PR tree-optimization/61742
[official-gcc.git] / gcc / doc / md.texi
blobfde67d7a01ef6238f31d8b55a9eb7aff44276dfa
1 @c Copyright (C) 1988-2014 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 Each instruction pattern contains an incomplete RTL expression, with pieces
109 to be filled in later, operand constraints that restrict how the pieces can
110 be filled in, and an output pattern or C code to generate the assembler
111 output, all wrapped up in a @code{define_insn} expression.
113 A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
115 @enumerate
116 @item
117 An optional name.  The presence of a name indicate that this instruction
118 pattern can perform a certain standard job for the RTL-generation
119 pass of the compiler.  This pass knows certain names and will use
120 the instruction patterns with those names, if the names are defined
121 in the machine description.
123 The absence of a name is indicated by writing an empty string
124 where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
125 used for generating RTL code, but they may permit several simpler insns
126 to be combined later on.
128 Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
129 effect; they are equivalent to no name at all.
131 For the purpose of debugging the compiler, you may also specify a
132 name beginning with the @samp{*} character.  Such a name is used only
133 for identifying the instruction in RTL dumps; it is entirely equivalent
134 to having a nameless pattern for all other purposes.
136 @item
137 The @dfn{RTL template} (@pxref{RTL Template}) is a vector of incomplete
138 RTL expressions which show what the instruction should look like.  It is
139 incomplete because it may contain @code{match_operand},
140 @code{match_operator}, and @code{match_dup} expressions that stand for
141 operands of the instruction.
143 If the vector has only one element, that element is the template for the
144 instruction pattern.  If the vector has multiple elements, then the
145 instruction pattern is a @code{parallel} expression containing the
146 elements described.
148 @item
149 @cindex pattern conditions
150 @cindex conditions, in patterns
151 A condition.  This is a string which contains a C expression that is
152 the final test to decide whether an insn body matches this pattern.
154 @cindex named patterns and conditions
155 For a named pattern, the condition (if present) may not depend on
156 the data in the insn being matched, but only the target-machine-type
157 flags.  The compiler needs to test these conditions during
158 initialization in order to learn exactly which named instructions are
159 available in a particular run.
161 @findex operands
162 For nameless patterns, the condition is applied only when matching an
163 individual insn, and only after the insn has matched the pattern's
164 recognition template.  The insn's operands may be found in the vector
165 @code{operands}.  For an insn where the condition has once matched, it
166 can't be used to control register allocation, for example by excluding
167 certain hard registers or hard register combinations.
169 @item
170 The @dfn{output template}: a string that says how to output matching
171 insns as assembler code.  @samp{%} in this string specifies where
172 to substitute the value of an operand.  @xref{Output Template}.
174 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
175 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
177 @item
178 Optionally, a vector containing the values of attributes for insns matching
179 this pattern.  @xref{Insn Attributes}.
180 @end enumerate
182 @node Example
183 @section Example of @code{define_insn}
184 @cindex @code{define_insn} example
186 Here is an actual example of an instruction pattern, for the 68000/68020.
188 @smallexample
189 (define_insn "tstsi"
190   [(set (cc0)
191         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
192   ""
193   "*
195   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
196     return \"tstl %0\";
197   return \"cmpl #0,%0\";
198 @}")
199 @end smallexample
201 @noindent
202 This can also be written using braced strings:
204 @smallexample
205 (define_insn "tstsi"
206   [(set (cc0)
207         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
208   ""
210   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
211     return "tstl %0";
212   return "cmpl #0,%0";
214 @end smallexample
216 This is an instruction that sets the condition codes based on the value of
217 a general operand.  It has no condition, so any insn whose RTL description
218 has the form shown may be handled according to this pattern.  The name
219 @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL generation
220 pass that, when it is necessary to test such a value, an insn to do so
221 can be constructed using this pattern.
223 The output control string is a piece of C code which chooses which
224 output template to return based on the kind of operand and the specific
225 type of CPU for which code is being generated.
227 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
229 @node RTL Template
230 @section RTL Template
231 @cindex RTL insn template
232 @cindex generating insns
233 @cindex insns, generating
234 @cindex recognizing insns
235 @cindex insns, recognizing
237 The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
238 and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
239 says how to construct an insn from specified operands.
241 Construction involves substituting specified operands into a copy of the
242 template.  Matching involves determining the values that serve as the
243 operands in the insn being matched.  Both of these activities are
244 controlled by special expression types that direct matching and
245 substitution of the operands.
247 @table @code
248 @findex match_operand
249 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
250 This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
251 the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
252 will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
253 appears at this position in the insn will be taken as operand
254 number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
255 pattern will not match at all.
257 Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
258 each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
259 expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
260 are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
261 expressions.  In the case of a @code{define_expand}, any operand numbers
262 used only in @code{match_dup} expressions have higher values than all
263 other operand numbers.
265 @var{predicate} is a string that is the name of a function that
266 accepts two arguments, an expression and a machine mode.
267 @xref{Predicates}.  During matching, the function will be called with
268 the putative operand as the expression and @var{m} as the mode
269 argument (if @var{m} is not specified, @code{VOIDmode} will be used,
270 which normally causes @var{predicate} to accept any mode).  If it
271 returns zero, this instruction pattern fails to match.
272 @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be
273 done on the operand, so anything which occurs in this position is
274 valid.
276 Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
277 not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
278 @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
279 Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
280 @code{VOIDmode}.
282 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
283 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
284 If the constraint would be an empty string, it can be omitted.
286 People are often unclear on the difference between the constraint and the
287 predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
288 pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
289 controls various decisions in the case of an insn which does match.
291 @findex match_scratch
292 @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
293 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
294 and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
295 expression.
297 When matching patterns, this is equivalent to
299 @smallexample
300 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{pred})
301 @end smallexample
303 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
304 expression.
306 If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
307 expressions whose operands are either a hard register or
308 @code{match_scratch}, the combiner can add or delete them when
309 necessary.  @xref{Side Effects}.
311 @findex match_dup
312 @item (match_dup @var{n})
313 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
314 It is used when the operand needs to appear more than once in the
315 insn.
317 In construction, @code{match_dup} acts just like @code{match_operand}:
318 the operand is substituted into the insn being constructed.  But in
319 matching, @code{match_dup} behaves differently.  It assumes that operand
320 number @var{n} has already been determined by a @code{match_operand}
321 appearing earlier in the recognition template, and it matches only an
322 identical-looking expression.
324 Note that @code{match_dup} should not be used to tell the compiler that
325 a particular register is being used for two operands (example:
326 @code{add} that adds one register to another; the second register is
327 both an input operand and the output operand).  Use a matching
328 constraint (@pxref{Simple Constraints}) for those.  @code{match_dup} is for the cases where one
329 operand is used in two places in the template, such as an instruction
330 that computes both a quotient and a remainder, where the opcode takes
331 two input operands but the RTL template has to refer to each of those
332 twice; once for the quotient pattern and once for the remainder pattern.
334 @findex match_operator
335 @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
336 This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
337 code.
339 When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
340 expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
341 operands are constructed from the patterns @var{operands}.
343 When matching an expression, it matches an expression if the function
344 @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
345 patterns @var{operands} match the operands of the expression.
347 Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
348 follows, to match any expression whose operator is one of the
349 commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
351 @smallexample
353 commutative_integer_operator (x, mode)
354      rtx x;
355      enum machine_mode mode;
357   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
358   if (GET_MODE (x) != mode)
359     return 0;
360   return (GET_RTX_CLASS (code) == RTX_COMM_ARITH
361           || code == EQ || code == NE);
363 @end smallexample
365 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
366 of a commutative operator applied to two general operands:
368 @smallexample
369 (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
370   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
371    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
372 @end smallexample
374 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
375 because the expressions to be matched all contain two operands.
377 When this pattern does match, the two operands of the commutative
378 operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
379 by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
380 will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
381 (operands[3])} to see which commutative operator was used.
383 The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
384 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
385 predicate function, and that function is solely responsible for
386 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
388 When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
389 the operation (i.e.@: the expression code) for the expression to be
390 made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
391 into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
392 gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
393 only its expression code matters.
395 When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
396 it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
397 is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
398 register allocation because the register allocator often looks at
399 operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
401 There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
402 operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
403 never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
404 However, if parts of its @var{operands} are matched by
405 @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
406 their own.
408 @findex match_op_dup
409 @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
410 Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
411 operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
412 substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
413 differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
414 determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
415 recognition template, and it matches only an identical-looking
416 expression.
418 @findex match_parallel
419 @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
420 This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
421 @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
422 expression should only appear at the top level of an insn pattern.
424 When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
425 this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
426 is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
427 vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
428 @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
429 @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
430 @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
431 of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
432 those listed in the @code{match_parallel}.
434 A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
435 multiple expressions, which can contain a variable number of elements
436 in a @code{parallel}.  For example,
438 @smallexample
439 (define_insn ""
440   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
441      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
442            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
443       (use (reg:SI 179))
444       (clobber (reg:SI 179))])]
445   ""
446   "loadm 0,0,%1,%2")
447 @end smallexample
449 This example comes from @file{a29k.md}.  The function
450 @code{load_multiple_operation} is defined in @file{a29k.c} and checks
451 that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
452 @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
453 registers and memory locations.
455 An insn that matches this pattern might look like:
457 @smallexample
458 (parallel
459  [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
460   (use (reg:SI 179))
461   (clobber (reg:SI 179))
462   (set (reg:SI 21)
463        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
464                         (const_int 4))))
465   (set (reg:SI 22)
466        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
467                         (const_int 8))))])
468 @end smallexample
470 @findex match_par_dup
471 @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
472 Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
473 @code{match_operator}.
475 @end table
477 @node Output Template
478 @section Output Templates and Operand Substitution
479 @cindex output templates
480 @cindex operand substitution
482 @cindex @samp{%} in template
483 @cindex percent sign
484 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
485 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
486 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
487 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
488 identify places where different variants of the assembler require
489 different syntax.
491 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
492 operand @var{n} at that point in the string.
494 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
495 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
496 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
497 additional letters with nonstandard meanings.
499 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
500 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
501 operand.
503 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
504 the constant is negated before printing.
506 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
507 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
508 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
509 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
510 as if it were a memory reference.
512 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
513 instruction.
515 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
516 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
517 referred to more than once in a single template that generates multiple
518 assembler instructions.
520 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
521 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
522 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
523 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
524 which punctuation characters are valid with the
525 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
527 @cindex \
528 @cindex backslash
529 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
530 for the instructions, with @samp{\;} between them.
532 @cindex matching operands
533 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
534 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
535 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
536 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
537 operand.
539 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
540 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
541 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
542 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
543 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
544 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
545 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
546 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
547 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
548 it to do nothing.
550 @cindex @code{#} in template
551 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
552 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
553 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
554 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
555 multiple assembler instructions, and there is a matching @code{define_split}
556 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
557 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
558 instructions.
560 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
561 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
562 describe multiple variants of assembler language syntax.
563 @xref{Instruction Output}.
565 @node Output Statement
566 @section C Statements for Assembler Output
567 @cindex output statements
568 @cindex C statements for assembler output
569 @cindex generating assembler output
571 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
572 assembler code for all the cases that are recognized by a single
573 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
574 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
575 machine instructions.
577 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
578 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
579 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
580 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
581 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
582 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
583 might write this pattern:
585 @smallexample
586 (define_insn "addsi3"
587   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
588         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
589                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
590   ""
591   "@@
592    addr %2,%0
593    addm %2,%0")
594 @end smallexample
596 @cindex @code{*} in template
597 @cindex asterisk in template
598 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
599 output template but rather a piece of C program that should compute a
600 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
601 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
602 require doublequote characters to delimit them.  To include these
603 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
605 If the output control string is written as a brace block instead of a
606 double-quoted string, it is automatically assumed to be C code.  In that
607 case, it is not necessary to put in a leading asterisk, or to escape the
608 doublequotes surrounding C string literals.
610 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
611 is @code{rtx []}.
613 It is very common to select different ways of generating assembler code
614 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
615 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
616 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
617 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
618 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
619 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
620 values of those bits.
622 @findex output_asm_insn
623 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
624 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
625 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
626 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
627 that you declare locally and initialize yourself.
629 @findex which_alternative
630 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
631 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
632 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
633 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
634 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
635 etc.).
637 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
638 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
639 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
641 @smallexample
642 (define_insn ""
643   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
644         (const_int 0))]
645   ""
646   @{
647   return (which_alternative == 0
648           ? "clrreg %0" : "clrmem %0");
649   @})
650 @end smallexample
652 The example above, where the assembler code to generate was
653 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
654 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
656 @smallexample
657 @group
658 (define_insn ""
659   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
660         (const_int 0))]
661   ""
662   "@@
663    clrreg %0
664    clrmem %0")
665 @end group
666 @end smallexample
668 If you just need a little bit of C code in one (or a few) alternatives,
669 you can use @samp{*} inside of a @samp{@@} multi-alternative template:
671 @smallexample
672 @group
673 (define_insn ""
674   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,<,m")
675         (const_int 0))]
676   ""
677   "@@
678    clrreg %0
679    * return stack_mem_p (operands[0]) ? \"push 0\" : \"clrmem %0\";
680    clrmem %0")
681 @end group
682 @end smallexample
684 @node Predicates
685 @section Predicates
686 @cindex predicates
687 @cindex operand predicates
688 @cindex operator predicates
690 A predicate determines whether a @code{match_operand} or
691 @code{match_operator} expression matches, and therefore whether the
692 surrounding instruction pattern will be used for that combination of
693 operands.  GCC has a number of machine-independent predicates, and you
694 can define machine-specific predicates as needed.  By convention,
695 predicates used with @code{match_operand} have names that end in
696 @samp{_operand}, and those used with @code{match_operator} have names
697 that end in @samp{_operator}.
699 All predicates are Boolean functions (in the mathematical sense) of
700 two arguments: the RTL expression that is being considered at that
701 position in the instruction pattern, and the machine mode that the
702 @code{match_operand} or @code{match_operator} specifies.  In this
703 section, the first argument is called @var{op} and the second argument
704 @var{mode}.  Predicates can be called from C as ordinary two-argument
705 functions; this can be useful in output templates or other
706 machine-specific code.
708 Operand predicates can allow operands that are not actually acceptable
709 to the hardware, as long as the constraints give reload the ability to
710 fix them up (@pxref{Constraints}).  However, GCC will usually generate
711 better code if the predicates specify the requirements of the machine
712 instructions as closely as possible.  Reload cannot fix up operands
713 that must be constants (``immediate operands''); you must use a
714 predicate that allows only constants, or else enforce the requirement
715 in the extra condition.
717 @cindex predicates and machine modes
718 @cindex normal predicates
719 @cindex special predicates
720 Most predicates handle their @var{mode} argument in a uniform manner.
721 If @var{mode} is @code{VOIDmode} (unspecified), then @var{op} can have
722 any mode.  If @var{mode} is anything else, then @var{op} must have the
723 same mode, unless @var{op} is a @code{CONST_INT} or integer
724 @code{CONST_DOUBLE}.  These RTL expressions always have
725 @code{VOIDmode}, so it would be counterproductive to check that their
726 mode matches.  Instead, predicates that accept @code{CONST_INT} and/or
727 integer @code{CONST_DOUBLE} check that the value stored in the
728 constant will fit in the requested mode.
730 Predicates with this behavior are called @dfn{normal}.
731 @command{genrecog} can optimize the instruction recognizer based on
732 knowledge of how normal predicates treat modes.  It can also diagnose
733 certain kinds of common errors in the use of normal predicates; for
734 instance, it is almost always an error to use a normal predicate
735 without specifying a mode.
737 Predicates that do something different with their @var{mode} argument
738 are called @dfn{special}.  The generic predicates
739 @code{address_operand} and @code{pmode_register_operand} are special
740 predicates.  @command{genrecog} does not do any optimizations or
741 diagnosis when special predicates are used.
743 @menu
744 * Machine-Independent Predicates::  Predicates available to all back ends.
745 * Defining Predicates::             How to write machine-specific predicate
746                                     functions.
747 @end menu
749 @node Machine-Independent Predicates
750 @subsection Machine-Independent Predicates
751 @cindex machine-independent predicates
752 @cindex generic predicates
754 These are the generic predicates available to all back ends.  They are
755 defined in @file{recog.c}.  The first category of predicates allow
756 only constant, or @dfn{immediate}, operands.
758 @defun immediate_operand
759 This predicate allows any sort of constant that fits in @var{mode}.
760 It is an appropriate choice for instructions that take operands that
761 must be constant.
762 @end defun
764 @defun const_int_operand
765 This predicate allows any @code{CONST_INT} expression that fits in
766 @var{mode}.  It is an appropriate choice for an immediate operand that
767 does not allow a symbol or label.
768 @end defun
770 @defun const_double_operand
771 This predicate accepts any @code{CONST_DOUBLE} expression that has
772 exactly @var{mode}.  If @var{mode} is @code{VOIDmode}, it will also
773 accept @code{CONST_INT}.  It is intended for immediate floating point
774 constants.
775 @end defun
777 @noindent
778 The second category of predicates allow only some kind of machine
779 register.
781 @defun register_operand
782 This predicate allows any @code{REG} or @code{SUBREG} expression that
783 is valid for @var{mode}.  It is often suitable for arithmetic
784 instruction operands on a RISC machine.
785 @end defun
787 @defun pmode_register_operand
788 This is a slight variant on @code{register_operand} which works around
789 a limitation in the machine-description reader.
791 @smallexample
792 (match_operand @var{n} "pmode_register_operand" @var{constraint})
793 @end smallexample
795 @noindent
796 means exactly what
798 @smallexample
799 (match_operand:P @var{n} "register_operand" @var{constraint})
800 @end smallexample
802 @noindent
803 would mean, if the machine-description reader accepted @samp{:P}
804 mode suffixes.  Unfortunately, it cannot, because @code{Pmode} is an
805 alias for some other mode, and might vary with machine-specific
806 options.  @xref{Misc}.
807 @end defun
809 @defun scratch_operand
810 This predicate allows hard registers and @code{SCRATCH} expressions,
811 but not pseudo-registers.  It is used internally by @code{match_scratch};
812 it should not be used directly.
813 @end defun
815 @noindent
816 The third category of predicates allow only some kind of memory reference.
818 @defun memory_operand
819 This predicate allows any valid reference to a quantity of mode
820 @var{mode} in memory, as determined by the weak form of
821 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS} (@pxref{Addressing Modes}).
822 @end defun
824 @defun address_operand
825 This predicate is a little unusual; it allows any operand that is a
826 valid expression for the @emph{address} of a quantity of mode
827 @var{mode}, again determined by the weak form of
828 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS}.  To first order, if
829 @samp{@w{(mem:@var{mode} (@var{exp}))}} is acceptable to
830 @code{memory_operand}, then @var{exp} is acceptable to
831 @code{address_operand}.  Note that @var{exp} does not necessarily have
832 the mode @var{mode}.
833 @end defun
835 @defun indirect_operand
836 This is a stricter form of @code{memory_operand} which allows only
837 memory references with a @code{general_operand} as the address
838 expression.  New uses of this predicate are discouraged, because
839 @code{general_operand} is very permissive, so it's hard to tell what
840 an @code{indirect_operand} does or does not allow.  If a target has
841 different requirements for memory operands for different instructions,
842 it is better to define target-specific predicates which enforce the
843 hardware's requirements explicitly.
844 @end defun
846 @defun push_operand
847 This predicate allows a memory reference suitable for pushing a value
848 onto the stack.  This will be a @code{MEM} which refers to
849 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address expression
850 (@pxref{Incdec}); which one is determined by the
851 @code{STACK_PUSH_CODE} macro (@pxref{Frame Layout}).
852 @end defun
854 @defun pop_operand
855 This predicate allows a memory reference suitable for popping a value
856 off the stack.  Again, this will be a @code{MEM} referring to
857 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address
858 expression.  However, this time @code{STACK_POP_CODE} is expected.
859 @end defun
861 @noindent
862 The fourth category of predicates allow some combination of the above
863 operands.
865 @defun nonmemory_operand
866 This predicate allows any immediate or register operand valid for @var{mode}.
867 @end defun
869 @defun nonimmediate_operand
870 This predicate allows any register or memory operand valid for @var{mode}.
871 @end defun
873 @defun general_operand
874 This predicate allows any immediate, register, or memory operand
875 valid for @var{mode}.
876 @end defun
878 @noindent
879 Finally, there are two generic operator predicates.
881 @defun comparison_operator
882 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
883 comparison in @var{mode}; that is, @code{COMPARISON_P} is true for the
884 expression code.
885 @end defun
887 @defun ordered_comparison_operator
888 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
889 comparison in @var{mode} and whose expression code is valid for integer
890 modes; that is, the expression code will be one of @code{eq}, @code{ne},
891 @code{lt}, @code{ltu}, @code{le}, @code{leu}, @code{gt}, @code{gtu},
892 @code{ge}, @code{geu}.
893 @end defun
895 @node Defining Predicates
896 @subsection Defining Machine-Specific Predicates
897 @cindex defining predicates
898 @findex define_predicate
899 @findex define_special_predicate
901 Many machines have requirements for their operands that cannot be
902 expressed precisely using the generic predicates.  You can define
903 additional predicates using @code{define_predicate} and
904 @code{define_special_predicate} expressions.  These expressions have
905 three operands:
907 @itemize @bullet
908 @item
909 The name of the predicate, as it will be referred to in
910 @code{match_operand} or @code{match_operator} expressions.
912 @item
913 An RTL expression which evaluates to true if the predicate allows the
914 operand @var{op}, false if it does not.  This expression can only use
915 the following RTL codes:
917 @table @code
918 @item MATCH_OPERAND
919 When written inside a predicate expression, a @code{MATCH_OPERAND}
920 expression evaluates to true if the predicate it names would allow
921 @var{op}.  The operand number and constraint are ignored.  Due to
922 limitations in @command{genrecog}, you can only refer to generic
923 predicates and predicates that have already been defined.
925 @item MATCH_CODE
926 This expression evaluates to true if @var{op} or a specified
927 subexpression of @var{op} has one of a given list of RTX codes.
929 The first operand of this expression is a string constant containing a
930 comma-separated list of RTX code names (in lower case).  These are the
931 codes for which the @code{MATCH_CODE} will be true.
933 The second operand is a string constant which indicates what
934 subexpression of @var{op} to examine.  If it is absent or the empty
935 string, @var{op} itself is examined.  Otherwise, the string constant
936 must be a sequence of digits and/or lowercase letters.  Each character
937 indicates a subexpression to extract from the current expression; for
938 the first character this is @var{op}, for the second and subsequent
939 characters it is the result of the previous character.  A digit
940 @var{n} extracts @samp{@w{XEXP (@var{e}, @var{n})}}; a letter @var{l}
941 extracts @samp{@w{XVECEXP (@var{e}, 0, @var{n})}} where @var{n} is the
942 alphabetic ordinal of @var{l} (0 for `a', 1 for 'b', and so on).  The
943 @code{MATCH_CODE} then examines the RTX code of the subexpression
944 extracted by the complete string.  It is not possible to extract
945 components of an @code{rtvec} that is not at position 0 within its RTX
946 object.
948 @item MATCH_TEST
949 This expression has one operand, a string constant containing a C
950 expression.  The predicate's arguments, @var{op} and @var{mode}, are
951 available with those names in the C expression.  The @code{MATCH_TEST}
952 evaluates to true if the C expression evaluates to a nonzero value.
953 @code{MATCH_TEST} expressions must not have side effects.
955 @item  AND
956 @itemx IOR
957 @itemx NOT
958 @itemx IF_THEN_ELSE
959 The basic @samp{MATCH_} expressions can be combined using these
960 logical operators, which have the semantics of the C operators
961 @samp{&&}, @samp{||}, @samp{!}, and @samp{@w{? :}} respectively.  As
962 in Common Lisp, you may give an @code{AND} or @code{IOR} expression an
963 arbitrary number of arguments; this has exactly the same effect as
964 writing a chain of two-argument @code{AND} or @code{IOR} expressions.
965 @end table
967 @item
968 An optional block of C code, which should execute
969 @samp{@w{return true}} if the predicate is found to match and
970 @samp{@w{return false}} if it does not.  It must not have any side
971 effects.  The predicate arguments, @var{op} and @var{mode}, are
972 available with those names.
974 If a code block is present in a predicate definition, then the RTL
975 expression must evaluate to true @emph{and} the code block must
976 execute @samp{@w{return true}} for the predicate to allow the operand.
977 The RTL expression is evaluated first; do not re-check anything in the
978 code block that was checked in the RTL expression.
979 @end itemize
981 The program @command{genrecog} scans @code{define_predicate} and
982 @code{define_special_predicate} expressions to determine which RTX
983 codes are possibly allowed.  You should always make this explicit in
984 the RTL predicate expression, using @code{MATCH_OPERAND} and
985 @code{MATCH_CODE}.
987 Here is an example of a simple predicate definition, from the IA64
988 machine description:
990 @smallexample
991 @group
992 ;; @r{True if @var{op} is a @code{SYMBOL_REF} which refers to the sdata section.}
993 (define_predicate "small_addr_symbolic_operand"
994   (and (match_code "symbol_ref")
995        (match_test "SYMBOL_REF_SMALL_ADDR_P (op)")))
996 @end group
997 @end smallexample
999 @noindent
1000 And here is another, showing the use of the C block.
1002 @smallexample
1003 @group
1004 ;; @r{True if @var{op} is a register operand that is (or could be) a GR reg.}
1005 (define_predicate "gr_register_operand"
1006   (match_operand 0 "register_operand")
1008   unsigned int regno;
1009   if (GET_CODE (op) == SUBREG)
1010     op = SUBREG_REG (op);
1012   regno = REGNO (op);
1013   return (regno >= FIRST_PSEUDO_REGISTER || GENERAL_REGNO_P (regno));
1015 @end group
1016 @end smallexample
1018 Predicates written with @code{define_predicate} automatically include
1019 a test that @var{mode} is @code{VOIDmode}, or @var{op} has the same
1020 mode as @var{mode}, or @var{op} is a @code{CONST_INT} or
1021 @code{CONST_DOUBLE}.  They do @emph{not} check specifically for
1022 integer @code{CONST_DOUBLE}, nor do they test that the value of either
1023 kind of constant fits in the requested mode.  This is because
1024 target-specific predicates that take constants usually have to do more
1025 stringent value checks anyway.  If you need the exact same treatment
1026 of @code{CONST_INT} or @code{CONST_DOUBLE} that the generic predicates
1027 provide, use a @code{MATCH_OPERAND} subexpression to call
1028 @code{const_int_operand}, @code{const_double_operand}, or
1029 @code{immediate_operand}.
1031 Predicates written with @code{define_special_predicate} do not get any
1032 automatic mode checks, and are treated as having special mode handling
1033 by @command{genrecog}.
1035 The program @command{genpreds} is responsible for generating code to
1036 test predicates.  It also writes a header file containing function
1037 declarations for all machine-specific predicates.  It is not necessary
1038 to declare these predicates in @file{@var{cpu}-protos.h}.
1039 @end ifset
1041 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
1042 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the internals
1043 @c manual's context are conditionalized to appear only in the internals manual.
1044 @ifset INTERNALS
1045 @node Constraints
1046 @section Operand Constraints
1047 @cindex operand constraints
1048 @cindex constraints
1050 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify
1051 constraints for the operands allowed.  The constraints allow you to
1052 fine-tune matching within the set of operands allowed by the
1053 predicate.
1055 @end ifset
1056 @ifclear INTERNALS
1057 @node Constraints
1058 @section Constraints for @code{asm} Operands
1059 @cindex operand constraints, @code{asm}
1060 @cindex constraints, @code{asm}
1061 @cindex @code{asm} constraints
1063 Here are specific details on what constraint letters you can use with
1064 @code{asm} operands.
1065 @end ifclear
1066 Constraints can say whether
1067 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
1068 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
1069 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
1070 have.  Constraints can also require two operands to match.
1071 Side-effects aren't allowed in operands of inline @code{asm}, unless
1072 @samp{<} or @samp{>} constraints are used, because there is no guarantee
1073 that the side-effects will happen exactly once in an instruction that can update
1074 the addressing register.
1076 @ifset INTERNALS
1077 @menu
1078 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1079 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1080 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
1081 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1082 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
1083 * Disable Insn Alternatives:: Disable insn alternatives using the @code{enabled} attribute.
1084 * Define Constraints::  How to define machine-specific constraints.
1085 * C Constraint Interface:: How to test constraints from C code.
1086 @end menu
1087 @end ifset
1089 @ifclear INTERNALS
1090 @menu
1091 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1092 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1093 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1094 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
1095 @end menu
1096 @end ifclear
1098 @node Simple Constraints
1099 @subsection Simple Constraints
1100 @cindex simple constraints
1102 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
1103 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
1104 the letters that are allowed:
1106 @table @asis
1107 @item whitespace
1108 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
1109 except the first.  This enables each alternative for different operands to
1110 be visually aligned in the machine description even if they have different
1111 number of constraints and modifiers.
1113 @cindex @samp{m} in constraint
1114 @cindex memory references in constraints
1115 @item @samp{m}
1116 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
1117 supports in general.
1118 Note that the letter used for the general memory constraint can be
1119 re-defined by a back end using the @code{TARGET_MEM_CONSTRAINT} macro.
1121 @cindex offsettable address
1122 @cindex @samp{o} in constraint
1123 @item @samp{o}
1124 A memory operand is allowed, but only if the address is
1125 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
1126 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
1127 may be added to the address and the result is also a valid memory
1128 address.
1130 @cindex autoincrement/decrement addressing
1131 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
1132 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
1133 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
1134 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
1135 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
1136 addresses may or may not be offsettable depending on the other
1137 addressing modes that the machine supports.
1139 Note that in an output operand which can be matched by another
1140 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
1141 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
1142 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
1144 @cindex @samp{V} in constraint
1145 @item @samp{V}
1146 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
1147 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
1149 @cindex @samp{<} in constraint
1150 @item @samp{<}
1151 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
1152 postdecrement) is allowed.  In inline @code{asm} this constraint is only
1153 allowed if the operand is used exactly once in an instruction that can
1154 handle the side-effects.  Not using an operand with @samp{<} in constraint
1155 string in the inline @code{asm} pattern at all or using it in multiple
1156 instructions isn't valid, because the side-effects wouldn't be performed
1157 or would be performed more than once.  Furthermore, on some targets
1158 the operand with @samp{<} in constraint string must be accompanied by
1159 special instruction suffixes like @code{%U0} instruction suffix on PowerPC
1160 or @code{%P0} on IA-64.
1162 @cindex @samp{>} in constraint
1163 @item @samp{>}
1164 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
1165 postincrement) is allowed.  In inline @code{asm} the same restrictions
1166 as for @samp{<} apply.
1168 @cindex @samp{r} in constraint
1169 @cindex registers in constraints
1170 @item @samp{r}
1171 A register operand is allowed provided that it is in a general
1172 register.
1174 @cindex constants in constraints
1175 @cindex @samp{i} in constraint
1176 @item @samp{i}
1177 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
1178 This includes symbolic constants whose values will be known only at
1179 assembly time or later.
1181 @cindex @samp{n} in constraint
1182 @item @samp{n}
1183 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
1184 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
1185 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
1186 rather than @samp{i}.
1188 @cindex @samp{I} in constraint
1189 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
1190 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
1191 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
1192 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
1193 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
1194 This is the range permitted as a shift count in the shift
1195 instructions.
1197 @cindex @samp{E} in constraint
1198 @item @samp{E}
1199 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
1200 allowed, but only if the target floating point format is the same as
1201 that of the host machine (on which the compiler is running).
1203 @cindex @samp{F} in constraint
1204 @item @samp{F}
1205 An immediate floating operand (expression code @code{const_double} or
1206 @code{const_vector}) is allowed.
1208 @cindex @samp{G} in constraint
1209 @cindex @samp{H} in constraint
1210 @item @samp{G}, @samp{H}
1211 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
1212 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
1214 @cindex @samp{s} in constraint
1215 @item @samp{s}
1216 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
1217 allowed.
1219 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
1220 value not known at compile time, it certainly must allow any known
1221 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
1222 better code to be generated.
1224 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
1225 use an immediate operand; but if the immediate value is between @minus{}128
1226 and 127, better code results from loading the value into a register and
1227 using the register.  This is because the load into the register can be
1228 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
1229 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
1230 range @minus{}128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
1231 constraints.
1233 @cindex @samp{g} in constraint
1234 @item @samp{g}
1235 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
1236 registers that are not general registers.
1238 @cindex @samp{X} in constraint
1239 @item @samp{X}
1240 @ifset INTERNALS
1241 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
1242 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
1243 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
1244 require a scratch register.
1245 @end ifset
1246 @ifclear INTERNALS
1247 Any operand whatsoever is allowed.
1248 @end ifclear
1250 @cindex @samp{0} in constraint
1251 @cindex digits in constraint
1252 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
1253 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
1254 digit is used together with letters within the same alternative, the
1255 digit should come last.
1257 This number is allowed to be more than a single digit.  If multiple
1258 digits are encountered consecutively, they are interpreted as a single
1259 decimal integer.  There is scant chance for ambiguity, since to-date
1260 it has never been desirable that @samp{10} be interpreted as matching
1261 either operand 1 @emph{or} operand 0.  Should this be desired, one
1262 can use multiple alternatives instead.
1264 @cindex matching constraint
1265 @cindex constraint, matching
1266 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
1267 that the assembler has only a single operand that fills two roles
1268 @ifset INTERNALS
1269 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
1270 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
1271 @end ifset
1272 @ifclear INTERNALS
1273 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
1274 two input operands and an output operand, but on most CISC
1275 @end ifclear
1276 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
1277 input-output operand:
1279 @smallexample
1280 addl #35,r12
1281 @end smallexample
1283 Matching constraints are used in these circumstances.
1284 More precisely, the two operands that match must include one input-only
1285 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
1286 smaller number than the number of the operand that uses it in the
1287 constraint.
1289 @ifset INTERNALS
1290 For operands to match in a particular case usually means that they
1291 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
1292 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
1293 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
1294 For proper results in such cases, the output template should always
1295 use the output-operand's number when printing the operand.
1296 @end ifset
1298 @cindex load address instruction
1299 @cindex push address instruction
1300 @cindex address constraints
1301 @cindex @samp{p} in constraint
1302 @item @samp{p}
1303 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
1304 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
1306 @findex address_operand
1307 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
1308 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
1309 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
1310 reference for which the address would be valid.
1312 @cindex other register constraints
1313 @cindex extensible constraints
1314 @item @var{other-letters}
1315 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
1316 particular classes of registers or other arbitrary operand types.
1317 @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are defined on the 68000/68020 to stand
1318 for data, address and floating point registers.
1319 @end table
1321 @ifset INTERNALS
1322 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
1323 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
1324 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
1325 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
1326 done by copying an operand into a register.
1328 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
1330 @smallexample
1331 (define_insn ""
1332   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1333         (plus:SI (match_dup 0)
1334                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
1335   ""
1336   "@dots{}")
1337 @end smallexample
1339 @noindent
1340 which has two operands, one of which must appear in two places, and
1342 @smallexample
1343 (define_insn ""
1344   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1345         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
1346                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
1347   ""
1348   "@dots{}")
1349 @end smallexample
1351 @noindent
1352 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
1353 identical.  If we are considering an insn of the form
1355 @smallexample
1356 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
1357   (set (reg:SI 3)
1358        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
1359   @dots{})
1360 @end smallexample
1362 @noindent
1363 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
1364 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
1365 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns''.
1366 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
1367 is something wrong with it''.  It would direct the reload pass of the
1368 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
1369 results might look like this:
1371 @smallexample
1372 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
1373   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
1374   @dots{})
1376 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
1377   (set (reg:SI 3)
1378        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
1379   @dots{})
1380 @end smallexample
1382 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
1383 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
1384 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
1385 for each possible combination of operand expressions, have at least one
1386 alternative which can handle that combination of operands.)  The
1387 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
1388 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
1389 reloading any possible operand so that it will fit.
1391 @itemize @bullet
1392 @item
1393 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
1394 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
1396 For example, an operand whose constraints permit everything except
1397 registers is safe provided its predicate rejects registers.
1399 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
1400 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
1401 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
1402 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
1403 more selective.
1405 @item
1406 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
1407 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
1408 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
1409 compiler knows how to copy a register into another register of the
1410 proper class in order to make an instruction valid.
1412 @cindex nonoffsettable memory reference
1413 @cindex memory reference, nonoffsettable
1414 @item
1415 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
1416 address into a register.  So if the constraint uses the letter
1417 @samp{o}, all memory references are taken care of.
1419 @item
1420 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
1421 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1422 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1423 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1425 @item
1426 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1427 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1428 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1429 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1430 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1431 objects allowed by the constraint.
1432 @end itemize
1434 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1435 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1436 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1437 how to copy a register temporarily into memory.
1439 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1440 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1441 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1442 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1443 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1444 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1445 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1446 @code{sign_extend}.
1447 @end ifset
1449 @node Multi-Alternative
1450 @subsection Multiple Alternative Constraints
1451 @cindex multiple alternative constraints
1453 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1454 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1455 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1456 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1457 another.
1459 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1460 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1461 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1462 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1463 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1464 @ifset INTERNALS
1465 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1467 @smallexample
1468 (define_insn "iorsi3"
1469   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1470         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1471                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1472   @dots{})
1473 @end smallexample
1475 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1476 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1477 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1478 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1479 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1480 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1481 @end ifset
1483 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1484 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1485 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1486 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1487 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1488 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1489 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1491 @table @code
1492 @cindex @samp{?} in constraint
1493 @cindex question mark
1494 @item ?
1495 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1496 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1497 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1498 in it.
1500 @cindex @samp{!} in constraint
1501 @cindex exclamation point
1502 @item !
1503 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1504 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1505 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1506 @end table
1508 @ifset INTERNALS
1509 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1510 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1511 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1512 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1513 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1514 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1515 @end ifset
1517 @ifset INTERNALS
1518 @node Class Preferences
1519 @subsection Register Class Preferences
1520 @cindex class preference constraints
1521 @cindex register class preference constraints
1523 @cindex voting between constraint alternatives
1524 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1525 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1526 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1527 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1528 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1529 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1530 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1531 favor of a general register.  The machine description says which registers
1532 are considered general.
1534 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1535 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1536 @end ifset
1538 @node Modifiers
1539 @subsection Constraint Modifier Characters
1540 @cindex modifiers in constraints
1541 @cindex constraint modifier characters
1543 @c prevent bad page break with this line
1544 Here are constraint modifier characters.
1546 @table @samp
1547 @cindex @samp{=} in constraint
1548 @item =
1549 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1550 value is discarded and replaced by output data.
1552 @cindex @samp{+} in constraint
1553 @item +
1554 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1556 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1557 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1558 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1559 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1560 are assumed to be input only.
1562 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1563 first character of the constraint string.
1565 @cindex @samp{&} in constraint
1566 @cindex earlyclobber operand
1567 @item &
1568 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1569 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1570 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1571 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1572 address.
1574 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1575 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1576 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1577 @samp{movdf} insn of the 68000.
1579 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only
1580 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1581 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1582 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber.
1583 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM@.
1585 Furthermore, if the @dfn{earlyclobber} operand is also read/write operand, then
1586 that operand is modified only after it's used.
1588 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=} or @samp{+}.
1590 @cindex @samp{%} in constraint
1591 @item %
1592 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1593 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1594 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1595 constraints.  @samp{%} applies to all alternatives and must appear as
1596 the first character in the constraint.  Only input operands can use
1597 @samp{%}.
1599 @ifset INTERNALS
1600 This is often used in patterns for addition instructions
1601 that really have only two operands: the result must go in one of the
1602 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1603 instruction is defined:
1605 @smallexample
1606 (define_insn "addhi3"
1607   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1608      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1609               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1610   @dots{})
1611 @end smallexample
1612 @end ifset
1613 GCC can only handle one commutative pair in an asm; if you use more,
1614 the compiler may fail.  Note that you need not use the modifier if
1615 the two alternatives are strictly identical; this would only waste
1616 time in the reload pass.  The modifier is not operational after
1617 register allocation, so the result of @code{define_peephole2}
1618 and @code{define_split}s performed after reload cannot rely on
1619 @samp{%} to make the intended insn match.
1621 @cindex @samp{#} in constraint
1622 @item #
1623 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1624 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1625 register preferences.
1627 @cindex @samp{*} in constraint
1628 @item *
1629 Says that the following character should be ignored when choosing
1630 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1631 constraint as a constraint, and no effect on reloading.  For LRA
1632 @samp{*} additionally disparages slightly the alternative if the
1633 following character matches the operand.
1635 @ifset INTERNALS
1636 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1637 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1638 copying it into an address register.  While either kind of register is
1639 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1640 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1641 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1642 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1643 register preferences.
1645 @smallexample
1646 (define_insn "extendhisi2"
1647   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1648         (sign_extend:SI
1649          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1650   @dots{})
1651 @end smallexample
1652 @end ifset
1653 @end table
1655 @node Machine Constraints
1656 @subsection Constraints for Particular Machines
1657 @cindex machine specific constraints
1658 @cindex constraints, machine specific
1660 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1661 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1662 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1663 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1664 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1665 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1666 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1667 immediate-constant format.
1669 Each architecture defines additional constraints.  These constraints
1670 are used by the compiler itself for instruction generation, as well as
1671 for @code{asm} statements; therefore, some of the constraints are not
1672 particularly useful for @code{asm}.  Here is a summary of some of the
1673 machine-dependent constraints available on some particular machines;
1674 it includes both constraints that are useful for @code{asm} and
1675 constraints that aren't.  The compiler source file mentioned in the
1676 table heading for each architecture is the definitive reference for
1677 the meanings of that architecture's constraints.
1679 @table @emph
1680 @item AArch64 family---@file{config/aarch64/constraints.md}
1681 @table @code
1682 @item k
1683 The stack pointer register (@code{SP})
1685 @item w
1686 Floating point or SIMD vector register
1688 @item I
1689 Integer constant that is valid as an immediate operand in an @code{ADD}
1690 instruction
1692 @item J
1693 Integer constant that is valid as an immediate operand in a @code{SUB}
1694 instruction (once negated)
1696 @item K
1697 Integer constant that can be used with a 32-bit logical instruction
1699 @item L
1700 Integer constant that can be used with a 64-bit logical instruction
1702 @item M
1703 Integer constant that is valid as an immediate operand in a 32-bit @code{MOV}
1704 pseudo instruction. The @code{MOV} may be assembled to one of several different
1705 machine instructions depending on the value
1707 @item N
1708 Integer constant that is valid as an immediate operand in a 64-bit @code{MOV}
1709 pseudo instruction
1711 @item S
1712 An absolute symbolic address or a label reference
1714 @item Y
1715 Floating point constant zero
1717 @item Z
1718 Integer constant zero
1720 @item Ush
1721 The high part (bits 12 and upwards) of the pc-relative address of a symbol
1722 within 4GB of the instruction
1724 @item Q
1725 A memory address which uses a single base register with no offset
1727 @item Ump
1728 A memory address suitable for a load/store pair instruction in SI, DI, SF and
1729 DF modes
1731 @end table
1734 @item ARC ---@file{config/arc/constraints.md}
1735 @table @code
1736 @item q
1737 Registers usable in ARCompact 16-bit instructions: @code{r0}-@code{r3},
1738 @code{r12}-@code{r15}.  This constraint can only match when the @option{-mq}
1739 option is in effect.
1741 @item e
1742 Registers usable as base-regs of memory addresses in ARCompact 16-bit memory
1743 instructions: @code{r0}-@code{r3}, @code{r12}-@code{r15}, @code{sp}.
1744 This constraint can only match when the @option{-mq}
1745 option is in effect.
1746 @item D
1747 ARC FPX (dpfp) 64-bit registers. @code{D0}, @code{D1}.
1749 @item I
1750 A signed 12-bit integer constant.
1752 @item Cal
1753 constant for arithmetic/logical operations.  This might be any constant
1754 that can be put into a long immediate by the assmbler or linker without
1755 involving a PIC relocation.
1757 @item K
1758 A 3-bit unsigned integer constant.
1760 @item L
1761 A 6-bit unsigned integer constant.
1763 @item CnL
1764 One's complement of a 6-bit unsigned integer constant.
1766 @item CmL
1767 Two's complement of a 6-bit unsigned integer constant.
1769 @item M
1770 A 5-bit unsigned integer constant.
1772 @item O
1773 A 7-bit unsigned integer constant.
1775 @item P
1776 A 8-bit unsigned integer constant.
1778 @item H
1779 Any const_double value.
1780 @end table
1782 @item ARM family---@file{config/arm/constraints.md}
1783 @table @code
1784 @item w
1785 VFP floating-point register
1787 @item G
1788 The floating-point constant 0.0
1790 @item I
1791 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1792 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1793 multiple of 2
1795 @item J
1796 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1798 @item K
1799 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1801 @item L
1802 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1804 @item M
1805 Integer in the range 0 to 32
1807 @item Q
1808 A memory reference where the exact address is in a single register
1809 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1811 @item R
1812 An item in the constant pool
1814 @item S
1815 A symbol in the text segment of the current file
1817 @item Uv
1818 A memory reference suitable for VFP load/store insns (reg+constant offset)
1820 @item Uy
1821 A memory reference suitable for iWMMXt load/store instructions.
1823 @item Uq
1824 A memory reference suitable for the ARMv4 ldrsb instruction.
1825 @end table
1827 @item AVR family---@file{config/avr/constraints.md}
1828 @table @code
1829 @item l
1830 Registers from r0 to r15
1832 @item a
1833 Registers from r16 to r23
1835 @item d
1836 Registers from r16 to r31
1838 @item w
1839 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1841 @item e
1842 Pointer register (r26--r31)
1844 @item b
1845 Base pointer register (r28--r31)
1847 @item q
1848 Stack pointer register (SPH:SPL)
1850 @item t
1851 Temporary register r0
1853 @item x
1854 Register pair X (r27:r26)
1856 @item y
1857 Register pair Y (r29:r28)
1859 @item z
1860 Register pair Z (r31:r30)
1862 @item I
1863 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1865 @item J
1866 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1868 @item K
1869 Constant integer 2
1871 @item L
1872 Constant integer 0
1874 @item M
1875 Constant that fits in 8 bits
1877 @item N
1878 Constant integer @minus{}1
1880 @item O
1881 Constant integer 8, 16, or 24
1883 @item P
1884 Constant integer 1
1886 @item G
1887 A floating point constant 0.0
1889 @item Q
1890 A memory address based on Y or Z pointer with displacement.
1891 @end table
1893 @item Epiphany---@file{config/epiphany/constraints.md}
1894 @table @code
1895 @item U16
1896 An unsigned 16-bit constant.
1898 @item K
1899 An unsigned 5-bit constant.
1901 @item L
1902 A signed 11-bit constant.
1904 @item Cm1
1905 A signed 11-bit constant added to @minus{}1.
1906 Can only match when the @option{-m1reg-@var{reg}} option is active.
1908 @item Cl1
1909 Left-shift of @minus{}1, i.e., a bit mask with a block of leading ones, the rest
1910 being a block of trailing zeroes.
1911 Can only match when the @option{-m1reg-@var{reg}} option is active.
1913 @item Cr1
1914 Right-shift of @minus{}1, i.e., a bit mask with a trailing block of ones, the
1915 rest being zeroes.  Or to put it another way, one less than a power of two.
1916 Can only match when the @option{-m1reg-@var{reg}} option is active.
1918 @item Cal
1919 Constant for arithmetic/logical operations.
1920 This is like @code{i}, except that for position independent code,
1921 no symbols / expressions needing relocations are allowed.
1923 @item Csy
1924 Symbolic constant for call/jump instruction.
1926 @item Rcs
1927 The register class usable in short insns.  This is a register class
1928 constraint, and can thus drive register allocation.
1929 This constraint won't match unless @option{-mprefer-short-insn-regs} is
1930 in effect.
1932 @item Rsc
1933 The the register class of registers that can be used to hold a
1934 sibcall call address.  I.e., a caller-saved register.
1936 @item Rct
1937 Core control register class.
1939 @item Rgs
1940 The register group usable in short insns.
1941 This constraint does not use a register class, so that it only
1942 passively matches suitable registers, and doesn't drive register allocation.
1944 @ifset INTERNALS
1945 @item Car
1946 Constant suitable for the addsi3_r pattern.  This is a valid offset
1947 For byte, halfword, or word addressing.
1948 @end ifset
1950 @item Rra
1951 Matches the return address if it can be replaced with the link register.
1953 @item Rcc
1954 Matches the integer condition code register.
1956 @item Sra
1957 Matches the return address if it is in a stack slot.
1959 @item Cfm
1960 Matches control register values to switch fp mode, which are encapsulated in
1961 @code{UNSPEC_FP_MODE}.
1962 @end table
1964 @item CR16 Architecture---@file{config/cr16/cr16.h}
1965 @table @code
1967 @item b
1968 Registers from r0 to r14 (registers without stack pointer)
1970 @item t
1971 Register from r0 to r11 (all 16-bit registers)
1973 @item p
1974 Register from r12 to r15 (all 32-bit registers)
1976 @item I
1977 Signed constant that fits in 4 bits
1979 @item J
1980 Signed constant that fits in 5 bits
1982 @item K
1983 Signed constant that fits in 6 bits
1985 @item L
1986 Unsigned constant that fits in 4 bits
1988 @item M
1989 Signed constant that fits in 32 bits
1991 @item N
1992 Check for 64 bits wide constants for add/sub instructions
1994 @item G
1995 Floating point constant that is legal for store immediate
1996 @end table
1998 @item Hewlett-Packard PA-RISC---@file{config/pa/pa.h}
1999 @table @code
2000 @item a
2001 General register 1
2003 @item f
2004 Floating point register
2006 @item q
2007 Shift amount register
2009 @item x
2010 Floating point register (deprecated)
2012 @item y
2013 Upper floating point register (32-bit), floating point register (64-bit)
2015 @item Z
2016 Any register
2018 @item I
2019 Signed 11-bit integer constant
2021 @item J
2022 Signed 14-bit integer constant
2024 @item K
2025 Integer constant that can be deposited with a @code{zdepi} instruction
2027 @item L
2028 Signed 5-bit integer constant
2030 @item M
2031 Integer constant 0
2033 @item N
2034 Integer constant that can be loaded with a @code{ldil} instruction
2036 @item O
2037 Integer constant whose value plus one is a power of 2
2039 @item P
2040 Integer constant that can be used for @code{and} operations in @code{depi}
2041 and @code{extru} instructions
2043 @item S
2044 Integer constant 31
2046 @item U
2047 Integer constant 63
2049 @item G
2050 Floating-point constant 0.0
2052 @item A
2053 A @code{lo_sum} data-linkage-table memory operand
2055 @item Q
2056 A memory operand that can be used as the destination operand of an
2057 integer store instruction
2059 @item R
2060 A scaled or unscaled indexed memory operand
2062 @item T
2063 A memory operand for floating-point loads and stores
2065 @item W
2066 A register indirect memory operand
2067 @end table
2069 @item picoChip family---@file{picochip.h}
2070 @table @code
2071 @item k
2072 Stack register.
2074 @item f
2075 Pointer register.  A register which can be used to access memory without
2076 supplying an offset.  Any other register can be used to access memory,
2077 but will need a constant offset.  In the case of the offset being zero,
2078 it is more efficient to use a pointer register, since this reduces code
2079 size.
2081 @item t
2082 A twin register.  A register which may be paired with an adjacent
2083 register to create a 32-bit register.
2085 @item a
2086 Any absolute memory address (e.g., symbolic constant, symbolic
2087 constant + offset).
2089 @item I
2090 4-bit signed integer.
2092 @item J
2093 4-bit unsigned integer.
2095 @item K
2096 8-bit signed integer.
2098 @item M
2099 Any constant whose absolute value is no greater than 4-bits.
2101 @item N
2102 10-bit signed integer
2104 @item O
2105 16-bit signed integer.
2107 @end table
2109 @item PowerPC and IBM RS6000---@file{config/rs6000/constraints.md}
2110 @table @code
2111 @item b
2112 Address base register
2114 @item d
2115 Floating point register (containing 64-bit value)
2117 @item f
2118 Floating point register (containing 32-bit value)
2120 @item v
2121 Altivec vector register
2123 @item wa
2124 Any VSX register if the -mvsx option was used or NO_REGS.
2126 @item wd
2127 VSX vector register to hold vector double data or NO_REGS.
2129 @item wf
2130 VSX vector register to hold vector float data or NO_REGS.
2132 @item wg
2133 If @option{-mmfpgpr} was used, a floating point register or NO_REGS.
2135 @item wl
2136 Floating point register if the LFIWAX instruction is enabled or NO_REGS.
2138 @item wm
2139 VSX register if direct move instructions are enabled, or NO_REGS.
2141 @item wn
2142 No register (NO_REGS).
2144 @item wr
2145 General purpose register if 64-bit instructions are enabled or NO_REGS.
2147 @item ws
2148 VSX vector register to hold scalar double values or NO_REGS.
2150 @item wt
2151 VSX vector register to hold 128 bit integer or NO_REGS.
2153 @item wu
2154 Altivec register to use for float/32-bit int loads/stores  or NO_REGS.
2156 @item wv
2157 Altivec register to use for double loads/stores  or NO_REGS.
2159 @item ww
2160 FP or VSX register to perform float operations under @option{-mvsx} or NO_REGS.
2162 @item wx
2163 Floating point register if the STFIWX instruction is enabled or NO_REGS.
2165 @item wy
2166 VSX vector register to hold scalar float values or NO_REGS.
2168 @item wz
2169 Floating point register if the LFIWZX instruction is enabled or NO_REGS.
2171 @item wD
2172 Int constant that is the element number of the 64-bit scalar in a vector.
2174 @item wQ
2175 A memory address that will work with the @code{lq} and @code{stq}
2176 instructions.
2178 @item h
2179 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
2181 @item q
2182 @samp{MQ} register
2184 @item c
2185 @samp{CTR} register
2187 @item l
2188 @samp{LINK} register
2190 @item x
2191 @samp{CR} register (condition register) number 0
2193 @item y
2194 @samp{CR} register (condition register)
2196 @item z
2197 @samp{XER[CA]} carry bit (part of the XER register)
2199 @item I
2200 Signed 16-bit constant
2202 @item J
2203 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
2204 @code{SImode} constants)
2206 @item K
2207 Unsigned 16-bit constant
2209 @item L
2210 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
2212 @item M
2213 Constant larger than 31
2215 @item N
2216 Exact power of 2
2218 @item O
2219 Zero
2221 @item P
2222 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
2224 @item G
2225 Floating point constant that can be loaded into a register with one
2226 instruction per word
2228 @item H
2229 Integer/Floating point constant that can be loaded into a register using
2230 three instructions
2232 @item m
2233 Memory operand.
2234 Normally, @code{m} does not allow addresses that update the base register.
2235 If @samp{<} or @samp{>} constraint is also used, they are allowed and
2236 therefore on PowerPC targets in that case it is only safe
2237 to use @samp{m<>} in an @code{asm} statement if that @code{asm} statement
2238 accesses the operand exactly once.  The @code{asm} statement must also
2239 use @samp{%U@var{<opno>}} as a placeholder for the ``update'' flag in the
2240 corresponding load or store instruction.  For example:
2242 @smallexample
2243 asm ("st%U0 %1,%0" : "=m<>" (mem) : "r" (val));
2244 @end smallexample
2246 is correct but:
2248 @smallexample
2249 asm ("st %1,%0" : "=m<>" (mem) : "r" (val));
2250 @end smallexample
2252 is not.
2254 @item es
2255 A ``stable'' memory operand; that is, one which does not include any
2256 automodification of the base register.  This used to be useful when
2257 @samp{m} allowed automodification of the base register, but as those are now only
2258 allowed when @samp{<} or @samp{>} is used, @samp{es} is basically the same
2259 as @samp{m} without @samp{<} and @samp{>}.
2261 @item Q
2262 Memory operand that is an offset from a register (it is usually better
2263 to use @samp{m} or @samp{es} in @code{asm} statements)
2265 @item Z
2266 Memory operand that is an indexed or indirect from a register (it is
2267 usually better to use @samp{m} or @samp{es} in @code{asm} statements)
2269 @item R
2270 AIX TOC entry
2272 @item a
2273 Address operand that is an indexed or indirect from a register (@samp{p} is
2274 preferable for @code{asm} statements)
2276 @item S
2277 Constant suitable as a 64-bit mask operand
2279 @item T
2280 Constant suitable as a 32-bit mask operand
2282 @item U
2283 System V Release 4 small data area reference
2285 @item t
2286 AND masks that can be performed by two rldic@{l, r@} instructions
2288 @item W
2289 Vector constant that does not require memory
2291 @item j
2292 Vector constant that is all zeros.
2294 @end table
2296 @item Intel 386---@file{config/i386/constraints.md}
2297 @table @code
2298 @item R
2299 Legacy register---the eight integer registers available on all
2300 i386 processors (@code{a}, @code{b}, @code{c}, @code{d},
2301 @code{si}, @code{di}, @code{bp}, @code{sp}).
2303 @item q
2304 Any register accessible as @code{@var{r}l}.  In 32-bit mode, @code{a},
2305 @code{b}, @code{c}, and @code{d}; in 64-bit mode, any integer register.
2307 @item Q
2308 Any register accessible as @code{@var{r}h}: @code{a}, @code{b},
2309 @code{c}, and @code{d}.
2311 @ifset INTERNALS
2312 @item l
2313 Any register that can be used as the index in a base+index memory
2314 access: that is, any general register except the stack pointer.
2315 @end ifset
2317 @item a
2318 The @code{a} register.
2320 @item b
2321 The @code{b} register.
2323 @item c
2324 The @code{c} register.
2326 @item d
2327 The @code{d} register.
2329 @item S
2330 The @code{si} register.
2332 @item D
2333 The @code{di} register.
2335 @item A
2336 The @code{a} and @code{d} registers.  This class is used for instructions
2337 that return double word results in the @code{ax:dx} register pair.  Single
2338 word values will be allocated either in @code{ax} or @code{dx}.
2339 For example on i386 the following implements @code{rdtsc}:
2341 @smallexample
2342 unsigned long long rdtsc (void)
2344   unsigned long long tick;
2345   __asm__ __volatile__("rdtsc":"=A"(tick));
2346   return tick;
2348 @end smallexample
2350 This is not correct on x86_64 as it would allocate tick in either @code{ax}
2351 or @code{dx}.  You have to use the following variant instead:
2353 @smallexample
2354 unsigned long long rdtsc (void)
2356   unsigned int tickl, tickh;
2357   __asm__ __volatile__("rdtsc":"=a"(tickl),"=d"(tickh));
2358   return ((unsigned long long)tickh << 32)|tickl;
2360 @end smallexample
2363 @item f
2364 Any 80387 floating-point (stack) register.
2366 @item t
2367 Top of 80387 floating-point stack (@code{%st(0)}).
2369 @item u
2370 Second from top of 80387 floating-point stack (@code{%st(1)}).
2372 @item y
2373 Any MMX register.
2375 @item x
2376 Any SSE register.
2378 @item Yz
2379 First SSE register (@code{%xmm0}).
2381 @ifset INTERNALS
2382 @item Y2
2383 Any SSE register, when SSE2 is enabled.
2385 @item Yi
2386 Any SSE register, when SSE2 and inter-unit moves are enabled.
2388 @item Ym
2389 Any MMX register, when inter-unit moves are enabled.
2390 @end ifset
2392 @item I
2393 Integer constant in the range 0 @dots{} 31, for 32-bit shifts.
2395 @item J
2396 Integer constant in the range 0 @dots{} 63, for 64-bit shifts.
2398 @item K
2399 Signed 8-bit integer constant.
2401 @item L
2402 @code{0xFF} or @code{0xFFFF}, for andsi as a zero-extending move.
2404 @item M
2405 0, 1, 2, or 3 (shifts for the @code{lea} instruction).
2407 @item N
2408 Unsigned 8-bit integer constant (for @code{in} and @code{out}
2409 instructions).
2411 @ifset INTERNALS
2412 @item O
2413 Integer constant in the range 0 @dots{} 127, for 128-bit shifts.
2414 @end ifset
2416 @item G
2417 Standard 80387 floating point constant.
2419 @item C
2420 Standard SSE floating point constant.
2422 @item e
2423 32-bit signed integer constant, or a symbolic reference known
2424 to fit that range (for immediate operands in sign-extending x86-64
2425 instructions).
2427 @item Z
2428 32-bit unsigned integer constant, or a symbolic reference known
2429 to fit that range (for immediate operands in zero-extending x86-64
2430 instructions).
2432 @end table
2434 @item Intel IA-64---@file{config/ia64/ia64.h}
2435 @table @code
2436 @item a
2437 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
2439 @item b
2440 Branch register
2442 @item c
2443 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
2445 @item d
2446 Application register residing in M-unit
2448 @item e
2449 Application register residing in I-unit
2451 @item f
2452 Floating-point register
2454 @item m
2455 Memory operand.  If used together with @samp{<} or @samp{>},
2456 the operand can have postincrement and postdecrement which
2457 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
2459 @item G
2460 Floating-point constant 0.0 or 1.0
2462 @item I
2463 14-bit signed integer constant
2465 @item J
2466 22-bit signed integer constant
2468 @item K
2469 8-bit signed integer constant for logical instructions
2471 @item L
2472 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
2474 @item M
2475 6-bit unsigned integer constant for shift counts
2477 @item N
2478 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
2480 @item O
2481 The constant zero
2483 @item P
2484 0 or @minus{}1 for @code{dep} instruction
2486 @item Q
2487 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
2489 @item R
2490 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
2492 @item S
2493 Memory operand except postincrement and postdecrement.  This is
2494 now roughly the same as @samp{m} when not used together with @samp{<}
2495 or @samp{>}.
2496 @end table
2498 @item FRV---@file{config/frv/frv.h}
2499 @table @code
2500 @item a
2501 Register in the class @code{ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2503 @item b
2504 Register in the class @code{EVEN_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2506 @item c
2507 Register in the class @code{CC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3} and
2508 @code{icc0} to @code{icc3}).
2510 @item d
2511 Register in the class @code{GPR_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2513 @item e
2514 Register in the class @code{EVEN_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2515 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2516 mode larger than 4 bytes.
2518 @item f
2519 Register in the class @code{FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2521 @item h
2522 Register in the class @code{FEVEN_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2523 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2524 mode larger than 4 bytes.
2526 @item l
2527 Register in the class @code{LR_REG} (the @code{lr} register).
2529 @item q
2530 Register in the class @code{QUAD_REGS} (@code{gr2} to @code{gr63}).
2531 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2532 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2534 @item t
2535 Register in the class @code{ICC_REGS} (@code{icc0} to @code{icc3}).
2537 @item u
2538 Register in the class @code{FCC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3}).
2540 @item v
2541 Register in the class @code{ICR_REGS} (@code{cc4} to @code{cc7}).
2543 @item w
2544 Register in the class @code{FCR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc3}).
2546 @item x
2547 Register in the class @code{QUAD_FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2548 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2549 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2551 @item z
2552 Register in the class @code{SPR_REGS} (@code{lcr} and @code{lr}).
2554 @item A
2555 Register in the class @code{QUAD_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2557 @item B
2558 Register in the class @code{ACCG_REGS} (@code{accg0} to @code{accg7}).
2560 @item C
2561 Register in the class @code{CR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc7}).
2563 @item G
2564 Floating point constant zero
2566 @item I
2567 6-bit signed integer constant
2569 @item J
2570 10-bit signed integer constant
2572 @item L
2573 16-bit signed integer constant
2575 @item M
2576 16-bit unsigned integer constant
2578 @item N
2579 12-bit signed integer constant that is negative---i.e.@: in the
2580 range of @minus{}2048 to @minus{}1
2582 @item O
2583 Constant zero
2585 @item P
2586 12-bit signed integer constant that is greater than zero---i.e.@: in the
2587 range of 1 to 2047.
2589 @end table
2591 @item Blackfin family---@file{config/bfin/constraints.md}
2592 @table @code
2593 @item a
2594 P register
2596 @item d
2597 D register
2599 @item z
2600 A call clobbered P register.
2602 @item q@var{n}
2603 A single register.  If @var{n} is in the range 0 to 7, the corresponding D
2604 register.  If it is @code{A}, then the register P0.
2606 @item D
2607 Even-numbered D register
2609 @item W
2610 Odd-numbered D register
2612 @item e
2613 Accumulator register.
2615 @item A
2616 Even-numbered accumulator register.
2618 @item B
2619 Odd-numbered accumulator register.
2621 @item b
2622 I register
2624 @item v
2625 B register
2627 @item f
2628 M register
2630 @item c
2631 Registers used for circular buffering, i.e. I, B, or L registers.
2633 @item C
2634 The CC register.
2636 @item t
2637 LT0 or LT1.
2639 @item k
2640 LC0 or LC1.
2642 @item u
2643 LB0 or LB1.
2645 @item x
2646 Any D, P, B, M, I or L register.
2648 @item y
2649 Additional registers typically used only in prologues and epilogues: RETS,
2650 RETN, RETI, RETX, RETE, ASTAT, SEQSTAT and USP.
2652 @item w
2653 Any register except accumulators or CC.
2655 @item Ksh
2656 Signed 16 bit integer (in the range @minus{}32768 to 32767)
2658 @item Kuh
2659 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535)
2661 @item Ks7
2662 Signed 7 bit integer (in the range @minus{}64 to 63)
2664 @item Ku7
2665 Unsigned 7 bit integer (in the range 0 to 127)
2667 @item Ku5
2668 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31)
2670 @item Ks4
2671 Signed 4 bit integer (in the range @minus{}8 to 7)
2673 @item Ks3
2674 Signed 3 bit integer (in the range @minus{}3 to 4)
2676 @item Ku3
2677 Unsigned 3 bit integer (in the range 0 to 7)
2679 @item P@var{n}
2680 Constant @var{n}, where @var{n} is a single-digit constant in the range 0 to 4.
2682 @item PA
2683 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2684 use with either accumulator.
2686 @item PB
2687 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2688 use only with accumulator A1.
2690 @item M1
2691 Constant 255.
2693 @item M2
2694 Constant 65535.
2696 @item J
2697 An integer constant with exactly a single bit set.
2699 @item L
2700 An integer constant with all bits set except exactly one.
2702 @item H
2704 @item Q
2705 Any SYMBOL_REF.
2706 @end table
2708 @item M32C---@file{config/m32c/m32c.c}
2709 @table @code
2710 @item Rsp
2711 @itemx Rfb
2712 @itemx Rsb
2713 @samp{$sp}, @samp{$fb}, @samp{$sb}.
2715 @item Rcr
2716 Any control register, when they're 16 bits wide (nothing if control
2717 registers are 24 bits wide)
2719 @item Rcl
2720 Any control register, when they're 24 bits wide.
2722 @item R0w
2723 @itemx R1w
2724 @itemx R2w
2725 @itemx R3w
2726 $r0, $r1, $r2, $r3.
2728 @item R02
2729 $r0 or $r2, or $r2r0 for 32 bit values.
2731 @item R13
2732 $r1 or $r3, or $r3r1 for 32 bit values.
2734 @item Rdi
2735 A register that can hold a 64 bit value.
2737 @item Rhl
2738 $r0 or $r1 (registers with addressable high/low bytes)
2740 @item R23
2741 $r2 or $r3
2743 @item Raa
2744 Address registers
2746 @item Raw
2747 Address registers when they're 16 bits wide.
2749 @item Ral
2750 Address registers when they're 24 bits wide.
2752 @item Rqi
2753 Registers that can hold QI values.
2755 @item Rad
2756 Registers that can be used with displacements ($a0, $a1, $sb).
2758 @item Rsi
2759 Registers that can hold 32 bit values.
2761 @item Rhi
2762 Registers that can hold 16 bit values.
2764 @item Rhc
2765 Registers chat can hold 16 bit values, including all control
2766 registers.
2768 @item Rra
2769 $r0 through R1, plus $a0 and $a1.
2771 @item Rfl
2772 The flags register.
2774 @item Rmm
2775 The memory-based pseudo-registers $mem0 through $mem15.
2777 @item Rpi
2778 Registers that can hold pointers (16 bit registers for r8c, m16c; 24
2779 bit registers for m32cm, m32c).
2781 @item Rpa
2782 Matches multiple registers in a PARALLEL to form a larger register.
2783 Used to match function return values.
2785 @item Is3
2786 @minus{}8 @dots{} 7
2788 @item IS1
2789 @minus{}128 @dots{} 127
2791 @item IS2
2792 @minus{}32768 @dots{} 32767
2794 @item IU2
2795 0 @dots{} 65535
2797 @item In4
2798 @minus{}8 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 8
2800 @item In5
2801 @minus{}16 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 16
2803 @item In6
2804 @minus{}32 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 32
2806 @item IM2
2807 @minus{}65536 @dots{} @minus{}1
2809 @item Ilb
2810 An 8 bit value with exactly one bit set.
2812 @item Ilw
2813 A 16 bit value with exactly one bit set.
2815 @item Sd
2816 The common src/dest memory addressing modes.
2818 @item Sa
2819 Memory addressed using $a0 or $a1.
2821 @item Si
2822 Memory addressed with immediate addresses.
2824 @item Ss
2825 Memory addressed using the stack pointer ($sp).
2827 @item Sf
2828 Memory addressed using the frame base register ($fb).
2830 @item Ss
2831 Memory addressed using the small base register ($sb).
2833 @item S1
2834 $r1h
2835 @end table
2837 @item MeP---@file{config/mep/constraints.md}
2838 @table @code
2840 @item a
2841 The $sp register.
2843 @item b
2844 The $tp register.
2846 @item c
2847 Any control register.
2849 @item d
2850 Either the $hi or the $lo register.
2852 @item em
2853 Coprocessor registers that can be directly loaded ($c0-$c15).
2855 @item ex
2856 Coprocessor registers that can be moved to each other.
2858 @item er
2859 Coprocessor registers that can be moved to core registers.
2861 @item h
2862 The $hi register.
2864 @item j
2865 The $rpc register.
2867 @item l
2868 The $lo register.
2870 @item t
2871 Registers which can be used in $tp-relative addressing.
2873 @item v
2874 The $gp register.
2876 @item x
2877 The coprocessor registers.
2879 @item y
2880 The coprocessor control registers.
2882 @item z
2883 The $0 register.
2885 @item A
2886 User-defined register set A.
2888 @item B
2889 User-defined register set B.
2891 @item C
2892 User-defined register set C.
2894 @item D
2895 User-defined register set D.
2897 @item I
2898 Offsets for $gp-rel addressing.
2900 @item J
2901 Constants that can be used directly with boolean insns.
2903 @item K
2904 Constants that can be moved directly to registers.
2906 @item L
2907 Small constants that can be added to registers.
2909 @item M
2910 Long shift counts.
2912 @item N
2913 Small constants that can be compared to registers.
2915 @item O
2916 Constants that can be loaded into the top half of registers.
2918 @item S
2919 Signed 8-bit immediates.
2921 @item T
2922 Symbols encoded for $tp-rel or $gp-rel addressing.
2924 @item U
2925 Non-constant addresses for loading/saving coprocessor registers.
2927 @item W
2928 The top half of a symbol's value.
2930 @item Y
2931 A register indirect address without offset.
2933 @item Z
2934 Symbolic references to the control bus.
2936 @end table
2938 @item MicroBlaze---@file{config/microblaze/constraints.md}
2939 @table @code
2940 @item d
2941 A general register (@code{r0} to @code{r31}).
2943 @item z
2944 A status register (@code{rmsr}, @code{$fcc1} to @code{$fcc7}).
2946 @end table
2948 @item MIPS---@file{config/mips/constraints.md}
2949 @table @code
2950 @item d
2951 An address register.  This is equivalent to @code{r} unless
2952 generating MIPS16 code.
2954 @item f
2955 A floating-point register (if available).
2957 @item h
2958 Formerly the @code{hi} register.  This constraint is no longer supported.
2960 @item l
2961 The @code{lo} register.  Use this register to store values that are
2962 no bigger than a word.
2964 @item x
2965 The concatenated @code{hi} and @code{lo} registers.  Use this register
2966 to store doubleword values.
2968 @item c
2969 A register suitable for use in an indirect jump.  This will always be
2970 @code{$25} for @option{-mabicalls}.
2972 @item v
2973 Register @code{$3}.  Do not use this constraint in new code;
2974 it is retained only for compatibility with glibc.
2976 @item y
2977 Equivalent to @code{r}; retained for backwards compatibility.
2979 @item z
2980 A floating-point condition code register.
2982 @item I
2983 A signed 16-bit constant (for arithmetic instructions).
2985 @item J
2986 Integer zero.
2988 @item K
2989 An unsigned 16-bit constant (for logic instructions).
2991 @item L
2992 A signed 32-bit constant in which the lower 16 bits are zero.
2993 Such constants can be loaded using @code{lui}.
2995 @item M
2996 A constant that cannot be loaded using @code{lui}, @code{addiu}
2997 or @code{ori}.
2999 @item N
3000 A constant in the range @minus{}65535 to @minus{}1 (inclusive).
3002 @item O
3003 A signed 15-bit constant.
3005 @item P
3006 A constant in the range 1 to 65535 (inclusive).
3008 @item G
3009 Floating-point zero.
3011 @item R
3012 An address that can be used in a non-macro load or store.
3014 @item ZC
3015 When compiling microMIPS code, this constraint matches a memory operand
3016 whose address is formed from a base register and a 12-bit offset.  These
3017 operands can be used for microMIPS instructions such as @code{ll} and
3018 @code{sc}.  When not compiling for microMIPS code, @code{ZC} is
3019 equivalent to @code{R}.
3021 @item ZD
3022 When compiling microMIPS code, this constraint matches an address operand
3023 that is formed from a base register and a 12-bit offset.  These operands
3024 can be used for microMIPS instructions such as @code{prefetch}.  When
3025 not compiling for microMIPS code, @code{ZD} is equivalent to @code{p}.
3026 @end table
3028 @item Motorola 680x0---@file{config/m68k/constraints.md}
3029 @table @code
3030 @item a
3031 Address register
3033 @item d
3034 Data register
3036 @item f
3037 68881 floating-point register, if available
3039 @item I
3040 Integer in the range 1 to 8
3042 @item J
3043 16-bit signed number
3045 @item K
3046 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
3048 @item L
3049 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
3051 @item M
3052 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
3054 @item N
3055 Range 24 to 31, rotatert:SI 8 to 1 expressed as rotate
3057 @item O
3058 16 (for rotate using swap)
3060 @item P
3061 Range 8 to 15, rotatert:HI 8 to 1 expressed as rotate
3063 @item R
3064 Numbers that mov3q can handle
3066 @item G
3067 Floating point constant that is not a 68881 constant
3069 @item S
3070 Operands that satisfy 'm' when -mpcrel is in effect
3072 @item T
3073 Operands that satisfy 's' when -mpcrel is not in effect
3075 @item Q
3076 Address register indirect addressing mode
3078 @item U
3079 Register offset addressing
3081 @item W
3082 const_call_operand
3084 @item Cs
3085 symbol_ref or const
3087 @item Ci
3088 const_int
3090 @item C0
3091 const_int 0
3093 @item Cj
3094 Range of signed numbers that don't fit in 16 bits
3096 @item Cmvq
3097 Integers valid for mvq
3099 @item Capsw
3100 Integers valid for a moveq followed by a swap
3102 @item Cmvz
3103 Integers valid for mvz
3105 @item Cmvs
3106 Integers valid for mvs
3108 @item Ap
3109 push_operand
3111 @item Ac
3112 Non-register operands allowed in clr
3114 @end table
3116 @item Moxie---@file{config/moxie/constraints.md}
3117 @table @code
3118 @item A
3119 An absolute address
3121 @item B
3122 An offset address
3124 @item W
3125 A register indirect memory operand
3127 @item I
3128 A constant in the range of 0 to 255.
3130 @item N
3131 A constant in the range of 0 to @minus{}255.
3133 @end table
3135 @item MSP430--@file{config/msp430/constraints.md}
3136 @table @code
3138 @item R12
3139 Register R12.
3141 @item R13
3142 Register R13.
3144 @item K
3145 Integer constant 1.
3147 @item L
3148 Integer constant -1^20..1^19.
3150 @item M
3151 Integer constant 1-4.
3153 @item Ya
3154 Memory references which do not require an extended MOVX instruction.
3156 @item Yl
3157 Memory reference, labels only.
3159 @item Ys
3160 Memory reference, stack only.
3162 @end table
3164 @item NDS32---@file{config/nds32/constraints.md}
3165 @table @code
3166 @item w
3167 LOW register class $r0 to $r7 constraint for V3/V3M ISA.
3168 @item l
3169 LOW register class $r0 to $r7.
3170 @item d
3171 MIDDLE register class $r0 to $r11, $r16 to $r19.
3172 @item h
3173 HIGH register class $r12 to $r14, $r20 to $r31.
3174 @item t
3175 Temporary assist register $ta (i.e.@: $r15).
3176 @item k
3177 Stack register $sp.
3178 @item Iu03
3179 Unsigned immediate 3-bit value.
3180 @item In03
3181 Negative immediate 3-bit value in the range of @minus{}7--0.
3182 @item Iu04
3183 Unsigned immediate 4-bit value.
3184 @item Is05
3185 Signed immediate 5-bit value.
3186 @item Iu05
3187 Unsigned immediate 5-bit value.
3188 @item In05
3189 Negative immediate 5-bit value in the range of @minus{}31--0.
3190 @item Ip05
3191 Unsigned immediate 5-bit value for movpi45 instruction with range 16--47.
3192 @item Iu06
3193 Unsigned immediate 6-bit value constraint for addri36.sp instruction.
3194 @item Iu08
3195 Unsigned immediate 8-bit value.
3196 @item Iu09
3197 Unsigned immediate 9-bit value.
3198 @item Is10
3199 Signed immediate 10-bit value.
3200 @item Is11
3201 Signed immediate 11-bit value.
3202 @item Is15
3203 Signed immediate 15-bit value.
3204 @item Iu15
3205 Unsigned immediate 15-bit value.
3206 @item Ic15
3207 A constant which is not in the range of imm15u but ok for bclr instruction.
3208 @item Ie15
3209 A constant which is not in the range of imm15u but ok for bset instruction.
3210 @item It15
3211 A constant which is not in the range of imm15u but ok for btgl instruction.
3212 @item Ii15
3213 A constant whose compliment value is in the range of imm15u
3214 and ok for bitci instruction.
3215 @item Is16
3216 Signed immediate 16-bit value.
3217 @item Is17
3218 Signed immediate 17-bit value.
3219 @item Is19
3220 Signed immediate 19-bit value.
3221 @item Is20
3222 Signed immediate 20-bit value.
3223 @item Ihig
3224 The immediate value that can be simply set high 20-bit.
3225 @item Izeb
3226 The immediate value 0xff.
3227 @item Izeh
3228 The immediate value 0xffff.
3229 @item Ixls
3230 The immediate value 0x01.
3231 @item Ix11
3232 The immediate value 0x7ff.
3233 @item Ibms
3234 The immediate value with power of 2.
3235 @item Ifex
3236 The immediate value with power of 2 minus 1.
3237 @item U33
3238 Memory constraint for 333 format.
3239 @item U45
3240 Memory constraint for 45 format.
3241 @item U37
3242 Memory constraint for 37 format.
3243 @end table
3245 @item Nios II family---@file{config/nios2/constraints.md}
3246 @table @code
3248 @item I
3249 Integer that is valid as an immediate operand in an
3250 instruction taking a signed 16-bit number. Range
3251 @minus{}32768 to 32767.
3253 @item J
3254 Integer that is valid as an immediate operand in an
3255 instruction taking an unsigned 16-bit number. Range
3256 0 to 65535.
3258 @item K
3259 Integer that is valid as an immediate operand in an
3260 instruction taking only the upper 16-bits of a
3261 32-bit number. Range 32-bit numbers with the lower
3262 16-bits being 0.
3264 @item L
3265 Integer that is valid as an immediate operand for a 
3266 shift instruction. Range 0 to 31.
3268 @item M
3269 Integer that is valid as an immediate operand for
3270 only the value 0. Can be used in conjunction with
3271 the format modifier @code{z} to use @code{r0}
3272 instead of @code{0} in the assembly output.
3274 @item N
3275 Integer that is valid as an immediate operand for
3276 a custom instruction opcode. Range 0 to 255.
3278 @item S
3279 Matches immediates which are addresses in the small
3280 data section and therefore can be added to @code{gp}
3281 as a 16-bit immediate to re-create their 32-bit value.
3283 @ifset INTERNALS
3284 @item T
3285 A @code{const} wrapped @code{UNSPEC} expression,
3286 representing a supported PIC or TLS relocation.
3287 @end ifset
3289 @end table
3291 @item PDP-11---@file{config/pdp11/constraints.md}
3292 @table @code
3293 @item a
3294 Floating point registers AC0 through AC3.  These can be loaded from/to
3295 memory with a single instruction.
3297 @item d
3298 Odd numbered general registers (R1, R3, R5).  These are used for
3299 16-bit multiply operations.
3301 @item f
3302 Any of the floating point registers (AC0 through AC5).
3304 @item G
3305 Floating point constant 0.
3307 @item I
3308 An integer constant that fits in 16 bits.
3310 @item J
3311 An integer constant whose low order 16 bits are zero.
3313 @item K
3314 An integer constant that does not meet the constraints for codes
3315 @samp{I} or @samp{J}.
3317 @item L
3318 The integer constant 1.
3320 @item M
3321 The integer constant @minus{}1.
3323 @item N
3324 The integer constant 0.
3326 @item O
3327 Integer constants @minus{}4 through @minus{}1 and 1 through 4; shifts by these
3328 amounts are handled as multiple single-bit shifts rather than a single
3329 variable-length shift.
3331 @item Q
3332 A memory reference which requires an additional word (address or
3333 offset) after the opcode.
3335 @item R
3336 A memory reference that is encoded within the opcode.
3338 @end table
3340 @item RL78---@file{config/rl78/constraints.md}
3341 @table @code
3343 @item Int3
3344 An integer constant in the range 1 @dots{} 7.
3345 @item Int8
3346 An integer constant in the range 0 @dots{} 255.
3347 @item J
3348 An integer constant in the range @minus{}255 @dots{} 0
3349 @item K
3350 The integer constant 1.
3351 @item L
3352 The integer constant -1.
3353 @item M
3354 The integer constant 0.
3355 @item N
3356 The integer constant 2.
3357 @item O
3358 The integer constant -2.
3359 @item P
3360 An integer constant in the range 1 @dots{} 15.
3361 @item Qbi
3362 The built-in compare types--eq, ne, gtu, ltu, geu, and leu.
3363 @item Qsc
3364 The synthetic compare types--gt, lt, ge, and le.
3365 @item Wab
3366 A memory reference with an absolute address.
3367 @item Wbc
3368 A memory reference using @code{BC} as a base register, with an optional offset.
3369 @item Wca
3370 A memory reference using @code{AX}, @code{BC}, @code{DE}, or @code{HL} for the address, for calls.
3371 @item Wcv
3372 A memory reference using any 16-bit register pair for the address, for calls.
3373 @item Wd2
3374 A memory reference using @code{DE} as a base register, with an optional offset.
3375 @item Wde
3376 A memory reference using @code{DE} as a base register, without any offset.
3377 @item Wfr
3378 Any memory reference to an address in the far address space.
3379 @item Wh1
3380 A memory reference using @code{HL} as a base register, with an optional one-byte offset.
3381 @item Whb
3382 A memory reference using @code{HL} as a base register, with @code{B} or @code{C} as the index register.
3383 @item Whl
3384 A memory reference using @code{HL} as a base register, without any offset.
3385 @item Ws1
3386 A memory reference using @code{SP} as a base register, with an optional one-byte offset.
3387 @item Y
3388 Any memory reference to an address in the near address space.
3389 @item A
3390 The @code{AX} register.
3391 @item B
3392 The @code{BC} register.
3393 @item D
3394 The @code{DE} register.
3395 @item R
3396 @code{A} through @code{L} registers.
3397 @item S
3398 The @code{SP} register.
3399 @item T
3400 The @code{HL} register.
3401 @item Z08W
3402 The 16-bit @code{R8} register.
3403 @item Z10W
3404 The 16-bit @code{R10} register.
3405 @item Zint
3406 The registers reserved for interrupts (@code{R24} to @code{R31}).
3407 @item a
3408 The @code{A} register.
3409 @item b
3410 The @code{B} register.
3411 @item c
3412 The @code{C} register.
3413 @item d
3414 The @code{D} register.
3415 @item e
3416 The @code{E} register.
3417 @item h
3418 The @code{H} register.
3419 @item l
3420 The @code{L} register.
3421 @item v
3422 The virtual registers.
3423 @item w
3424 The @code{PSW} register.
3425 @item x
3426 The @code{X} register.
3428 @end table
3430 @item RX---@file{config/rx/constraints.md}
3431 @table @code
3432 @item Q
3433 An address which does not involve register indirect addressing or
3434 pre/post increment/decrement addressing.
3436 @item Symbol
3437 A symbol reference.
3439 @item Int08
3440 A constant in the range @minus{}256 to 255, inclusive.
3442 @item Sint08
3443 A constant in the range @minus{}128 to 127, inclusive.
3445 @item Sint16
3446 A constant in the range @minus{}32768 to 32767, inclusive.
3448 @item Sint24
3449 A constant in the range @minus{}8388608 to 8388607, inclusive.
3451 @item Uint04
3452 A constant in the range 0 to 15, inclusive.
3454 @end table
3456 @need 1000
3457 @item SPARC---@file{config/sparc/sparc.h}
3458 @table @code
3459 @item f
3460 Floating-point register on the SPARC-V8 architecture and
3461 lower floating-point register on the SPARC-V9 architecture.
3463 @item e
3464 Floating-point register.  It is equivalent to @samp{f} on the
3465 SPARC-V8 architecture and contains both lower and upper
3466 floating-point registers on the SPARC-V9 architecture.
3468 @item c
3469 Floating-point condition code register.
3471 @item d
3472 Lower floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9
3473 architecture when the Visual Instruction Set is available.
3475 @item b
3476 Floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9 architecture
3477 when the Visual Instruction Set is available.
3479 @item h
3480 64-bit global or out register for the SPARC-V8+ architecture.
3482 @item C
3483 The constant all-ones, for floating-point.
3485 @item A
3486 Signed 5-bit constant
3488 @item D
3489 A vector constant
3491 @item I
3492 Signed 13-bit constant
3494 @item J
3495 Zero
3497 @item K
3498 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
3499 loaded with the @code{sethi} instruction)
3501 @item L
3502 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions (11-bit
3503 signed immediate)
3505 @item M
3506 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions (10-bit
3507 signed immediate)
3509 @item N
3510 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
3511 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
3512 modes wider than @code{SImode}
3514 @item O
3515 The constant 4096
3517 @item G
3518 Floating-point zero
3520 @item H
3521 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
3523 @item P
3524 The constant -1
3526 @item Q
3527 Floating-point constant whose integral representation can
3528 be moved into an integer register using a single sethi
3529 instruction
3531 @item R
3532 Floating-point constant whose integral representation can
3533 be moved into an integer register using a single mov
3534 instruction
3536 @item S
3537 Floating-point constant whose integral representation can
3538 be moved into an integer register using a high/lo_sum
3539 instruction sequence
3541 @item T
3542 Memory address aligned to an 8-byte boundary
3544 @item U
3545 Even register
3547 @item W
3548 Memory address for @samp{e} constraint registers
3550 @item w
3551 Memory address with only a base register
3553 @item Y
3554 Vector zero
3556 @end table
3558 @item SPU---@file{config/spu/spu.h}
3559 @table @code
3560 @item a
3561 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.
3563 @item c
3564 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.
3566 @item d
3567 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 64 bit value.
3569 @item f
3570 An immediate which can be loaded with @code{fsmbi}.
3572 @item A
3573 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3575 @item B
3576 An immediate for most arithmetic instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3578 @item C
3579 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3581 @item D
3582 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 32 bit value.
3584 @item I
3585 A constant in the range [@minus{}64, 63] for shift/rotate instructions.
3587 @item J
3588 An unsigned 7-bit constant for conversion/nop/channel instructions.
3590 @item K
3591 A signed 10-bit constant for most arithmetic instructions.
3593 @item M
3594 A signed 16 bit immediate for @code{stop}.
3596 @item N
3597 An unsigned 16-bit constant for @code{iohl} and @code{fsmbi}.
3599 @item O
3600 An unsigned 7-bit constant whose 3 least significant bits are 0.
3602 @item P
3603 An unsigned 3-bit constant for 16-byte rotates and shifts
3605 @item R
3606 Call operand, reg, for indirect calls
3608 @item S
3609 Call operand, symbol, for relative calls.
3611 @item T
3612 Call operand, const_int, for absolute calls.
3614 @item U
3615 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is sign extended to 128 bit.
3617 @item W
3618 An immediate for shift and rotate instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3620 @item Y
3621 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is sign extended as a 128 bit.
3623 @item Z
3624 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is sign extended to 128 bit.
3626 @end table
3628 @item S/390 and zSeries---@file{config/s390/s390.h}
3629 @table @code
3630 @item a
3631 Address register (general purpose register except r0)
3633 @item c
3634 Condition code register
3636 @item d
3637 Data register (arbitrary general purpose register)
3639 @item f
3640 Floating-point register
3642 @item I
3643 Unsigned 8-bit constant (0--255)
3645 @item J
3646 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
3648 @item K
3649 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
3651 @item L
3652 Value appropriate as displacement.
3653 @table @code
3654 @item (0..4095)
3655 for short displacement
3656 @item (@minus{}524288..524287)
3657 for long displacement
3658 @end table
3660 @item M
3661 Constant integer with a value of 0x7fffffff.
3663 @item N
3664 Multiple letter constraint followed by 4 parameter letters.
3665 @table @code
3666 @item 0..9:
3667 number of the part counting from most to least significant
3668 @item H,Q:
3669 mode of the part
3670 @item D,S,H:
3671 mode of the containing operand
3672 @item 0,F:
3673 value of the other parts (F---all bits set)
3674 @end table
3675 The constraint matches if the specified part of a constant
3676 has a value different from its other parts.
3678 @item Q
3679 Memory reference without index register and with short displacement.
3681 @item R
3682 Memory reference with index register and short displacement.
3684 @item S
3685 Memory reference without index register but with long displacement.
3687 @item T
3688 Memory reference with index register and long displacement.
3690 @item U
3691 Pointer with short displacement.
3693 @item W
3694 Pointer with long displacement.
3696 @item Y
3697 Shift count operand.
3699 @end table
3701 @item Score family---@file{config/score/score.h}
3702 @table @code
3703 @item d
3704 Registers from r0 to r32.
3706 @item e
3707 Registers from r0 to r16.
3709 @item t
3710 r8---r11 or r22---r27 registers.
3712 @item h
3713 hi register.
3715 @item l
3716 lo register.
3718 @item x
3719 hi + lo register.
3721 @item q
3722 cnt register.
3724 @item y
3725 lcb register.
3727 @item z
3728 scb register.
3730 @item a
3731 cnt + lcb + scb register.
3733 @item c
3734 cr0---cr15 register.
3736 @item b
3737 cp1 registers.
3739 @item f
3740 cp2 registers.
3742 @item i
3743 cp3 registers.
3745 @item j
3746 cp1 + cp2 + cp3 registers.
3748 @item I
3749 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero).
3751 @item J
3752 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31).
3754 @item K
3755 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535).
3757 @item L
3758 Signed 16 bit integer (in the range @minus{}32768 to 32767).
3760 @item M
3761 Unsigned 14 bit integer (in the range 0 to 16383).
3763 @item N
3764 Signed 14 bit integer (in the range @minus{}8192 to 8191).
3766 @item Z
3767 Any SYMBOL_REF.
3768 @end table
3770 @item Xstormy16---@file{config/stormy16/stormy16.h}
3771 @table @code
3772 @item a
3773 Register r0.
3775 @item b
3776 Register r1.
3778 @item c
3779 Register r2.
3781 @item d
3782 Register r8.
3784 @item e
3785 Registers r0 through r7.
3787 @item t
3788 Registers r0 and r1.
3790 @item y
3791 The carry register.
3793 @item z
3794 Registers r8 and r9.
3796 @item I
3797 A constant between 0 and 3 inclusive.
3799 @item J
3800 A constant that has exactly one bit set.
3802 @item K
3803 A constant that has exactly one bit clear.
3805 @item L
3806 A constant between 0 and 255 inclusive.
3808 @item M
3809 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
3811 @item N
3812 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
3814 @item O
3815 A constant between 1 and 4 inclusive.
3817 @item P
3818 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
3820 @item Q
3821 A memory reference that is a stack push.
3823 @item R
3824 A memory reference that is a stack pop.
3826 @item S
3827 A memory reference that refers to a constant address of known value.
3829 @item T
3830 The register indicated by Rx (not implemented yet).
3832 @item U
3833 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
3835 @item Z
3836 The constant 0.
3838 @end table
3840 @item TI C6X family---@file{config/c6x/constraints.md}
3841 @table @code
3842 @item a
3843 Register file A (A0--A31).
3845 @item b
3846 Register file B (B0--B31).
3848 @item A
3849 Predicate registers in register file A (A0--A2 on C64X and
3850 higher, A1 and A2 otherwise).
3852 @item B
3853 Predicate registers in register file B (B0--B2).
3855 @item C
3856 A call-used register in register file B (B0--B9, B16--B31).
3858 @item Da
3859 Register file A, excluding predicate registers (A3--A31,
3860 plus A0 if not C64X or higher).
3862 @item Db
3863 Register file B, excluding predicate registers (B3--B31).
3865 @item Iu4
3866 Integer constant in the range 0 @dots{} 15.
3868 @item Iu5
3869 Integer constant in the range 0 @dots{} 31.
3871 @item In5
3872 Integer constant in the range @minus{}31 @dots{} 0.
3874 @item Is5
3875 Integer constant in the range @minus{}16 @dots{} 15.
3877 @item I5x
3878 Integer constant that can be the operand of an ADDA or a SUBA insn.
3880 @item IuB
3881 Integer constant in the range 0 @dots{} 65535.
3883 @item IsB
3884 Integer constant in the range @minus{}32768 @dots{} 32767.
3886 @item IsC
3887 Integer constant in the range @math{-2^{20}} @dots{} @math{2^{20} - 1}.
3889 @item Jc
3890 Integer constant that is a valid mask for the clr instruction.
3892 @item Js
3893 Integer constant that is a valid mask for the set instruction.
3895 @item Q
3896 Memory location with A base register.
3898 @item R
3899 Memory location with B base register.
3901 @ifset INTERNALS
3902 @item S0
3903 On C64x+ targets, a GP-relative small data reference.
3905 @item S1
3906 Any kind of @code{SYMBOL_REF}, for use in a call address.
3908 @item Si
3909 Any kind of immediate operand, unless it matches the S0 constraint.
3911 @item T
3912 Memory location with B base register, but not using a long offset.
3914 @item W
3915 A memory operand with an address that can't be used in an unaligned access.
3917 @end ifset
3918 @item Z
3919 Register B14 (aka DP).
3921 @end table
3923 @item TILE-Gx---@file{config/tilegx/constraints.md}
3924 @table @code
3925 @item R00
3926 @itemx R01
3927 @itemx R02
3928 @itemx R03
3929 @itemx R04
3930 @itemx R05
3931 @itemx R06
3932 @itemx R07
3933 @itemx R08
3934 @itemx R09
3935 @itemx R10
3936 Each of these represents a register constraint for an individual
3937 register, from r0 to r10.
3939 @item I
3940 Signed 8-bit integer constant.
3942 @item J
3943 Signed 16-bit integer constant.
3945 @item K
3946 Unsigned 16-bit integer constant.
3948 @item L
3949 Integer constant that fits in one signed byte when incremented by one
3950 (@minus{}129 @dots{} 126).
3952 @item m
3953 Memory operand.  If used together with @samp{<} or @samp{>}, the
3954 operand can have postincrement which requires printing with @samp{%In}
3955 and @samp{%in} on TILE-Gx.  For example:
3957 @smallexample
3958 asm ("st_add %I0,%1,%i0" : "=m<>" (*mem) : "r" (val));
3959 @end smallexample
3961 @item M
3962 A bit mask suitable for the BFINS instruction.
3964 @item N
3965 Integer constant that is a byte tiled out eight times.
3967 @item O
3968 The integer zero constant.
3970 @item P
3971 Integer constant that is a sign-extended byte tiled out as four shorts.
3973 @item Q
3974 Integer constant that fits in one signed byte when incremented
3975 (@minus{}129 @dots{} 126), but excluding -1.
3977 @item S
3978 Integer constant that has all 1 bits consecutive and starting at bit 0.
3980 @item T
3981 A 16-bit fragment of a got, tls, or pc-relative reference.
3983 @item U
3984 Memory operand except postincrement.  This is roughly the same as
3985 @samp{m} when not used together with @samp{<} or @samp{>}.
3987 @item W
3988 An 8-element vector constant with identical elements.
3990 @item Y
3991 A 4-element vector constant with identical elements.
3993 @item Z0
3994 The integer constant 0xffffffff.
3996 @item Z1
3997 The integer constant 0xffffffff00000000.
3999 @end table
4001 @item TILEPro---@file{config/tilepro/constraints.md}
4002 @table @code
4003 @item R00
4004 @itemx R01
4005 @itemx R02
4006 @itemx R03
4007 @itemx R04
4008 @itemx R05
4009 @itemx R06
4010 @itemx R07
4011 @itemx R08
4012 @itemx R09
4013 @itemx R10
4014 Each of these represents a register constraint for an individual
4015 register, from r0 to r10.
4017 @item I
4018 Signed 8-bit integer constant.
4020 @item J
4021 Signed 16-bit integer constant.
4023 @item K
4024 Nonzero integer constant with low 16 bits zero.
4026 @item L
4027 Integer constant that fits in one signed byte when incremented by one
4028 (@minus{}129 @dots{} 126).
4030 @item m
4031 Memory operand.  If used together with @samp{<} or @samp{>}, the
4032 operand can have postincrement which requires printing with @samp{%In}
4033 and @samp{%in} on TILEPro.  For example:
4035 @smallexample
4036 asm ("swadd %I0,%1,%i0" : "=m<>" (mem) : "r" (val));
4037 @end smallexample
4039 @item M
4040 A bit mask suitable for the MM instruction.
4042 @item N
4043 Integer constant that is a byte tiled out four times.
4045 @item O
4046 The integer zero constant.
4048 @item P
4049 Integer constant that is a sign-extended byte tiled out as two shorts.
4051 @item Q
4052 Integer constant that fits in one signed byte when incremented
4053 (@minus{}129 @dots{} 126), but excluding -1.
4055 @item T
4056 A symbolic operand, or a 16-bit fragment of a got, tls, or pc-relative
4057 reference.
4059 @item U
4060 Memory operand except postincrement.  This is roughly the same as
4061 @samp{m} when not used together with @samp{<} or @samp{>}.
4063 @item W
4064 A 4-element vector constant with identical elements.
4066 @item Y
4067 A 2-element vector constant with identical elements.
4069 @end table
4071 @item Xtensa---@file{config/xtensa/constraints.md}
4072 @table @code
4073 @item a
4074 General-purpose 32-bit register
4076 @item b
4077 One-bit boolean register
4079 @item A
4080 MAC16 40-bit accumulator register
4082 @item I
4083 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
4085 @item J
4086 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
4088 @item K
4089 Integer constant valid for BccI instructions
4091 @item L
4092 Unsigned constant valid for BccUI instructions
4094 @end table
4096 @end table
4098 @ifset INTERNALS
4099 @node Disable Insn Alternatives
4100 @subsection Disable insn alternatives using the @code{enabled} attribute
4101 @cindex enabled
4103 The @code{enabled} insn attribute may be used to disable insn
4104 alternatives that are not available for the current subtarget.
4105 This is useful when adding new instructions to an existing pattern
4106 which are only available for certain cpu architecture levels as
4107 specified with the @code{-march=} option.
4109 If an insn alternative is disabled, then it will never be used.  The
4110 compiler treats the constraints for the disabled alternative as
4111 unsatisfiable.
4113 In order to make use of the @code{enabled} attribute a back end has to add
4114 in the machine description files:
4116 @enumerate
4117 @item
4118 A definition of the @code{enabled} insn attribute.  The attribute is
4119 defined as usual using the @code{define_attr} command.  This
4120 definition should be based on other insn attributes and/or target flags.
4121 The attribute must be a static property of the subtarget; that is, it
4122 must not depend on the current operands or any other dynamic context
4123 (for example, the location of the insn within the body of a loop).
4125 The @code{enabled} attribute is a numeric attribute and should evaluate to
4126 @code{(const_int 1)} for an enabled alternative and to
4127 @code{(const_int 0)} otherwise.
4128 @item
4129 A definition of another insn attribute used to describe for what
4130 reason an insn alternative might be available or
4131 not.  E.g. @code{cpu_facility} as in the example below.
4132 @item
4133 An assignment for the second attribute to each insn definition
4134 combining instructions which are not all available under the same
4135 circumstances.  (Note: It obviously only makes sense for definitions
4136 with more than one alternative.  Otherwise the insn pattern should be
4137 disabled or enabled using the insn condition.)
4138 @end enumerate
4140 E.g. the following two patterns could easily be merged using the @code{enabled}
4141 attribute:
4143 @smallexample
4145 (define_insn "*movdi_old"
4146   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
4147         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d"))]
4148   "!TARGET_NEW"
4149   "lgr %0,%1")
4151 (define_insn "*movdi_new"
4152   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d,f,d")
4153         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d,d,f"))]
4154   "TARGET_NEW"
4155   "@@
4156    lgr  %0,%1
4157    ldgr %0,%1
4158    lgdr %0,%1")
4160 @end smallexample
4164 @smallexample
4166 (define_insn "*movdi_combined"
4167   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d,f,d")
4168         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d,d,f"))]
4169   ""
4170   "@@
4171    lgr  %0,%1
4172    ldgr %0,%1
4173    lgdr %0,%1"
4174   [(set_attr "cpu_facility" "*,new,new")])
4176 @end smallexample
4178 with the @code{enabled} attribute defined like this:
4180 @smallexample
4182 (define_attr "cpu_facility" "standard,new" (const_string "standard"))
4184 (define_attr "enabled" ""
4185   (cond [(eq_attr "cpu_facility" "standard") (const_int 1)
4186          (and (eq_attr "cpu_facility" "new")
4187               (ne (symbol_ref "TARGET_NEW") (const_int 0)))
4188          (const_int 1)]
4189         (const_int 0)))
4191 @end smallexample
4193 @end ifset
4195 @ifset INTERNALS
4196 @node Define Constraints
4197 @subsection Defining Machine-Specific Constraints
4198 @cindex defining constraints
4199 @cindex constraints, defining
4201 Machine-specific constraints fall into two categories: register and
4202 non-register constraints.  Within the latter category, constraints
4203 which allow subsets of all possible memory or address operands should
4204 be specially marked, to give @code{reload} more information.
4206 Machine-specific constraints can be given names of arbitrary length,
4207 but they must be entirely composed of letters, digits, underscores
4208 (@samp{_}), and angle brackets (@samp{< >}).  Like C identifiers, they
4209 must begin with a letter or underscore.
4211 In order to avoid ambiguity in operand constraint strings, no
4212 constraint can have a name that begins with any other constraint's
4213 name.  For example, if @code{x} is defined as a constraint name,
4214 @code{xy} may not be, and vice versa.  As a consequence of this rule,
4215 no constraint may begin with one of the generic constraint letters:
4216 @samp{E F V X g i m n o p r s}.
4218 Register constraints correspond directly to register classes.
4219 @xref{Register Classes}.  There is thus not much flexibility in their
4220 definitions.
4222 @deffn {MD Expression} define_register_constraint name regclass docstring
4223 All three arguments are string constants.
4224 @var{name} is the name of the constraint, as it will appear in
4225 @code{match_operand} expressions.  If @var{name} is a multi-letter
4226 constraint its length shall be the same for all constraints starting
4227 with the same letter.  @var{regclass} can be either the
4228 name of the corresponding register class (@pxref{Register Classes}),
4229 or a C expression which evaluates to the appropriate register class.
4230 If it is an expression, it must have no side effects, and it cannot
4231 look at the operand.  The usual use of expressions is to map some
4232 register constraints to @code{NO_REGS} when the register class
4233 is not available on a given subarchitecture.
4235 @var{docstring} is a sentence documenting the meaning of the
4236 constraint.  Docstrings are explained further below.
4237 @end deffn
4239 Non-register constraints are more like predicates: the constraint
4240 definition gives a Boolean expression which indicates whether the
4241 constraint matches.
4243 @deffn {MD Expression} define_constraint name docstring exp
4244 The @var{name} and @var{docstring} arguments are the same as for
4245 @code{define_register_constraint}, but note that the docstring comes
4246 immediately after the name for these expressions.  @var{exp} is an RTL
4247 expression, obeying the same rules as the RTL expressions in predicate
4248 definitions.  @xref{Defining Predicates}, for details.  If it
4249 evaluates true, the constraint matches; if it evaluates false, it
4250 doesn't. Constraint expressions should indicate which RTL codes they
4251 might match, just like predicate expressions.
4253 @code{match_test} C expressions have access to the
4254 following variables:
4256 @table @var
4257 @item op
4258 The RTL object defining the operand.
4259 @item mode
4260 The machine mode of @var{op}.
4261 @item ival
4262 @samp{INTVAL (@var{op})}, if @var{op} is a @code{const_int}.
4263 @item hval
4264 @samp{CONST_DOUBLE_HIGH (@var{op})}, if @var{op} is an integer
4265 @code{const_double}.
4266 @item lval
4267 @samp{CONST_DOUBLE_LOW (@var{op})}, if @var{op} is an integer
4268 @code{const_double}.
4269 @item rval
4270 @samp{CONST_DOUBLE_REAL_VALUE (@var{op})}, if @var{op} is a floating-point
4271 @code{const_double}.
4272 @end table
4274 The @var{*val} variables should only be used once another piece of the
4275 expression has verified that @var{op} is the appropriate kind of RTL
4276 object.
4277 @end deffn
4279 Most non-register constraints should be defined with
4280 @code{define_constraint}.  The remaining two definition expressions
4281 are only appropriate for constraints that should be handled specially
4282 by @code{reload} if they fail to match.
4284 @deffn {MD Expression} define_memory_constraint name docstring exp
4285 Use this expression for constraints that match a subset of all memory
4286 operands: that is, @code{reload} can make them match by converting the
4287 operand to the form @samp{@w{(mem (reg @var{X}))}}, where @var{X} is a
4288 base register (from the register class specified by
4289 @code{BASE_REG_CLASS}, @pxref{Register Classes}).
4291 For example, on the S/390, some instructions do not accept arbitrary
4292 memory references, but only those that do not make use of an index
4293 register.  The constraint letter @samp{Q} is defined to represent a
4294 memory address of this type.  If @samp{Q} is defined with
4295 @code{define_memory_constraint}, a @samp{Q} constraint can handle any
4296 memory operand, because @code{reload} knows it can simply copy the
4297 memory address into a base register if required.  This is analogous to
4298 the way an @samp{o} constraint can handle any memory operand.
4300 The syntax and semantics are otherwise identical to
4301 @code{define_constraint}.
4302 @end deffn
4304 @deffn {MD Expression} define_address_constraint name docstring exp
4305 Use this expression for constraints that match a subset of all address
4306 operands: that is, @code{reload} can make the constraint match by
4307 converting the operand to the form @samp{@w{(reg @var{X})}}, again
4308 with @var{X} a base register.
4310 Constraints defined with @code{define_address_constraint} can only be
4311 used with the @code{address_operand} predicate, or machine-specific
4312 predicates that work the same way.  They are treated analogously to
4313 the generic @samp{p} constraint.
4315 The syntax and semantics are otherwise identical to
4316 @code{define_constraint}.
4317 @end deffn
4319 For historical reasons, names beginning with the letters @samp{G H}
4320 are reserved for constraints that match only @code{const_double}s, and
4321 names beginning with the letters @samp{I J K L M N O P} are reserved
4322 for constraints that match only @code{const_int}s.  This may change in
4323 the future.  For the time being, constraints with these names must be
4324 written in a stylized form, so that @code{genpreds} can tell you did
4325 it correctly:
4327 @smallexample
4328 @group
4329 (define_constraint "[@var{GHIJKLMNOP}]@dots{}"
4330   "@var{doc}@dots{}"
4331   (and (match_code "const_int")  ; @r{@code{const_double} for G/H}
4332        @var{condition}@dots{}))            ; @r{usually a @code{match_test}}
4333 @end group
4334 @end smallexample
4335 @c the semicolons line up in the formatted manual
4337 It is fine to use names beginning with other letters for constraints
4338 that match @code{const_double}s or @code{const_int}s.
4340 Each docstring in a constraint definition should be one or more complete
4341 sentences, marked up in Texinfo format.  @emph{They are currently unused.}
4342 In the future they will be copied into the GCC manual, in @ref{Machine
4343 Constraints}, replacing the hand-maintained tables currently found in
4344 that section.  Also, in the future the compiler may use this to give
4345 more helpful diagnostics when poor choice of @code{asm} constraints
4346 causes a reload failure.
4348 If you put the pseudo-Texinfo directive @samp{@@internal} at the
4349 beginning of a docstring, then (in the future) it will appear only in
4350 the internals manual's version of the machine-specific constraint tables.
4351 Use this for constraints that should not appear in @code{asm} statements.
4353 @node C Constraint Interface
4354 @subsection Testing constraints from C
4355 @cindex testing constraints
4356 @cindex constraints, testing
4358 It is occasionally useful to test a constraint from C code rather than
4359 implicitly via the constraint string in a @code{match_operand}.  The
4360 generated file @file{tm_p.h} declares a few interfaces for working
4361 with constraints.  At present these are defined for all constraints
4362 except @code{g} (which is equivalent to @code{general_operand}).
4364 Some valid constraint names are not valid C identifiers, so there is a
4365 mangling scheme for referring to them from C@.  Constraint names that
4366 do not contain angle brackets or underscores are left unchanged.
4367 Underscores are doubled, each @samp{<} is replaced with @samp{_l}, and
4368 each @samp{>} with @samp{_g}.  Here are some examples:
4370 @c the @c's prevent double blank lines in the printed manual.
4371 @example
4372 @multitable {Original} {Mangled}
4373 @item @strong{Original} @tab @strong{Mangled}  @c
4374 @item @code{x}     @tab @code{x}       @c
4375 @item @code{P42x}  @tab @code{P42x}    @c
4376 @item @code{P4_x}  @tab @code{P4__x}   @c
4377 @item @code{P4>x}  @tab @code{P4_gx}   @c
4378 @item @code{P4>>}  @tab @code{P4_g_g}  @c
4379 @item @code{P4_g>} @tab @code{P4__g_g} @c
4380 @end multitable
4381 @end example
4383 Throughout this section, the variable @var{c} is either a constraint
4384 in the abstract sense, or a constant from @code{enum constraint_num};
4385 the variable @var{m} is a mangled constraint name (usually as part of
4386 a larger identifier).
4388 @deftp Enum constraint_num
4389 For each constraint except @code{g}, there is a corresponding
4390 enumeration constant: @samp{CONSTRAINT_} plus the mangled name of the
4391 constraint.  Functions that take an @code{enum constraint_num} as an
4392 argument expect one of these constants.
4393 @end deftp
4395 @deftypefun {inline bool} satisfies_constraint_@var{m} (rtx @var{exp})
4396 For each non-register constraint @var{m} except @code{g}, there is
4397 one of these functions; it returns @code{true} if @var{exp} satisfies the
4398 constraint.  These functions are only visible if @file{rtl.h} was included
4399 before @file{tm_p.h}.
4400 @end deftypefun
4402 @deftypefun bool constraint_satisfied_p (rtx @var{exp}, enum constraint_num @var{c})
4403 Like the @code{satisfies_constraint_@var{m}} functions, but the
4404 constraint to test is given as an argument, @var{c}.  If @var{c}
4405 specifies a register constraint, this function will always return
4406 @code{false}.
4407 @end deftypefun
4409 @deftypefun {enum reg_class} reg_class_for_constraint (enum constraint_num @var{c})
4410 Returns the register class associated with @var{c}.  If @var{c} is not
4411 a register constraint, or those registers are not available for the
4412 currently selected subtarget, returns @code{NO_REGS}.
4413 @end deftypefun
4415 Here is an example use of @code{satisfies_constraint_@var{m}}.  In
4416 peephole optimizations (@pxref{Peephole Definitions}), operand
4417 constraint strings are ignored, so if there are relevant constraints,
4418 they must be tested in the C condition.  In the example, the
4419 optimization is applied if operand 2 does @emph{not} satisfy the
4420 @samp{K} constraint.  (This is a simplified version of a peephole
4421 definition from the i386 machine description.)
4423 @smallexample
4424 (define_peephole2
4425   [(match_scratch:SI 3 "r")
4426    (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4427         (mult:SI (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")
4428                  (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "")))]
4430   "!satisfies_constraint_K (operands[2])"
4432   [(set (match_dup 3) (match_dup 1))
4433    (set (match_dup 0) (mult:SI (match_dup 3) (match_dup 2)))]
4435   "")
4436 @end smallexample
4438 @node Standard Names
4439 @section Standard Pattern Names For Generation
4440 @cindex standard pattern names
4441 @cindex pattern names
4442 @cindex names, pattern
4444 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
4445 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
4446 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
4447 pattern to accomplish a certain task.
4449 @table @asis
4450 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
4451 @item @samp{mov@var{m}}
4452 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lowercase.
4453 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
4454 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
4456 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
4457 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
4458 to store the specified value in the part of the register that corresponds
4459 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
4460 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
4461 outside the target word are left unchanged.
4463 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
4464 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
4465 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
4466 If there are patterns accepting operands in larger modes,
4467 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
4469 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
4470 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
4471 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
4472 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
4473 into a register.
4475 @findex force_reg
4476 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
4477 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
4478 registers other than the operands.  For example, if you support the
4479 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
4480 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
4481 function which might generate new pseudo registers.
4483 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
4484 fetching those modes from memory normally requires several insns and
4485 some temporary registers.
4487 @findex change_address
4488 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
4489 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
4490 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
4491 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
4492 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
4493 an address into a valid address and no routine (such as
4494 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
4495 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
4497 @findex reload_in_progress
4498 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
4499 declared if required) can be used to determine whether such special
4500 handling is required.
4502 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
4503 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
4504 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
4505 machines explicit memory references will get optional reloads.
4507 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
4508 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
4510 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
4511 you must provide an appropriate secondary_reload target hook.
4513 @findex can_create_pseudo_p
4514 The macro @code{can_create_pseudo_p} can be used to determine if it
4515 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
4516 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
4518 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
4519 register to any other hard register provided that
4520 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
4521 @code{TARGET_REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value
4522 of 2.
4524 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
4525 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
4526 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
4527 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
4528 point members.
4530 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
4531 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
4532 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
4533 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
4534 floating point registers, then the constraints of the fixed point
4535 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
4536 reload into a floating point register.
4538 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
4539 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
4540 @item @samp{reload_in@var{m}}
4541 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
4542 These named patterns have been obsoleted by the target hook
4543 @code{secondary_reload}.
4545 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
4546 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
4547 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
4548 macro in @pxref{Register Classes}.
4550 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
4551 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
4552 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
4553 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
4554 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
4555 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
4556 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
4557 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
4558 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
4559 for these patterns.
4561 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
4562 @item @samp{movstrict@var{m}}
4563 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
4564 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
4565 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
4566 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
4568 @cindex @code{movmisalign@var{m}} instruction pattern
4569 @item @samp{movmisalign@var{m}}
4570 This variant of a move pattern is designed to load or store a value
4571 from a memory address that is not naturally aligned for its mode.
4572 For a store, the memory will be in operand 0; for a load, the memory
4573 will be in operand 1.  The other operand is guaranteed not to be a
4574 memory, so that it's easy to tell whether this is a load or store.
4576 This pattern is used by the autovectorizer, and when expanding a
4577 @code{MISALIGNED_INDIRECT_REF} expression.
4579 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
4580 @item @samp{load_multiple}
4581 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
4582 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
4583 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
4584 number of consecutive registers.
4586 Define this only if the target machine really has such an instruction;
4587 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
4588 registers from memory is to do them one at a time.
4590 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
4591 registers can be stored into memory, such as particular starting or
4592 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
4593 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
4594 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
4596 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
4597 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
4598 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
4599 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
4600 @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn pattern.
4602 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
4603 @item @samp{store_multiple}
4604 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
4605 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
4606 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
4607 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
4609 @cindex @code{vec_load_lanes@var{m}@var{n}} instruction pattern
4610 @item @samp{vec_load_lanes@var{m}@var{n}}
4611 Perform an interleaved load of several vectors from memory operand 1
4612 into register operand 0.  Both operands have mode @var{m}.  The register
4613 operand is viewed as holding consecutive vectors of mode @var{n},
4614 while the memory operand is a flat array that contains the same number
4615 of elements.  The operation is equivalent to:
4617 @smallexample
4618 int c = GET_MODE_SIZE (@var{m}) / GET_MODE_SIZE (@var{n});
4619 for (j = 0; j < GET_MODE_NUNITS (@var{n}); j++)
4620   for (i = 0; i < c; i++)
4621     operand0[i][j] = operand1[j * c + i];
4622 @end smallexample
4624 For example, @samp{vec_load_lanestiv4hi} loads 8 16-bit values
4625 from memory into a register of mode @samp{TI}@.  The register
4626 contains two consecutive vectors of mode @samp{V4HI}@.
4628 This pattern can only be used if:
4629 @smallexample
4630 TARGET_ARRAY_MODE_SUPPORTED_P (@var{n}, @var{c})
4631 @end smallexample
4632 is true.  GCC assumes that, if a target supports this kind of
4633 instruction for some mode @var{n}, it also supports unaligned
4634 loads for vectors of mode @var{n}.
4636 @cindex @code{vec_store_lanes@var{m}@var{n}} instruction pattern
4637 @item @samp{vec_store_lanes@var{m}@var{n}}
4638 Equivalent to @samp{vec_load_lanes@var{m}@var{n}}, with the memory
4639 and register operands reversed.  That is, the instruction is
4640 equivalent to:
4642 @smallexample
4643 int c = GET_MODE_SIZE (@var{m}) / GET_MODE_SIZE (@var{n});
4644 for (j = 0; j < GET_MODE_NUNITS (@var{n}); j++)
4645   for (i = 0; i < c; i++)
4646     operand0[j * c + i] = operand1[i][j];
4647 @end smallexample
4649 for a memory operand 0 and register operand 1.
4651 @cindex @code{vec_set@var{m}} instruction pattern
4652 @item @samp{vec_set@var{m}}
4653 Set given field in the vector value.  Operand 0 is the vector to modify,
4654 operand 1 is new value of field and operand 2 specify the field index.
4656 @cindex @code{vec_extract@var{m}} instruction pattern
4657 @item @samp{vec_extract@var{m}}
4658 Extract given field from the vector value.  Operand 1 is the vector, operand 2
4659 specify field index and operand 0 place to store value into.
4661 @cindex @code{vec_init@var{m}} instruction pattern
4662 @item @samp{vec_init@var{m}}
4663 Initialize the vector to given values.  Operand 0 is the vector to initialize
4664 and operand 1 is parallel containing values for individual fields.
4666 @cindex @code{vcond@var{m}@var{n}} instruction pattern
4667 @item @samp{vcond@var{m}@var{n}}
4668 Output a conditional vector move.  Operand 0 is the destination to
4669 receive a combination of operand 1 and operand 2, which are of mode @var{m},
4670 dependent on the outcome of the predicate in operand 3 which is a
4671 vector comparison with operands of mode @var{n} in operands 4 and 5.  The
4672 modes @var{m} and @var{n} should have the same size.  Operand 0
4673 will be set to the value @var{op1} & @var{msk} | @var{op2} & ~@var{msk}
4674 where @var{msk} is computed by element-wise evaluation of the vector
4675 comparison with a truth value of all-ones and a false value of all-zeros.
4677 @cindex @code{vec_perm@var{m}} instruction pattern
4678 @item @samp{vec_perm@var{m}}
4679 Output a (variable) vector permutation.  Operand 0 is the destination
4680 to receive elements from operand 1 and operand 2, which are of mode
4681 @var{m}.  Operand 3 is the @dfn{selector}.  It is an integral mode
4682 vector of the same width and number of elements as mode @var{m}.
4684 The input elements are numbered from 0 in operand 1 through
4685 @math{2*@var{N}-1} in operand 2.  The elements of the selector must
4686 be computed modulo @math{2*@var{N}}.  Note that if
4687 @code{rtx_equal_p(operand1, operand2)}, this can be implemented
4688 with just operand 1 and selector elements modulo @var{N}.
4690 In order to make things easy for a number of targets, if there is no
4691 @samp{vec_perm} pattern for mode @var{m}, but there is for mode @var{q}
4692 where @var{q} is a vector of @code{QImode} of the same width as @var{m},
4693 the middle-end will lower the mode @var{m} @code{VEC_PERM_EXPR} to
4694 mode @var{q}.
4696 @cindex @code{vec_perm_const@var{m}} instruction pattern
4697 @item @samp{vec_perm_const@var{m}}
4698 Like @samp{vec_perm} except that the permutation is a compile-time
4699 constant.  That is, operand 3, the @dfn{selector}, is a @code{CONST_VECTOR}.
4701 Some targets cannot perform a permutation with a variable selector,
4702 but can efficiently perform a constant permutation.  Further, the
4703 target hook @code{vec_perm_ok} is queried to determine if the 
4704 specific constant permutation is available efficiently; the named
4705 pattern is never expanded without @code{vec_perm_ok} returning true.
4707 There is no need for a target to supply both @samp{vec_perm@var{m}}
4708 and @samp{vec_perm_const@var{m}} if the former can trivially implement
4709 the operation with, say, the vector constant loaded into a register.
4711 @cindex @code{push@var{m}1} instruction pattern
4712 @item @samp{push@var{m}1}
4713 Output a push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
4714 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
4715 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
4716 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
4717 method is deprecated.
4719 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
4720 @item @samp{add@var{m}3}
4721 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
4722 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
4723 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
4725 @cindex @code{addptr@var{m}3} instruction pattern
4726 @item @samp{addptr@var{m}3}
4727 Like @code{add@var{m}3} but is guaranteed to only be used for address
4728 calculations.  The expanded code is not allowed to clobber the
4729 condition code.  It only needs to be defined if @code{add@var{m}3}
4730 sets the condition code.  If adds used for address calculations and
4731 normal adds are not compatible it is required to expand a distinct
4732 pattern (e.g. using an unspec).  The pattern is used by LRA to emit
4733 address calculations.  @code{add@var{m}3} is used if
4734 @code{addptr@var{m}3} is not defined.
4736 @cindex @code{ssadd@var{m}3} instruction pattern
4737 @cindex @code{usadd@var{m}3} instruction pattern
4738 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
4739 @cindex @code{sssub@var{m}3} instruction pattern
4740 @cindex @code{ussub@var{m}3} instruction pattern
4741 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
4742 @cindex @code{ssmul@var{m}3} instruction pattern
4743 @cindex @code{usmul@var{m}3} instruction pattern
4744 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
4745 @cindex @code{ssdiv@var{m}3} instruction pattern
4746 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
4747 @cindex @code{usdiv@var{m}3} instruction pattern
4748 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
4749 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
4750 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
4751 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
4752 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
4753 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
4754 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
4755 @item @samp{ssadd@var{m}3}, @samp{usadd@var{m}3}
4756 @itemx @samp{sub@var{m}3}, @samp{sssub@var{m}3}, @samp{ussub@var{m}3}
4757 @itemx @samp{mul@var{m}3}, @samp{ssmul@var{m}3}, @samp{usmul@var{m}3}
4758 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{ssdiv@var{m}3}
4759 @itemx @samp{udiv@var{m}3}, @samp{usdiv@var{m}3}
4760 @itemx @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
4761 @itemx @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
4762 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
4763 Similar, for other arithmetic operations.
4765 @cindex @code{fma@var{m}4} instruction pattern
4766 @item @samp{fma@var{m}4}
4767 Multiply operand 2 and operand 1, then add operand 3, storing the
4768 result in operand 0 without doing an intermediate rounding step.  All
4769 operands must have mode @var{m}.  This pattern is used to implement
4770 the @code{fma}, @code{fmaf}, and @code{fmal} builtin functions from
4771 the ISO C99 standard.
4773 @cindex @code{fms@var{m}4} instruction pattern
4774 @item @samp{fms@var{m}4}
4775 Like @code{fma@var{m}4}, except operand 3 subtracted from the
4776 product instead of added to the product.  This is represented
4777 in the rtl as
4779 @smallexample
4780 (fma:@var{m} @var{op1} @var{op2} (neg:@var{m} @var{op3}))
4781 @end smallexample
4783 @cindex @code{fnma@var{m}4} instruction pattern
4784 @item @samp{fnma@var{m}4}
4785 Like @code{fma@var{m}4} except that the intermediate product
4786 is negated before being added to operand 3.  This is represented
4787 in the rtl as
4789 @smallexample
4790 (fma:@var{m} (neg:@var{m} @var{op1}) @var{op2} @var{op3})
4791 @end smallexample
4793 @cindex @code{fnms@var{m}4} instruction pattern
4794 @item @samp{fnms@var{m}4}
4795 Like @code{fms@var{m}4} except that the intermediate product
4796 is negated before subtracting operand 3.  This is represented
4797 in the rtl as
4799 @smallexample
4800 (fma:@var{m} (neg:@var{m} @var{op1}) @var{op2} (neg:@var{m} @var{op3}))
4801 @end smallexample
4803 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
4804 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
4805 @item @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}
4806 Signed minimum and maximum operations.  When used with floating point,
4807 if both operands are zeros, or if either operand is @code{NaN}, then
4808 it is unspecified which of the two operands is returned as the result.
4810 @cindex @code{reduc_smin_@var{m}} instruction pattern
4811 @cindex @code{reduc_smax_@var{m}} instruction pattern
4812 @item @samp{reduc_smin_@var{m}}, @samp{reduc_smax_@var{m}}
4813 Find the signed minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
4814 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
4815 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
4816 modes.
4818 @cindex @code{reduc_umin_@var{m}} instruction pattern
4819 @cindex @code{reduc_umax_@var{m}} instruction pattern
4820 @item @samp{reduc_umin_@var{m}}, @samp{reduc_umax_@var{m}}
4821 Find the unsigned minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
4822 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
4823 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
4824 modes.
4826 @cindex @code{reduc_splus_@var{m}} instruction pattern
4827 @item @samp{reduc_splus_@var{m}}
4828 Compute the sum of the signed elements of a vector. The vector is operand 1,
4829 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
4830 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
4832 @cindex @code{reduc_uplus_@var{m}} instruction pattern
4833 @item @samp{reduc_uplus_@var{m}}
4834 Compute the sum of the unsigned elements of a vector. The vector is operand 1,
4835 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
4836 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
4838 @cindex @code{sdot_prod@var{m}} instruction pattern
4839 @item @samp{sdot_prod@var{m}}
4840 @cindex @code{udot_prod@var{m}} instruction pattern
4841 @itemx @samp{udot_prod@var{m}}
4842 Compute the sum of the products of two signed/unsigned elements.
4843 Operand 1 and operand 2 are of the same mode. Their product, which is of a
4844 wider mode, is computed and added to operand 3. Operand 3 is of a mode equal or
4845 wider than the mode of the product. The result is placed in operand 0, which
4846 is of the same mode as operand 3.
4848 @cindex @code{ssad@var{m}} instruction pattern
4849 @item @samp{ssad@var{m}}
4850 @cindex @code{usad@var{m}} instruction pattern
4851 @item @samp{usad@var{m}}
4852 Compute the sum of absolute differences of two signed/unsigned elements.
4853 Operand 1 and operand 2 are of the same mode. Their absolute difference, which
4854 is of a wider mode, is computed and added to operand 3. Operand 3 is of a mode
4855 equal or wider than the mode of the absolute difference. The result is placed
4856 in operand 0, which is of the same mode as operand 3.
4858 @cindex @code{ssum_widen@var{m3}} instruction pattern
4859 @item @samp{ssum_widen@var{m3}}
4860 @cindex @code{usum_widen@var{m3}} instruction pattern
4861 @itemx @samp{usum_widen@var{m3}}
4862 Operands 0 and 2 are of the same mode, which is wider than the mode of
4863 operand 1. Add operand 1 to operand 2 and place the widened result in
4864 operand 0. (This is used express accumulation of elements into an accumulator
4865 of a wider mode.)
4867 @cindex @code{vec_shl_@var{m}} instruction pattern
4868 @cindex @code{vec_shr_@var{m}} instruction pattern
4869 @item @samp{vec_shl_@var{m}}, @samp{vec_shr_@var{m}}
4870 Whole vector left/right shift in bits.
4871 Operand 1 is a vector to be shifted.
4872 Operand 2 is an integer shift amount in bits.
4873 Operand 0 is where the resulting shifted vector is stored.
4874 The output and input vectors should have the same modes.
4876 @cindex @code{vec_pack_trunc_@var{m}} instruction pattern
4877 @item @samp{vec_pack_trunc_@var{m}}
4878 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors. Operands 1 and 2
4879 are vectors of the same mode having N integral or floating point elements
4880 of size S@.  Operand 0 is the resulting vector in which 2*N elements of
4881 size N/2 are concatenated after narrowing them down using truncation.
4883 @cindex @code{vec_pack_ssat_@var{m}} instruction pattern
4884 @cindex @code{vec_pack_usat_@var{m}} instruction pattern
4885 @item @samp{vec_pack_ssat_@var{m}}, @samp{vec_pack_usat_@var{m}}
4886 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors.  Operands 1 and 2
4887 are vectors of the same mode having N integral elements of size S.
4888 Operand 0 is the resulting vector in which the elements of the two input
4889 vectors are concatenated after narrowing them down using signed/unsigned
4890 saturating arithmetic.
4892 @cindex @code{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}} instruction pattern
4893 @cindex @code{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}} instruction pattern
4894 @item @samp{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}}, @samp{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}}
4895 Narrow, convert to signed/unsigned integral type and merge the elements
4896 of two vectors.  Operands 1 and 2 are vectors of the same mode having N
4897 floating point elements of size S@.  Operand 0 is the resulting vector
4898 in which 2*N elements of size N/2 are concatenated.
4900 @cindex @code{vec_unpacks_hi_@var{m}} instruction pattern
4901 @cindex @code{vec_unpacks_lo_@var{m}} instruction pattern
4902 @item @samp{vec_unpacks_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_lo_@var{m}}
4903 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of signed
4904 integral or floating point elements.  The input vector (operand 1) has N
4905 elements of size S@.  Widen (promote) the high/low elements of the vector
4906 using signed or floating point extension and place the resulting N/2
4907 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
4909 @cindex @code{vec_unpacku_hi_@var{m}} instruction pattern
4910 @cindex @code{vec_unpacku_lo_@var{m}} instruction pattern
4911 @item @samp{vec_unpacku_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_lo_@var{m}}
4912 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of unsigned
4913 integral elements.  The input vector (operand 1) has N elements of size S.
4914 Widen (promote) the high/low elements of the vector using zero extension and
4915 place the resulting N/2 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
4917 @cindex @code{vec_unpacks_float_hi_@var{m}} instruction pattern
4918 @cindex @code{vec_unpacks_float_lo_@var{m}} instruction pattern
4919 @cindex @code{vec_unpacku_float_hi_@var{m}} instruction pattern
4920 @cindex @code{vec_unpacku_float_lo_@var{m}} instruction pattern
4921 @item @samp{vec_unpacks_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_float_lo_@var{m}}
4922 @itemx @samp{vec_unpacku_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_float_lo_@var{m}}
4923 Extract, convert to floating point type and widen the high/low part of a
4924 vector of signed/unsigned integral elements.  The input vector (operand 1)
4925 has N elements of size S@.  Convert the high/low elements of the vector using
4926 floating point conversion and place the resulting N/2 values of size 2*S in
4927 the output vector (operand 0).
4929 @cindex @code{vec_widen_umult_hi_@var{m}} instruction pattern
4930 @cindex @code{vec_widen_umult_lo_@var{m}} instruction pattern
4931 @cindex @code{vec_widen_smult_hi_@var{m}} instruction pattern
4932 @cindex @code{vec_widen_smult_lo_@var{m}} instruction pattern
4933 @cindex @code{vec_widen_umult_even_@var{m}} instruction pattern
4934 @cindex @code{vec_widen_umult_odd_@var{m}} instruction pattern
4935 @cindex @code{vec_widen_smult_even_@var{m}} instruction pattern
4936 @cindex @code{vec_widen_smult_odd_@var{m}} instruction pattern
4937 @item @samp{vec_widen_umult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_umult_lo_@var{m}}
4938 @itemx @samp{vec_widen_smult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_smult_lo_@var{m}}
4939 @itemx @samp{vec_widen_umult_even_@var{m}}, @samp{vec_widen_umult_odd_@var{m}}
4940 @itemx @samp{vec_widen_smult_even_@var{m}}, @samp{vec_widen_smult_odd_@var{m}}
4941 Signed/Unsigned widening multiplication.  The two inputs (operands 1 and 2)
4942 are vectors with N signed/unsigned elements of size S@.  Multiply the high/low
4943 or even/odd elements of the two vectors, and put the N/2 products of size 2*S
4944 in the output vector (operand 0). A target shouldn't implement even/odd pattern
4945 pair if it is less efficient than lo/hi one.
4947 @cindex @code{vec_widen_ushiftl_hi_@var{m}} instruction pattern
4948 @cindex @code{vec_widen_ushiftl_lo_@var{m}} instruction pattern
4949 @cindex @code{vec_widen_sshiftl_hi_@var{m}} instruction pattern
4950 @cindex @code{vec_widen_sshiftl_lo_@var{m}} instruction pattern
4951 @item @samp{vec_widen_ushiftl_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_ushiftl_lo_@var{m}}
4952 @itemx @samp{vec_widen_sshiftl_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_sshiftl_lo_@var{m}}
4953 Signed/Unsigned widening shift left.  The first input (operand 1) is a vector
4954 with N signed/unsigned elements of size S@.  Operand 2 is a constant.  Shift
4955 the high/low elements of operand 1, and put the N/2 results of size 2*S in the
4956 output vector (operand 0).
4958 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
4959 @item @samp{mulhisi3}
4960 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
4961 a @code{SImode} product in operand 0.
4963 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
4964 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
4965 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
4966 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
4968 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
4969 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
4970 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
4971 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
4972 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
4973 multiplication.
4975 @cindex @code{usmulqihi3} instruction pattern
4976 @cindex @code{usmulhisi3} instruction pattern
4977 @cindex @code{usmulsidi3} instruction pattern
4978 @item @samp{usmulqihi3}, @samp{usmulhisi3}, @samp{usmulsidi3}
4979 Similar widening-multiplication instructions that interpret the first
4980 operand as unsigned and the second operand as signed, then do a signed
4981 multiplication.
4983 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
4984 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
4985 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
4986 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
4987 The least significant half of the product is discarded.
4989 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
4990 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
4991 Similar, but the multiplication is unsigned.
4993 @cindex @code{madd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4994 @item @samp{madd@var{m}@var{n}4}
4995 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, add
4996 operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
4997 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
4998 Both modes must be integer or fixed-point modes and @var{n} must be twice
4999 the size of @var{m}.
5001 In other words, @code{madd@var{m}@var{n}4} is like
5002 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also adds operand 3.
5004 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
5006 @cindex @code{umadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5007 @item @samp{umadd@var{m}@var{n}4}
5008 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
5009 operands instead of sign-extending them.
5011 @cindex @code{ssmadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5012 @item @samp{ssmadd@var{m}@var{n}4}
5013 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
5014 signed-saturating.
5016 @cindex @code{usmadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5017 @item @samp{usmadd@var{m}@var{n}4}
5018 Like @code{umadd@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
5019 unsigned-saturating.
5021 @cindex @code{msub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5022 @item @samp{msub@var{m}@var{n}4}
5023 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, subtract the
5024 result from operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
5025 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
5026 Both modes must be integer or fixed-point modes and @var{n} must be twice
5027 the size of @var{m}.
5029 In other words, @code{msub@var{m}@var{n}4} is like
5030 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also subtracts the result
5031 from operand 3.
5033 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
5035 @cindex @code{umsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5036 @item @samp{umsub@var{m}@var{n}4}
5037 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
5038 operands instead of sign-extending them.
5040 @cindex @code{ssmsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5041 @item @samp{ssmsub@var{m}@var{n}4}
5042 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
5043 signed-saturating.
5045 @cindex @code{usmsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5046 @item @samp{usmsub@var{m}@var{n}4}
5047 Like @code{umsub@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
5048 unsigned-saturating.
5050 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
5051 @item @samp{divmod@var{m}4}
5052 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
5053 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
5054 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
5056 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
5057 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
5058 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
5059 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
5060 and remainder are computed.
5062 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
5063 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
5064 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
5065 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
5066 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
5068 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
5069 @item @samp{udivmod@var{m}4}
5070 Similar, but does unsigned division.
5072 @anchor{shift patterns}
5073 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
5074 @cindex @code{ssashl@var{m}3} instruction pattern
5075 @cindex @code{usashl@var{m}3} instruction pattern
5076 @item @samp{ashl@var{m}3}, @samp{ssashl@var{m}3}, @samp{usashl@var{m}3}
5077 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
5078 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
5079 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
5080 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
5081 mode before generating the instruction.  The meaning of out-of-range shift
5082 counts can optionally be specified by @code{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
5083 @xref{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.  Operand 2 is always a scalar type.
5085 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
5086 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
5087 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
5088 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
5089 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
5090 Other shift and rotate instructions, analogous to the
5091 @code{ashl@var{m}3} instructions.  Operand 2 is always a scalar type.
5093 @cindex @code{vashl@var{m}3} instruction pattern
5094 @cindex @code{vashr@var{m}3} instruction pattern
5095 @cindex @code{vlshr@var{m}3} instruction pattern
5096 @cindex @code{vrotl@var{m}3} instruction pattern
5097 @cindex @code{vrotr@var{m}3} instruction pattern
5098 @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}
5099 Vector shift and rotate instructions that take vectors as operand 2
5100 instead of a scalar type.
5102 @cindex @code{bswap@var{m}2} instruction pattern
5103 @item @samp{bswap@var{m}2}
5104 Reverse the order of bytes of operand 1 and store the result in operand 0.
5106 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
5107 @cindex @code{ssneg@var{m}2} instruction pattern
5108 @cindex @code{usneg@var{m}2} instruction pattern
5109 @item @samp{neg@var{m}2}, @samp{ssneg@var{m}2}, @samp{usneg@var{m}2}
5110 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
5112 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
5113 @item @samp{abs@var{m}2}
5114 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
5116 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
5117 @item @samp{sqrt@var{m}2}
5118 Store the square root of operand 1 into operand 0.
5120 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
5121 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sqrtf}
5122 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5123 type @code{float}.
5125 @cindex @code{fmod@var{m}3} instruction pattern
5126 @item @samp{fmod@var{m}3}
5127 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
5128 operand 0, rounded towards zero to an integer.
5130 The @code{fmod} built-in function of C always uses the mode which
5131 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{fmodf}
5132 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5133 type @code{float}.
5135 @cindex @code{remainder@var{m}3} instruction pattern
5136 @item @samp{remainder@var{m}3}
5137 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
5138 operand 0, rounded to the nearest integer.
5140 The @code{remainder} built-in function of C always uses the mode
5141 which corresponds to the C data type @code{double} and the
5142 @code{remainderf} built-in function uses the mode which corresponds
5143 to the C data type @code{float}.
5145 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
5146 @item @samp{cos@var{m}2}
5147 Store the cosine of operand 1 into operand 0.
5149 The @code{cos} built-in function of C always uses the mode which
5150 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{cosf}
5151 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5152 type @code{float}.
5154 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
5155 @item @samp{sin@var{m}2}
5156 Store the sine of operand 1 into operand 0.
5158 The @code{sin} built-in function of C always uses the mode which
5159 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sinf}
5160 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5161 type @code{float}.
5163 @cindex @code{sincos@var{m}3} instruction pattern
5164 @item @samp{sincos@var{m}3}
5165 Store the cosine of operand 2 into operand 0 and the sine of
5166 operand 2 into operand 1.
5168 The @code{sin} and @code{cos} built-in functions of C always use the
5169 mode which corresponds to the C data type @code{double} and the
5170 @code{sinf} and @code{cosf} built-in function use the mode which
5171 corresponds to the C data type @code{float}.
5172 Targets that can calculate the sine and cosine simultaneously can
5173 implement this pattern as opposed to implementing individual
5174 @code{sin@var{m}2} and @code{cos@var{m}2} patterns.  The @code{sin}
5175 and @code{cos} built-in functions will then be expanded to the
5176 @code{sincos@var{m}3} pattern, with one of the output values
5177 left unused.
5179 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
5180 @item @samp{exp@var{m}2}
5181 Store the exponential of operand 1 into operand 0.
5183 The @code{exp} built-in function of C always uses the mode which
5184 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{expf}
5185 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5186 type @code{float}.
5188 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
5189 @item @samp{log@var{m}2}
5190 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.
5192 The @code{log} built-in function of C always uses the mode which
5193 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{logf}
5194 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5195 type @code{float}.
5197 @cindex @code{pow@var{m}3} instruction pattern
5198 @item @samp{pow@var{m}3}
5199 Store the value of operand 1 raised to the exponent operand 2
5200 into operand 0.
5202 The @code{pow} built-in function of C always uses the mode which
5203 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{powf}
5204 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5205 type @code{float}.
5207 @cindex @code{atan2@var{m}3} instruction pattern
5208 @item @samp{atan2@var{m}3}
5209 Store the arc tangent (inverse tangent) of operand 1 divided by
5210 operand 2 into operand 0, using the signs of both arguments to
5211 determine the quadrant of the result.
5213 The @code{atan2} built-in function of C always uses the mode which
5214 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{atan2f}
5215 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5216 type @code{float}.
5218 @cindex @code{floor@var{m}2} instruction pattern
5219 @item @samp{floor@var{m}2}
5220 Store the largest integral value not greater than argument.
5222 The @code{floor} built-in function of C always uses the mode which
5223 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{floorf}
5224 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5225 type @code{float}.
5227 @cindex @code{btrunc@var{m}2} instruction pattern
5228 @item @samp{btrunc@var{m}2}
5229 Store the argument rounded to integer towards zero.
5231 The @code{trunc} built-in function of C always uses the mode which
5232 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{truncf}
5233 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5234 type @code{float}.
5236 @cindex @code{round@var{m}2} instruction pattern
5237 @item @samp{round@var{m}2}
5238 Store the argument rounded to integer away from zero.
5240 The @code{round} built-in function of C always uses the mode which
5241 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{roundf}
5242 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5243 type @code{float}.
5245 @cindex @code{ceil@var{m}2} instruction pattern
5246 @item @samp{ceil@var{m}2}
5247 Store the argument rounded to integer away from zero.
5249 The @code{ceil} built-in function of C always uses the mode which
5250 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{ceilf}
5251 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5252 type @code{float}.
5254 @cindex @code{nearbyint@var{m}2} instruction pattern
5255 @item @samp{nearbyint@var{m}2}
5256 Store the argument rounded according to the default rounding mode
5258 The @code{nearbyint} built-in function of C always uses the mode which
5259 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{nearbyintf}
5260 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5261 type @code{float}.
5263 @cindex @code{rint@var{m}2} instruction pattern
5264 @item @samp{rint@var{m}2}
5265 Store the argument rounded according to the default rounding mode and
5266 raise the inexact exception when the result differs in value from
5267 the argument
5269 The @code{rint} built-in function of C always uses the mode which
5270 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{rintf}
5271 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5272 type @code{float}.
5274 @cindex @code{lrint@var{m}@var{n}2}
5275 @item @samp{lrint@var{m}@var{n}2}
5276 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5277 point mode @var{n} as a signed number according to the current
5278 rounding mode and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
5280 @cindex @code{lround@var{m}@var{n}2}
5281 @item @samp{lround@var{m}@var{n}2}
5282 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5283 point mode @var{n} as a signed number rounding to nearest and away
5284 from zero and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
5286 @cindex @code{lfloor@var{m}@var{n}2}
5287 @item @samp{lfloor@var{m}@var{n}2}
5288 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5289 point mode @var{n} as a signed number rounding down and store in
5290 operand 0 (which has mode @var{n}).
5292 @cindex @code{lceil@var{m}@var{n}2}
5293 @item @samp{lceil@var{m}@var{n}2}
5294 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5295 point mode @var{n} as a signed number rounding up and store in
5296 operand 0 (which has mode @var{n}).
5298 @cindex @code{copysign@var{m}3} instruction pattern
5299 @item @samp{copysign@var{m}3}
5300 Store a value with the magnitude of operand 1 and the sign of operand
5301 2 into operand 0.
5303 The @code{copysign} built-in function of C always uses the mode which
5304 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{copysignf}
5305 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5306 type @code{float}.
5308 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
5309 @item @samp{ffs@var{m}2}
5310 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
5311 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
5312 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
5313 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
5314 generating the instruction.
5316 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
5317 corresponds to the C data type @code{int}.
5319 @cindex @code{clz@var{m}2} instruction pattern
5320 @item @samp{clz@var{m}2}
5321 Store into operand 0 the number of leading 0-bits in @var{x}, starting
5322 at the most significant bit position.  If @var{x} is 0, the
5323 @code{CLZ_DEFINED_VALUE_AT_ZERO} (@pxref{Misc}) macro defines if
5324 the result is undefined or has a useful value.
5325 @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
5326 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
5327 operand to that mode before generating the instruction.
5329 @cindex @code{ctz@var{m}2} instruction pattern
5330 @item @samp{ctz@var{m}2}
5331 Store into operand 0 the number of trailing 0-bits in @var{x}, starting
5332 at the least significant bit position.  If @var{x} is 0, the
5333 @code{CTZ_DEFINED_VALUE_AT_ZERO} (@pxref{Misc}) macro defines if
5334 the result is undefined or has a useful value.
5335 @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
5336 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
5337 operand to that mode before generating the instruction.
5339 @cindex @code{popcount@var{m}2} instruction pattern
5340 @item @samp{popcount@var{m}2}
5341 Store into operand 0 the number of 1-bits in @var{x}.  @var{m} is the
5342 mode of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
5343 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
5344 generating the instruction.
5346 @cindex @code{parity@var{m}2} instruction pattern
5347 @item @samp{parity@var{m}2}
5348 Store into operand 0 the parity of @var{x}, i.e.@: the number of 1-bits
5349 in @var{x} modulo 2.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode
5350 is specified by the instruction pattern, and the compiler will convert
5351 the operand to that mode before generating the instruction.
5353 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
5354 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
5355 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
5357 @cindex @code{movmem@var{m}} instruction pattern
5358 @item @samp{movmem@var{m}}
5359 Block move instruction.  The destination and source blocks of memory
5360 are the first two operands, and both are @code{mem:BLK}s with an
5361 address in mode @code{Pmode}.
5363 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
5364 Usually, you specify @code{Pmode} for @var{m}.  However, if you can
5365 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
5366 those representable in a full Pmode pointer, you should provide
5367 a pattern with a
5368 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
5369 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
5370 that appear negative) and also a pattern with @code{Pmode}.
5372 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
5373 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
5374 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
5375 it may provide the value 4 for this operand.
5377 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
5378 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
5379 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
5380 all cases. This expected alignment is also in bytes, just like operand 4.
5381 Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
5383 Descriptions of multiple @code{movmem@var{m}} patterns can only be
5384 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
5385 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
5386 in @code{movmem@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
5387 individually moved data units in the block.
5389 These patterns need not give special consideration to the possibility
5390 that the source and destination strings might overlap.
5392 @cindex @code{movstr} instruction pattern
5393 @item @samp{movstr}
5394 String copy instruction, with @code{stpcpy} semantics.  Operand 0 is
5395 an output operand in mode @code{Pmode}.  The addresses of the
5396 destination and source strings are operands 1 and 2, and both are
5397 @code{mem:BLK}s with addresses in mode @code{Pmode}.  The execution of
5398 the expansion of this pattern should store in operand 0 the address in
5399 which the @code{NUL} terminator was stored in the destination string.
5401 This patern has also several optional operands that are same as in
5402 @code{setmem}.
5404 @cindex @code{setmem@var{m}} instruction pattern
5405 @item @samp{setmem@var{m}}
5406 Block set instruction.  The destination string is the first operand,
5407 given as a @code{mem:BLK} whose address is in mode @code{Pmode}.  The
5408 number of bytes to set is the second operand, in mode @var{m}.  The value to
5409 initialize the memory with is the third operand. Targets that only support the
5410 clearing of memory should reject any value that is not the constant 0.  See
5411 @samp{movmem@var{m}} for a discussion of the choice of mode.
5413 The fourth operand is the known alignment of the destination, in the form
5414 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
5415 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
5416 operand.
5418 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
5419 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
5420 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
5421 all cases. This expected alignment is also in bytes, just like operand 4.
5422 Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
5423 Operand 7 is the minimal size of the block and operand 8 is the
5424 maximal size of the block (NULL if it can not be represented as CONST_INT).
5425 Operand 9 is the probable maximal size (i.e. we can not rely on it for correctness,
5426 but it can be used for choosing proper code sequence for a given size).
5428 The use for multiple @code{setmem@var{m}} is as for @code{movmem@var{m}}.
5430 @cindex @code{cmpstrn@var{m}} instruction pattern
5431 @item @samp{cmpstrn@var{m}}
5432 String compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
5433 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
5434 of @samp{movmem@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
5435 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
5436 string.  The instruction is not allowed to prefetch more than one byte
5437 at a time since either string may end in the first byte and reading past
5438 that may access an invalid page or segment and cause a fault.  The
5439 comparison terminates early if the fetched bytes are different or if
5440 they are equal to zero.  The effect of the instruction is to store a
5441 value in operand 0 whose sign indicates the result of the comparison.
5443 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
5444 @item @samp{cmpstr@var{m}}
5445 String compare instruction, without known maximum length.  Operand 0 is the
5446 output; it has mode @var{m}.  The second and third operand are the blocks of
5447 memory to be compared; both are @code{mem:BLK} with an address in mode
5448 @code{Pmode}.
5450 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
5451 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
5452 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
5453 it may provide the value 4 for this operand.
5455 The two memory blocks specified are compared byte by byte in lexicographic
5456 order starting at the beginning of each string.  The instruction is not allowed
5457 to prefetch more than one byte at a time since either string may end in the
5458 first byte and reading past that may access an invalid page or segment and
5459 cause a fault.  The comparison will terminate when the fetched bytes
5460 are different or if they are equal to zero.  The effect of the
5461 instruction is to store a value in operand 0 whose sign indicates the
5462 result of the comparison.
5464 @cindex @code{cmpmem@var{m}} instruction pattern
5465 @item @samp{cmpmem@var{m}}
5466 Block compare instruction, with five operands like the operands
5467 of @samp{cmpstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
5468 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
5469 block.  Unlike @samp{cmpstr@var{m}} the instruction can prefetch
5470 any bytes in the two memory blocks.  Also unlike @samp{cmpstr@var{m}}
5471 the comparison will not stop if both bytes are zero.  The effect of
5472 the instruction is to store a value in operand 0 whose sign indicates
5473 the result of the comparison.
5475 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
5476 @item @samp{strlen@var{m}}
5477 Compute the length of a string, with three operands.
5478 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
5479 a @code{mem} referring to the first character of the string,
5480 operand 2 is the character to search for (normally zero),
5481 and operand 3 is a constant describing the known alignment
5482 of the beginning of the string.
5484 @cindex @code{float@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5485 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
5486 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
5487 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
5488 @var{n}).
5490 @cindex @code{floatuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5491 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
5492 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
5493 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
5494 @var{n}).
5496 @cindex @code{fix@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5497 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
5498 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5499 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
5500 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
5501 the value of operand 1 is an integer.
5503 If the machine description defines this pattern, it also needs to
5504 define the @code{ftrunc} pattern.
5506 @cindex @code{fixuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5507 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
5508 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5509 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
5510 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
5511 value of operand 1 is an integer.
5513 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
5514 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
5515 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
5516 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
5517 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
5519 @cindex @code{fix_trunc@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5520 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
5521 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
5522 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
5524 @cindex @code{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5525 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
5526 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
5527 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
5529 @cindex @code{trunc@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5530 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
5531 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
5532 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
5533 point or both floating point.
5535 @cindex @code{extend@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5536 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
5537 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
5538 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
5539 point or both floating point.
5541 @cindex @code{zero_extend@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5542 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
5543 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
5544 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
5545 point.
5547 @cindex @code{fract@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5548 @item @samp{fract@var{m}@var{n}2}
5549 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
5550 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
5551 could be fixed-point to fixed-point, signed integer to fixed-point,
5552 fixed-point to signed integer, floating-point to fixed-point,
5553 or fixed-point to floating-point.
5554 When overflows or underflows happen, the results are undefined.
5556 @cindex @code{satfract@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5557 @item @samp{satfract@var{m}@var{n}2}
5558 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
5559 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
5560 could be fixed-point to fixed-point, signed integer to fixed-point,
5561 or floating-point to fixed-point.
5562 When overflows or underflows happen, the instruction saturates the
5563 results to the maximum or the minimum.
5565 @cindex @code{fractuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5566 @item @samp{fractuns@var{m}@var{n}2}
5567 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
5568 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
5569 could be unsigned integer to fixed-point, or
5570 fixed-point to unsigned integer.
5571 When overflows or underflows happen, the results are undefined.
5573 @cindex @code{satfractuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5574 @item @samp{satfractuns@var{m}@var{n}2}
5575 Convert unsigned integer operand 1 of mode @var{m} to fixed-point mode
5576 @var{n} and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
5577 When overflows or underflows happen, the instruction saturates the
5578 results to the maximum or the minimum.
5580 @cindex @code{extv@var{m}} instruction pattern
5581 @item @samp{extv@var{m}}
5582 Extract a bit-field from register operand 1, sign-extend it, and store
5583 it in operand 0.  Operand 2 specifies the width of the field in bits
5584 and operand 3 the starting bit, which counts from the most significant
5585 bit if @samp{BITS_BIG_ENDIAN} is true and from the least significant bit
5586 otherwise.
5588 Operands 0 and 1 both have mode @var{m}.  Operands 2 and 3 have a
5589 target-specific mode.
5591 @cindex @code{extvmisalign@var{m}} instruction pattern
5592 @item @samp{extvmisalign@var{m}}
5593 Extract a bit-field from memory operand 1, sign extend it, and store
5594 it in operand 0.  Operand 2 specifies the width in bits and operand 3
5595 the starting bit.  The starting bit is always somewhere in the first byte of
5596 operand 1; it counts from the most significant bit if @samp{BITS_BIG_ENDIAN}
5597 is true and from the least significant bit otherwise.
5599 Operand 0 has mode @var{m} while operand 1 has @code{BLK} mode.
5600 Operands 2 and 3 have a target-specific mode.
5602 The instruction must not read beyond the last byte of the bit-field.
5604 @cindex @code{extzv@var{m}} instruction pattern
5605 @item @samp{extzv@var{m}}
5606 Like @samp{extv@var{m}} except that the bit-field value is zero-extended.
5608 @cindex @code{extzvmisalign@var{m}} instruction pattern
5609 @item @samp{extzvmisalign@var{m}}
5610 Like @samp{extvmisalign@var{m}} except that the bit-field value is
5611 zero-extended.
5613 @cindex @code{insv@var{m}} instruction pattern
5614 @item @samp{insv@var{m}}
5615 Insert operand 3 into a bit-field of register operand 0.  Operand 1
5616 specifies the width of the field in bits and operand 2 the starting bit,
5617 which counts from the most significant bit if @samp{BITS_BIG_ENDIAN}
5618 is true and from the least significant bit otherwise.
5620 Operands 0 and 3 both have mode @var{m}.  Operands 1 and 2 have a
5621 target-specific mode.
5623 @cindex @code{insvmisalign@var{m}} instruction pattern
5624 @item @samp{insvmisalign@var{m}}
5625 Insert operand 3 into a bit-field of memory operand 0.  Operand 1
5626 specifies the width of the field in bits and operand 2 the starting bit.
5627 The starting bit is always somewhere in the first byte of operand 0;
5628 it counts from the most significant bit if @samp{BITS_BIG_ENDIAN}
5629 is true and from the least significant bit otherwise.
5631 Operand 3 has mode @var{m} while operand 0 has @code{BLK} mode.
5632 Operands 1 and 2 have a target-specific mode.
5634 The instruction must not read or write beyond the last byte of the bit-field.
5636 @cindex @code{extv} instruction pattern
5637 @item @samp{extv}
5638 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
5639 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
5640 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
5641 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
5642 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
5643 be valid for @code{word_mode}.
5645 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
5646 for operands 2 and 3 and the constant is never zero for operand 2.
5648 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
5649 before it is stored in operand 0.
5651 This pattern is deprecated; please use @samp{extv@var{m}} and
5652 @code{extvmisalign@var{m}} instead.
5654 @cindex @code{extzv} instruction pattern
5655 @item @samp{extzv}
5656 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
5658 This pattern is deprecated; please use @samp{extzv@var{m}} and
5659 @code{extzvmisalign@var{m}} instead.
5661 @cindex @code{insv} instruction pattern
5662 @item @samp{insv}
5663 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
5664 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
5665 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
5666 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
5667 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
5669 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
5670 for operands 1 and 2 and the constant is never zero for operand 1.
5672 This pattern is deprecated; please use @samp{insv@var{m}} and
5673 @code{insvmisalign@var{m}} instead.
5675 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
5676 @item @samp{mov@var{mode}cc}
5677 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
5678 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
5679 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
5681 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
5682 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
5683 conditionally move an integer value based on the floating point condition
5684 codes and vice versa.
5686 If the machine does not have conditional move instructions, do not
5687 define these patterns.
5689 @cindex @code{add@var{mode}cc} instruction pattern
5690 @item @samp{add@var{mode}cc}
5691 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional addition.  Conditionally
5692 move operand 2 or (operands 2 + operand 3) into operand 0 according to the
5693 comparison in operand 1.  If the comparison is false, operand 2 is moved into
5694 operand 0, otherwise (operand 2 + operand 3) is moved.
5696 @cindex @code{cstore@var{mode}4} instruction pattern
5697 @item @samp{cstore@var{mode}4}
5698 Store zero or nonzero in operand 0 according to whether a comparison
5699 is true.  Operand 1 is a comparison operator.  Operand 2 and operand 3
5700 are the first and second operand of the comparison, respectively.
5701 You specify the mode that operand 0 must have when you write the
5702 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees which
5703 mode you have used and supplies an operand of that mode.
5705 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
5706 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
5707 you should omit it from the machine description.  You describe to the
5708 compiler exactly which value is stored by defining the macro
5709 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
5710 found that can be used for all the possible comparison operators, you
5711 should pick one and use a @code{define_expand} to map all results
5712 onto the one you chose.
5714 These operations may @code{FAIL}, but should do so only in relatively
5715 uncommon cases; if they would @code{FAIL} for common cases involving
5716 integer comparisons, it is best to restrict the predicates to not
5717 allow these operands.  Likewise if a given comparison operator will
5718 always fail, independent of the operands (for floating-point modes, the
5719 @code{ordered_comparison_operator} predicate is often useful in this case).
5721 If this pattern is omitted, the compiler will generate a conditional
5722 branch---for example, it may copy a constant one to the target and branching
5723 around an assignment of zero to the target---or a libcall.  If the predicate
5724 for operand 1 only rejects some operators, it will also try reordering the
5725 operands and/or inverting the result value (e.g.@: by an exclusive OR).
5726 These possibilities could be cheaper or equivalent to the instructions
5727 used for the @samp{cstore@var{mode}4} pattern followed by those required
5728 to convert a positive result from @code{STORE_FLAG_VALUE} to 1; in this
5729 case, you can and should make operand 1's predicate reject some operators
5730 in the @samp{cstore@var{mode}4} pattern, or remove the pattern altogether
5731 from the machine description.
5733 @cindex @code{cbranch@var{mode}4} instruction pattern
5734 @item @samp{cbranch@var{mode}4}
5735 Conditional branch instruction combined with a compare instruction.
5736 Operand 0 is a comparison operator.  Operand 1 and operand 2 are the
5737 first and second operands of the comparison, respectively.  Operand 3
5738 is a @code{label_ref} that refers to the label to jump to.
5740 @cindex @code{jump} instruction pattern
5741 @item @samp{jump}
5742 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
5743 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
5744 on all machines.
5746 @cindex @code{call} instruction pattern
5747 @item @samp{call}
5748 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
5749 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
5750 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
5751 operands.
5753 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
5754 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
5755 to put this information into the assembler code; they can put it in
5756 the RTL instead of operand 1.
5758 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
5759 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
5760 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
5761 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
5762 instruction, the pattern for this operation should be a
5763 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
5764 address into a register and uses that register in the call instruction.
5766 @cindex @code{call_value} instruction pattern
5767 @item @samp{call_value}
5768 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
5769 register in which the value is returned.  There are three more
5770 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
5771 instruction (but with numbers increased by one).
5773 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
5774 insn.
5776 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
5777 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
5778 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
5779 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
5780 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
5781 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
5782 adjustment made to the frame pointer.
5784 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
5785 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
5786 can be eliminated, if desired.
5788 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
5789 @item @samp{untyped_call}
5790 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
5791 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
5792 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
5793 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
5794 the saving of a function return value into the result block.
5796 This instruction pattern should be defined to support
5797 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
5798 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
5799 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
5800 multiple registers that can hold a return value
5801 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
5803 @cindex @code{return} instruction pattern
5804 @item @samp{return}
5805 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
5806 defined only if a single instruction can do all the work of returning
5807 from a function.
5809 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
5810 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
5811 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
5812 some class of functions only requires one instruction to implement a
5813 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
5814 to save any registers or allocate stack space.
5816 It is valid for this pattern to expand to an instruction using
5817 @code{simple_return} if no epilogue is required.
5819 @cindex @code{simple_return} instruction pattern
5820 @item @samp{simple_return}
5821 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
5822 defined only if a single instruction can do all the work of returning
5823 from a function on a path where no epilogue is required.  This pattern
5824 is very similar to the @code{return} instruction pattern, but it is emitted
5825 only by the shrink-wrapping optimization on paths where the function
5826 prologue has not been executed, and a function return should occur without
5827 any of the effects of the epilogue.  Additional uses may be introduced on
5828 paths where both the prologue and the epilogue have executed.
5830 @findex reload_completed
5831 @findex leaf_function_p
5832 For such machines, the condition specified in this pattern should only
5833 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
5834 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
5835 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
5836 a register window push is required.
5838 Machines that have conditional return instructions should define patterns
5839 such as
5841 @smallexample
5842 (define_insn ""
5843   [(set (pc)
5844         (if_then_else (match_operator
5845                          0 "comparison_operator"
5846                          [(cc0) (const_int 0)])
5847                       (return)
5848                       (pc)))]
5849   "@var{condition}"
5850   "@dots{}")
5851 @end smallexample
5853 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
5854 named @samp{return} pattern.
5856 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
5857 @item @samp{untyped_return}
5858 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
5859 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
5860 instructions are needed to return a value of any type.
5862 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
5863 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
5864 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
5865 the restoring of a function return value from the result block.
5867 @cindex @code{nop} instruction pattern
5868 @item @samp{nop}
5869 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
5870 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
5871 RTL pattern.
5873 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
5874 @item @samp{indirect_jump}
5875 An instruction to jump to an address which is operand zero.
5876 This pattern name is mandatory on all machines.
5878 @cindex @code{casesi} instruction pattern
5879 @item @samp{casesi}
5880 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
5881 This instruction takes five operands:
5883 @enumerate
5884 @item
5885 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
5887 @item
5888 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
5890 @item
5891 The total range of indices in the table---the largest index
5892 minus the smallest one (both inclusive).
5894 @item
5895 A label that precedes the table itself.
5897 @item
5898 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
5899 @end enumerate
5901 The table is an @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
5902 @code{jump_table_data}.  The number of elements in the table is one plus the
5903 difference between the upper bound and the lower bound.
5905 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
5906 @item @samp{tablejump}
5907 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
5908 capability which can be used to implement a dispatch table when there
5909 is no @samp{casesi} pattern.
5911 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
5912 which should immediately precede the jump table.  If the macro
5913 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
5914 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
5915 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
5916 mode @code{Pmode}.
5918 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
5919 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
5920 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
5921 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
5924 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
5925 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
5926 Conditional branch instruction that decrements a register and
5927 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
5928 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
5929 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
5931 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
5932 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
5933 reduction is enabled.
5935 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
5936 @item @samp{doloop_end}
5937 Conditional branch instruction that decrements a register and
5938 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
5939 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
5940 register is nonzero.
5941 @xref{Looping Patterns}.
5943 This optional instruction pattern should be defined for machines with
5944 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
5945 modify suitable loops to utilize it.  The target hook
5946 @code{TARGET_CAN_USE_DOLOOP_P} controls the conditions under which
5947 low-overhead loops can be used.
5949 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
5950 @item @samp{doloop_begin}
5951 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
5952 need to perform some initialization, such as loading a special counter
5953 register.  Operand 1 is the associated @code{doloop_end} pattern and
5954 operand 0 is the register that it decrements.
5956 If initialization insns do not always need to be emitted, use a
5957 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
5959 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
5960 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
5961 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
5962 into operand 0.
5964 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
5965 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
5966 and also has mode @code{Pmode}.
5968 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
5969 the address of the function which would be called if the function
5970 pointer were used in an indirect call.
5972 Only define this pattern if function pointers on the target machine
5973 can have different values but still call the same function when
5974 used in an indirect call.
5976 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
5977 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
5978 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
5979 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
5980 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
5981 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
5982 @item @samp{save_stack_block}
5983 @itemx @samp{save_stack_function}
5984 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
5985 @itemx @samp{restore_stack_block}
5986 @itemx @samp{restore_stack_function}
5987 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
5988 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
5989 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
5990 such machines.
5992 Some machines require special handling for stack pointer saves and
5993 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
5994 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
5995 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
5996 saves and restores are:
5998 @enumerate
5999 @item
6000 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
6001 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
6002 restores the stack pointer when the block is exited.
6004 @item
6005 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
6006 similar job for the outermost block of a function and are used when the
6007 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
6008 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
6009 restore sequence on some machines.
6011 @item
6012 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
6013 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
6014 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
6015 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
6016 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
6017 and restoring additional data such as register window information or
6018 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
6019 such required data.
6020 @end enumerate
6022 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
6023 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
6024 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
6025 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
6026 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
6027 for a particular type of save (either because no save is needed or
6028 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
6029 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
6030 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
6031 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
6033 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
6034 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
6035 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
6037 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
6038 @item @samp{allocate_stack}
6039 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
6040 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
6042 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
6043 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
6044 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
6045 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
6046 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
6047 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
6048 stack is free.
6050 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
6051 Some machines require other operations such as stack probes or
6052 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
6053 operations in addition to updating the stack pointer.
6055 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
6056 @item @samp{check_stack}
6057 If stack checking (@pxref{Stack Checking}) cannot be done on your system by
6058 probing the stack, define this pattern to perform the needed check and signal
6059 an error if the stack has overflowed.  The single operand is the address in
6060 the stack farthest from the current stack pointer that you need to validate.
6061 Normally, on platforms where this pattern is needed, you would obtain the
6062 stack limit from a global or thread-specific variable or register.
6064 @cindex @code{probe_stack_address} instruction pattern
6065 @item @samp{probe_stack_address}
6066 If stack checking (@pxref{Stack Checking}) can be done on your system by
6067 probing the stack but without the need to actually access it, define this
6068 pattern and signal an error if the stack has overflowed.  The single operand
6069 is the memory address in the stack that needs to be probed.
6071 @cindex @code{probe_stack} instruction pattern
6072 @item @samp{probe_stack}
6073 If stack checking (@pxref{Stack Checking}) can be done on your system by
6074 probing the stack but doing it with a ``store zero'' instruction is not valid
6075 or optimal, define this pattern to do the probing differently and signal an
6076 error if the stack has overflowed.  The single operand is the memory reference
6077 in the stack that needs to be probed.
6079 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
6080 @item @samp{nonlocal_goto}
6081 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
6082 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
6083 each representing a value to be used in the jump.  The first
6084 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
6085 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
6086 the third is the address of a location where the stack is saved,
6087 and the last is the address of the label, to be placed in the
6088 location for the incoming static chain.
6090 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
6091 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
6092 and static chain, restore the stack (using the
6093 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
6094 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
6095 not work on your machine.
6097 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
6098 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
6099 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
6100 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
6101 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
6102 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
6103 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
6104 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
6105 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
6106 There are no arguments.
6108 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
6109 @item @samp{exception_receiver}
6110 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
6111 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
6112 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
6113 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
6114 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
6115 an exception.  There are no arguments.
6117 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
6118 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
6119 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
6120 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
6121 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
6122 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
6123 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
6124 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
6125 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
6126 the first three are normally used by the generic mechanism.
6128 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
6129 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
6130 This pattern, if defined, contains code needed at the site of a
6131 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
6132 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
6133 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
6134 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
6135 to which builtin_longjmp transferred control; this pattern may be emitted
6136 at a small offset from that label.
6138 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
6139 @item @samp{builtin_longjmp}
6140 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
6141 You will not normally need to define this pattern unless you also define
6142 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
6143 @code{jmp_buf}.
6145 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
6146 @item @samp{eh_return}
6147 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
6148 and thence the call frame exception handling library routines, are
6149 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
6150 the abnormal return path.
6152 The address of the exception handler to which the function should return
6153 is passed as operand to this pattern.  It will normally need to copied by
6154 the pattern to some special register or memory location.
6155 If the pattern needs to determine the location of the target call
6156 frame in order to do so, it may use @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX},
6157 if defined; it will have already been assigned.
6159 If this pattern is not defined, the default action will be to simply
6160 copy the return address to @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX}.  Either
6161 that macro or this pattern needs to be defined if call frame exception
6162 handling is to be used.
6164 @cindex @code{prologue} instruction pattern
6165 @anchor{prologue instruction pattern}
6166 @item @samp{prologue}
6167 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
6168 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
6169 pointer register, saving callee saved registers, etc.
6171 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
6172 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
6174 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
6175 instruction scheduling.
6177 @cindex @code{window_save} instruction pattern
6178 @anchor{window_save instruction pattern}
6179 @item @samp{window_save}
6180 This pattern, if defined, emits RTL for a register window save.  It should
6181 be defined if the target machine has register windows but the window events
6182 are decoupled from calls to subroutines.  The canonical example is the SPARC
6183 architecture.
6185 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
6186 @anchor{epilogue instruction pattern}
6187 @item @samp{epilogue}
6188 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
6189 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
6190 registers and emitting the return instruction.
6192 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
6193 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
6195 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
6196 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
6198 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
6199 @item @samp{sibcall_epilogue}
6200 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
6201 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
6202 sibling call (aka tail call) sites.
6204 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
6205 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
6206 function.
6208 @cindex @code{trap} instruction pattern
6209 @item @samp{trap}
6210 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
6211 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
6212 front end to signal `invalid array index' exceptions.
6214 @cindex @code{ctrap@var{MM}4} instruction pattern
6215 @item @samp{ctrap@var{MM}4}
6216 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
6217 performs a comparison, and operands 1 and 2 are the arms of the
6218 comparison.  Operand 3 is the trap code, an integer.
6220 A typical @code{ctrap} pattern looks like
6222 @smallexample
6223 (define_insn "ctrapsi4"
6224   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
6225              [(match_operand 1 "register_operand")
6226               (match_operand 2 "immediate_operand")])
6227             (match_operand 3 "const_int_operand" "i"))]
6228   ""
6229   "@dots{}")
6230 @end smallexample
6232 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
6233 @item @samp{prefetch}
6234 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
6235 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
6236 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
6237 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
6238 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
6239 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
6240 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
6241 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
6242 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
6244 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
6245 the values of operands 1 and 2.
6247 @cindex @code{blockage} instruction pattern
6248 @item @samp{blockage}
6249 This pattern defines a pseudo insn that prevents the instruction
6250 scheduler and other passes from moving instructions and using register
6251 equivalences across the boundary defined by the blockage insn.
6252 This needs to be an UNSPEC_VOLATILE pattern or a volatile ASM.
6254 @cindex @code{memory_barrier} instruction pattern
6255 @item @samp{memory_barrier}
6256 If the target memory model is not fully synchronous, then this pattern
6257 should be defined to an instruction that orders both loads and stores
6258 before the instruction with respect to loads and stores after the instruction.
6259 This pattern has no operands.
6261 @cindex @code{sync_compare_and_swap@var{mode}} instruction pattern
6262 @item @samp{sync_compare_and_swap@var{mode}}
6263 This pattern, if defined, emits code for an atomic compare-and-swap
6264 operation.  Operand 1 is the memory on which the atomic operation is
6265 performed.  Operand 2 is the ``old'' value to be compared against the
6266 current contents of the memory location.  Operand 3 is the ``new'' value
6267 to store in the memory if the compare succeeds.  Operand 0 is the result
6268 of the operation; it should contain the contents of the memory
6269 before the operation.  If the compare succeeds, this should obviously be
6270 a copy of operand 2.
6272 This pattern must show that both operand 0 and operand 1 are modified.
6274 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
6275 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
6276 operation and all memory operations after the atomic operation occur
6277 after the atomic operation.
6279 For targets where the success or failure of the compare-and-swap
6280 operation is available via the status flags, it is possible to
6281 avoid a separate compare operation and issue the subsequent
6282 branch or store-flag operation immediately after the compare-and-swap.
6283 To this end, GCC will look for a @code{MODE_CC} set in the
6284 output of @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}; if the machine
6285 description includes such a set, the target should also define special
6286 @code{cbranchcc4} and/or @code{cstorecc4} instructions.  GCC will then
6287 be able to take the destination of the @code{MODE_CC} set and pass it
6288 to the @code{cbranchcc4} or @code{cstorecc4} pattern as the first
6289 operand of the comparison (the second will be @code{(const_int 0)}).
6291 For targets where the operating system may provide support for this
6292 operation via library calls, the @code{sync_compare_and_swap_optab}
6293 may be initialized to a function with the same interface as the
6294 @code{__sync_val_compare_and_swap_@var{n}} built-in.  If the entire
6295 set of @var{__sync} builtins are supported via library calls, the
6296 target can initialize all of the optabs at once with
6297 @code{init_sync_libfuncs}.
6298 For the purposes of C++11 @code{std::atomic::is_lock_free}, it is
6299 assumed that these library calls do @emph{not} use any kind of
6300 interruptable locking.
6302 @cindex @code{sync_add@var{mode}} instruction pattern
6303 @cindex @code{sync_sub@var{mode}} instruction pattern
6304 @cindex @code{sync_ior@var{mode}} instruction pattern
6305 @cindex @code{sync_and@var{mode}} instruction pattern
6306 @cindex @code{sync_xor@var{mode}} instruction pattern
6307 @cindex @code{sync_nand@var{mode}} instruction pattern
6308 @item @samp{sync_add@var{mode}}, @samp{sync_sub@var{mode}}
6309 @itemx @samp{sync_ior@var{mode}}, @samp{sync_and@var{mode}}
6310 @itemx @samp{sync_xor@var{mode}}, @samp{sync_nand@var{mode}}
6311 These patterns emit code for an atomic operation on memory.
6312 Operand 0 is the memory on which the atomic operation is performed.
6313 Operand 1 is the second operand to the binary operator.
6315 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
6316 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
6317 operation and all memory operations after the atomic operation occur
6318 after the atomic operation.
6320 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
6321 from a compare-and-swap operation, if defined.
6323 @cindex @code{sync_old_add@var{mode}} instruction pattern
6324 @cindex @code{sync_old_sub@var{mode}} instruction pattern
6325 @cindex @code{sync_old_ior@var{mode}} instruction pattern
6326 @cindex @code{sync_old_and@var{mode}} instruction pattern
6327 @cindex @code{sync_old_xor@var{mode}} instruction pattern
6328 @cindex @code{sync_old_nand@var{mode}} instruction pattern
6329 @item @samp{sync_old_add@var{mode}}, @samp{sync_old_sub@var{mode}}
6330 @itemx @samp{sync_old_ior@var{mode}}, @samp{sync_old_and@var{mode}}
6331 @itemx @samp{sync_old_xor@var{mode}}, @samp{sync_old_nand@var{mode}}
6332 These patterns emit code for an atomic operation on memory,
6333 and return the value that the memory contained before the operation.
6334 Operand 0 is the result value, operand 1 is the memory on which the
6335 atomic operation is performed, and operand 2 is the second operand
6336 to the binary operator.
6338 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
6339 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
6340 operation and all memory operations after the atomic operation occur
6341 after the atomic operation.
6343 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
6344 from a compare-and-swap operation, if defined.
6346 @cindex @code{sync_new_add@var{mode}} instruction pattern
6347 @cindex @code{sync_new_sub@var{mode}} instruction pattern
6348 @cindex @code{sync_new_ior@var{mode}} instruction pattern
6349 @cindex @code{sync_new_and@var{mode}} instruction pattern
6350 @cindex @code{sync_new_xor@var{mode}} instruction pattern
6351 @cindex @code{sync_new_nand@var{mode}} instruction pattern
6352 @item @samp{sync_new_add@var{mode}}, @samp{sync_new_sub@var{mode}}
6353 @itemx @samp{sync_new_ior@var{mode}}, @samp{sync_new_and@var{mode}}
6354 @itemx @samp{sync_new_xor@var{mode}}, @samp{sync_new_nand@var{mode}}
6355 These patterns are like their @code{sync_old_@var{op}} counterparts,
6356 except that they return the value that exists in the memory location
6357 after the operation, rather than before the operation.
6359 @cindex @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}} instruction pattern
6360 @item @samp{sync_lock_test_and_set@var{mode}}
6361 This pattern takes two forms, based on the capabilities of the target.
6362 In either case, operand 0 is the result of the operand, operand 1 is
6363 the memory on which the atomic operation is performed, and operand 2
6364 is the value to set in the lock.
6366 In the ideal case, this operation is an atomic exchange operation, in
6367 which the previous value in memory operand is copied into the result
6368 operand, and the value operand is stored in the memory operand.
6370 For less capable targets, any value operand that is not the constant 1
6371 should be rejected with @code{FAIL}.  In this case the target may use
6372 an atomic test-and-set bit operation.  The result operand should contain
6373 1 if the bit was previously set and 0 if the bit was previously clear.
6374 The true contents of the memory operand are implementation defined.
6376 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
6377 pattern as a whole acts as an acquire barrier, that is all memory
6378 operations after the pattern do not occur until the lock is acquired.
6380 If this pattern is not defined, the operation will be constructed from
6381 a compare-and-swap operation, if defined.
6383 @cindex @code{sync_lock_release@var{mode}} instruction pattern
6384 @item @samp{sync_lock_release@var{mode}}
6385 This pattern, if defined, releases a lock set by
6386 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}.  Operand 0 is the memory
6387 that contains the lock; operand 1 is the value to store in the lock.
6389 If the target doesn't implement full semantics for
6390 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}, any value operand which is not
6391 the constant 0 should be rejected with @code{FAIL}, and the true contents
6392 of the memory operand are implementation defined.
6394 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
6395 pattern as a whole acts as a release barrier, that is the lock is
6396 released only after all previous memory operations have completed.
6398 If this pattern is not defined, then a @code{memory_barrier} pattern
6399 will be emitted, followed by a store of the value to the memory operand.
6401 @cindex @code{atomic_compare_and_swap@var{mode}} instruction pattern
6402 @item @samp{atomic_compare_and_swap@var{mode}} 
6403 This pattern, if defined, emits code for an atomic compare-and-swap
6404 operation with memory model semantics.  Operand 2 is the memory on which
6405 the atomic operation is performed.  Operand 0 is an output operand which
6406 is set to true or false based on whether the operation succeeded.  Operand
6407 1 is an output operand which is set to the contents of the memory before
6408 the operation was attempted.  Operand 3 is the value that is expected to
6409 be in memory.  Operand 4 is the value to put in memory if the expected
6410 value is found there.  Operand 5 is set to 1 if this compare and swap is to
6411 be treated as a weak operation.  Operand 6 is the memory model to be used
6412 if the operation is a success.  Operand 7 is the memory model to be used
6413 if the operation fails.
6415 If memory referred to in operand 2 contains the value in operand 3, then
6416 operand 4 is stored in memory pointed to by operand 2 and fencing based on
6417 the memory model in operand 6 is issued.  
6419 If memory referred to in operand 2 does not contain the value in operand 3,
6420 then fencing based on the memory model in operand 7 is issued.
6422 If a target does not support weak compare-and-swap operations, or the port
6423 elects not to implement weak operations, the argument in operand 5 can be
6424 ignored.  Note a strong implementation must be provided.
6426 If this pattern is not provided, the @code{__atomic_compare_exchange}
6427 built-in functions will utilize the legacy @code{sync_compare_and_swap}
6428 pattern with an @code{__ATOMIC_SEQ_CST} memory model.
6430 @cindex @code{atomic_load@var{mode}} instruction pattern
6431 @item @samp{atomic_load@var{mode}}
6432 This pattern implements an atomic load operation with memory model
6433 semantics.  Operand 1 is the memory address being loaded from.  Operand 0
6434 is the result of the load.  Operand 2 is the memory model to be used for
6435 the load operation.
6437 If not present, the @code{__atomic_load} built-in function will either
6438 resort to a normal load with memory barriers, or a compare-and-swap
6439 operation if a normal load would not be atomic.
6441 @cindex @code{atomic_store@var{mode}} instruction pattern
6442 @item @samp{atomic_store@var{mode}}
6443 This pattern implements an atomic store operation with memory model
6444 semantics.  Operand 0 is the memory address being stored to.  Operand 1
6445 is the value to be written.  Operand 2 is the memory model to be used for
6446 the operation.
6448 If not present, the @code{__atomic_store} built-in function will attempt to
6449 perform a normal store and surround it with any required memory fences.  If
6450 the store would not be atomic, then an @code{__atomic_exchange} is
6451 attempted with the result being ignored.
6453 @cindex @code{atomic_exchange@var{mode}} instruction pattern
6454 @item @samp{atomic_exchange@var{mode}}
6455 This pattern implements an atomic exchange operation with memory model
6456 semantics.  Operand 1 is the memory location the operation is performed on.
6457 Operand 0 is an output operand which is set to the original value contained
6458 in the memory pointed to by operand 1.  Operand 2 is the value to be
6459 stored.  Operand 3 is the memory model to be used.
6461 If this pattern is not present, the built-in function
6462 @code{__atomic_exchange} will attempt to preform the operation with a
6463 compare and swap loop.
6465 @cindex @code{atomic_add@var{mode}} instruction pattern
6466 @cindex @code{atomic_sub@var{mode}} instruction pattern
6467 @cindex @code{atomic_or@var{mode}} instruction pattern
6468 @cindex @code{atomic_and@var{mode}} instruction pattern
6469 @cindex @code{atomic_xor@var{mode}} instruction pattern
6470 @cindex @code{atomic_nand@var{mode}} instruction pattern
6471 @item @samp{atomic_add@var{mode}}, @samp{atomic_sub@var{mode}}
6472 @itemx @samp{atomic_or@var{mode}}, @samp{atomic_and@var{mode}}
6473 @itemx @samp{atomic_xor@var{mode}}, @samp{atomic_nand@var{mode}}
6474 These patterns emit code for an atomic operation on memory with memory
6475 model semantics. Operand 0 is the memory on which the atomic operation is
6476 performed.  Operand 1 is the second operand to the binary operator.
6477 Operand 2 is the memory model to be used by the operation.
6479 If these patterns are not defined, attempts will be made to use legacy
6480 @code{sync} patterns, or equivalent patterns which return a result.  If
6481 none of these are available a compare-and-swap loop will be used.
6483 @cindex @code{atomic_fetch_add@var{mode}} instruction pattern
6484 @cindex @code{atomic_fetch_sub@var{mode}} instruction pattern
6485 @cindex @code{atomic_fetch_or@var{mode}} instruction pattern
6486 @cindex @code{atomic_fetch_and@var{mode}} instruction pattern
6487 @cindex @code{atomic_fetch_xor@var{mode}} instruction pattern
6488 @cindex @code{atomic_fetch_nand@var{mode}} instruction pattern
6489 @item @samp{atomic_fetch_add@var{mode}}, @samp{atomic_fetch_sub@var{mode}}
6490 @itemx @samp{atomic_fetch_or@var{mode}}, @samp{atomic_fetch_and@var{mode}}
6491 @itemx @samp{atomic_fetch_xor@var{mode}}, @samp{atomic_fetch_nand@var{mode}}
6492 These patterns emit code for an atomic operation on memory with memory
6493 model semantics, and return the original value. Operand 0 is an output 
6494 operand which contains the value of the memory location before the 
6495 operation was performed.  Operand 1 is the memory on which the atomic 
6496 operation is performed.  Operand 2 is the second operand to the binary
6497 operator.  Operand 3 is the memory model to be used by the operation.
6499 If these patterns are not defined, attempts will be made to use legacy
6500 @code{sync} patterns.  If none of these are available a compare-and-swap
6501 loop will be used.
6503 @cindex @code{atomic_add_fetch@var{mode}} instruction pattern
6504 @cindex @code{atomic_sub_fetch@var{mode}} instruction pattern
6505 @cindex @code{atomic_or_fetch@var{mode}} instruction pattern
6506 @cindex @code{atomic_and_fetch@var{mode}} instruction pattern
6507 @cindex @code{atomic_xor_fetch@var{mode}} instruction pattern
6508 @cindex @code{atomic_nand_fetch@var{mode}} instruction pattern
6509 @item @samp{atomic_add_fetch@var{mode}}, @samp{atomic_sub_fetch@var{mode}}
6510 @itemx @samp{atomic_or_fetch@var{mode}}, @samp{atomic_and_fetch@var{mode}}
6511 @itemx @samp{atomic_xor_fetch@var{mode}}, @samp{atomic_nand_fetch@var{mode}}
6512 These patterns emit code for an atomic operation on memory with memory
6513 model semantics and return the result after the operation is performed.
6514 Operand 0 is an output operand which contains the value after the
6515 operation.  Operand 1 is the memory on which the atomic operation is
6516 performed.  Operand 2 is the second operand to the binary operator.
6517 Operand 3 is the memory model to be used by the operation.
6519 If these patterns are not defined, attempts will be made to use legacy
6520 @code{sync} patterns, or equivalent patterns which return the result before
6521 the operation followed by the arithmetic operation required to produce the
6522 result.  If none of these are available a compare-and-swap loop will be
6523 used.
6525 @cindex @code{atomic_test_and_set} instruction pattern
6526 @item @samp{atomic_test_and_set}
6527 This pattern emits code for @code{__builtin_atomic_test_and_set}.
6528 Operand 0 is an output operand which is set to true if the previous
6529 previous contents of the byte was "set", and false otherwise.  Operand 1
6530 is the @code{QImode} memory to be modified.  Operand 2 is the memory
6531 model to be used.
6533 The specific value that defines "set" is implementation defined, and
6534 is normally based on what is performed by the native atomic test and set
6535 instruction.
6537 @cindex @code{mem_thread_fence@var{mode}} instruction pattern
6538 @item @samp{mem_thread_fence@var{mode}}
6539 This pattern emits code required to implement a thread fence with
6540 memory model semantics.  Operand 0 is the memory model to be used.
6542 If this pattern is not specified, all memory models except
6543 @code{__ATOMIC_RELAXED} will result in issuing a @code{sync_synchronize}
6544 barrier pattern.
6546 @cindex @code{mem_signal_fence@var{mode}} instruction pattern
6547 @item @samp{mem_signal_fence@var{mode}}
6548 This pattern emits code required to implement a signal fence with
6549 memory model semantics.  Operand 0 is the memory model to be used.
6551 This pattern should impact the compiler optimizers the same way that
6552 mem_signal_fence does, but it does not need to issue any barrier
6553 instructions.
6555 If this pattern is not specified, all memory models except
6556 @code{__ATOMIC_RELAXED} will result in issuing a @code{sync_synchronize}
6557 barrier pattern.
6559 @cindex @code{get_thread_pointer@var{mode}} instruction pattern
6560 @cindex @code{set_thread_pointer@var{mode}} instruction pattern
6561 @item @samp{get_thread_pointer@var{mode}}
6562 @itemx @samp{set_thread_pointer@var{mode}}
6563 These patterns emit code that reads/sets the TLS thread pointer. Currently,
6564 these are only needed if the target needs to support the
6565 @code{__builtin_thread_pointer} and @code{__builtin_set_thread_pointer}
6566 builtins.
6568 The get/set patterns have a single output/input operand respectively,
6569 with @var{mode} intended to be @code{Pmode}.
6571 @cindex @code{stack_protect_set} instruction pattern
6572 @item @samp{stack_protect_set}
6573 This pattern, if defined, moves a @code{ptr_mode} value from the memory
6574 in operand 1 to the memory in operand 0 without leaving the value in
6575 a register afterward.  This is to avoid leaking the value some place
6576 that an attacker might use to rewrite the stack guard slot after
6577 having clobbered it.
6579 If this pattern is not defined, then a plain move pattern is generated.
6581 @cindex @code{stack_protect_test} instruction pattern
6582 @item @samp{stack_protect_test}
6583 This pattern, if defined, compares a @code{ptr_mode} value from the
6584 memory in operand 1 with the memory in operand 0 without leaving the
6585 value in a register afterward and branches to operand 2 if the values
6586 were equal.
6588 If this pattern is not defined, then a plain compare pattern and
6589 conditional branch pattern is used.
6591 @cindex @code{clear_cache} instruction pattern
6592 @item @samp{clear_cache}
6593 This pattern, if defined, flushes the instruction cache for a region of
6594 memory.  The region is bounded to by the Pmode pointers in operand 0
6595 inclusive and operand 1 exclusive.
6597 If this pattern is not defined, a call to the library function
6598 @code{__clear_cache} is used.
6600 @end table
6602 @end ifset
6603 @c Each of the following nodes are wrapped in separate
6604 @c "@ifset INTERNALS" to work around memory limits for the default
6605 @c configuration in older tetex distributions.  Known to not work:
6606 @c tetex-1.0.7, known to work: tetex-2.0.2.
6607 @ifset INTERNALS
6608 @node Pattern Ordering
6609 @section When the Order of Patterns Matters
6610 @cindex Pattern Ordering
6611 @cindex Ordering of Patterns
6613 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
6614 pattern that appears first in the machine description is the one used.
6615 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
6616 and faster instructions (those that will produce better code when they
6617 do match) should usually go first in the description.
6619 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
6620 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
6621 instruction for converting a fullword to floating point and another
6622 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
6623 an integer to floating point could match either one.  We put the
6624 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
6625 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
6626 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
6627 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
6628 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
6629 constant value.
6631 @end ifset
6632 @ifset INTERNALS
6633 @node Dependent Patterns
6634 @section Interdependence of Patterns
6635 @cindex Dependent Patterns
6636 @cindex Interdependence of Patterns
6638 In some cases machines support instructions identical except for the
6639 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
6640 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
6641 patterns are
6643 @smallexample
6644 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
6645      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
6647 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
6648      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
6649 @end smallexample
6651 @noindent
6652 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
6653 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
6654 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
6655 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
6656 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
6657 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
6659 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
6660 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
6661 compilations.
6663 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
6664 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
6665 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
6666 you should not provide separate patterns for increment and decrement
6667 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
6668 that supports register-register add insns by examining the operands and
6669 generating the appropriate machine instruction.
6671 @end ifset
6672 @ifset INTERNALS
6673 @node Jump Patterns
6674 @section Defining Jump Instruction Patterns
6675 @cindex jump instruction patterns
6676 @cindex defining jump instruction patterns
6678 GCC does not assume anything about how the machine realizes jumps.
6679 The machine description should define a single pattern, usually
6680 a @code{define_expand}, which expands to all the required insns.
6682 Usually, this would be a comparison insn to set the condition code
6683 and a separate branch insn testing the condition code and branching
6684 or not according to its value.  For many machines, however,
6685 separating compares and branches is limiting, which is why the
6686 more flexible approach with one @code{define_expand} is used in GCC.
6687 The machine description becomes clearer for architectures that
6688 have compare-and-branch instructions but no condition code.  It also
6689 works better when different sets of comparison operators are supported
6690 by different kinds of conditional branches (e.g. integer vs. floating-point),
6691 or by conditional branches with respect to conditional stores.
6693 Two separate insns are always used if the machine description represents
6694 a condition code register using the legacy RTL expression @code{(cc0)},
6695 and on most machines that use a separate condition code register
6696 (@pxref{Condition Code}).  For machines that use @code{(cc0)}, in
6697 fact, the set and use of the condition code must be separate and
6698 adjacent@footnote{@code{note} insns can separate them, though.}, thus
6699 allowing flags in @code{cc_status} to be used (@pxref{Condition Code}) and
6700 so that the comparison and branch insns could be located from each other
6701 by using the functions @code{prev_cc0_setter} and @code{next_cc0_user}.
6703 Even in this case having a single entry point for conditional branches
6704 is advantageous, because it handles equally well the case where a single
6705 comparison instruction records the results of both signed and unsigned
6706 comparison of the given operands (with the branch insns coming in distinct
6707 signed and unsigned flavors) as in the x86 or SPARC, and the case where
6708 there are distinct signed and unsigned compare instructions and only
6709 one set of conditional branch instructions as in the PowerPC.
6711 @end ifset
6712 @ifset INTERNALS
6713 @node Looping Patterns
6714 @section Defining Looping Instruction Patterns
6715 @cindex looping instruction patterns
6716 @cindex defining looping instruction patterns
6718 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
6719 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
6720 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
6721 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
6722 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
6723 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
6724 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
6725 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
6726 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
6727 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
6728 the jump.
6730 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
6731 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
6732 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
6733 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
6734 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
6735 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
6736 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
6737 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
6738 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
6739 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
6740 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
6741 following for its @code{dbra} instruction:
6743 @smallexample
6744 @group
6745 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
6746   [(set (pc)
6747         (if_then_else
6748           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
6749                        (const_int -1))
6750               (const_int 0))
6751           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
6752           (pc)))
6753    (set (match_dup 0)
6754         (plus:SI (match_dup 0)
6755                  (const_int -1)))]
6756   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
6757   "@dots{}")
6758 @end group
6759 @end smallexample
6761 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
6762 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
6763 since this insn is generated by the instruction combination phase
6764 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
6765 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
6766 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
6767 pattern will not be matched by the combiner.
6769 @smallexample
6770 @group
6771 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
6772   [(set (pc)
6773         (if_then_else
6774           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
6775               (const_int 1))
6776           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
6777           (pc)))
6778    (set (match_dup 0)
6779         (plus:SI (match_dup 0)
6780                  (const_int -1)))]
6781   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
6782   "@dots{}")
6783 @end group
6784 @end smallexample
6786 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
6787 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
6788 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
6789 information collected during strength reduction.
6791 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
6792 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
6793 is an optional companion pattern that can be used for initialization
6794 needed for some low-overhead looping instructions.
6796 Note that some machines require the actual looping instruction to be
6797 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
6798 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
6799 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
6800 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
6801 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
6802 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
6803 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
6804 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
6805 desired special iteration counter register was not allocated, this
6806 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
6807 instruction pair.
6809 The essential difference between the
6810 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
6811 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
6812 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
6813 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
6814 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
6815 may become redundant and removed by the flow pass.
6818 @end ifset
6819 @ifset INTERNALS
6820 @node Insn Canonicalizations
6821 @section Canonicalization of Instructions
6822 @cindex canonicalization of instructions
6823 @cindex insn canonicalization
6825 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
6826 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
6827 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
6828 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
6829 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
6830 number of insn patterns required.
6832 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
6833 are performed:
6835 @itemize @bullet
6836 @item
6837 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
6838 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
6839 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
6840 be supplied.
6842 @item
6843 For associative operators, a sequence of operators will always chain
6844 to the left; for instance, only the left operand of an integer @code{plus}
6845 can itself be a @code{plus}.  @code{and}, @code{ior}, @code{xor},
6846 @code{plus}, @code{mult}, @code{smin}, @code{smax}, @code{umin}, and
6847 @code{umax} are associative when applied to integers, and sometimes to
6848 floating-point.
6850 @item
6851 @cindex @code{neg}, canonicalization of
6852 @cindex @code{not}, canonicalization of
6853 @cindex @code{mult}, canonicalization of
6854 @cindex @code{plus}, canonicalization of
6855 @cindex @code{minus}, canonicalization of
6856 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
6857 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
6858 first operand.
6860 @item
6861 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
6862 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
6863 the operations as far as possible.  For instance,
6864 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
6865 @code{(plus (mult (neg B) C) A)} is canonicalized as
6866 @code{(minus A (mult B C))}.
6868 @cindex @code{compare}, canonicalization of
6869 @item
6870 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
6871 if the first argument is a condition code register or @code{(cc0)}.
6873 @item
6874 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
6875 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
6876 above.
6878 @item
6879 @code{(ltu (plus @var{a} @var{b}) @var{b})} is converted to
6880 @code{(ltu (plus @var{a} @var{b}) @var{a})}. Likewise with @code{geu} instead
6881 of @code{ltu}.
6883 @item
6884 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
6885 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
6887 @item
6888 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
6889 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
6891 @cindex @code{ior}, canonicalization of
6892 @cindex @code{and}, canonicalization of
6893 @cindex De Morgan's law
6894 @item
6895 De Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
6896 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
6897 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
6899 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
6900 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
6901 for that instruction as
6903 @smallexample
6904 (define_insn ""
6905   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
6906         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
6907                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
6908   "@dots{}"
6909   "@dots{}")
6910 @end smallexample
6912 @noindent
6913 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
6915 @smallexample
6916 (define_insn ""
6917   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
6918         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
6919                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
6920   "@dots{}"
6921   "@dots{}")
6922 @end smallexample
6924 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
6925 logically equivalent RTL expressions.
6927 @cindex @code{xor}, canonicalization of
6928 @item
6929 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
6930 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
6931 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
6933 @item
6934 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
6935 the form
6937 @smallexample
6938 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
6939 @end smallexample
6941 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
6942 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
6943 @item
6944 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
6945 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
6946 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
6948 @cindex @code{mult}, canonicalization of
6949 @item
6950 @code{(sign_extend:@var{m1} (mult:@var{m2} (sign_extend:@var{m2} @var{x})
6951 (sign_extend:@var{m2} @var{y})))} is converted to @code{(mult:@var{m1}
6952 (sign_extend:@var{m1} @var{x}) (sign_extend:@var{m1} @var{y}))}, and likewise
6953 for @code{zero_extend}.
6955 @item
6956 @code{(sign_extend:@var{m1} (mult:@var{m2} (ashiftrt:@var{m2}
6957 @var{x} @var{s}) (sign_extend:@var{m2} @var{y})))} is converted
6958 to @code{(mult:@var{m1} (sign_extend:@var{m1} (ashiftrt:@var{m2}
6959 @var{x} @var{s})) (sign_extend:@var{m1} @var{y}))}, and likewise for
6960 patterns using @code{zero_extend} and @code{lshiftrt}.  If the second
6961 operand of @code{mult} is also a shift, then that is extended also.
6962 This transformation is only applied when it can be proven that the
6963 original operation had sufficient precision to prevent overflow.
6965 @end itemize
6967 Further canonicalization rules are defined in the function
6968 @code{commutative_operand_precedence} in @file{gcc/rtlanal.c}.
6970 @end ifset
6971 @ifset INTERNALS
6972 @node Expander Definitions
6973 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
6974 @cindex expander definitions
6975 @cindex code generation RTL sequences
6976 @cindex defining RTL sequences for code generation
6978 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
6979 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
6980 represent them.  For these target machines, you can write a
6981 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
6983 @findex define_expand
6984 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
6985 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
6986 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
6988 A @code{define_expand} RTX has four operands:
6990 @itemize @bullet
6991 @item
6992 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
6993 use for it is to refer to it by name.
6995 @item
6996 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
6997 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
6998 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
7000 @item
7001 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
7002 used to express how the availability of this pattern depends on
7003 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
7004 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
7005 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
7006 depend on the data in the insn being matched, but only the
7007 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
7008 during initialization in order to learn exactly which named instructions
7009 are available in a particular run.
7011 @item
7012 The preparation statements, a string containing zero or more C
7013 statements which are to be executed before RTL code is generated from
7014 the RTL template.
7016 Usually these statements prepare temporary registers for use as
7017 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
7018 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
7019 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
7021 @item
7022 Optionally, a vector containing the values of attributes. @xref{Insn
7023 Attributes}.
7024 @end itemize
7026 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
7027 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
7028 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
7031 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
7032 also describes the operands that need to be specified when this pattern
7033 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
7035 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
7036 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
7037 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
7038 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
7039 information to preload the operand into a register if that is required for
7040 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
7041 references should use @code{match_dup}.
7043 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
7044 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
7045 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
7046 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
7047 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
7048 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
7049 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
7050 compute the values and store them into the appropriate elements of
7051 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
7053 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
7054 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
7055 as a statement.
7057 @table @code
7059 @findex DONE
7060 @item DONE
7061 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
7062 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
7063 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
7064 preparation statements; the RTL template will not be generated.
7066 @findex FAIL
7067 @item FAIL
7068 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
7069 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
7070 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
7072 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
7073 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
7074 operations.
7075 @end table
7077 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
7078 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
7079 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
7080 insn.
7082 The RTL template is not used for matching, only for generating the
7083 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
7084 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
7085 list of operands, such as this example:
7087 @smallexample
7088 @group
7089 (define_expand "addsi3"
7090   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
7091    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
7092    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
7093 @end group
7094 @group
7095   ""
7096   "
7098   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
7099   DONE;
7100 @}")
7101 @end group
7102 @end smallexample
7104 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
7106 @smallexample
7107 @group
7108 (define_expand "ashlsi3"
7109   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
7110         (ashift:SI
7111 @end group
7112 @group
7113           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
7114           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
7115   ""
7116   "
7117 @end group
7118 @end smallexample
7120 @smallexample
7121 @group
7123   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
7124       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
7125     FAIL;
7126 @}")
7127 @end group
7128 @end smallexample
7130 @noindent
7131 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
7132 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
7133 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
7134 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
7135 library call).
7137 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
7138 patterns with names, then it would be possible to use a
7139 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
7140 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
7142 @smallexample
7143 (define_expand "zero_extendhisi2"
7144   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
7145         (const_int 0))
7146    (set (strict_low_part
7147           (subreg:HI
7148             (match_dup 0)
7149             0))
7150         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
7151   ""
7152   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
7153 @end smallexample
7155 @noindent
7156 @findex make_safe_from
7157 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
7158 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
7159 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
7160 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
7161 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
7162 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
7163 by emitting another RTL insn.
7165 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
7166 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
7167 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
7168 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
7169 on this machine.  So it must be copied into a register with
7170 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
7172 @smallexample
7173 (define_expand "zero_extendhisi2"
7174   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
7175         (and:SI (subreg:SI
7176                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
7177                   0)
7178                 (match_dup 2)))]
7179   ""
7180   "operands[2]
7181      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
7182 @end smallexample
7184 @emph{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
7185 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
7186 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
7187 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
7188 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
7189 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
7190 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
7191 in the compiler.
7193 @end ifset
7194 @ifset INTERNALS
7195 @node Insn Splitting
7196 @section Defining How to Split Instructions
7197 @cindex insn splitting
7198 @cindex instruction splitting
7199 @cindex splitting instructions
7201 There are two cases where you should specify how to split a pattern
7202 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
7203 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
7204 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
7205 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
7206 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
7207 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
7208 cannot be placed into a delay slot.
7210 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
7211 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
7212 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
7213 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
7214 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
7215 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
7216 scheduling.
7218 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
7219 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
7220 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
7221 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
7222 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
7223 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
7224 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
7225 split the addition into two insns is machine-dependent.
7227 @findex define_split
7228 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
7229 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
7231 @smallexample
7232 (define_split
7233   [@var{insn-pattern}]
7234   "@var{condition}"
7235   [@var{new-insn-pattern-1}
7236    @var{new-insn-pattern-2}
7237    @dots{}]
7238   "@var{preparation-statements}")
7239 @end smallexample
7241 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
7242 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
7243 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
7244 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
7245 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
7246 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
7248 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
7249 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
7250 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
7251 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
7252 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
7253 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
7254 must not allocate any space in the stack frame.
7256 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
7257 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
7258 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
7259 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
7260 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
7261 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
7262 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
7263 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
7264 of those definitions.
7266 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
7267 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
7268 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
7270 @smallexample
7271 (define_split
7272   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
7273         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
7274   ""
7275   [(set (match_dup 0)
7276         (ashift:SI (match_dup 1)
7277                    (const_int 16)))
7278    (set (match_dup 0)
7279         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
7280                      (const_int 16)))]
7281   "
7282 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
7283 @end smallexample
7285 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
7286 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
7287 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
7288 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
7289 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
7290 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
7291 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
7292 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
7293 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
7294 @code{define_split} that will never produce insns that match).
7296 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
7297 @file{rs6000.md}:
7299 @smallexample
7300 (define_split
7301   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
7302         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
7303                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
7304   ""
7305   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
7306    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
7309   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
7310   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
7312   if (low & 0x8000)
7313     high++, low |= 0xffff0000;
7315   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
7316   operands[4] = GEN_INT (low);
7317 @}")
7318 @end smallexample
7320 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
7321 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
7322 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
7323 can be substituted into the address of a subsequent operation.
7325 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
7326 an equality comparison of a register and a large constant:
7328 @smallexample
7329 (define_split
7330   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
7331         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
7332                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
7333    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
7334   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
7335    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
7336        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
7337   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
7338    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
7339   "
7341   /* @r{Get the constant we are comparing against, C, and see what it
7342      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
7343      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.}  */
7345   int c = INTVAL (operands[2]);
7346   int sextc = (c << 16) >> 16;
7347   int xorv = c ^ sextc;
7349   operands[4] = GEN_INT (xorv);
7350   operands[5] = GEN_INT (sextc);
7351 @}")
7352 @end smallexample
7354 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
7355 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
7356 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
7357 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
7358 are not valid.
7360 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
7361 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
7362 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
7363 several restriction apply.
7365 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
7366 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
7367 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
7368 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
7369 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
7370 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump.  A global variable
7371 @code{split_branch_probability} holds the probability of the original branch in case
7372 it was a simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
7373 recomputing of edge frequencies, the new sequence is required to have only
7374 forward jumps to the newly created labels.
7376 @findex define_insn_and_split
7377 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
7378 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
7379 this:
7381 @smallexample
7382 (define_insn_and_split
7383   [@var{insn-pattern}]
7384   "@var{condition}"
7385   "@var{output-template}"
7386   "@var{split-condition}"
7387   [@var{new-insn-pattern-1}
7388    @var{new-insn-pattern-2}
7389    @dots{}]
7390   "@var{preparation-statements}"
7391   [@var{insn-attributes}])
7393 @end smallexample
7395 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
7396 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
7397 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
7398 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
7399 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
7400 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
7401 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
7402 from i386.md:
7404 @smallexample
7405 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
7406   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
7407      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
7408    (clobber (reg:CC 17))]
7409   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
7410   "#"
7411   "&& reload_completed"
7412   [(parallel [(set (match_dup 0)
7413                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
7414               (clobber (reg:CC 17))])]
7415   ""
7416   [(set_attr "type" "alu1")])
7418 @end smallexample
7420 In this case, the actual split condition will be
7421 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
7423 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
7424 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
7425 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
7426 having to ensure the two patterns' templates match.
7428 @end ifset
7429 @ifset INTERNALS
7430 @node Including Patterns
7431 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
7432 @cindex insn includes
7434 @findex include
7435 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
7436 look for patterns that are in files other than in the file
7437 @file{.md}.  This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
7439 It looks like:
7441 @smallexample
7443 (include
7444   @var{pathname})
7445 @end smallexample
7447 For example:
7449 @smallexample
7451 (include "filestuff")
7453 @end smallexample
7455 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
7456 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}.  The
7457 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
7460 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
7461 and placed into subdirectories.
7463 By specifying:
7465 @smallexample
7467 (include "BOGUS/filestuff")
7469 @end smallexample
7471 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
7473 Specifying an absolute path for the include file such as;
7474 @smallexample
7476 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
7478 @end smallexample
7479 is permitted but is not encouraged.
7481 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
7482 @cindex directory options .md
7483 @cindex options, directory search
7484 @cindex search options
7486 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
7487 For example:
7489 @smallexample
7491 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
7493 @end smallexample
7496 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
7497 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
7498 file, substituting your own version, since these directories are
7499 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
7500 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
7501 order; the standard default directory come after.
7504 @end ifset
7505 @ifset INTERNALS
7506 @node Peephole Definitions
7507 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
7508 @cindex peephole optimizer definitions
7509 @cindex defining peephole optimizers
7511 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
7512 definitions of machine-specific peephole optimizations.
7514 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
7515 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
7516 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
7517 though the second one does not appear to use a register computed in the
7518 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
7519 opportunities.
7521 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
7522 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
7523 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
7524 is deprecated.
7526 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
7527 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
7528 but before scheduling, which may result in much better code for
7529 targets that do scheduling.
7531 @menu
7532 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
7533 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
7534 @end menu
7536 @end ifset
7537 @ifset INTERNALS
7538 @node define_peephole
7539 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
7540 @findex define_peephole
7542 @need 1000
7543 A definition looks like this:
7545 @smallexample
7546 (define_peephole
7547   [@var{insn-pattern-1}
7548    @var{insn-pattern-2}
7549    @dots{}]
7550   "@var{condition}"
7551   "@var{template}"
7552   "@var{optional-insn-attributes}")
7553 @end smallexample
7555 @noindent
7556 The last string operand may be omitted if you are not using any
7557 machine-specific information in this machine description.  If present,
7558 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
7560 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
7561 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
7562 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
7563 the next, and so on.
7565 Each of the insns matched by a peephole must also match a
7566 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
7567 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
7568 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
7569 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
7570 stages.
7572 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
7573 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
7574 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
7575 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
7576 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
7577 other.
7579 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
7580 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
7581 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
7582 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
7583 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
7585 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
7586 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
7587 previously tested.
7589 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
7590 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
7591 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
7592 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
7593 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
7594 patterns.
7596 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
7597 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
7598 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
7599 the operands.
7601 @findex prev_active_insn
7602 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
7603 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
7604 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
7605 to refer to the last of the insns being matched; use
7606 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
7608 @findex dead_or_set_p
7609 When optimizing computations with intermediate results, you can use
7610 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
7611 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
7612 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
7613 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
7614 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
7615 value (from @code{operands[@var{i}]}).
7617 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
7618 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
7619 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
7620 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
7621 used in matching the original sequence of insns.
7623 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
7624 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
7625 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
7626 as the insn pattern to control how the insn is output.
7628 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
7629 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
7631 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
7633 @smallexample
7634 (define_peephole
7635   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
7636    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
7637         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
7638   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
7640   rtx xoperands[2];
7641   xoperands[1] = gen_rtx_REG (SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
7642 #ifdef MOTOROLA
7643   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
7644   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
7645   return "fmove.d (sp)+,%0";
7646 #else
7647   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
7648   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
7649   return "fmoved sp@@+,%0";
7650 #endif
7652 @end smallexample
7654 @need 1000
7655 The effect of this optimization is to change
7657 @smallexample
7658 @group
7659 jbsr _foobar
7660 addql #4,sp
7661 movel d1,sp@@-
7662 movel d0,sp@@-
7663 fmoved sp@@+,fp0
7664 @end group
7665 @end smallexample
7667 @noindent
7668 into
7670 @smallexample
7671 @group
7672 jbsr _foobar
7673 movel d1,sp@@
7674 movel d0,sp@@-
7675 fmoved sp@@+,fp0
7676 @end group
7677 @end smallexample
7679 @ignore
7680 @findex CC_REVERSED
7681 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
7682 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
7683 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
7684 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
7685 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
7686 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
7687 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
7688 and in this C code check the condition code status flags and change the
7689 assembler code as appropriate.
7690 @end ignore
7692 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
7693 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
7694 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
7695 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
7696 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
7697 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
7698 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
7699 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
7700 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
7702 @smallexample
7703 (define_insn "divmodsi4"
7704   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
7705         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
7706                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
7707    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
7708         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
7709   "TARGET_68020"
7710   "divsl%.l %2,%3:%0")
7711 @end smallexample
7713 @noindent
7714 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
7716 @smallexample
7717 (define_peephole
7718   [@dots{}
7719    (parallel
7720     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
7721           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
7722                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
7723      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
7724           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
7725    @dots{}]
7726   @dots{})
7727 @end smallexample
7729 @end ifset
7730 @ifset INTERNALS
7731 @node define_peephole2
7732 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
7733 @findex define_peephole2
7735 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
7736 substitute one sequence of instructions for another sequence,
7737 what additional scratch registers may be needed and what their
7738 lifetimes must be.
7740 @smallexample
7741 (define_peephole2
7742   [@var{insn-pattern-1}
7743    @var{insn-pattern-2}
7744    @dots{}]
7745   "@var{condition}"
7746   [@var{new-insn-pattern-1}
7747    @var{new-insn-pattern-2}
7748    @dots{}]
7749   "@var{preparation-statements}")
7750 @end smallexample
7752 The definition is almost identical to @code{define_split}
7753 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
7754 single instruction, but a sequence of instructions.
7756 It is possible to request additional scratch registers for use in the
7757 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
7758 will simply not match.
7760 @findex match_scratch
7761 @findex match_dup
7762 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
7763 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
7764 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
7765 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
7766 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
7767 at which the register must be available.
7769 Here is an example from the IA-32 machine description:
7771 @smallexample
7772 (define_peephole2
7773   [(match_scratch:SI 2 "r")
7774    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
7775                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
7776                      [(match_dup 0)
7777                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
7778               (clobber (reg:CC 17))])]
7779   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
7780   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
7781    (parallel [(set (match_dup 0)
7782                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
7783               (clobber (reg:CC 17))])]
7784   "")
7785 @end smallexample
7787 @noindent
7788 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
7789 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
7790 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
7791 to be live only at the point just before the arithmetic.
7793 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
7794 so here's a silly made-up example:
7796 @smallexample
7797 (define_peephole2
7798   [(match_scratch:SI 4 "r")
7799    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
7800    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
7801    (match_dup 4)
7802    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
7803   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
7804   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
7805    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
7806    (set (match_dup 2) (match_dup 4))
7807    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
7808   "")
7809 @end smallexample
7811 @noindent
7812 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
7813 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
7814 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
7816 @end ifset
7817 @ifset INTERNALS
7818 @node Insn Attributes
7819 @section Instruction Attributes
7820 @cindex insn attributes
7821 @cindex instruction attributes
7823 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
7824 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
7825 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
7826 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
7827 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
7828 to track the condition codes.
7830 @menu
7831 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
7832 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
7833 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
7834 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
7835 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
7836 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
7837 * Mnemonic Attribute::  Obtain the instruction mnemonic as attribute value.
7838 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
7839 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
7840 @end menu
7842 @end ifset
7843 @ifset INTERNALS
7844 @node Defining Attributes
7845 @subsection Defining Attributes and their Values
7846 @cindex defining attributes and their values
7847 @cindex attributes, defining
7849 @findex define_attr
7850 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
7851 by the target machine.  It looks like:
7853 @smallexample
7854 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
7855 @end smallexample
7857 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being
7858 defined.  Some attributes are used in a special way by the rest of the
7859 compiler. The @code{enabled} attribute can be used to conditionally
7860 enable or disable insn alternatives (@pxref{Disable Insn
7861 Alternatives}). The @code{predicable} attribute, together with a
7862 suitable @code{define_cond_exec} (@pxref{Conditional Execution}), can
7863 be used to automatically generate conditional variants of instruction
7864 patterns. The @code{mnemonic} attribute can be used to check for the
7865 instruction mnemonic (@pxref{Mnemonic Attribute}).  The compiler
7866 internally uses the names @code{ce_enabled} and @code{nonce_enabled},
7867 so they should not be used elsewhere as alternative names.
7869 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
7870 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
7871 indicate that the attribute takes numeric values.
7873 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
7874 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
7875 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
7876 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
7877 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
7879 @findex insn-attr.h
7880 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
7881 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
7882 specified for an attribute, the following are defined:
7884 @itemize @bullet
7885 @item
7886 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
7888 @item
7889 An enumerated class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
7890 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
7891 the attribute name and value are first converted to uppercase.
7893 @item
7894 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
7895 returns the attribute value for that insn.
7896 @end itemize
7898 For example, if the following is present in the @file{md} file:
7900 @smallexample
7901 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
7902 @end smallexample
7904 @noindent
7905 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
7907 @smallexample
7908 #define HAVE_ATTR_type 1
7909 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
7910                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
7911 extern enum attr_type get_attr_type ();
7912 @end smallexample
7914 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
7915 defined and the function to obtain the attribute's value will return
7916 @code{int}.
7918 There are attributes which are tied to a specific meaning.  These
7919 attributes are not free to use for other purposes:
7921 @table @code
7922 @item length
7923 The @code{length} attribute is used to calculate the length of emitted
7924 code chunks.  This is especially important when verifying branch
7925 distances. @xref{Insn Lengths}.
7927 @item enabled
7928 The @code{enabled} attribute can be defined to prevent certain
7929 alternatives of an insn definition from being used during code
7930 generation. @xref{Disable Insn Alternatives}.
7932 @item mnemonic
7933 The @code{mnemonic} attribute can be defined to implement instruction
7934 specific checks in e.g. the pipeline description.
7935 @xref{Mnemonic Attribute}.
7936 @end table
7938 For each of these special attributes, the corresponding
7939 @samp{HAVE_ATTR_@var{name}} @samp{#define} is also written when the
7940 attribute is not defined; in that case, it is defined as @samp{0}.
7942 @findex define_enum_attr
7943 @anchor{define_enum_attr}
7944 Another way of defining an attribute is to use:
7946 @smallexample
7947 (define_enum_attr "@var{attr}" "@var{enum}" @var{default})
7948 @end smallexample
7950 This works in just the same way as @code{define_attr}, except that
7951 the list of values is taken from a separate enumeration called
7952 @var{enum} (@pxref{define_enum}).  This form allows you to use
7953 the same list of values for several attributes without having to
7954 repeat the list each time.  For example:
7956 @smallexample
7957 (define_enum "processor" [
7958   model_a
7959   model_b
7960   @dots{}
7962 (define_enum_attr "arch" "processor"
7963   (const (symbol_ref "target_arch")))
7964 (define_enum_attr "tune" "processor"
7965   (const (symbol_ref "target_tune")))
7966 @end smallexample
7968 defines the same attributes as:
7970 @smallexample
7971 (define_attr "arch" "model_a,model_b,@dots{}"
7972   (const (symbol_ref "target_arch")))
7973 (define_attr "tune" "model_a,model_b,@dots{}"
7974   (const (symbol_ref "target_tune")))
7975 @end smallexample
7977 but without duplicating the processor list.  The second example defines two
7978 separate C enums (@code{attr_arch} and @code{attr_tune}) whereas the first
7979 defines a single C enum (@code{processor}).
7980 @end ifset
7981 @ifset INTERNALS
7982 @node Expressions
7983 @subsection Attribute Expressions
7984 @cindex attribute expressions
7986 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
7987 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
7988 Attribute value expressions must have one of the following forms:
7990 @table @code
7991 @cindex @code{const_int} and attributes
7992 @item (const_int @var{i})
7993 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
7994 must be non-negative.
7996 The value of a numeric attribute can be specified either with a
7997 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
7998 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
7999 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
8000 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
8002 @cindex @code{const_string} and attributes
8003 @item (const_string @var{value})
8004 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
8005 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
8006 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
8007 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
8008 of a @code{define_attr}.
8010 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
8011 must be a string containing a non-negative integer (normally
8012 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
8013 contain one of the valid values for the attribute.
8015 @cindex @code{if_then_else} and attributes
8016 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
8017 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
8018 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
8019 otherwise it is @var{false-value}.
8021 @cindex @code{cond} and attributes
8022 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
8023 The first operand of this expression is a vector containing an even
8024 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
8025 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
8026 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
8027 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
8028 expression is that of the @var{default} expression.
8029 @end table
8031 @var{test} expressions can have one of the following forms:
8033 @table @code
8034 @cindex @code{const_int} and attribute tests
8035 @item (const_int @var{i})
8036 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
8038 @cindex @code{not} and attributes
8039 @cindex @code{ior} and attributes
8040 @cindex @code{and} and attributes
8041 @item (not @var{test})
8042 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
8043 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
8044 These tests are true if the indicated logical function is true.
8046 @cindex @code{match_operand} and attributes
8047 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
8048 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
8049 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
8050 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
8051 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
8052 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
8053 string).
8055 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
8057 @cindex @code{match_test} and attributes
8058 @item (match_test @var{c-expr})
8059 The test is true if C expression @var{c-expr} is true.  In non-constant
8060 attributes, @var{c-expr} has access to the following variables:
8062 @table @var
8063 @item insn
8064 The rtl instruction under test.
8065 @item which_alternative
8066 The @code{define_insn} alternative that @var{insn} matches.
8067 @xref{Output Statement}.
8068 @item operands
8069 An array of @var{insn}'s rtl operands.
8070 @end table
8072 @var{c-expr} behaves like the condition in a C @code{if} statement,
8073 so there is no need to explicitly convert the expression into a boolean
8074 0 or 1 value.  For example, the following two tests are equivalent:
8076 @smallexample
8077 (match_test "x & 2")
8078 (match_test "(x & 2) != 0")
8079 @end smallexample
8081 @cindex @code{le} and attributes
8082 @cindex @code{leu} and attributes
8083 @cindex @code{lt} and attributes
8084 @cindex @code{gt} and attributes
8085 @cindex @code{gtu} and attributes
8086 @cindex @code{ge} and attributes
8087 @cindex @code{geu} and attributes
8088 @cindex @code{ne} and attributes
8089 @cindex @code{eq} and attributes
8090 @cindex @code{plus} and attributes
8091 @cindex @code{minus} and attributes
8092 @cindex @code{mult} and attributes
8093 @cindex @code{div} and attributes
8094 @cindex @code{mod} and attributes
8095 @cindex @code{abs} and attributes
8096 @cindex @code{neg} and attributes
8097 @cindex @code{ashift} and attributes
8098 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
8099 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
8100 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
8101 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
8102 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
8103 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
8104 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
8105 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
8106 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
8107 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
8108 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
8109 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
8110 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
8111 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
8112 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
8113 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
8114 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
8116 @findex get_attr
8117 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
8118 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
8119 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
8120 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
8121 variable.
8123 @findex eq_attr
8124 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
8125 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
8127 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
8128 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
8129 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
8130 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
8131 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
8132 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
8133 @emph{not} in the specified list.
8135 For example,
8137 @smallexample
8138 (eq_attr "type" "load,store")
8139 @end smallexample
8141 @noindent
8142 is equivalent to
8144 @smallexample
8145 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
8146 @end smallexample
8148 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
8149 value of the compiler variable @code{which_alternative}
8150 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
8151 example,
8153 @smallexample
8154 (eq_attr "alternative" "2,3")
8155 @end smallexample
8157 @noindent
8158 is equivalent to
8160 @smallexample
8161 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
8162      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
8163 @end smallexample
8165 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
8166 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
8167 a particular pattern.  This is by far the most common case.
8169 @findex attr_flag
8170 @item (attr_flag @var{name})
8171 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
8172 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
8173 scheduled.
8175 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
8176 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
8177 direction of a conditional branch.
8179 This example describes a conditional branch delay slot which
8180 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
8181 for backward branches which are not taken (annul-false).
8183 @smallexample
8184 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
8185   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
8186    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
8187         (attr_flag "forward"))
8188    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
8189         (attr_flag "backward"))])
8190 @end smallexample
8192 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
8193 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
8195 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
8196 meaning to other passes of the compiler.
8198 @findex attr
8199 @item (attr @var{name})
8200 The value of another attribute is returned.  This is most useful
8201 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
8202 produce more efficient code for non-numeric attributes.
8203 @end table
8205 @end ifset
8206 @ifset INTERNALS
8207 @node Tagging Insns
8208 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
8209 @cindex tagging insns
8210 @cindex assigning attribute values to insns
8212 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
8213 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
8214 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
8215 have an optional last argument to specify the values of attributes for
8216 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
8217 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
8218 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
8219 permits the specification of the values for only one or two attributes
8220 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
8221 next section.
8223 The optional last argument of @code{define_insn} and
8224 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
8225 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
8226 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
8227 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
8228 second operand of the @code{set} is an attribute expression
8229 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
8231 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
8232 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
8233 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
8234 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
8235 each alternative.
8237 @findex set_attr
8238 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
8239 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
8240 specifying a string giving either a single attribute value or a list
8241 of attribute values, one for each alternative.
8243 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
8244 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
8246 @table @code
8247 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
8248 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
8249 or a string containing a comma-separated list giving the values for
8250 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
8251 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
8253 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
8254 which case the attribute will assume its default value for insns matching
8255 that alternative.
8257 @findex set_attr_alternative
8258 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
8259 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
8260 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
8261 tests on the @samp{alternative} attribute.
8263 @findex attr
8264 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
8265 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
8266 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
8267 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
8268 @end table
8270 The following shows three different ways of representing the same
8271 attribute value specification:
8273 @smallexample
8274 (set_attr "type" "load,store,arith")
8276 (set_attr_alternative "type"
8277                       [(const_string "load") (const_string "store")
8278                        (const_string "arith")])
8280 (set (attr "type")
8281      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
8282             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
8283            (const_string "arith")))
8284 @end smallexample
8286 @need 1000
8287 @findex define_asm_attributes
8288 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
8289 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
8290 statement.  It has the form:
8292 @smallexample
8293 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
8294 @end smallexample
8296 @noindent
8297 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
8298 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
8300 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
8301 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
8303 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
8304 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
8305 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
8306 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
8307 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
8308 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
8309 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
8310 of a single machine instruction.
8312 @end ifset
8313 @ifset INTERNALS
8314 @node Attr Example
8315 @subsection Example of Attribute Specifications
8316 @cindex attribute specifications example
8317 @cindex attribute specifications
8319 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
8320 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
8321 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
8322 value.  This attribute is normally used only to define the default value
8323 for other attributes.  An example will clarify this usage.
8325 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
8326 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
8327 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
8328 operations, floating point operations, and branches.
8330 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
8331 the condition code and will limit ourselves to the following possible
8332 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
8333 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
8334 changed if the item previously set into the condition code has been
8335 modified.
8337 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
8339 @smallexample
8340 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
8342 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
8343              (cond [(eq_attr "type" "load")
8344                         (const_string "change0")
8345                     (eq_attr "type" "store,branch")
8346                         (const_string "unchanged")
8347                     (eq_attr "type" "arith")
8348                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
8349                                       (const_string "set")
8350                                       (const_string "clobber"))]
8351                    (const_string "clobber")))
8353 (define_insn ""
8354   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
8355         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
8356   ""
8357   "@@
8358    move %0,%1
8359    load %0,%1
8360    store %0,%1"
8361   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
8362 @end smallexample
8364 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
8365 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
8366 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
8367 full-word result.
8369 @end ifset
8370 @ifset INTERNALS
8371 @node Insn Lengths
8372 @subsection Computing the Length of an Insn
8373 @cindex insn lengths, computing
8374 @cindex computing the length of an insn
8376 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
8377 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
8378 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
8379 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @code{length}
8380 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
8381 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
8383 In the case of the @code{length} attribute, two additional forms of
8384 arithmetic terms are allowed in test expressions:
8386 @table @code
8387 @cindex @code{match_dup} and attributes
8388 @item (match_dup @var{n})
8389 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
8390 must be a @code{label_ref}.
8392 @cindex @code{pc} and attributes
8393 @item (pc)
8394 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
8395 been more consistent with other usage to make this the address of the
8396 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
8397 current insn is to be computed.
8398 @end table
8400 @cindex @code{addr_vec}, length of
8401 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
8402 For normal insns, the length will be determined by value of the
8403 @code{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
8404 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
8405 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
8407 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
8409 The following macros can be used to refine the length computation:
8411 @table @code
8412 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
8413 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
8414 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
8415 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
8416 that contains the initially computed length of the insn and should be
8417 updated with the correct length of the insn.
8419 This macro will normally not be required.  A case in which it is
8420 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
8421 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
8422 may be required.
8423 @end table
8425 @findex get_attr_length
8426 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
8427 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
8428 determine the form of the branch instruction to be written, as the
8429 example below illustrates.
8431 As an example of the specification of variable-length branches, consider
8432 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
8433 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
8434 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
8435 sequence to load the address from memory and then branch to it.
8437 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
8438 as follows:
8440 @smallexample
8441 (define_insn "jump"
8442   [(set (pc)
8443         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
8444   ""
8446    return (get_attr_length (insn) == 4
8447            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
8449   [(set (attr "length")
8450         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
8451                       (const_int 4)
8452                       (const_int 6)))])
8453 @end smallexample
8455 @end ifset
8456 @ifset INTERNALS
8457 @node Constant Attributes
8458 @subsection Constant Attributes
8459 @cindex constant attributes
8461 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
8462 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
8463 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
8464 used to specify which variety of processor is used.  For example,
8466 @smallexample
8467 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
8468  (const
8469   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
8470          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
8471         (const_string "m88000"))))
8473 (define_attr "memory" "fast,slow"
8474  (const
8475   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
8476                 (const_string "fast")
8477                 (const_string "slow"))))
8478 @end smallexample
8480 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
8481 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
8482 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
8483 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
8484 forms involving insn attributes.
8486 @end ifset
8487 @ifset INTERNALS
8488 @node Mnemonic Attribute
8489 @subsection Mnemonic Attribute
8490 @cindex mnemonic attribute
8492 The @code{mnemonic} attribute is a string type attribute holding the
8493 instruction mnemonic for an insn alternative.  The attribute values
8494 will automatically be generated by the machine description parser if
8495 there is an attribute definition in the md file:
8497 @smallexample
8498 (define_attr "mnemonic" "unknown" (const_string "unknown"))
8499 @end smallexample
8501 The default value can be freely chosen as long as it does not collide
8502 with any of the instruction mnemonics.  This value will be used
8503 whenever the machine description parser is not able to determine the
8504 mnemonic string.  This might be the case for output templates
8505 containing more than a single instruction as in
8506 @code{"mvcle\t%0,%1,0\;jo\t.-4"}.
8508 The @code{mnemonic} attribute set is not generated automatically if the
8509 instruction string is generated via C code.
8511 An existing @code{mnemonic} attribute set in an insn definition will not
8512 be overriden by the md file parser.  That way it is possible to
8513 manually set the instruction mnemonics for the cases where the md file
8514 parser fails to determine it automatically.
8516 The @code{mnemonic} attribute is useful for dealing with instruction
8517 specific properties in the pipeline description without defining
8518 additional insn attributes.
8520 @smallexample
8521 (define_attr "ooo_expanded" ""
8522   (cond [(eq_attr "mnemonic" "dlr,dsgr,d,dsgf,stam,dsgfr,dlgr")
8523          (const_int 1)]
8524         (const_int 0)))
8525 @end smallexample
8527 @end ifset
8528 @ifset INTERNALS
8529 @node Delay Slots
8530 @subsection Delay Slot Scheduling
8531 @cindex delay slots, defining
8533 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
8534 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
8535 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
8536 after the instruction are executed as if they were located before it.
8537 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
8538 the following instruction before the branch or call is performed.
8540 On some machines, conditional branch instructions can optionally
8541 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
8542 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
8543 instructions that annul if the branch is true and instructions that
8544 annul if the branch is false are supported.
8546 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
8547 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
8548 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
8549 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
8550 instruction scheduling.
8552 @findex define_delay
8553 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
8554 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
8556 @smallexample
8557 (define_delay @var{test}
8558               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
8559                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
8560                @dots{}])
8561 @end smallexample
8563 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
8564 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
8565 required delay slots is determined by the length of the vector specified
8566 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
8567 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
8568 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
8569 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
8570 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
8571 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
8573 For example, in the common case where branch and call insns require
8574 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
8575 call, the following would be placed in the @file{md} file:
8577 @smallexample
8578 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
8579               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
8580 @end smallexample
8582 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
8583 case, each such expression specifies different delay slot requirements
8584 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
8585 expressions are both true.
8587 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
8588 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
8589 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
8590 branch is true, we might represent this as follows:
8592 @smallexample
8593 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
8594    [(eq_attr "type" "!branch,call")
8595     (eq_attr "type" "!branch,call")
8596     (nil)])
8598 (define_delay (eq_attr "type" "call")
8599               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
8600                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
8601 @end smallexample
8602 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
8604 @end ifset
8605 @ifset INTERNALS
8606 @node Processor pipeline description
8607 @subsection Specifying processor pipeline description
8608 @cindex processor pipeline description
8609 @cindex processor functional units
8610 @cindex instruction latency time
8611 @cindex interlock delays
8612 @cindex data dependence delays
8613 @cindex reservation delays
8614 @cindex pipeline hazard recognizer
8615 @cindex automaton based pipeline description
8616 @cindex regular expressions
8617 @cindex deterministic finite state automaton
8618 @cindex automaton based scheduler
8619 @cindex RISC
8620 @cindex VLIW
8622 To achieve better performance, most modern processors
8623 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
8624 processors) have many @dfn{functional units} on which several
8625 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
8626 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
8627 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
8628 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
8629 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g.@: for some
8630 MIPS processors).
8632 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
8633 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
8634 latency time}.  The instruction execution is not started until all
8635 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
8636 complex cases when the instruction execution starts even when the data
8637 are not available but will be ready in given time after the
8638 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
8639 account is simple.  The data dependence (true, output, and
8640 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
8641 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
8642 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
8643 means that two instructions under execution will be in need of shared
8644 processors resources, i.e.@: buses, internal registers, and/or
8645 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
8646 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
8647 processors.
8649 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
8650 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
8651 instruction scheduler has to have an adequate description of the
8652 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  GCC
8653 machine descriptions describe processor parallelism and functional
8654 unit reservations for groups of instructions with the aid of
8655 @dfn{regular expressions}.
8657 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
8658 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
8659 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
8660 automatically generated from the processor pipeline description.  The
8661 pipeline hazard recognizer generated from the machine description
8662 is based on a deterministic finite state automaton (@acronym{DFA}):
8663 the instruction issue is possible if there is a transition from one
8664 automaton state to another one.  This algorithm is very fast, and
8665 furthermore, its speed is not dependent on processor
8666 complexity@footnote{However, the size of the automaton depends on
8667 processor complexity.  To limit this effect, machine descriptions
8668 can split orthogonal parts of the machine description among several
8669 automata: but then, since each of these must be stepped independently,
8670 this does cause a small decrease in the algorithm's performance.}.
8672 @cindex automaton based pipeline description
8673 The rest of this section describes the directives that constitute
8674 an automaton-based processor pipeline description.  The order of
8675 these constructions within the machine description file is not
8676 important.
8678 @findex define_automaton
8679 @cindex pipeline hazard recognizer
8680 The following optional construction describes names of automata
8681 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
8682 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
8683 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
8684 units to the automata, the total size of the automata is usually
8685 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
8686 construction, only one finite state automaton is generated.
8688 @smallexample
8689 (define_automaton @var{automata-names})
8690 @end smallexample
8692 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
8693 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
8694 The automaton name is used in the constructions @code{define_cpu_unit} and
8695 @code{define_query_cpu_unit}.
8697 @findex define_cpu_unit
8698 @cindex processor functional units
8699 Each processor functional unit used in the description of instruction
8700 reservations should be described by the following construction.
8702 @smallexample
8703 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
8704 @end smallexample
8706 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
8707 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
8708 for other goals.
8710 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
8711 which the unit is bound.  The automaton should be described in
8712 construction @code{define_automaton}.  You should give
8713 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
8715 The assignment of units to automata are constrained by the uses of the
8716 units in insn reservations.  The most important constraint is: if a
8717 unit reservation is present on a particular cycle of an alternative
8718 for an insn reservation, then some unit from the same automaton must
8719 be present on the same cycle for the other alternatives of the insn
8720 reservation.  The rest of the constraints are mentioned in the
8721 description of the subsequent constructions.
8723 @findex define_query_cpu_unit
8724 @cindex querying function unit reservations
8725 The following construction describes CPU functional units analogously
8726 to @code{define_cpu_unit}.  The reservation of such units can be
8727 queried for an automaton state.  The instruction scheduler never
8728 queries reservation of functional units for given automaton state.  So
8729 as a rule, you don't need this construction.  This construction could
8730 be used for future code generation goals (e.g.@: to generate
8731 @acronym{VLIW} insn templates).
8733 @smallexample
8734 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
8735 @end smallexample
8737 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
8738 separated by commas.
8740 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
8741 which the unit is bound.
8743 @findex define_insn_reservation
8744 @cindex instruction latency time
8745 @cindex regular expressions
8746 @cindex data bypass
8747 The following construction is the major one to describe pipeline
8748 characteristics of an instruction.
8750 @smallexample
8751 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
8752                          @var{condition} @var{regexp})
8753 @end smallexample
8755 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
8756 instruction.  There is an important difference between the old
8757 description and the automaton based pipeline description.  The latency
8758 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
8759 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
8760 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
8761 zero and the cost of output dependencies is the difference between
8762 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
8763 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
8764 change the default costs for any description by using the target hook
8765 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
8767 @var{insn-name} is a string giving the internal name of the insn.  The
8768 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
8769 the automaton description file generated for debugging.  The internal
8770 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
8771 good practice to use insn classes described in the processor manual.
8773 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
8774 construction.  You should remember that you will be in trouble if
8775 @var{condition} for two or more different
8776 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
8777 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
8778 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
8779 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
8780 the same value is quite difficult (especially if the conditions
8781 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
8782 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
8783 recognizer considerably.
8785 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
8786 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
8787 expression according to the following syntax:
8789 @smallexample
8790        regexp = regexp "," oneof
8791               | oneof
8793        oneof = oneof "|" allof
8794              | allof
8796        allof = allof "+" repeat
8797              | repeat
8799        repeat = element "*" number
8800               | element
8802        element = cpu_function_unit_name
8803                | reservation_name
8804                | result_name
8805                | "nothing"
8806                | "(" regexp ")"
8807 @end smallexample
8809 @itemize @bullet
8810 @item
8811 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
8812 the reservation.
8814 @item
8815 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
8816 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
8817 regular expression @strong{or} etc.
8819 @item
8820 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
8821 regular expression @strong{and} a reservation described by the
8822 second regular expression @strong{and} etc.
8824 @item
8825 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
8826 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
8827 advancing (see @samp{,}).
8829 @item
8830 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
8831 functional unit.
8833 @item
8834 @samp{reservation_name} --- see description of construction
8835 @samp{define_reservation}.
8837 @item
8838 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
8839 @end itemize
8841 @findex define_reservation
8842 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
8843 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
8844 the common part by the following construction
8846 @smallexample
8847 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
8848 @end smallexample
8850 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
8851 Functional unit names and reservation names are in the same name
8852 space.  So the reservation names should be different from the
8853 functional unit names and can not be the reserved name @samp{nothing}.
8855 @findex define_bypass
8856 @cindex instruction latency time
8857 @cindex data bypass
8858 The following construction is used to describe exceptions in the
8859 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
8861 @smallexample
8862 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
8863                [@var{guard}])
8864 @end smallexample
8866 @var{number} defines when the result generated by the instructions
8867 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
8868 instructions given in string @var{in_insn_names}.  Each of these
8869 strings is a comma-separated list of filename-style globs and
8870 they refer to the names of @code{define_insn_reservation}s.
8871 For example:
8872 @smallexample
8873 (define_bypass 1 "cpu1_load_*, cpu1_store_*" "cpu1_load_*")
8874 @end smallexample
8875 defines a bypass between instructions that start with
8876 @samp{cpu1_load_} or @samp{cpu1_store_} and those that start with
8877 @samp{cpu1_load_}.
8879 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
8880 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
8881 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
8882 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
8883 recognize complicated bypasses, e.g.@: when the consumer is only an address
8884 of insn @samp{store} (not a stored value).
8886 If there are more one bypass with the same output and input insns, the
8887 chosen bypass is the first bypass with a guard in description whose
8888 guard function returns nonzero.  If there is no such bypass, then
8889 bypass without the guard function is chosen.
8891 @findex exclusion_set
8892 @findex presence_set
8893 @findex final_presence_set
8894 @findex absence_set
8895 @findex final_absence_set
8896 @cindex VLIW
8897 @cindex RISC
8898 The following five constructions are usually used to describe
8899 @acronym{VLIW} processors, or more precisely, to describe a placement
8900 of small instructions into @acronym{VLIW} instruction slots.  They
8901 can be used for @acronym{RISC} processors, too.
8903 @smallexample
8904 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
8905 (presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
8906 (final_presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
8907 (absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
8908 (final_absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
8909 @end smallexample
8911 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
8912 separated by commas.
8914 @var{patterns} is a string giving patterns of functional units
8915 separated by comma.  Currently pattern is one unit or units
8916 separated by white-spaces.
8918 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
8919 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
8920 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
8921 example, the construction is useful for describing processors
8922 (e.g.@: some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
8923 functional unit which can execute simultaneously only single floating
8924 point insns or only double floating point insns.
8926 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
8927 functional unit in the first string can not be reserved unless at
8928 least one of pattern of units whose names are in the second string is
8929 reserved.  This is an asymmetric relation.  For example, it is useful
8930 for description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
8931 @samp{slot0} reservation.  We could describe it by the following
8932 construction
8934 @smallexample
8935 (presence_set "slot1" "slot0")
8936 @end smallexample
8938 Or @samp{slot1} is reserved only after @samp{slot0} and unit @samp{b0}
8939 reservation.  In this case we could write
8941 @smallexample
8942 (presence_set "slot1" "slot0 b0")
8943 @end smallexample
8945 The third construction (@samp{final_presence_set}) is analogous to
8946 @samp{presence_set}.  The difference between them is when checking is
8947 done.  When an instruction is issued in given automaton state
8948 reflecting all current and planned unit reservations, the automaton
8949 state is changed.  The first state is a source state, the second one
8950 is a result state.  Checking for @samp{presence_set} is done on the
8951 source state reservation, checking for @samp{final_presence_set} is
8952 done on the result reservation.  This construction is useful to
8953 describe a reservation which is actually two subsequent reservations.
8954 For example, if we use
8956 @smallexample
8957 (presence_set "slot1" "slot0")
8958 @end smallexample
8960 the following insn will be never issued (because @samp{slot1} requires
8961 @samp{slot0} which is absent in the source state).
8963 @smallexample
8964 (define_reservation "insn_and_nop" "slot0 + slot1")
8965 @end smallexample
8967 but it can be issued if we use analogous @samp{final_presence_set}.
8969 The forth construction (@samp{absence_set}) means that each functional
8970 unit in the first string can be reserved only if each pattern of units
8971 whose names are in the second string is not reserved.  This is an
8972 asymmetric relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to
8973 this one but it is symmetric).  For example it might be useful in a
8974 @acronym{VLIW} description to say that @samp{slot0} cannot be reserved
8975 after either @samp{slot1} or @samp{slot2} have been reserved.  This
8976 can be described as:
8978 @smallexample
8979 (absence_set "slot0" "slot1, slot2")
8980 @end smallexample
8982 Or @samp{slot2} can not be reserved if @samp{slot0} and unit @samp{b0}
8983 are reserved or @samp{slot1} and unit @samp{b1} are reserved.  In
8984 this case we could write
8986 @smallexample
8987 (absence_set "slot2" "slot0 b0, slot1 b1")
8988 @end smallexample
8990 All functional units mentioned in a set should belong to the same
8991 automaton.
8993 The last construction (@samp{final_absence_set}) is analogous to
8994 @samp{absence_set} but checking is done on the result (state)
8995 reservation.  See comments for @samp{final_presence_set}.
8997 @findex automata_option
8998 @cindex deterministic finite state automaton
8999 @cindex nondeterministic finite state automaton
9000 @cindex finite state automaton minimization
9001 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
9002 the following construction.
9004 @smallexample
9005 (automata_option @var{options})
9006 @end smallexample
9008 @var{options} is a string giving options which affect the generated
9009 code.  Currently there are the following options:
9011 @itemize @bullet
9012 @item
9013 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
9014 only worth to do when we are debugging the description and need to
9015 look more accurately at reservations of states.
9017 @item
9018 @dfn{time} means printing time statistics about the generation of
9019 automata.
9021 @item
9022 @dfn{stats} means printing statistics about the generated automata
9023 such as the number of DFA states, NDFA states and arcs.
9025 @item
9026 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
9027 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
9028 verification and debugging.
9030 @item
9031 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
9032 non-critical errors.
9034 @item
9035 @dfn{no-comb-vect} prevents the automaton generator from generating
9036 two data structures and comparing them for space efficiency.  Using
9037 a comb vector to represent transitions may be better, but it can be
9038 very expensive to construct.  This option is useful if the build
9039 process spends an unacceptably long time in genautomata.
9041 @item
9042 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
9043 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
9044 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
9045 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
9046 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
9047 may be rejected by reservations in the subsequent insns.
9049 @item
9050 @dfn{collapse-ndfa} modifies the behaviour of the generator when
9051 producing an automaton.  An additional state transition to collapse a
9052 nondeterministic @acronym{NDFA} state to a deterministic @acronym{DFA}
9053 state is generated.  It can be triggered by passing @code{const0_rtx} to
9054 state_transition.  In such an automaton, cycle advance transitions are
9055 available only for these collapsed states.  This option is useful for
9056 ports that want to use the @code{ndfa} option, but also want to use
9057 @code{define_query_cpu_unit} to assign units to insns issued in a cycle.
9059 @item
9060 @dfn{progress} means output of a progress bar showing how many states
9061 were generated so far for automaton being processed.  This is useful
9062 during debugging a @acronym{DFA} description.  If you see too many
9063 generated states, you could interrupt the generator of the pipeline
9064 hazard recognizer and try to figure out a reason for generation of the
9065 huge automaton.
9066 @end itemize
9068 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
9069 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
9070 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
9071 the following functional units.
9073 @smallexample
9074 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
9075 (define_cpu_unit "port0, port1")
9076 @end smallexample
9078 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
9079 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
9080 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
9081 are issued into the second pipeline.  Integer division and
9082 multiplication insns can be executed only in the second integer
9083 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
9084 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e.@: the subsequent
9085 integer division insn can not be issued until the current division
9086 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
9087 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
9088 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
9089 incurred.  To describe all of this we could specify
9091 @smallexample
9092 (define_cpu_unit "div")
9094 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
9095                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
9097 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "type" "mult")
9098                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
9100 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "type" "div")
9101                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
9103 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "type" "float")
9104                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
9106 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
9107 @end smallexample
9109 To simplify the description we could describe the following reservation
9111 @smallexample
9112 (define_reservation "finish" "port0|port1")
9113 @end smallexample
9115 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
9116 construction
9118 @smallexample
9119 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
9120                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
9121 @end smallexample
9124 @end ifset
9125 @ifset INTERNALS
9126 @node Conditional Execution
9127 @section Conditional Execution
9128 @cindex conditional execution
9129 @cindex predication
9131 A number of architectures provide for some form of conditional
9132 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
9133 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
9134 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
9135 can be quite tedious to describe these forms directly in the
9136 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
9138 @findex define_cond_exec
9139 @smallexample
9140 (define_cond_exec
9141   [@var{predicate-pattern}]
9142   "@var{condition}"
9143   "@var{output-template}"
9144   "@var{optional-insn-attribues}")
9145 @end smallexample
9147 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
9148 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
9149 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
9150 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
9151 alternative.
9153 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
9154 pattern to match.
9156 @findex current_insn_predicate
9157 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
9158 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
9159 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
9160 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
9161 In order to handle the general case, there is a global variable
9162 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
9163 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
9165 @var{optional-insn-attributes} is an optional vector of attributes that gets
9166 appended to the insn attributes of the produced cond_exec rtx. It can
9167 be used to add some distinguishing attribute to cond_exec rtxs produced
9168 that way. An example usage would be to use this attribute in conjunction
9169 with attributes on the main pattern to disable particular alternatives under
9170 certain conditions.
9172 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
9173 the @code{predicable} instruction attribute is made.
9174 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be a boolean (i.e.@: have
9175 exactly two elements in its @var{list-of-values}), with the possible
9176 values being @code{no} and @code{yes}.  The default and all uses in
9177 the insns must be a simple constant, not a complex expressions.  It
9178 may, however, depend on the alternative, by using a comma-separated
9179 list of values.  If that is the case, the port should also define an
9180 @code{enabled} attribute (@pxref{Disable Insn Alternatives}), which
9181 should also allow only @code{no} and @code{yes} as its values.
9183 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
9184 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
9185 generated that matches a predicated version of the instruction.
9186 For example,
9188 @smallexample
9189 (define_insn "addsi"
9190   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
9191         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9192                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
9193   "@var{test1}"
9194   "add %2,%1,%0")
9196 (define_cond_exec
9197   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
9198        (const_int 0))]
9199   "@var{test2}"
9200   "(%0)")
9201 @end smallexample
9203 @noindent
9204 generates a new pattern
9206 @smallexample
9207 (define_insn ""
9208   [(cond_exec
9209      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
9210      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
9211           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9212                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
9213   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
9214   "(%3) add %2,%1,%0")
9215 @end smallexample
9217 @end ifset
9218 @ifset INTERNALS
9219 @node Define Subst
9220 @section RTL Templates Transformations
9221 @cindex define_subst
9223 For some hardware architectures there are common cases when the RTL
9224 templates for the instructions can be derived from the other RTL
9225 templates using simple transformations.  E.g., @file{i386.md} contains
9226 an RTL template for the ordinary @code{sub} instruction---
9227 @code{*subsi_1}, and for the @code{sub} instruction with subsequent
9228 zero-extension---@code{*subsi_1_zext}.  Such cases can be easily
9229 implemented by a single meta-template capable of generating a modified
9230 case based on the initial one:
9232 @findex define_subst
9233 @smallexample
9234 (define_subst "@var{name}"
9235   [@var{input-template}]
9236   "@var{condition}"
9237   [@var{output-template}])
9238 @end smallexample
9239 @var{input-template} is a pattern describing the source RTL template,
9240 which will be transformed.
9242 @var{condition} is a C expression that is conjunct with the condition
9243 from the input-template to generate a condition to be used in the
9244 output-template.
9246 @var{output-template} is a pattern that will be used in the resulting
9247 template.
9249 @code{define_subst} mechanism is tightly coupled with the notion of the
9250 subst attribute (@pxref{Subst Iterators}).  The use of
9251 @code{define_subst} is triggered by a reference to a subst attribute in
9252 the transforming RTL template.  This reference initiates duplication of
9253 the source RTL template and substitution of the attributes with their
9254 values.  The source RTL template is left unchanged, while the copy is
9255 transformed by @code{define_subst}.  This transformation can fail in the
9256 case when the source RTL template is not matched against the
9257 input-template of the @code{define_subst}.  In such case the copy is
9258 deleted.
9260 @code{define_subst} can be used only in @code{define_insn} and
9261 @code{define_expand}, it cannot be used in other expressions (e.g. in
9262 @code{define_insn_and_split}).
9264 @menu
9265 * Define Subst Example::            Example of @code{define_subst} work.
9266 * Define Subst Pattern Matching::   Process of template comparison.
9267 * Define Subst Output Template::    Generation of output template.
9268 @end menu
9270 @node Define Subst Example
9271 @subsection @code{define_subst} Example
9272 @cindex define_subst
9274 To illustrate how @code{define_subst} works, let us examine a simple
9275 template transformation.
9277 Suppose there are two kinds of instructions: one that touches flags and
9278 the other that does not.  The instructions of the second type could be
9279 generated with the following @code{define_subst}:
9281 @smallexample
9282 (define_subst "add_clobber_subst"
9283   [(set (match_operand:SI 0 "" "")
9284         (match_operand:SI 1 "" ""))]
9285   ""
9286   [(set (match_dup 0)
9287         (match_dup 1))
9288    (clobber (reg:CC FLAGS_REG))]
9289 @end smallexample
9291 This @code{define_subst} can be applied to any RTL pattern containing
9292 @code{set} of mode SI and generates a copy with clobber when it is
9293 applied.
9295 Assume there is an RTL template for a @code{max} instruction to be used
9296 in @code{define_subst} mentioned above:
9298 @smallexample
9299 (define_insn "maxsi"
9300   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
9301         (max:SI
9302           (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9303           (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
9304   ""
9305   "max\t@{%2, %1, %0|%0, %1, %2@}"
9306  [@dots{}])
9307 @end smallexample
9309 To mark the RTL template for @code{define_subst} application,
9310 subst-attributes are used.  They should be declared in advance:
9312 @smallexample
9313 (define_subst_attr "add_clobber_name" "add_clobber_subst" "_noclobber" "_clobber")
9314 @end smallexample
9316 Here @samp{add_clobber_name} is the attribute name,
9317 @samp{add_clobber_subst} is the name of the corresponding
9318 @code{define_subst}, the third argument (@samp{_noclobber}) is the
9319 attribute value that would be substituted into the unchanged version of
9320 the source RTL template, and the last argument (@samp{_clobber}) is the
9321 value that would be substituted into the second, transformed,
9322 version of the RTL template.
9324 Once the subst-attribute has been defined, it should be used in RTL
9325 templates which need to be processed by the @code{define_subst}.  So,
9326 the original RTL template should be changed:
9328 @smallexample
9329 (define_insn "maxsi<add_clobber_name>"
9330   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
9331         (max:SI
9332           (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9333           (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
9334   ""
9335   "max\t@{%2, %1, %0|%0, %1, %2@}"
9336  [@dots{}])
9337 @end smallexample
9339 The result of the @code{define_subst} usage would look like the following:
9341 @smallexample
9342 (define_insn "maxsi_noclobber"
9343   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
9344         (max:SI
9345           (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9346           (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
9347   ""
9348   "max\t@{%2, %1, %0|%0, %1, %2@}"
9349  [@dots{}])
9350 (define_insn "maxsi_clobber"
9351   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
9352         (max:SI
9353           (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9354           (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))
9355    (clobber (reg:CC FLAGS_REG))]
9356   ""
9357   "max\t@{%2, %1, %0|%0, %1, %2@}"
9358  [@dots{}])
9359 @end smallexample
9361 @node Define Subst Pattern Matching
9362 @subsection Pattern Matching in @code{define_subst}
9363 @cindex define_subst
9365 All expressions, allowed in @code{define_insn} or @code{define_expand},
9366 are allowed in the input-template of @code{define_subst}, except
9367 @code{match_par_dup}, @code{match_scratch}, @code{match_parallel}. The
9368 meanings of expressions in the input-template were changed:
9370 @code{match_operand} matches any expression (possibly, a subtree in
9371 RTL-template), if modes of the @code{match_operand} and this expression
9372 are the same, or mode of the @code{match_operand} is @code{VOIDmode}, or
9373 this expression is @code{match_dup}, @code{match_op_dup}.  If the
9374 expression is @code{match_operand} too, and predicate of
9375 @code{match_operand} from the input pattern is not empty, then the
9376 predicates are compared.  That can be used for more accurate filtering
9377 of accepted RTL-templates.
9379 @code{match_operator} matches common operators (like @code{plus},
9380 @code{minus}), @code{unspec}, @code{unspec_volatile} operators and
9381 @code{match_operator}s from the original pattern if the modes match and
9382 @code{match_operator} from the input pattern has the same number of
9383 operands as the operator from the original pattern.
9385 @node Define Subst Output Template
9386 @subsection Generation of output template in @code{define_subst}
9387 @cindex define_subst
9389 If all necessary checks for @code{define_subst} application pass, a new
9390 RTL-pattern, based on the output-template, is created to replace the old
9391 template.  Like in input-patterns, meanings of some RTL expressions are
9392 changed when they are used in output-patterns of a @code{define_subst}.
9393 Thus, @code{match_dup} is used for copying the whole expression from the
9394 original pattern, which matched corresponding @code{match_operand} from
9395 the input pattern.
9397 @code{match_dup N} is used in the output template to be replaced with
9398 the expression from the original pattern, which matched
9399 @code{match_operand N} from the input pattern.  As a consequence,
9400 @code{match_dup} cannot be used to point to @code{match_operand}s from
9401 the output pattern, it should always refer to a @code{match_operand}
9402 from the input pattern.
9404 In the output template one can refer to the expressions from the
9405 original pattern and create new ones.  For instance, some operands could
9406 be added by means of standard @code{match_operand}.
9408 After replacing @code{match_dup} with some RTL-subtree from the original
9409 pattern, it could happen that several @code{match_operand}s in the
9410 output pattern have the same indexes.  It is unknown, how many and what
9411 indexes would be used in the expression which would replace
9412 @code{match_dup}, so such conflicts in indexes are inevitable.  To
9413 overcome this issue, @code{match_operands} and @code{match_operators},
9414 which were introduced into the output pattern, are renumerated when all
9415 @code{match_dup}s are replaced.
9417 Number of alternatives in @code{match_operand}s introduced into the
9418 output template @code{M} could differ from the number of alternatives in
9419 the original pattern @code{N}, so in the resultant pattern there would
9420 be @code{N*M} alternatives.  Thus, constraints from the original pattern
9421 would be duplicated @code{N} times, constraints from the output pattern
9422 would be duplicated @code{M} times, producing all possible combinations.
9423 @end ifset
9425 @ifset INTERNALS
9426 @node Constant Definitions
9427 @section Constant Definitions
9428 @cindex constant definitions
9429 @findex define_constants
9431 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
9432 can be a maintenance problem.
9434 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
9435 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
9436 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
9437 if the corresponding value had been written instead.  You may use
9438 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
9439 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
9440 a different value.
9442 To come back to the a29k load multiple example, instead of
9444 @smallexample
9445 (define_insn ""
9446   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
9447      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
9448            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
9449       (use (reg:SI 179))
9450       (clobber (reg:SI 179))])]
9451   ""
9452   "loadm 0,0,%1,%2")
9453 @end smallexample
9455 You could write:
9457 @smallexample
9458 (define_constants [
9459     (R_BP 177)
9460     (R_FC 178)
9461     (R_CR 179)
9462     (R_Q  180)
9465 (define_insn ""
9466   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
9467      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
9468            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
9469       (use (reg:SI R_CR))
9470       (clobber (reg:SI R_CR))])]
9471   ""
9472   "loadm 0,0,%1,%2")
9473 @end smallexample
9475 The constants that are defined with a define_constant are also output
9476 in the insn-codes.h header file as #defines.
9478 @cindex enumerations
9479 @findex define_c_enum
9480 You can also use the machine description file to define enumerations.
9481 Like the constants defined by @code{define_constant}, these enumerations
9482 are visible to both the machine description file and the main C code.
9484 The syntax is as follows:
9486 @smallexample
9487 (define_c_enum "@var{name}" [
9488   @var{value0}
9489   @var{value1}
9490   @dots{}
9491   @var{valuen}
9493 @end smallexample
9495 This definition causes the equivalent of the following C code to appear
9496 in @file{insn-constants.h}:
9498 @smallexample
9499 enum @var{name} @{
9500   @var{value0} = 0,
9501   @var{value1} = 1,
9502   @dots{}
9503   @var{valuen} = @var{n}
9505 #define NUM_@var{cname}_VALUES (@var{n} + 1)
9506 @end smallexample
9508 where @var{cname} is the capitalized form of @var{name}.
9509 It also makes each @var{valuei} available in the machine description
9510 file, just as if it had been declared with:
9512 @smallexample
9513 (define_constants [(@var{valuei} @var{i})])
9514 @end smallexample
9516 Each @var{valuei} is usually an upper-case identifier and usually
9517 begins with @var{cname}.
9519 You can split the enumeration definition into as many statements as
9520 you like.  The above example is directly equivalent to:
9522 @smallexample
9523 (define_c_enum "@var{name}" [@var{value0}])
9524 (define_c_enum "@var{name}" [@var{value1}])
9525 @dots{}
9526 (define_c_enum "@var{name}" [@var{valuen}])
9527 @end smallexample
9529 Splitting the enumeration helps to improve the modularity of each
9530 individual @code{.md} file.  For example, if a port defines its
9531 synchronization instructions in a separate @file{sync.md} file,
9532 it is convenient to define all synchronization-specific enumeration
9533 values in @file{sync.md} rather than in the main @file{.md} file.
9535 Some enumeration names have special significance to GCC:
9537 @table @code
9538 @item unspecv
9539 @findex unspec_volatile
9540 If an enumeration called @code{unspecv} is defined, GCC will use it
9541 when printing out @code{unspec_volatile} expressions.  For example:
9543 @smallexample
9544 (define_c_enum "unspecv" [
9545   UNSPECV_BLOCKAGE
9547 @end smallexample
9549 causes GCC to print @samp{(unspec_volatile @dots{} 0)} as:
9551 @smallexample
9552 (unspec_volatile ... UNSPECV_BLOCKAGE)
9553 @end smallexample
9555 @item unspec
9556 @findex unspec
9557 If an enumeration called @code{unspec} is defined, GCC will use
9558 it when printing out @code{unspec} expressions.  GCC will also use
9559 it when printing out @code{unspec_volatile} expressions unless an
9560 @code{unspecv} enumeration is also defined.  You can therefore
9561 decide whether to keep separate enumerations for volatile and
9562 non-volatile expressions or whether to use the same enumeration
9563 for both.
9564 @end table
9566 @findex define_enum
9567 @anchor{define_enum}
9568 Another way of defining an enumeration is to use @code{define_enum}:
9570 @smallexample
9571 (define_enum "@var{name}" [
9572   @var{value0}
9573   @var{value1}
9574   @dots{}
9575   @var{valuen}
9577 @end smallexample
9579 This directive implies:
9581 @smallexample
9582 (define_c_enum "@var{name}" [
9583   @var{cname}_@var{cvalue0}
9584   @var{cname}_@var{cvalue1}
9585   @dots{}
9586   @var{cname}_@var{cvaluen}
9588 @end smallexample
9590 @findex define_enum_attr
9591 where @var{cvaluei} is the capitalized form of @var{valuei}.
9592 However, unlike @code{define_c_enum}, the enumerations defined
9593 by @code{define_enum} can be used in attribute specifications
9594 (@pxref{define_enum_attr}).
9595 @end ifset
9596 @ifset INTERNALS
9597 @node Iterators
9598 @section Iterators
9599 @cindex iterators in @file{.md} files
9601 Ports often need to define similar patterns for more than one machine
9602 mode or for more than one rtx code.  GCC provides some simple iterator
9603 facilities to make this process easier.
9605 @menu
9606 * Mode Iterators::         Generating variations of patterns for different modes.
9607 * Code Iterators::         Doing the same for codes.
9608 * Int Iterators::          Doing the same for integers.
9609 * Subst Iterators::        Generating variations of patterns for define_subst.
9610 @end menu
9612 @node Mode Iterators
9613 @subsection Mode Iterators
9614 @cindex mode iterators in @file{.md} files
9616 Ports often need to define similar patterns for two or more different modes.
9617 For example:
9619 @itemize @bullet
9620 @item
9621 If a processor has hardware support for both single and double
9622 floating-point arithmetic, the @code{SFmode} patterns tend to be
9623 very similar to the @code{DFmode} ones.
9625 @item
9626 If a port uses @code{SImode} pointers in one configuration and
9627 @code{DImode} pointers in another, it will usually have very similar
9628 @code{SImode} and @code{DImode} patterns for manipulating pointers.
9629 @end itemize
9631 Mode iterators allow several patterns to be instantiated from one
9632 @file{.md} file template.  They can be used with any type of
9633 rtx-based construct, such as a @code{define_insn},
9634 @code{define_split}, or @code{define_peephole2}.
9636 @menu
9637 * Defining Mode Iterators:: Defining a new mode iterator.
9638 * Substitutions::           Combining mode iterators with substitutions
9639 * Examples::                Examples
9640 @end menu
9642 @node Defining Mode Iterators
9643 @subsubsection Defining Mode Iterators
9644 @findex define_mode_iterator
9646 The syntax for defining a mode iterator is:
9648 @smallexample
9649 (define_mode_iterator @var{name} [(@var{mode1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{moden} "@var{condn}")])
9650 @end smallexample
9652 This allows subsequent @file{.md} file constructs to use the mode suffix
9653 @code{:@var{name}}.  Every construct that does so will be expanded
9654 @var{n} times, once with every use of @code{:@var{name}} replaced by
9655 @code{:@var{mode1}}, once with every use replaced by @code{:@var{mode2}},
9656 and so on.  In the expansion for a particular @var{modei}, every
9657 C condition will also require that @var{condi} be true.
9659 For example:
9661 @smallexample
9662 (define_mode_iterator P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
9663 @end smallexample
9665 defines a new mode suffix @code{:P}.  Every construct that uses
9666 @code{:P} will be expanded twice, once with every @code{:P} replaced
9667 by @code{:SI} and once with every @code{:P} replaced by @code{:DI}.
9668 The @code{:SI} version will only apply if @code{Pmode == SImode} and
9669 the @code{:DI} version will only apply if @code{Pmode == DImode}.
9671 As with other @file{.md} conditions, an empty string is treated
9672 as ``always true''.  @code{(@var{mode} "")} can also be abbreviated
9673 to @code{@var{mode}}.  For example:
9675 @smallexample
9676 (define_mode_iterator GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
9677 @end smallexample
9679 means that the @code{:DI} expansion only applies if @code{TARGET_64BIT}
9680 but that the @code{:SI} expansion has no such constraint.
9682 Iterators are applied in the order they are defined.  This can be
9683 significant if two iterators are used in a construct that requires
9684 substitutions.  @xref{Substitutions}.
9686 @node Substitutions
9687 @subsubsection Substitution in Mode Iterators
9688 @findex define_mode_attr
9690 If an @file{.md} file construct uses mode iterators, each version of the
9691 construct will often need slightly different strings or modes.  For
9692 example:
9694 @itemize @bullet
9695 @item
9696 When a @code{define_expand} defines several @code{add@var{m}3} patterns
9697 (@pxref{Standard Names}), each expander will need to use the
9698 appropriate mode name for @var{m}.
9700 @item
9701 When a @code{define_insn} defines several instruction patterns,
9702 each instruction will often use a different assembler mnemonic.
9704 @item
9705 When a @code{define_insn} requires operands with different modes,
9706 using an iterator for one of the operand modes usually requires a specific
9707 mode for the other operand(s).
9708 @end itemize
9710 GCC supports such variations through a system of ``mode attributes''.
9711 There are two standard attributes: @code{mode}, which is the name of
9712 the mode in lower case, and @code{MODE}, which is the same thing in
9713 upper case.  You can define other attributes using:
9715 @smallexample
9716 (define_mode_attr @var{name} [(@var{mode1} "@var{value1}") @dots{} (@var{moden} "@var{valuen}")])
9717 @end smallexample
9719 where @var{name} is the name of the attribute and @var{valuei}
9720 is the value associated with @var{modei}.
9722 When GCC replaces some @var{:iterator} with @var{:mode}, it will scan
9723 each string and mode in the pattern for sequences of the form
9724 @code{<@var{iterator}:@var{attr}>}, where @var{attr} is the name of a
9725 mode attribute.  If the attribute is defined for @var{mode}, the whole
9726 @code{<@dots{}>} sequence will be replaced by the appropriate attribute
9727 value.
9729 For example, suppose an @file{.md} file has:
9731 @smallexample
9732 (define_mode_iterator P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
9733 (define_mode_attr load [(SI "lw") (DI "ld")])
9734 @end smallexample
9736 If one of the patterns that uses @code{:P} contains the string
9737 @code{"<P:load>\t%0,%1"}, the @code{SI} version of that pattern
9738 will use @code{"lw\t%0,%1"} and the @code{DI} version will use
9739 @code{"ld\t%0,%1"}.
9741 Here is an example of using an attribute for a mode:
9743 @smallexample
9744 (define_mode_iterator LONG [SI DI])
9745 (define_mode_attr SHORT [(SI "HI") (DI "SI")])
9746 (define_insn @dots{}
9747   (sign_extend:LONG (match_operand:<LONG:SHORT> @dots{})) @dots{})
9748 @end smallexample
9750 The @code{@var{iterator}:} prefix may be omitted, in which case the
9751 substitution will be attempted for every iterator expansion.
9753 @node Examples
9754 @subsubsection Mode Iterator Examples
9756 Here is an example from the MIPS port.  It defines the following
9757 modes and attributes (among others):
9759 @smallexample
9760 (define_mode_iterator GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
9761 (define_mode_attr d [(SI "") (DI "d")])
9762 @end smallexample
9764 and uses the following template to define both @code{subsi3}
9765 and @code{subdi3}:
9767 @smallexample
9768 (define_insn "sub<mode>3"
9769   [(set (match_operand:GPR 0 "register_operand" "=d")
9770         (minus:GPR (match_operand:GPR 1 "register_operand" "d")
9771                    (match_operand:GPR 2 "register_operand" "d")))]
9772   ""
9773   "<d>subu\t%0,%1,%2"
9774   [(set_attr "type" "arith")
9775    (set_attr "mode" "<MODE>")])
9776 @end smallexample
9778 This is exactly equivalent to:
9780 @smallexample
9781 (define_insn "subsi3"
9782   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=d")
9783         (minus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "d")
9784                   (match_operand:SI 2 "register_operand" "d")))]
9785   ""
9786   "subu\t%0,%1,%2"
9787   [(set_attr "type" "arith")
9788    (set_attr "mode" "SI")])
9790 (define_insn "subdi3"
9791   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
9792         (minus:DI (match_operand:DI 1 "register_operand" "d")
9793                   (match_operand:DI 2 "register_operand" "d")))]
9794   ""
9795   "dsubu\t%0,%1,%2"
9796   [(set_attr "type" "arith")
9797    (set_attr "mode" "DI")])
9798 @end smallexample
9800 @node Code Iterators
9801 @subsection Code Iterators
9802 @cindex code iterators in @file{.md} files
9803 @findex define_code_iterator
9804 @findex define_code_attr
9806 Code iterators operate in a similar way to mode iterators.  @xref{Mode Iterators}.
9808 The construct:
9810 @smallexample
9811 (define_code_iterator @var{name} [(@var{code1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{coden} "@var{condn}")])
9812 @end smallexample
9814 defines a pseudo rtx code @var{name} that can be instantiated as
9815 @var{codei} if condition @var{condi} is true.  Each @var{codei}
9816 must have the same rtx format.  @xref{RTL Classes}.
9818 As with mode iterators, each pattern that uses @var{name} will be
9819 expanded @var{n} times, once with all uses of @var{name} replaced by
9820 @var{code1}, once with all uses replaced by @var{code2}, and so on.
9821 @xref{Defining Mode Iterators}.
9823 It is possible to define attributes for codes as well as for modes.
9824 There are two standard code attributes: @code{code}, the name of the
9825 code in lower case, and @code{CODE}, the name of the code in upper case.
9826 Other attributes are defined using:
9828 @smallexample
9829 (define_code_attr @var{name} [(@var{code1} "@var{value1}") @dots{} (@var{coden} "@var{valuen}")])
9830 @end smallexample
9832 Here's an example of code iterators in action, taken from the MIPS port:
9834 @smallexample
9835 (define_code_iterator any_cond [unordered ordered unlt unge uneq ltgt unle ungt
9836                                 eq ne gt ge lt le gtu geu ltu leu])
9838 (define_expand "b<code>"
9839   [(set (pc)
9840         (if_then_else (any_cond:CC (cc0)
9841                                    (const_int 0))
9842                       (label_ref (match_operand 0 ""))
9843                       (pc)))]
9844   ""
9846   gen_conditional_branch (operands, <CODE>);
9847   DONE;
9849 @end smallexample
9851 This is equivalent to:
9853 @smallexample
9854 (define_expand "bunordered"
9855   [(set (pc)
9856         (if_then_else (unordered:CC (cc0)
9857                                     (const_int 0))
9858                       (label_ref (match_operand 0 ""))
9859                       (pc)))]
9860   ""
9862   gen_conditional_branch (operands, UNORDERED);
9863   DONE;
9866 (define_expand "bordered"
9867   [(set (pc)
9868         (if_then_else (ordered:CC (cc0)
9869                                   (const_int 0))
9870                       (label_ref (match_operand 0 ""))
9871                       (pc)))]
9872   ""
9874   gen_conditional_branch (operands, ORDERED);
9875   DONE;
9878 @dots{}
9879 @end smallexample
9881 @node Int Iterators
9882 @subsection Int Iterators
9883 @cindex int iterators in @file{.md} files
9884 @findex define_int_iterator
9885 @findex define_int_attr
9887 Int iterators operate in a similar way to code iterators.  @xref{Code Iterators}.
9889 The construct:
9891 @smallexample
9892 (define_int_iterator @var{name} [(@var{int1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{intn} "@var{condn}")])
9893 @end smallexample
9895 defines a pseudo integer constant @var{name} that can be instantiated as
9896 @var{inti} if condition @var{condi} is true.  Each @var{int}
9897 must have the same rtx format.  @xref{RTL Classes}. Int iterators can appear
9898 in only those rtx fields that have 'i' as the specifier. This means that
9899 each @var{int} has to be a constant defined using define_constant or
9900 define_c_enum.
9902 As with mode and code iterators, each pattern that uses @var{name} will be
9903 expanded @var{n} times, once with all uses of @var{name} replaced by
9904 @var{int1}, once with all uses replaced by @var{int2}, and so on.
9905 @xref{Defining Mode Iterators}.
9907 It is possible to define attributes for ints as well as for codes and modes.
9908 Attributes are defined using:
9910 @smallexample
9911 (define_int_attr @var{name} [(@var{int1} "@var{value1}") @dots{} (@var{intn} "@var{valuen}")])
9912 @end smallexample
9914 Here's an example of int iterators in action, taken from the ARM port:
9916 @smallexample
9917 (define_int_iterator QABSNEG [UNSPEC_VQABS UNSPEC_VQNEG])
9919 (define_int_attr absneg [(UNSPEC_VQABS "abs") (UNSPEC_VQNEG "neg")])
9921 (define_insn "neon_vq<absneg><mode>"
9922   [(set (match_operand:VDQIW 0 "s_register_operand" "=w")
9923         (unspec:VDQIW [(match_operand:VDQIW 1 "s_register_operand" "w")
9924                        (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "i")]
9925                       QABSNEG))]
9926   "TARGET_NEON"
9927   "vq<absneg>.<V_s_elem>\t%<V_reg>0, %<V_reg>1"
9928   [(set_attr "type" "neon_vqneg_vqabs")]
9931 @end smallexample
9933 This is equivalent to:
9935 @smallexample
9936 (define_insn "neon_vqabs<mode>"
9937   [(set (match_operand:VDQIW 0 "s_register_operand" "=w")
9938         (unspec:VDQIW [(match_operand:VDQIW 1 "s_register_operand" "w")
9939                        (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "i")]
9940                       UNSPEC_VQABS))]
9941   "TARGET_NEON"
9942   "vqabs.<V_s_elem>\t%<V_reg>0, %<V_reg>1"
9943   [(set_attr "type" "neon_vqneg_vqabs")]
9946 (define_insn "neon_vqneg<mode>"
9947   [(set (match_operand:VDQIW 0 "s_register_operand" "=w")
9948         (unspec:VDQIW [(match_operand:VDQIW 1 "s_register_operand" "w")
9949                        (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "i")]
9950                       UNSPEC_VQNEG))]
9951   "TARGET_NEON"
9952   "vqneg.<V_s_elem>\t%<V_reg>0, %<V_reg>1"
9953   [(set_attr "type" "neon_vqneg_vqabs")]
9956 @end smallexample
9958 @node Subst Iterators
9959 @subsection Subst Iterators
9960 @cindex subst iterators in @file{.md} files
9961 @findex define_subst
9962 @findex define_subst_attr
9964 Subst iterators are special type of iterators with the following
9965 restrictions: they could not be declared explicitly, they always have
9966 only two values, and they do not have explicit dedicated name.
9967 Subst-iterators are triggered only when corresponding subst-attribute is
9968 used in RTL-pattern.
9970 Subst iterators transform templates in the following way: the templates
9971 are duplicated, the subst-attributes in these templates are replaced
9972 with the corresponding values, and a new attribute is implicitly added
9973 to the given @code{define_insn}/@code{define_expand}.  The name of the
9974 added attribute matches the name of @code{define_subst}.  Such
9975 attributes are declared implicitly, and it is not allowed to have a
9976 @code{define_attr} named as a @code{define_subst}.
9978 Each subst iterator is linked to a @code{define_subst}.  It is declared
9979 implicitly by the first appearance of the corresponding
9980 @code{define_subst_attr}, and it is not allowed to define it explicitly.
9982 Declarations of subst-attributes have the following syntax:
9984 @findex define_subst_attr
9985 @smallexample
9986 (define_subst_attr "@var{name}"
9987   "@var{subst-name}"
9988   "@var{no-subst-value}"
9989   "@var{subst-applied-value}")
9990 @end smallexample
9992 @var{name} is a string with which the given subst-attribute could be
9993 referred to.
9995 @var{subst-name} shows which @code{define_subst} should be applied to an
9996 RTL-template if the given subst-attribute is present in the
9997 RTL-template.
9999 @var{no-subst-value} is a value with which subst-attribute would be
10000 replaced in the first copy of the original RTL-template.
10002 @var{subst-applied-value} is a value with which subst-attribute would be
10003 replaced in the second copy of the original RTL-template.
10005 @end ifset