reg>1"
10439   [(set_attr "type" "neon_vqneg_vqabs")]
10442 @end smallexample
10444 This is equivalent to:
10446 @smallexample
10447 (define_insn "neon_vqabs<mode>"
10448   [(set (match_operand:VDQIW 0 "s_register_operand" "=w")
10449         (unspec:VDQIW [(match_operand:VDQIW 1 "s_register_operand" "w")
10450                        (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "i")]
10451                       UNSPEC_VQABS))]
10452   "TARGET_NEON"
10453   "vqabs.<V_s_elem>\t%<V_reg>0, %<V_reg>1"
10454   [(set_attr "type" "neon_vqneg_vqabs")]
10457 (define_insn "neon_vqneg<mode>"
10458   [(set (match_operand:VDQIW 0 "s_register_operand" "=w")
10459         (unspec:VDQIW [(match_operand:VDQIW 1 "s_register_operand" "w")
10460                        (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "i")]
10461                       UNSPEC_VQNEG))]
10462   "TARGET_NEON"
10463   "vqneg.<V_s_elem>\t%<V_reg>0, %<V_reg>1"
10464   [(set_attr "type" "neon_vqneg_vqabs")]
10467 @end smallexample
10469 @node Subst Iterators
10470 @subsection Subst Iterators
10471 @cindex subst iterators in @file{.md} files
10472 @findex define_subst
10473 @findex define_subst_attr
10475 Subst iterators are special type of iterators with the following
10476 restrictions: they could not be declared explicitly, they always have
10477 only two values, and they do not have explicit dedicated name.
10478 Subst-iterators are triggered only when corresponding subst-attribute is
10479 used in RTL-pattern.
10481 Subst iterators transform templates in the following way: the templates
10482 are duplicated, the subst-attributes in these templates are replaced
10483 with the corresponding values, and a new attribute is implicitly added
10484 to the given @code{define_insn}/@code{define_expand}.  The name of the
10485 added attribute matches the name of @code{define_subst}.  Such
10486 attributes are declared implicitly, and it is not allowed to have a
10487 @code{define_attr} named as a @code{define_subst}.
10489 Each subst iterator is linked to a @code{define_subst}.  It is declared
10490 implicitly by the first appearance of the corresponding
10491 @code{define_subst_attr}, and it is not allowed to define it explicitly.
10493 Declarations of subst-attributes have the following syntax:
10495 @findex define_subst_attr
10496 @smallexample
10497 (define_subst_attr "@var{name}"
10498   "@var{subst-name}"
10499   "@var{no-subst-value}"
10500   "@var{subst-applied-value}")
10501 @end smallexample
10503 @var{name} is a string with which the given subst-attribute could be
10504 referred to.
10506 @var{subst-name} shows which @code{define_subst} should be applied to an
10507 RTL-template if the given subst-attribute is present in the
10508 RTL-template.
10510 @var{no-subst-value} is a value with which subst-attribute would be
10511 replaced in the first copy of the original RTL-template.
10513 @var{subst-applied-value} is a value with which subst-attribute would be
10514 replaced in the second copy of the original RTL-template.
10516 @end ifset