* events.c (hash_param_callback): Allow NULL to stand for empty
[official-gcc.git] / gcc / doc / md.texi
blob2974dcfb20c3ff67f00ce21fd84956731d62541a
1 @c Copyright (C) 1988, 1989, 1992, 1993, 1994, 1996, 1998, 1999, 2000, 2001,
2 @c 2002, 2003, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009
3 @c Free Software Foundation, Inc.
4 @c This is part of the GCC manual.
5 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
7 @ifset INTERNALS
8 @node Machine Desc
9 @chapter Machine Descriptions
10 @cindex machine descriptions
12 A machine description has two parts: a file of instruction patterns
13 (@file{.md} file) and a C header file of macro definitions.
15 The @file{.md} file for a target machine contains a pattern for each
16 instruction that the target machine supports (or at least each instruction
17 that is worth telling the compiler about).  It may also contain comments.
18 A semicolon causes the rest of the line to be a comment, unless the semicolon
19 is inside a quoted string.
21 See the next chapter for information on the C header file.
23 @menu
24 * Overview::            How the machine description is used.
25 * Patterns::            How to write instruction patterns.
26 * Example::             An explained example of a @code{define_insn} pattern.
27 * RTL Template::        The RTL template defines what insns match a pattern.
28 * Output Template::     The output template says how to make assembler code
29                         from such an insn.
30 * Output Statement::    For more generality, write C code to output
31                         the assembler code.
32 * Predicates::          Controlling what kinds of operands can be used
33                         for an insn.
34 * Constraints::         Fine-tuning operand selection.
35 * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
36 * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
37 * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
38 * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
39 * Looping Patterns::    How to define patterns for special looping insns.
40 * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
41 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
42                         for a standard operation.
43 * Insn Splitting::      Splitting Instructions into Multiple Instructions.
44 * Including Patterns::  Including Patterns in Machine Descriptions.
45 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
46 * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
47 * Conditional Execution::Generating @code{define_insn} patterns for
48                          predication.
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 @node Predicates
669 @section Predicates
670 @cindex predicates
671 @cindex operand predicates
672 @cindex operator predicates
674 A predicate determines whether a @code{match_operand} or
675 @code{match_operator} expression matches, and therefore whether the
676 surrounding instruction pattern will be used for that combination of
677 operands.  GCC has a number of machine-independent predicates, and you
678 can define machine-specific predicates as needed.  By convention,
679 predicates used with @code{match_operand} have names that end in
680 @samp{_operand}, and those used with @code{match_operator} have names
681 that end in @samp{_operator}.
683 All predicates are Boolean functions (in the mathematical sense) of
684 two arguments: the RTL expression that is being considered at that
685 position in the instruction pattern, and the machine mode that the
686 @code{match_operand} or @code{match_operator} specifies.  In this
687 section, the first argument is called @var{op} and the second argument
688 @var{mode}.  Predicates can be called from C as ordinary two-argument
689 functions; this can be useful in output templates or other
690 machine-specific code.
692 Operand predicates can allow operands that are not actually acceptable
693 to the hardware, as long as the constraints give reload the ability to
694 fix them up (@pxref{Constraints}).  However, GCC will usually generate
695 better code if the predicates specify the requirements of the machine
696 instructions as closely as possible.  Reload cannot fix up operands
697 that must be constants (``immediate operands''); you must use a
698 predicate that allows only constants, or else enforce the requirement
699 in the extra condition.
701 @cindex predicates and machine modes
702 @cindex normal predicates
703 @cindex special predicates
704 Most predicates handle their @var{mode} argument in a uniform manner.
705 If @var{mode} is @code{VOIDmode} (unspecified), then @var{op} can have
706 any mode.  If @var{mode} is anything else, then @var{op} must have the
707 same mode, unless @var{op} is a @code{CONST_INT} or integer
708 @code{CONST_DOUBLE}.  These RTL expressions always have
709 @code{VOIDmode}, so it would be counterproductive to check that their
710 mode matches.  Instead, predicates that accept @code{CONST_INT} and/or
711 integer @code{CONST_DOUBLE} check that the value stored in the
712 constant will fit in the requested mode.
714 Predicates with this behavior are called @dfn{normal}.
715 @command{genrecog} can optimize the instruction recognizer based on
716 knowledge of how normal predicates treat modes.  It can also diagnose
717 certain kinds of common errors in the use of normal predicates; for
718 instance, it is almost always an error to use a normal predicate
719 without specifying a mode.
721 Predicates that do something different with their @var{mode} argument
722 are called @dfn{special}.  The generic predicates
723 @code{address_operand} and @code{pmode_register_operand} are special
724 predicates.  @command{genrecog} does not do any optimizations or
725 diagnosis when special predicates are used.
727 @menu
728 * Machine-Independent Predicates::  Predicates available to all back ends.
729 * Defining Predicates::             How to write machine-specific predicate
730                                     functions.
731 @end menu
733 @node Machine-Independent Predicates
734 @subsection Machine-Independent Predicates
735 @cindex machine-independent predicates
736 @cindex generic predicates
738 These are the generic predicates available to all back ends.  They are
739 defined in @file{recog.c}.  The first category of predicates allow
740 only constant, or @dfn{immediate}, operands.
742 @defun immediate_operand
743 This predicate allows any sort of constant that fits in @var{mode}.
744 It is an appropriate choice for instructions that take operands that
745 must be constant.
746 @end defun
748 @defun const_int_operand
749 This predicate allows any @code{CONST_INT} expression that fits in
750 @var{mode}.  It is an appropriate choice for an immediate operand that
751 does not allow a symbol or label.
752 @end defun
754 @defun const_double_operand
755 This predicate accepts any @code{CONST_DOUBLE} expression that has
756 exactly @var{mode}.  If @var{mode} is @code{VOIDmode}, it will also
757 accept @code{CONST_INT}.  It is intended for immediate floating point
758 constants.
759 @end defun
761 @noindent
762 The second category of predicates allow only some kind of machine
763 register.
765 @defun register_operand
766 This predicate allows any @code{REG} or @code{SUBREG} expression that
767 is valid for @var{mode}.  It is often suitable for arithmetic
768 instruction operands on a RISC machine.
769 @end defun
771 @defun pmode_register_operand
772 This is a slight variant on @code{register_operand} which works around
773 a limitation in the machine-description reader.
775 @smallexample
776 (match_operand @var{n} "pmode_register_operand" @var{constraint})
777 @end smallexample
779 @noindent
780 means exactly what
782 @smallexample
783 (match_operand:P @var{n} "register_operand" @var{constraint})
784 @end smallexample
786 @noindent
787 would mean, if the machine-description reader accepted @samp{:P}
788 mode suffixes.  Unfortunately, it cannot, because @code{Pmode} is an
789 alias for some other mode, and might vary with machine-specific
790 options.  @xref{Misc}.
791 @end defun
793 @defun scratch_operand
794 This predicate allows hard registers and @code{SCRATCH} expressions,
795 but not pseudo-registers.  It is used internally by @code{match_scratch};
796 it should not be used directly.
797 @end defun
799 @noindent
800 The third category of predicates allow only some kind of memory reference.
802 @defun memory_operand
803 This predicate allows any valid reference to a quantity of mode
804 @var{mode} in memory, as determined by the weak form of
805 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS} (@pxref{Addressing Modes}).
806 @end defun
808 @defun address_operand
809 This predicate is a little unusual; it allows any operand that is a
810 valid expression for the @emph{address} of a quantity of mode
811 @var{mode}, again determined by the weak form of
812 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS}.  To first order, if
813 @samp{@w{(mem:@var{mode} (@var{exp}))}} is acceptable to
814 @code{memory_operand}, then @var{exp} is acceptable to
815 @code{address_operand}.  Note that @var{exp} does not necessarily have
816 the mode @var{mode}.
817 @end defun
819 @defun indirect_operand
820 This is a stricter form of @code{memory_operand} which allows only
821 memory references with a @code{general_operand} as the address
822 expression.  New uses of this predicate are discouraged, because
823 @code{general_operand} is very permissive, so it's hard to tell what
824 an @code{indirect_operand} does or does not allow.  If a target has
825 different requirements for memory operands for different instructions,
826 it is better to define target-specific predicates which enforce the
827 hardware's requirements explicitly.
828 @end defun
830 @defun push_operand
831 This predicate allows a memory reference suitable for pushing a value
832 onto the stack.  This will be a @code{MEM} which refers to
833 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address expression
834 (@pxref{Incdec}); which one is determined by the
835 @code{STACK_PUSH_CODE} macro (@pxref{Frame Layout}).
836 @end defun
838 @defun pop_operand
839 This predicate allows a memory reference suitable for popping a value
840 off the stack.  Again, this will be a @code{MEM} referring to
841 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address
842 expression.  However, this time @code{STACK_POP_CODE} is expected.
843 @end defun
845 @noindent
846 The fourth category of predicates allow some combination of the above
847 operands.
849 @defun nonmemory_operand
850 This predicate allows any immediate or register operand valid for @var{mode}.
851 @end defun
853 @defun nonimmediate_operand
854 This predicate allows any register or memory operand valid for @var{mode}.
855 @end defun
857 @defun general_operand
858 This predicate allows any immediate, register, or memory operand
859 valid for @var{mode}.
860 @end defun
862 @noindent
863 Finally, there are two generic operator predicates.
865 @defun comparison_operator
866 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
867 comparison in @var{mode}; that is, @code{COMPARISON_P} is true for the
868 expression code.
869 @end defun
871 @defun ordered_comparison_operator
872 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
873 comparison in @var{mode} and whose expression code is valid for integer
874 modes; that is, the expression code will be one of @code{eq}, @code{ne},
875 @code{lt}, @code{ltu}, @code{le}, @code{leu}, @code{gt}, @code{gtu},
876 @code{ge}, @code{geu}.
877 @end defun
879 @node Defining Predicates
880 @subsection Defining Machine-Specific Predicates
881 @cindex defining predicates
882 @findex define_predicate
883 @findex define_special_predicate
885 Many machines have requirements for their operands that cannot be
886 expressed precisely using the generic predicates.  You can define
887 additional predicates using @code{define_predicate} and
888 @code{define_special_predicate} expressions.  These expressions have
889 three operands:
891 @itemize @bullet
892 @item
893 The name of the predicate, as it will be referred to in
894 @code{match_operand} or @code{match_operator} expressions.
896 @item
897 An RTL expression which evaluates to true if the predicate allows the
898 operand @var{op}, false if it does not.  This expression can only use
899 the following RTL codes:
901 @table @code
902 @item MATCH_OPERAND
903 When written inside a predicate expression, a @code{MATCH_OPERAND}
904 expression evaluates to true if the predicate it names would allow
905 @var{op}.  The operand number and constraint are ignored.  Due to
906 limitations in @command{genrecog}, you can only refer to generic
907 predicates and predicates that have already been defined.
909 @item MATCH_CODE
910 This expression evaluates to true if @var{op} or a specified
911 subexpression of @var{op} has one of a given list of RTX codes.
913 The first operand of this expression is a string constant containing a
914 comma-separated list of RTX code names (in lower case).  These are the
915 codes for which the @code{MATCH_CODE} will be true.
917 The second operand is a string constant which indicates what
918 subexpression of @var{op} to examine.  If it is absent or the empty
919 string, @var{op} itself is examined.  Otherwise, the string constant
920 must be a sequence of digits and/or lowercase letters.  Each character
921 indicates a subexpression to extract from the current expression; for
922 the first character this is @var{op}, for the second and subsequent
923 characters it is the result of the previous character.  A digit
924 @var{n} extracts @samp{@w{XEXP (@var{e}, @var{n})}}; a letter @var{l}
925 extracts @samp{@w{XVECEXP (@var{e}, 0, @var{n})}} where @var{n} is the
926 alphabetic ordinal of @var{l} (0 for `a', 1 for 'b', and so on).  The
927 @code{MATCH_CODE} then examines the RTX code of the subexpression
928 extracted by the complete string.  It is not possible to extract
929 components of an @code{rtvec} that is not at position 0 within its RTX
930 object.
932 @item MATCH_TEST
933 This expression has one operand, a string constant containing a C
934 expression.  The predicate's arguments, @var{op} and @var{mode}, are
935 available with those names in the C expression.  The @code{MATCH_TEST}
936 evaluates to true if the C expression evaluates to a nonzero value.
937 @code{MATCH_TEST} expressions must not have side effects.
939 @item  AND
940 @itemx IOR
941 @itemx NOT
942 @itemx IF_THEN_ELSE
943 The basic @samp{MATCH_} expressions can be combined using these
944 logical operators, which have the semantics of the C operators
945 @samp{&&}, @samp{||}, @samp{!}, and @samp{@w{? :}} respectively.  As
946 in Common Lisp, you may give an @code{AND} or @code{IOR} expression an
947 arbitrary number of arguments; this has exactly the same effect as
948 writing a chain of two-argument @code{AND} or @code{IOR} expressions.
949 @end table
951 @item
952 An optional block of C code, which should execute
953 @samp{@w{return true}} if the predicate is found to match and
954 @samp{@w{return false}} if it does not.  It must not have any side
955 effects.  The predicate arguments, @var{op} and @var{mode}, are
956 available with those names.
958 If a code block is present in a predicate definition, then the RTL
959 expression must evaluate to true @emph{and} the code block must
960 execute @samp{@w{return true}} for the predicate to allow the operand.
961 The RTL expression is evaluated first; do not re-check anything in the
962 code block that was checked in the RTL expression.
963 @end itemize
965 The program @command{genrecog} scans @code{define_predicate} and
966 @code{define_special_predicate} expressions to determine which RTX
967 codes are possibly allowed.  You should always make this explicit in
968 the RTL predicate expression, using @code{MATCH_OPERAND} and
969 @code{MATCH_CODE}.
971 Here is an example of a simple predicate definition, from the IA64
972 machine description:
974 @smallexample
975 @group
976 ;; @r{True if @var{op} is a @code{SYMBOL_REF} which refers to the sdata section.}
977 (define_predicate "small_addr_symbolic_operand"
978   (and (match_code "symbol_ref")
979        (match_test "SYMBOL_REF_SMALL_ADDR_P (op)")))
980 @end group
981 @end smallexample
983 @noindent
984 And here is another, showing the use of the C block.
986 @smallexample
987 @group
988 ;; @r{True if @var{op} is a register operand that is (or could be) a GR reg.}
989 (define_predicate "gr_register_operand"
990   (match_operand 0 "register_operand")
992   unsigned int regno;
993   if (GET_CODE (op) == SUBREG)
994     op = SUBREG_REG (op);
996   regno = REGNO (op);
997   return (regno >= FIRST_PSEUDO_REGISTER || GENERAL_REGNO_P (regno));
999 @end group
1000 @end smallexample
1002 Predicates written with @code{define_predicate} automatically include
1003 a test that @var{mode} is @code{VOIDmode}, or @var{op} has the same
1004 mode as @var{mode}, or @var{op} is a @code{CONST_INT} or
1005 @code{CONST_DOUBLE}.  They do @emph{not} check specifically for
1006 integer @code{CONST_DOUBLE}, nor do they test that the value of either
1007 kind of constant fits in the requested mode.  This is because
1008 target-specific predicates that take constants usually have to do more
1009 stringent value checks anyway.  If you need the exact same treatment
1010 of @code{CONST_INT} or @code{CONST_DOUBLE} that the generic predicates
1011 provide, use a @code{MATCH_OPERAND} subexpression to call
1012 @code{const_int_operand}, @code{const_double_operand}, or
1013 @code{immediate_operand}.
1015 Predicates written with @code{define_special_predicate} do not get any
1016 automatic mode checks, and are treated as having special mode handling
1017 by @command{genrecog}.
1019 The program @command{genpreds} is responsible for generating code to
1020 test predicates.  It also writes a header file containing function
1021 declarations for all machine-specific predicates.  It is not necessary
1022 to declare these predicates in @file{@var{cpu}-protos.h}.
1023 @end ifset
1025 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
1026 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the internals
1027 @c manual's context are conditionalized to appear only in the internals manual.
1028 @ifset INTERNALS
1029 @node Constraints
1030 @section Operand Constraints
1031 @cindex operand constraints
1032 @cindex constraints
1034 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify
1035 constraints for the operands allowed.  The constraints allow you to
1036 fine-tune matching within the set of operands allowed by the
1037 predicate.
1039 @end ifset
1040 @ifclear INTERNALS
1041 @node Constraints
1042 @section Constraints for @code{asm} Operands
1043 @cindex operand constraints, @code{asm}
1044 @cindex constraints, @code{asm}
1045 @cindex @code{asm} constraints
1047 Here are specific details on what constraint letters you can use with
1048 @code{asm} operands.
1049 @end ifclear
1050 Constraints can say whether
1051 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
1052 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
1053 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
1054 have.  Constraints can also require two operands to match.
1056 @ifset INTERNALS
1057 @menu
1058 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1059 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1060 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
1061 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1062 * Disable Insn Alternatives:: Disable insn alternatives using the @code{enabled} attribute.
1063 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
1064 * Define Constraints::  How to define machine-specific constraints.
1065 * C Constraint Interface:: How to test constraints from C code.
1066 @end menu
1067 @end ifset
1069 @ifclear INTERNALS
1070 @menu
1071 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1072 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1073 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1074 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
1075 @end menu
1076 @end ifclear
1078 @node Simple Constraints
1079 @subsection Simple Constraints
1080 @cindex simple constraints
1082 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
1083 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
1084 the letters that are allowed:
1086 @table @asis
1087 @item whitespace
1088 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
1089 except the first.  This enables each alternative for different operands to
1090 be visually aligned in the machine description even if they have different
1091 number of constraints and modifiers.
1093 @cindex @samp{m} in constraint
1094 @cindex memory references in constraints
1095 @item @samp{m}
1096 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
1097 supports in general.
1098 Note that the letter used for the general memory constraint can be
1099 re-defined by a back end using the @code{TARGET_MEM_CONSTRAINT} macro.
1101 @cindex offsettable address
1102 @cindex @samp{o} in constraint
1103 @item @samp{o}
1104 A memory operand is allowed, but only if the address is
1105 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
1106 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
1107 may be added to the address and the result is also a valid memory
1108 address.
1110 @cindex autoincrement/decrement addressing
1111 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
1112 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
1113 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
1114 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
1115 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
1116 addresses may or may not be offsettable depending on the other
1117 addressing modes that the machine supports.
1119 Note that in an output operand which can be matched by another
1120 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
1121 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
1122 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
1124 @cindex @samp{V} in constraint
1125 @item @samp{V}
1126 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
1127 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
1129 @cindex @samp{<} in constraint
1130 @item @samp{<}
1131 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
1132 postdecrement) is allowed.
1134 @cindex @samp{>} in constraint
1135 @item @samp{>}
1136 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
1137 postincrement) is allowed.
1139 @cindex @samp{r} in constraint
1140 @cindex registers in constraints
1141 @item @samp{r}
1142 A register operand is allowed provided that it is in a general
1143 register.
1145 @cindex constants in constraints
1146 @cindex @samp{i} in constraint
1147 @item @samp{i}
1148 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
1149 This includes symbolic constants whose values will be known only at
1150 assembly time or later.
1152 @cindex @samp{n} in constraint
1153 @item @samp{n}
1154 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
1155 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
1156 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
1157 rather than @samp{i}.
1159 @cindex @samp{I} in constraint
1160 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
1161 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
1162 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
1163 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
1164 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
1165 This is the range permitted as a shift count in the shift
1166 instructions.
1168 @cindex @samp{E} in constraint
1169 @item @samp{E}
1170 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
1171 allowed, but only if the target floating point format is the same as
1172 that of the host machine (on which the compiler is running).
1174 @cindex @samp{F} in constraint
1175 @item @samp{F}
1176 An immediate floating operand (expression code @code{const_double} or
1177 @code{const_vector}) is allowed.
1179 @cindex @samp{G} in constraint
1180 @cindex @samp{H} in constraint
1181 @item @samp{G}, @samp{H}
1182 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
1183 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
1185 @cindex @samp{s} in constraint
1186 @item @samp{s}
1187 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
1188 allowed.
1190 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
1191 value not known at compile time, it certainly must allow any known
1192 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
1193 better code to be generated.
1195 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
1196 use an immediate operand; but if the immediate value is between @minus{}128
1197 and 127, better code results from loading the value into a register and
1198 using the register.  This is because the load into the register can be
1199 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
1200 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
1201 range @minus{}128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
1202 constraints.
1204 @cindex @samp{g} in constraint
1205 @item @samp{g}
1206 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
1207 registers that are not general registers.
1209 @cindex @samp{X} in constraint
1210 @item @samp{X}
1211 @ifset INTERNALS
1212 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
1213 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
1214 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
1215 require a scratch register.
1216 @end ifset
1217 @ifclear INTERNALS
1218 Any operand whatsoever is allowed.
1219 @end ifclear
1221 @cindex @samp{0} in constraint
1222 @cindex digits in constraint
1223 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
1224 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
1225 digit is used together with letters within the same alternative, the
1226 digit should come last.
1228 This number is allowed to be more than a single digit.  If multiple
1229 digits are encountered consecutively, they are interpreted as a single
1230 decimal integer.  There is scant chance for ambiguity, since to-date
1231 it has never been desirable that @samp{10} be interpreted as matching
1232 either operand 1 @emph{or} operand 0.  Should this be desired, one
1233 can use multiple alternatives instead.
1235 @cindex matching constraint
1236 @cindex constraint, matching
1237 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
1238 that the assembler has only a single operand that fills two roles
1239 @ifset INTERNALS
1240 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
1241 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
1242 @end ifset
1243 @ifclear INTERNALS
1244 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
1245 two input operands and an output operand, but on most CISC
1246 @end ifclear
1247 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
1248 input-output operand:
1250 @smallexample
1251 addl #35,r12
1252 @end smallexample
1254 Matching constraints are used in these circumstances.
1255 More precisely, the two operands that match must include one input-only
1256 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
1257 smaller number than the number of the operand that uses it in the
1258 constraint.
1260 @ifset INTERNALS
1261 For operands to match in a particular case usually means that they
1262 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
1263 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
1264 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
1265 For proper results in such cases, the output template should always
1266 use the output-operand's number when printing the operand.
1267 @end ifset
1269 @cindex load address instruction
1270 @cindex push address instruction
1271 @cindex address constraints
1272 @cindex @samp{p} in constraint
1273 @item @samp{p}
1274 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
1275 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
1277 @findex address_operand
1278 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
1279 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
1280 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
1281 reference for which the address would be valid.
1283 @cindex other register constraints
1284 @cindex extensible constraints
1285 @item @var{other-letters}
1286 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
1287 particular classes of registers or other arbitrary operand types.
1288 @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are defined on the 68000/68020 to stand
1289 for data, address and floating point registers.
1290 @end table
1292 @ifset INTERNALS
1293 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
1294 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
1295 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
1296 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
1297 done by copying an operand into a register.
1299 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
1301 @smallexample
1302 (define_insn ""
1303   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1304         (plus:SI (match_dup 0)
1305                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
1306   ""
1307   "@dots{}")
1308 @end smallexample
1310 @noindent
1311 which has two operands, one of which must appear in two places, and
1313 @smallexample
1314 (define_insn ""
1315   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1316         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
1317                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
1318   ""
1319   "@dots{}")
1320 @end smallexample
1322 @noindent
1323 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
1324 identical.  If we are considering an insn of the form
1326 @smallexample
1327 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
1328   (set (reg:SI 3)
1329        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
1330   @dots{})
1331 @end smallexample
1333 @noindent
1334 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
1335 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
1336 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns''.
1337 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
1338 is something wrong with it''.  It would direct the reload pass of the
1339 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
1340 results might look like this:
1342 @smallexample
1343 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
1344   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
1345   @dots{})
1347 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
1348   (set (reg:SI 3)
1349        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
1350   @dots{})
1351 @end smallexample
1353 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
1354 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
1355 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
1356 for each possible combination of operand expressions, have at least one
1357 alternative which can handle that combination of operands.)  The
1358 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
1359 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
1360 reloading any possible operand so that it will fit.
1362 @itemize @bullet
1363 @item
1364 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
1365 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
1367 For example, an operand whose constraints permit everything except
1368 registers is safe provided its predicate rejects registers.
1370 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
1371 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
1372 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
1373 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
1374 more selective.
1376 @item
1377 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
1378 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
1379 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
1380 compiler knows how to copy a register into another register of the
1381 proper class in order to make an instruction valid.
1383 @cindex nonoffsettable memory reference
1384 @cindex memory reference, nonoffsettable
1385 @item
1386 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
1387 address into a register.  So if the constraint uses the letter
1388 @samp{o}, all memory references are taken care of.
1390 @item
1391 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
1392 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1393 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1394 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1396 @item
1397 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1398 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1399 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1400 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1401 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1402 objects allowed by the constraint.
1403 @end itemize
1405 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1406 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1407 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1408 how to copy a register temporarily into memory.
1410 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1411 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1412 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1413 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1414 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1415 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1416 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1417 @code{sign_extend}.
1418 @end ifset
1420 @node Multi-Alternative
1421 @subsection Multiple Alternative Constraints
1422 @cindex multiple alternative constraints
1424 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1425 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1426 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1427 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1428 another.
1430 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1431 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1432 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1433 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1434 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1435 @ifset INTERNALS
1436 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1438 @smallexample
1439 (define_insn "iorsi3"
1440   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1441         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1442                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1443   @dots{})
1444 @end smallexample
1446 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1447 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1448 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1449 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1450 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1451 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1452 @end ifset
1454 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1455 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1456 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1457 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1458 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1459 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1460 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1462 @table @code
1463 @cindex @samp{?} in constraint
1464 @cindex question mark
1465 @item ?
1466 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1467 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1468 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1469 in it.
1471 @cindex @samp{!} in constraint
1472 @cindex exclamation point
1473 @item !
1474 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1475 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1476 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1477 @end table
1479 @ifset INTERNALS
1480 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1481 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1482 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1483 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1484 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1485 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1486 @end ifset
1488 @ifset INTERNALS
1489 @node Class Preferences
1490 @subsection Register Class Preferences
1491 @cindex class preference constraints
1492 @cindex register class preference constraints
1494 @cindex voting between constraint alternatives
1495 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1496 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1497 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1498 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1499 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1500 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1501 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1502 favor of a general register.  The machine description says which registers
1503 are considered general.
1505 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1506 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1507 @end ifset
1509 @node Modifiers
1510 @subsection Constraint Modifier Characters
1511 @cindex modifiers in constraints
1512 @cindex constraint modifier characters
1514 @c prevent bad page break with this line
1515 Here are constraint modifier characters.
1517 @table @samp
1518 @cindex @samp{=} in constraint
1519 @item =
1520 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1521 value is discarded and replaced by output data.
1523 @cindex @samp{+} in constraint
1524 @item +
1525 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1527 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1528 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1529 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1530 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1531 are assumed to be input only.
1533 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1534 first character of the constraint string.
1536 @cindex @samp{&} in constraint
1537 @cindex earlyclobber operand
1538 @item &
1539 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1540 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1541 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1542 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1543 address.
1545 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1546 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1547 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1548 @samp{movdf} insn of the 68000.
1550 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only
1551 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1552 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1553 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber.
1554 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM@.
1556 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1558 @cindex @samp{%} in constraint
1559 @item %
1560 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1561 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1562 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1563 constraints.
1564 @ifset INTERNALS
1565 This is often used in patterns for addition instructions
1566 that really have only two operands: the result must go in one of the
1567 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1568 instruction is defined:
1570 @smallexample
1571 (define_insn "addhi3"
1572   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1573      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1574               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1575   @dots{})
1576 @end smallexample
1577 @end ifset
1578 GCC can only handle one commutative pair in an asm; if you use more,
1579 the compiler may fail.  Note that you need not use the modifier if
1580 the two alternatives are strictly identical; this would only waste
1581 time in the reload pass.  The modifier is not operational after
1582 register allocation, so the result of @code{define_peephole2}
1583 and @code{define_split}s performed after reload cannot rely on
1584 @samp{%} to make the intended insn match.
1586 @cindex @samp{#} in constraint
1587 @item #
1588 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1589 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1590 register preferences.
1592 @cindex @samp{*} in constraint
1593 @item *
1594 Says that the following character should be ignored when choosing
1595 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1596 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1598 @ifset INTERNALS
1599 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1600 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1601 copying it into an address register.  While either kind of register is
1602 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1603 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1604 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1605 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1606 register preferences.
1608 @smallexample
1609 (define_insn "extendhisi2"
1610   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1611         (sign_extend:SI
1612          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1613   @dots{})
1614 @end smallexample
1615 @end ifset
1616 @end table
1618 @node Machine Constraints
1619 @subsection Constraints for Particular Machines
1620 @cindex machine specific constraints
1621 @cindex constraints, machine specific
1623 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1624 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1625 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1626 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1627 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1628 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1629 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1630 immediate-constant format.
1632 Each architecture defines additional constraints.  These constraints
1633 are used by the compiler itself for instruction generation, as well as
1634 for @code{asm} statements; therefore, some of the constraints are not
1635 particularly useful for @code{asm}.  Here is a summary of some of the
1636 machine-dependent constraints available on some particular machines;
1637 it includes both constraints that are useful for @code{asm} and
1638 constraints that aren't.  The compiler source file mentioned in the
1639 table heading for each architecture is the definitive reference for
1640 the meanings of that architecture's constraints.
1642 @table @emph
1643 @item ARM family---@file{config/arm/arm.h}
1644 @table @code
1645 @item f
1646 Floating-point register
1648 @item w
1649 VFP floating-point register
1651 @item F
1652 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1653 or 10.0
1655 @item G
1656 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1657 were negated
1659 @item I
1660 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1661 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1662 multiple of 2
1664 @item J
1665 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1667 @item K
1668 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1670 @item L
1671 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1673 @item M
1674 Integer in the range 0 to 32
1676 @item Q
1677 A memory reference where the exact address is in a single register
1678 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1680 @item R
1681 An item in the constant pool
1683 @item S
1684 A symbol in the text segment of the current file
1686 @item Uv
1687 A memory reference suitable for VFP load/store insns (reg+constant offset)
1689 @item Uy
1690 A memory reference suitable for iWMMXt load/store instructions.
1692 @item Uq
1693 A memory reference suitable for the ARMv4 ldrsb instruction.
1694 @end table
1696 @item AVR family---@file{config/avr/constraints.md}
1697 @table @code
1698 @item l
1699 Registers from r0 to r15
1701 @item a
1702 Registers from r16 to r23
1704 @item d
1705 Registers from r16 to r31
1707 @item w
1708 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1710 @item e
1711 Pointer register (r26--r31)
1713 @item b
1714 Base pointer register (r28--r31)
1716 @item q
1717 Stack pointer register (SPH:SPL)
1719 @item t
1720 Temporary register r0
1722 @item x
1723 Register pair X (r27:r26)
1725 @item y
1726 Register pair Y (r29:r28)
1728 @item z
1729 Register pair Z (r31:r30)
1731 @item I
1732 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1734 @item J
1735 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1737 @item K
1738 Constant integer 2
1740 @item L
1741 Constant integer 0
1743 @item M
1744 Constant that fits in 8 bits
1746 @item N
1747 Constant integer @minus{}1
1749 @item O
1750 Constant integer 8, 16, or 24
1752 @item P
1753 Constant integer 1
1755 @item G
1756 A floating point constant 0.0
1758 @item R
1759 Integer constant in the range @minus{}6 @dots{} 5.
1761 @item Q
1762 A memory address based on Y or Z pointer with displacement.
1763 @end table
1765 @item CRX Architecture---@file{config/crx/crx.h}
1766 @table @code
1768 @item b
1769 Registers from r0 to r14 (registers without stack pointer)
1771 @item l
1772 Register r16 (64-bit accumulator lo register)
1774 @item h
1775 Register r17 (64-bit accumulator hi register)
1777 @item k
1778 Register pair r16-r17. (64-bit accumulator lo-hi pair)
1780 @item I
1781 Constant that fits in 3 bits
1783 @item J
1784 Constant that fits in 4 bits
1786 @item K
1787 Constant that fits in 5 bits
1789 @item L
1790 Constant that is one of @minus{}1, 4, @minus{}4, 7, 8, 12, 16, 20, 32, 48
1792 @item G
1793 Floating point constant that is legal for store immediate
1794 @end table
1796 @item Hewlett-Packard PA-RISC---@file{config/pa/pa.h}
1797 @table @code
1798 @item a
1799 General register 1
1801 @item f
1802 Floating point register
1804 @item q
1805 Shift amount register
1807 @item x
1808 Floating point register (deprecated)
1810 @item y
1811 Upper floating point register (32-bit), floating point register (64-bit)
1813 @item Z
1814 Any register
1816 @item I
1817 Signed 11-bit integer constant
1819 @item J
1820 Signed 14-bit integer constant
1822 @item K
1823 Integer constant that can be deposited with a @code{zdepi} instruction
1825 @item L
1826 Signed 5-bit integer constant
1828 @item M
1829 Integer constant 0
1831 @item N
1832 Integer constant that can be loaded with a @code{ldil} instruction
1834 @item O
1835 Integer constant whose value plus one is a power of 2
1837 @item P
1838 Integer constant that can be used for @code{and} operations in @code{depi}
1839 and @code{extru} instructions
1841 @item S
1842 Integer constant 31
1844 @item U
1845 Integer constant 63
1847 @item G
1848 Floating-point constant 0.0
1850 @item A
1851 A @code{lo_sum} data-linkage-table memory operand
1853 @item Q
1854 A memory operand that can be used as the destination operand of an
1855 integer store instruction
1857 @item R
1858 A scaled or unscaled indexed memory operand
1860 @item T
1861 A memory operand for floating-point loads and stores
1863 @item W
1864 A register indirect memory operand
1865 @end table
1867 @item picoChip family---@file{picochip.h}
1868 @table @code
1869 @item k
1870 Stack register.
1872 @item f
1873 Pointer register.  A register which can be used to access memory without
1874 supplying an offset.  Any other register can be used to access memory,
1875 but will need a constant offset.  In the case of the offset being zero,
1876 it is more efficient to use a pointer register, since this reduces code
1877 size.
1879 @item t
1880 A twin register.  A register which may be paired with an adjacent
1881 register to create a 32-bit register.
1883 @item a
1884 Any absolute memory address (e.g., symbolic constant, symbolic
1885 constant + offset).
1887 @item I
1888 4-bit signed integer.
1890 @item J
1891 4-bit unsigned integer.
1893 @item K
1894 8-bit signed integer.
1896 @item M
1897 Any constant whose absolute value is no greater than 4-bits.
1899 @item N
1900 10-bit signed integer
1902 @item O
1903 16-bit signed integer.
1905 @end table
1907 @item PowerPC and IBM RS6000---@file{config/rs6000/rs6000.h}
1908 @table @code
1909 @item b
1910 Address base register
1912 @item d
1913 Floating point register (containing 64-bit value)
1915 @item f
1916 Floating point register (containing 32-bit value)
1918 @item v
1919 Altivec vector register
1921 @item wd
1922 VSX vector register to hold vector double data
1924 @item wf
1925 VSX vector register to hold vector float data
1927 @item ws
1928 VSX vector register to hold scalar float data
1930 @item wa
1931 Any VSX register
1933 @item h
1934 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1936 @item q
1937 @samp{MQ} register
1939 @item c
1940 @samp{CTR} register
1942 @item l
1943 @samp{LINK} register
1945 @item x
1946 @samp{CR} register (condition register) number 0
1948 @item y
1949 @samp{CR} register (condition register)
1951 @item z
1952 @samp{FPMEM} stack memory for FPR-GPR transfers
1954 @item I
1955 Signed 16-bit constant
1957 @item J
1958 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
1959 @code{SImode} constants)
1961 @item K
1962 Unsigned 16-bit constant
1964 @item L
1965 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
1967 @item M
1968 Constant larger than 31
1970 @item N
1971 Exact power of 2
1973 @item O
1974 Zero
1976 @item P
1977 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
1979 @item G
1980 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1981 instruction per word
1983 @item H
1984 Integer/Floating point constant that can be loaded into a register using
1985 three instructions
1987 @item m
1988 Memory operand.  Note that on PowerPC targets, @code{m} can include
1989 addresses that update the base register.  It is therefore only safe
1990 to use @samp{m} in an @code{asm} statement if that @code{asm} statement
1991 accesses the operand exactly once.  The @code{asm} statement must also
1992 use @samp{%U@var{<opno>}} as a placeholder for the ``update'' flag in the
1993 corresponding load or store instruction.  For example:
1995 @smallexample
1996 asm ("st%U0 %1,%0" : "=m" (mem) : "r" (val));
1997 @end smallexample
1999 is correct but:
2001 @smallexample
2002 asm ("st %1,%0" : "=m" (mem) : "r" (val));
2003 @end smallexample
2005 is not.  Use @code{es} rather than @code{m} if you don't want the
2006 base register to be updated.
2008 @item es
2009 A ``stable'' memory operand; that is, one which does not include any
2010 automodification of the base register.  Unlike @samp{m}, this constraint
2011 can be used in @code{asm} statements that might access the operand
2012 several times, or that might not access it at all.
2014 @item Q
2015 Memory operand that is an offset from a register (it is usually better
2016 to use @samp{m} or @samp{es} in @code{asm} statements)
2018 @item Z
2019 Memory operand that is an indexed or indirect from a register (it is
2020 usually better to use @samp{m} or @samp{es} in @code{asm} statements)
2022 @item R
2023 AIX TOC entry
2025 @item a
2026 Address operand that is an indexed or indirect from a register (@samp{p} is
2027 preferable for @code{asm} statements)
2029 @item S
2030 Constant suitable as a 64-bit mask operand
2032 @item T
2033 Constant suitable as a 32-bit mask operand
2035 @item U
2036 System V Release 4 small data area reference
2038 @item t
2039 AND masks that can be performed by two rldic@{l, r@} instructions
2041 @item W
2042 Vector constant that does not require memory
2044 @item j
2045 Vector constant that is all zeros.
2047 @end table
2049 @item Intel 386---@file{config/i386/constraints.md}
2050 @table @code
2051 @item R
2052 Legacy register---the eight integer registers available on all
2053 i386 processors (@code{a}, @code{b}, @code{c}, @code{d},
2054 @code{si}, @code{di}, @code{bp}, @code{sp}).
2056 @item q
2057 Any register accessible as @code{@var{r}l}.  In 32-bit mode, @code{a},
2058 @code{b}, @code{c}, and @code{d}; in 64-bit mode, any integer register.
2060 @item Q
2061 Any register accessible as @code{@var{r}h}: @code{a}, @code{b},
2062 @code{c}, and @code{d}.
2064 @ifset INTERNALS
2065 @item l
2066 Any register that can be used as the index in a base+index memory
2067 access: that is, any general register except the stack pointer.
2068 @end ifset
2070 @item a
2071 The @code{a} register.
2073 @item b
2074 The @code{b} register.
2076 @item c
2077 The @code{c} register.
2079 @item d
2080 The @code{d} register.
2082 @item S
2083 The @code{si} register.
2085 @item D
2086 The @code{di} register.
2088 @item A
2089 The @code{a} and @code{d} registers, as a pair (for instructions that
2090 return half the result in one and half in the other).
2092 @item f
2093 Any 80387 floating-point (stack) register.
2095 @item t
2096 Top of 80387 floating-point stack (@code{%st(0)}).
2098 @item u
2099 Second from top of 80387 floating-point stack (@code{%st(1)}).
2101 @item y
2102 Any MMX register.
2104 @item x
2105 Any SSE register.
2107 @item Yz
2108 First SSE register (@code{%xmm0}).
2110 @ifset INTERNALS
2111 @item Y2
2112 Any SSE register, when SSE2 is enabled.
2114 @item Yi
2115 Any SSE register, when SSE2 and inter-unit moves are enabled.
2117 @item Ym
2118 Any MMX register, when inter-unit moves are enabled.
2119 @end ifset
2121 @item I
2122 Integer constant in the range 0 @dots{} 31, for 32-bit shifts.
2124 @item J
2125 Integer constant in the range 0 @dots{} 63, for 64-bit shifts.
2127 @item K
2128 Signed 8-bit integer constant.
2130 @item L
2131 @code{0xFF} or @code{0xFFFF}, for andsi as a zero-extending move.
2133 @item M
2134 0, 1, 2, or 3 (shifts for the @code{lea} instruction).
2136 @item N
2137 Unsigned 8-bit integer constant (for @code{in} and @code{out} 
2138 instructions).
2140 @ifset INTERNALS
2141 @item O
2142 Integer constant in the range 0 @dots{} 127, for 128-bit shifts.
2143 @end ifset
2145 @item G
2146 Standard 80387 floating point constant.
2148 @item C
2149 Standard SSE floating point constant.
2151 @item e
2152 32-bit signed integer constant, or a symbolic reference known
2153 to fit that range (for immediate operands in sign-extending x86-64
2154 instructions).
2156 @item Z
2157 32-bit unsigned integer constant, or a symbolic reference known
2158 to fit that range (for immediate operands in zero-extending x86-64
2159 instructions).
2161 @end table
2163 @item Intel IA-64---@file{config/ia64/ia64.h}
2164 @table @code
2165 @item a
2166 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
2168 @item b
2169 Branch register
2171 @item c
2172 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
2174 @item d
2175 Application register residing in M-unit
2177 @item e
2178 Application register residing in I-unit
2180 @item f
2181 Floating-point register
2183 @item m
2184 Memory operand.
2185 Remember that @samp{m} allows postincrement and postdecrement which
2186 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
2187 Use @samp{S} to disallow postincrement and postdecrement.
2189 @item G
2190 Floating-point constant 0.0 or 1.0
2192 @item I
2193 14-bit signed integer constant
2195 @item J
2196 22-bit signed integer constant
2198 @item K
2199 8-bit signed integer constant for logical instructions
2201 @item L
2202 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
2204 @item M
2205 6-bit unsigned integer constant for shift counts
2207 @item N
2208 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
2210 @item O
2211 The constant zero
2213 @item P
2214 0 or @minus{}1 for @code{dep} instruction
2216 @item Q
2217 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
2219 @item R
2220 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
2222 @item S
2223 Memory operand except postincrement and postdecrement
2224 @end table
2226 @item FRV---@file{config/frv/frv.h}
2227 @table @code
2228 @item a
2229 Register in the class @code{ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2231 @item b
2232 Register in the class @code{EVEN_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2234 @item c
2235 Register in the class @code{CC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3} and
2236 @code{icc0} to @code{icc3}).
2238 @item d
2239 Register in the class @code{GPR_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2241 @item e
2242 Register in the class @code{EVEN_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2243 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2244 mode larger than 4 bytes.
2246 @item f
2247 Register in the class @code{FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2249 @item h
2250 Register in the class @code{FEVEN_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2251 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2252 mode larger than 4 bytes.
2254 @item l
2255 Register in the class @code{LR_REG} (the @code{lr} register).
2257 @item q
2258 Register in the class @code{QUAD_REGS} (@code{gr2} to @code{gr63}).
2259 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2260 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2262 @item t
2263 Register in the class @code{ICC_REGS} (@code{icc0} to @code{icc3}).
2265 @item u
2266 Register in the class @code{FCC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3}).
2268 @item v
2269 Register in the class @code{ICR_REGS} (@code{cc4} to @code{cc7}).
2271 @item w
2272 Register in the class @code{FCR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc3}).
2274 @item x
2275 Register in the class @code{QUAD_FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2276 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2277 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2279 @item z
2280 Register in the class @code{SPR_REGS} (@code{lcr} and @code{lr}).
2282 @item A
2283 Register in the class @code{QUAD_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2285 @item B
2286 Register in the class @code{ACCG_REGS} (@code{accg0} to @code{accg7}).
2288 @item C
2289 Register in the class @code{CR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc7}).
2291 @item G
2292 Floating point constant zero
2294 @item I
2295 6-bit signed integer constant
2297 @item J
2298 10-bit signed integer constant
2300 @item L
2301 16-bit signed integer constant
2303 @item M
2304 16-bit unsigned integer constant
2306 @item N
2307 12-bit signed integer constant that is negative---i.e.@: in the
2308 range of @minus{}2048 to @minus{}1
2310 @item O
2311 Constant zero
2313 @item P
2314 12-bit signed integer constant that is greater than zero---i.e.@: in the
2315 range of 1 to 2047.
2317 @end table
2319 @item Blackfin family---@file{config/bfin/constraints.md}
2320 @table @code
2321 @item a
2322 P register
2324 @item d
2325 D register
2327 @item z
2328 A call clobbered P register.
2330 @item q@var{n}
2331 A single register.  If @var{n} is in the range 0 to 7, the corresponding D
2332 register.  If it is @code{A}, then the register P0.
2334 @item D
2335 Even-numbered D register
2337 @item W
2338 Odd-numbered D register
2340 @item e
2341 Accumulator register.
2343 @item A
2344 Even-numbered accumulator register.
2346 @item B
2347 Odd-numbered accumulator register.
2349 @item b
2350 I register
2352 @item v
2353 B register
2355 @item f
2356 M register
2358 @item c
2359 Registers used for circular buffering, i.e. I, B, or L registers.
2361 @item C
2362 The CC register.
2364 @item t
2365 LT0 or LT1.
2367 @item k
2368 LC0 or LC1.
2370 @item u
2371 LB0 or LB1.
2373 @item x
2374 Any D, P, B, M, I or L register.
2376 @item y
2377 Additional registers typically used only in prologues and epilogues: RETS,
2378 RETN, RETI, RETX, RETE, ASTAT, SEQSTAT and USP.
2380 @item w
2381 Any register except accumulators or CC.
2383 @item Ksh
2384 Signed 16 bit integer (in the range @minus{}32768 to 32767)
2386 @item Kuh
2387 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535)
2389 @item Ks7
2390 Signed 7 bit integer (in the range @minus{}64 to 63)
2392 @item Ku7
2393 Unsigned 7 bit integer (in the range 0 to 127)
2395 @item Ku5
2396 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31)
2398 @item Ks4
2399 Signed 4 bit integer (in the range @minus{}8 to 7)
2401 @item Ks3
2402 Signed 3 bit integer (in the range @minus{}3 to 4)
2404 @item Ku3
2405 Unsigned 3 bit integer (in the range 0 to 7)
2407 @item P@var{n}
2408 Constant @var{n}, where @var{n} is a single-digit constant in the range 0 to 4.
2410 @item PA
2411 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2412 use with either accumulator.
2414 @item PB
2415 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2416 use only with accumulator A1.
2418 @item M1
2419 Constant 255.
2421 @item M2
2422 Constant 65535.
2424 @item J
2425 An integer constant with exactly a single bit set.
2427 @item L
2428 An integer constant with all bits set except exactly one.
2430 @item H
2432 @item Q
2433 Any SYMBOL_REF.
2434 @end table
2436 @item M32C---@file{config/m32c/m32c.c}
2437 @table @code
2438 @item Rsp
2439 @itemx Rfb
2440 @itemx Rsb
2441 @samp{$sp}, @samp{$fb}, @samp{$sb}.
2443 @item Rcr
2444 Any control register, when they're 16 bits wide (nothing if control
2445 registers are 24 bits wide)
2447 @item Rcl
2448 Any control register, when they're 24 bits wide.
2450 @item R0w
2451 @itemx R1w
2452 @itemx R2w
2453 @itemx R3w
2454 $r0, $r1, $r2, $r3.
2456 @item R02
2457 $r0 or $r2, or $r2r0 for 32 bit values.
2459 @item R13
2460 $r1 or $r3, or $r3r1 for 32 bit values.
2462 @item Rdi
2463 A register that can hold a 64 bit value.
2465 @item Rhl
2466 $r0 or $r1 (registers with addressable high/low bytes)
2468 @item R23
2469 $r2 or $r3
2471 @item Raa
2472 Address registers
2474 @item Raw
2475 Address registers when they're 16 bits wide.
2477 @item Ral
2478 Address registers when they're 24 bits wide.
2480 @item Rqi
2481 Registers that can hold QI values.
2483 @item Rad
2484 Registers that can be used with displacements ($a0, $a1, $sb).
2486 @item Rsi
2487 Registers that can hold 32 bit values.
2489 @item Rhi
2490 Registers that can hold 16 bit values.
2492 @item Rhc
2493 Registers chat can hold 16 bit values, including all control
2494 registers.
2496 @item Rra
2497 $r0 through R1, plus $a0 and $a1.
2499 @item Rfl
2500 The flags register.
2502 @item Rmm
2503 The memory-based pseudo-registers $mem0 through $mem15.
2505 @item Rpi
2506 Registers that can hold pointers (16 bit registers for r8c, m16c; 24
2507 bit registers for m32cm, m32c).
2509 @item Rpa
2510 Matches multiple registers in a PARALLEL to form a larger register.
2511 Used to match function return values.
2513 @item Is3
2514 @minus{}8 @dots{} 7
2516 @item IS1
2517 @minus{}128 @dots{} 127
2519 @item IS2
2520 @minus{}32768 @dots{} 32767
2522 @item IU2
2523 0 @dots{} 65535
2525 @item In4
2526 @minus{}8 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 8
2528 @item In5
2529 @minus{}16 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 16
2531 @item In6
2532 @minus{}32 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 32
2534 @item IM2
2535 @minus{}65536 @dots{} @minus{}1
2537 @item Ilb
2538 An 8 bit value with exactly one bit set.
2540 @item Ilw
2541 A 16 bit value with exactly one bit set.
2543 @item Sd
2544 The common src/dest memory addressing modes.
2546 @item Sa
2547 Memory addressed using $a0 or $a1.
2549 @item Si
2550 Memory addressed with immediate addresses.
2552 @item Ss
2553 Memory addressed using the stack pointer ($sp).
2555 @item Sf
2556 Memory addressed using the frame base register ($fb).
2558 @item Ss
2559 Memory addressed using the small base register ($sb).
2561 @item S1
2562 $r1h
2563 @end table
2565 @item MeP---@file{config/mep/constraints.md}
2566 @table @code
2568 @item a
2569 The $sp register.
2571 @item b
2572 The $tp register.
2574 @item c
2575 Any control register.
2577 @item d
2578 Either the $hi or the $lo register.
2580 @item em
2581 Coprocessor registers that can be directly loaded ($c0-$c15).
2583 @item ex
2584 Coprocessor registers that can be moved to each other.
2586 @item er
2587 Coprocessor registers that can be moved to core registers.
2589 @item h
2590 The $hi register.
2592 @item j
2593 The $rpc register.
2595 @item l
2596 The $lo register.
2598 @item t
2599 Registers which can be used in $tp-relative addressing.
2601 @item v
2602 The $gp register.
2604 @item x
2605 The coprocessor registers.
2607 @item y
2608 The coprocessor control registers.
2610 @item z
2611 The $0 register.
2613 @item A
2614 User-defined register set A.
2616 @item B
2617 User-defined register set B.
2619 @item C
2620 User-defined register set C.
2622 @item D
2623 User-defined register set D.
2625 @item I
2626 Offsets for $gp-rel addressing.
2628 @item J
2629 Constants that can be used directly with boolean insns.
2631 @item K
2632 Constants that can be moved directly to registers.
2634 @item L
2635 Small constants that can be added to registers.
2637 @item M
2638 Long shift counts.
2640 @item N
2641 Small constants that can be compared to registers.
2643 @item O
2644 Constants that can be loaded into the top half of registers.
2646 @item S
2647 Signed 8-bit immediates.
2649 @item T
2650 Symbols encoded for $tp-rel or $gp-rel addressing.
2652 @item U
2653 Non-constant addresses for loading/saving coprocessor registers.
2655 @item W
2656 The top half of a symbol's value.
2658 @item Y
2659 A register indirect address without offset.
2661 @item Z
2662 Symbolic references to the control bus.
2666 @end table
2668 @item MIPS---@file{config/mips/constraints.md}
2669 @table @code
2670 @item d
2671 An address register.  This is equivalent to @code{r} unless
2672 generating MIPS16 code.
2674 @item f
2675 A floating-point register (if available).
2677 @item h
2678 Formerly the @code{hi} register.  This constraint is no longer supported.
2680 @item l
2681 The @code{lo} register.  Use this register to store values that are
2682 no bigger than a word.
2684 @item x
2685 The concatenated @code{hi} and @code{lo} registers.  Use this register
2686 to store doubleword values.
2688 @item c
2689 A register suitable for use in an indirect jump.  This will always be
2690 @code{$25} for @option{-mabicalls}.
2692 @item v
2693 Register @code{$3}.  Do not use this constraint in new code;
2694 it is retained only for compatibility with glibc.
2696 @item y
2697 Equivalent to @code{r}; retained for backwards compatibility.
2699 @item z
2700 A floating-point condition code register.
2702 @item I
2703 A signed 16-bit constant (for arithmetic instructions).
2705 @item J
2706 Integer zero.
2708 @item K
2709 An unsigned 16-bit constant (for logic instructions).
2711 @item L
2712 A signed 32-bit constant in which the lower 16 bits are zero.
2713 Such constants can be loaded using @code{lui}.
2715 @item M
2716 A constant that cannot be loaded using @code{lui}, @code{addiu}
2717 or @code{ori}.
2719 @item N
2720 A constant in the range @minus{}65535 to @minus{}1 (inclusive).
2722 @item O
2723 A signed 15-bit constant.
2725 @item P
2726 A constant in the range 1 to 65535 (inclusive).
2728 @item G
2729 Floating-point zero.
2731 @item R
2732 An address that can be used in a non-macro load or store.
2733 @end table
2735 @item Motorola 680x0---@file{config/m68k/constraints.md}
2736 @table @code
2737 @item a
2738 Address register
2740 @item d
2741 Data register
2743 @item f
2744 68881 floating-point register, if available
2746 @item I
2747 Integer in the range 1 to 8
2749 @item J
2750 16-bit signed number
2752 @item K
2753 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
2755 @item L
2756 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
2758 @item M
2759 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
2761 @item N
2762 Range 24 to 31, rotatert:SI 8 to 1 expressed as rotate
2764 @item O
2765 16 (for rotate using swap)
2767 @item P
2768 Range 8 to 15, rotatert:HI 8 to 1 expressed as rotate
2770 @item R
2771 Numbers that mov3q can handle
2773 @item G
2774 Floating point constant that is not a 68881 constant
2776 @item S
2777 Operands that satisfy 'm' when -mpcrel is in effect
2779 @item T
2780 Operands that satisfy 's' when -mpcrel is not in effect
2782 @item Q
2783 Address register indirect addressing mode
2785 @item U
2786 Register offset addressing
2788 @item W
2789 const_call_operand
2791 @item Cs
2792 symbol_ref or const
2794 @item Ci
2795 const_int
2797 @item C0
2798 const_int 0
2800 @item Cj
2801 Range of signed numbers that don't fit in 16 bits
2803 @item Cmvq
2804 Integers valid for mvq
2806 @item Capsw
2807 Integers valid for a moveq followed by a swap
2809 @item Cmvz
2810 Integers valid for mvz
2812 @item Cmvs
2813 Integers valid for mvs
2815 @item Ap
2816 push_operand
2818 @item Ac
2819 Non-register operands allowed in clr
2821 @end table
2823 @item Motorola 68HC11 & 68HC12 families---@file{config/m68hc11/m68hc11.h}
2824 @table @code
2825 @item a
2826 Register `a'
2828 @item b
2829 Register `b'
2831 @item d
2832 Register `d'
2834 @item q
2835 An 8-bit register
2837 @item t
2838 Temporary soft register _.tmp
2840 @item u
2841 A soft register _.d1 to _.d31
2843 @item w
2844 Stack pointer register
2846 @item x
2847 Register `x'
2849 @item y
2850 Register `y'
2852 @item z
2853 Pseudo register `z' (replaced by `x' or `y' at the end)
2855 @item A
2856 An address register: x, y or z
2858 @item B
2859 An address register: x or y
2861 @item D
2862 Register pair (x:d) to form a 32-bit value
2864 @item L
2865 Constants in the range @minus{}65536 to 65535
2867 @item M
2868 Constants whose 16-bit low part is zero
2870 @item N
2871 Constant integer 1 or @minus{}1
2873 @item O
2874 Constant integer 16
2876 @item P
2877 Constants in the range @minus{}8 to 2
2879 @end table
2881 @item Moxie---@file{config/moxie/constraints.md}
2882 @table @code
2883 @item A
2884 An absolute address
2886 @item B
2887 An offset address
2889 @item W
2890 A register indirect memory operand
2892 @item I
2893 A constant in the range of 0 to 255.
2895 @item N
2896 A constant in the range of 0 to @minus{}255.
2898 @end table
2900 @item RX---@file{config/rx/constraints.md}
2901 @table @code
2902 @item Q
2903 An address which does not involve register indirect addressing or
2904 pre/post increment/decrement addressing.
2906 @item Symbol
2907 A symbol reference.
2909 @item Int08
2910 A constant in the range @minus{}256 to 255, inclusive.
2912 @item Sint08
2913 A constant in the range @minus{}128 to 127, inclusive.
2915 @item Sint16
2916 A constant in the range @minus{}32768 to 32767, inclusive.
2918 @item Sint24
2919 A constant in the range @minus{}8388608 to 8388607, inclusive.
2921 @item Uint04
2922 A constant in the range 0 to 15, inclusive.
2924 @end table
2926 @need 1000
2927 @item SPARC---@file{config/sparc/sparc.h}
2928 @table @code
2929 @item f
2930 Floating-point register on the SPARC-V8 architecture and
2931 lower floating-point register on the SPARC-V9 architecture.
2933 @item e
2934 Floating-point register.  It is equivalent to @samp{f} on the
2935 SPARC-V8 architecture and contains both lower and upper
2936 floating-point registers on the SPARC-V9 architecture.
2938 @item c
2939 Floating-point condition code register.
2941 @item d
2942 Lower floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9
2943 architecture when the Visual Instruction Set is available.
2945 @item b
2946 Floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9 architecture
2947 when the Visual Instruction Set is available.
2949 @item h
2950 64-bit global or out register for the SPARC-V8+ architecture.
2952 @item D
2953 A vector constant
2955 @item I
2956 Signed 13-bit constant
2958 @item J
2959 Zero
2961 @item K
2962 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
2963 loaded with the @code{sethi} instruction)
2965 @item L
2966 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions
2968 @item M
2969 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions
2971 @item N
2972 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
2973 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
2974 modes wider than @code{SImode}
2976 @item O
2977 The constant 4096
2979 @item G
2980 Floating-point zero
2982 @item H
2983 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
2985 @item Q
2986 Floating-point constant whose integral representation can
2987 be moved into an integer register using a single sethi
2988 instruction
2990 @item R
2991 Floating-point constant whose integral representation can
2992 be moved into an integer register using a single mov
2993 instruction
2995 @item S
2996 Floating-point constant whose integral representation can
2997 be moved into an integer register using a high/lo_sum
2998 instruction sequence
3000 @item T
3001 Memory address aligned to an 8-byte boundary
3003 @item U
3004 Even register
3006 @item W
3007 Memory address for @samp{e} constraint registers
3009 @item Y
3010 Vector zero
3012 @end table
3014 @item SPU---@file{config/spu/spu.h}
3015 @table @code
3016 @item a
3017 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.  
3019 @item c
3020 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.  
3022 @item d
3023 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 64 bit value.  
3025 @item f
3026 An immediate which can be loaded with @code{fsmbi}.  
3028 @item A
3029 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
3031 @item B
3032 An immediate for most arithmetic instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
3034 @item C
3035 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
3037 @item D
3038 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 32 bit value.  
3040 @item I
3041 A constant in the range [@minus{}64, 63] for shift/rotate instructions.  
3043 @item J
3044 An unsigned 7-bit constant for conversion/nop/channel instructions.  
3046 @item K
3047 A signed 10-bit constant for most arithmetic instructions.  
3049 @item M
3050 A signed 16 bit immediate for @code{stop}.  
3052 @item N
3053 An unsigned 16-bit constant for @code{iohl} and @code{fsmbi}.  
3055 @item O
3056 An unsigned 7-bit constant whose 3 least significant bits are 0.  
3058 @item P
3059 An unsigned 3-bit constant for 16-byte rotates and shifts 
3061 @item R
3062 Call operand, reg, for indirect calls 
3064 @item S
3065 Call operand, symbol, for relative calls.  
3067 @item T
3068 Call operand, const_int, for absolute calls.  
3070 @item U
3071 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is sign extended to 128 bit.  
3073 @item W
3074 An immediate for shift and rotate instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
3076 @item Y
3077 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is sign extended as a 128 bit.  
3079 @item Z
3080 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is sign extended to 128 bit.  
3082 @end table
3084 @item S/390 and zSeries---@file{config/s390/s390.h}
3085 @table @code
3086 @item a
3087 Address register (general purpose register except r0)
3089 @item c
3090 Condition code register
3092 @item d
3093 Data register (arbitrary general purpose register)
3095 @item f
3096 Floating-point register
3098 @item I
3099 Unsigned 8-bit constant (0--255)
3101 @item J
3102 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
3104 @item K
3105 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
3107 @item L
3108 Value appropriate as displacement.
3109 @table @code
3110 @item (0..4095)
3111 for short displacement
3112 @item (@minus{}524288..524287)
3113 for long displacement
3114 @end table
3116 @item M
3117 Constant integer with a value of 0x7fffffff.
3119 @item N
3120 Multiple letter constraint followed by 4 parameter letters.
3121 @table @code
3122 @item 0..9:
3123 number of the part counting from most to least significant
3124 @item H,Q:
3125 mode of the part
3126 @item D,S,H:
3127 mode of the containing operand
3128 @item 0,F:
3129 value of the other parts (F---all bits set)
3130 @end table
3131 The constraint matches if the specified part of a constant
3132 has a value different from its other parts.
3134 @item Q
3135 Memory reference without index register and with short displacement.
3137 @item R
3138 Memory reference with index register and short displacement.
3140 @item S
3141 Memory reference without index register but with long displacement.
3143 @item T
3144 Memory reference with index register and long displacement.
3146 @item U
3147 Pointer with short displacement.
3149 @item W
3150 Pointer with long displacement.
3152 @item Y
3153 Shift count operand.
3155 @end table
3157 @item Score family---@file{config/score/score.h}
3158 @table @code
3159 @item d
3160 Registers from r0 to r32.
3162 @item e
3163 Registers from r0 to r16.
3165 @item t
3166 r8---r11 or r22---r27 registers.
3168 @item h
3169 hi register.
3171 @item l
3172 lo register.
3174 @item x
3175 hi + lo register.
3177 @item q
3178 cnt register.
3180 @item y
3181 lcb register.
3183 @item z
3184 scb register.
3186 @item a
3187 cnt + lcb + scb register.
3189 @item c
3190 cr0---cr15 register.
3192 @item b
3193 cp1 registers.
3195 @item f
3196 cp2 registers.
3198 @item i
3199 cp3 registers.
3201 @item j
3202 cp1 + cp2 + cp3 registers.
3204 @item I
3205 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero).
3207 @item J
3208 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31).
3210 @item K
3211 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535).
3213 @item L
3214 Signed 16 bit integer (in the range @minus{}32768 to 32767).
3216 @item M
3217 Unsigned 14 bit integer (in the range 0 to 16383).
3219 @item N
3220 Signed 14 bit integer (in the range @minus{}8192 to 8191).
3222 @item Z
3223 Any SYMBOL_REF.
3224 @end table
3226 @item Xstormy16---@file{config/stormy16/stormy16.h}
3227 @table @code
3228 @item a
3229 Register r0.
3231 @item b
3232 Register r1.
3234 @item c
3235 Register r2.
3237 @item d
3238 Register r8.
3240 @item e
3241 Registers r0 through r7.
3243 @item t
3244 Registers r0 and r1.
3246 @item y
3247 The carry register.
3249 @item z
3250 Registers r8 and r9.
3252 @item I
3253 A constant between 0 and 3 inclusive.
3255 @item J
3256 A constant that has exactly one bit set.
3258 @item K
3259 A constant that has exactly one bit clear.
3261 @item L
3262 A constant between 0 and 255 inclusive.
3264 @item M
3265 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
3267 @item N
3268 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
3270 @item O
3271 A constant between 1 and 4 inclusive.
3273 @item P
3274 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
3276 @item Q
3277 A memory reference that is a stack push.
3279 @item R
3280 A memory reference that is a stack pop.
3282 @item S
3283 A memory reference that refers to a constant address of known value.
3285 @item T
3286 The register indicated by Rx (not implemented yet).
3288 @item U
3289 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
3291 @item Z
3292 The constant 0.
3294 @end table
3296 @item Xtensa---@file{config/xtensa/constraints.md}
3297 @table @code
3298 @item a
3299 General-purpose 32-bit register
3301 @item b
3302 One-bit boolean register
3304 @item A
3305 MAC16 40-bit accumulator register
3307 @item I
3308 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
3310 @item J
3311 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
3313 @item K
3314 Integer constant valid for BccI instructions
3316 @item L
3317 Unsigned constant valid for BccUI instructions
3319 @end table
3321 @end table
3323 @ifset INTERNALS
3324 @node Disable Insn Alternatives
3325 @subsection Disable insn alternatives using the @code{enabled} attribute
3326 @cindex enabled
3328 The @code{enabled} insn attribute may be used to disable certain insn
3329 alternatives for machine-specific reasons.  This is useful when adding
3330 new instructions to an existing pattern which are only available for
3331 certain cpu architecture levels as specified with the @code{-march=}
3332 option.
3334 If an insn alternative is disabled, then it will never be used.  The
3335 compiler treats the constraints for the disabled alternative as
3336 unsatisfiable.
3338 In order to make use of the @code{enabled} attribute a back end has to add
3339 in the machine description files:
3341 @enumerate
3342 @item
3343 A definition of the @code{enabled} insn attribute.  The attribute is
3344 defined as usual using the @code{define_attr} command.  This
3345 definition should be based on other insn attributes and/or target flags.
3346 The @code{enabled} attribute is a numeric attribute and should evaluate to
3347 @code{(const_int 1)} for an enabled alternative and to
3348 @code{(const_int 0)} otherwise.
3349 @item
3350 A definition of another insn attribute used to describe for what
3351 reason an insn alternative might be available or
3352 not.  E.g. @code{cpu_facility} as in the example below.
3353 @item
3354 An assignment for the second attribute to each insn definition
3355 combining instructions which are not all available under the same
3356 circumstances.  (Note: It obviously only makes sense for definitions
3357 with more than one alternative.  Otherwise the insn pattern should be
3358 disabled or enabled using the insn condition.)
3359 @end enumerate
3361 E.g. the following two patterns could easily be merged using the @code{enabled}
3362 attribute:
3364 @smallexample
3366 (define_insn "*movdi_old"
3367   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
3368         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d"))]
3369   "!TARGET_NEW"
3370   "lgr %0,%1")
3372 (define_insn "*movdi_new"
3373   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d,f,d")
3374         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d,d,f"))]
3375   "TARGET_NEW"
3376   "@@
3377    lgr  %0,%1
3378    ldgr %0,%1
3379    lgdr %0,%1")
3381 @end smallexample
3385 @smallexample
3387 (define_insn "*movdi_combined"
3388   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d,f,d")
3389         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d,d,f"))]
3390   ""
3391   "@@
3392    lgr  %0,%1
3393    ldgr %0,%1
3394    lgdr %0,%1"
3395   [(set_attr "cpu_facility" "*,new,new")])
3397 @end smallexample
3399 with the @code{enabled} attribute defined like this:
3401 @smallexample
3403 (define_attr "cpu_facility" "standard,new" (const_string "standard"))
3405 (define_attr "enabled" ""
3406   (cond [(eq_attr "cpu_facility" "standard") (const_int 1)
3407          (and (eq_attr "cpu_facility" "new")
3408               (ne (symbol_ref "TARGET_NEW") (const_int 0)))
3409          (const_int 1)]
3410         (const_int 0)))
3412 @end smallexample
3414 @end ifset
3416 @ifset INTERNALS
3417 @node Define Constraints
3418 @subsection Defining Machine-Specific Constraints
3419 @cindex defining constraints
3420 @cindex constraints, defining
3422 Machine-specific constraints fall into two categories: register and
3423 non-register constraints.  Within the latter category, constraints
3424 which allow subsets of all possible memory or address operands should
3425 be specially marked, to give @code{reload} more information.
3427 Machine-specific constraints can be given names of arbitrary length,
3428 but they must be entirely composed of letters, digits, underscores
3429 (@samp{_}), and angle brackets (@samp{< >}).  Like C identifiers, they
3430 must begin with a letter or underscore. 
3432 In order to avoid ambiguity in operand constraint strings, no
3433 constraint can have a name that begins with any other constraint's
3434 name.  For example, if @code{x} is defined as a constraint name,
3435 @code{xy} may not be, and vice versa.  As a consequence of this rule,
3436 no constraint may begin with one of the generic constraint letters:
3437 @samp{E F V X g i m n o p r s}.
3439 Register constraints correspond directly to register classes.
3440 @xref{Register Classes}.  There is thus not much flexibility in their
3441 definitions.
3443 @deffn {MD Expression} define_register_constraint name regclass docstring
3444 All three arguments are string constants.
3445 @var{name} is the name of the constraint, as it will appear in
3446 @code{match_operand} expressions.  If @var{name} is a multi-letter
3447 constraint its length shall be the same for all constraints starting
3448 with the same letter.  @var{regclass} can be either the
3449 name of the corresponding register class (@pxref{Register Classes}),
3450 or a C expression which evaluates to the appropriate register class.
3451 If it is an expression, it must have no side effects, and it cannot
3452 look at the operand.  The usual use of expressions is to map some
3453 register constraints to @code{NO_REGS} when the register class
3454 is not available on a given subarchitecture.
3456 @var{docstring} is a sentence documenting the meaning of the
3457 constraint.  Docstrings are explained further below.
3458 @end deffn
3460 Non-register constraints are more like predicates: the constraint
3461 definition gives a Boolean expression which indicates whether the
3462 constraint matches.
3464 @deffn {MD Expression} define_constraint name docstring exp
3465 The @var{name} and @var{docstring} arguments are the same as for
3466 @code{define_register_constraint}, but note that the docstring comes
3467 immediately after the name for these expressions.  @var{exp} is an RTL
3468 expression, obeying the same rules as the RTL expressions in predicate
3469 definitions.  @xref{Defining Predicates}, for details.  If it
3470 evaluates true, the constraint matches; if it evaluates false, it
3471 doesn't. Constraint expressions should indicate which RTL codes they
3472 might match, just like predicate expressions.
3474 @code{match_test} C expressions have access to the
3475 following variables:
3477 @table @var
3478 @item op
3479 The RTL object defining the operand.
3480 @item mode
3481 The machine mode of @var{op}.
3482 @item ival
3483 @samp{INTVAL (@var{op})}, if @var{op} is a @code{const_int}.
3484 @item hval
3485 @samp{CONST_DOUBLE_HIGH (@var{op})}, if @var{op} is an integer
3486 @code{const_double}.
3487 @item lval
3488 @samp{CONST_DOUBLE_LOW (@var{op})}, if @var{op} is an integer
3489 @code{const_double}.
3490 @item rval
3491 @samp{CONST_DOUBLE_REAL_VALUE (@var{op})}, if @var{op} is a floating-point
3492 @code{const_double}.
3493 @end table
3495 The @var{*val} variables should only be used once another piece of the
3496 expression has verified that @var{op} is the appropriate kind of RTL
3497 object.
3498 @end deffn
3500 Most non-register constraints should be defined with
3501 @code{define_constraint}.  The remaining two definition expressions
3502 are only appropriate for constraints that should be handled specially
3503 by @code{reload} if they fail to match.
3505 @deffn {MD Expression} define_memory_constraint name docstring exp
3506 Use this expression for constraints that match a subset of all memory
3507 operands: that is, @code{reload} can make them match by converting the
3508 operand to the form @samp{@w{(mem (reg @var{X}))}}, where @var{X} is a
3509 base register (from the register class specified by
3510 @code{BASE_REG_CLASS}, @pxref{Register Classes}).
3512 For example, on the S/390, some instructions do not accept arbitrary
3513 memory references, but only those that do not make use of an index
3514 register.  The constraint letter @samp{Q} is defined to represent a
3515 memory address of this type.  If @samp{Q} is defined with
3516 @code{define_memory_constraint}, a @samp{Q} constraint can handle any
3517 memory operand, because @code{reload} knows it can simply copy the
3518 memory address into a base register if required.  This is analogous to
3519 the way an @samp{o} constraint can handle any memory operand.
3521 The syntax and semantics are otherwise identical to
3522 @code{define_constraint}.
3523 @end deffn
3525 @deffn {MD Expression} define_address_constraint name docstring exp
3526 Use this expression for constraints that match a subset of all address
3527 operands: that is, @code{reload} can make the constraint match by
3528 converting the operand to the form @samp{@w{(reg @var{X})}}, again
3529 with @var{X} a base register.
3531 Constraints defined with @code{define_address_constraint} can only be
3532 used with the @code{address_operand} predicate, or machine-specific
3533 predicates that work the same way.  They are treated analogously to
3534 the generic @samp{p} constraint.
3536 The syntax and semantics are otherwise identical to
3537 @code{define_constraint}.
3538 @end deffn
3540 For historical reasons, names beginning with the letters @samp{G H}
3541 are reserved for constraints that match only @code{const_double}s, and
3542 names beginning with the letters @samp{I J K L M N O P} are reserved
3543 for constraints that match only @code{const_int}s.  This may change in
3544 the future.  For the time being, constraints with these names must be
3545 written in a stylized form, so that @code{genpreds} can tell you did
3546 it correctly:
3548 @smallexample
3549 @group
3550 (define_constraint "[@var{GHIJKLMNOP}]@dots{}"
3551   "@var{doc}@dots{}"
3552   (and (match_code "const_int")  ; @r{@code{const_double} for G/H}
3553        @var{condition}@dots{}))            ; @r{usually a @code{match_test}}
3554 @end group
3555 @end smallexample
3556 @c the semicolons line up in the formatted manual
3558 It is fine to use names beginning with other letters for constraints
3559 that match @code{const_double}s or @code{const_int}s.
3561 Each docstring in a constraint definition should be one or more complete
3562 sentences, marked up in Texinfo format.  @emph{They are currently unused.}
3563 In the future they will be copied into the GCC manual, in @ref{Machine
3564 Constraints}, replacing the hand-maintained tables currently found in
3565 that section.  Also, in the future the compiler may use this to give
3566 more helpful diagnostics when poor choice of @code{asm} constraints
3567 causes a reload failure.
3569 If you put the pseudo-Texinfo directive @samp{@@internal} at the
3570 beginning of a docstring, then (in the future) it will appear only in
3571 the internals manual's version of the machine-specific constraint tables.
3572 Use this for constraints that should not appear in @code{asm} statements.
3574 @node C Constraint Interface
3575 @subsection Testing constraints from C
3576 @cindex testing constraints
3577 @cindex constraints, testing
3579 It is occasionally useful to test a constraint from C code rather than
3580 implicitly via the constraint string in a @code{match_operand}.  The
3581 generated file @file{tm_p.h} declares a few interfaces for working
3582 with machine-specific constraints.  None of these interfaces work with
3583 the generic constraints described in @ref{Simple Constraints}.  This
3584 may change in the future.
3586 @strong{Warning:} @file{tm_p.h} may declare other functions that
3587 operate on constraints, besides the ones documented here.  Do not use
3588 those functions from machine-dependent code.  They exist to implement
3589 the old constraint interface that machine-independent components of
3590 the compiler still expect.  They will change or disappear in the
3591 future.
3593 Some valid constraint names are not valid C identifiers, so there is a
3594 mangling scheme for referring to them from C@.  Constraint names that
3595 do not contain angle brackets or underscores are left unchanged.
3596 Underscores are doubled, each @samp{<} is replaced with @samp{_l}, and
3597 each @samp{>} with @samp{_g}.  Here are some examples:
3599 @c the @c's prevent double blank lines in the printed manual.
3600 @example
3601 @multitable {Original} {Mangled}
3602 @item @strong{Original} @tab @strong{Mangled}  @c
3603 @item @code{x}     @tab @code{x}       @c
3604 @item @code{P42x}  @tab @code{P42x}    @c
3605 @item @code{P4_x}  @tab @code{P4__x}   @c
3606 @item @code{P4>x}  @tab @code{P4_gx}   @c
3607 @item @code{P4>>}  @tab @code{P4_g_g}  @c
3608 @item @code{P4_g>} @tab @code{P4__g_g} @c
3609 @end multitable
3610 @end example
3612 Throughout this section, the variable @var{c} is either a constraint
3613 in the abstract sense, or a constant from @code{enum constraint_num};
3614 the variable @var{m} is a mangled constraint name (usually as part of
3615 a larger identifier).
3617 @deftp Enum constraint_num
3618 For each machine-specific constraint, there is a corresponding
3619 enumeration constant: @samp{CONSTRAINT_} plus the mangled name of the
3620 constraint.  Functions that take an @code{enum constraint_num} as an
3621 argument expect one of these constants.
3623 Machine-independent constraints do not have associated constants.
3624 This may change in the future.
3625 @end deftp
3627 @deftypefun {inline bool} satisfies_constraint_@var{m} (rtx @var{exp})
3628 For each machine-specific, non-register constraint @var{m}, there is
3629 one of these functions; it returns @code{true} if @var{exp} satisfies the
3630 constraint.  These functions are only visible if @file{rtl.h} was included
3631 before @file{tm_p.h}.
3632 @end deftypefun
3634 @deftypefun bool constraint_satisfied_p (rtx @var{exp}, enum constraint_num @var{c})
3635 Like the @code{satisfies_constraint_@var{m}} functions, but the
3636 constraint to test is given as an argument, @var{c}.  If @var{c}
3637 specifies a register constraint, this function will always return
3638 @code{false}.
3639 @end deftypefun
3641 @deftypefun {enum reg_class} regclass_for_constraint (enum constraint_num @var{c})
3642 Returns the register class associated with @var{c}.  If @var{c} is not
3643 a register constraint, or those registers are not available for the
3644 currently selected subtarget, returns @code{NO_REGS}.
3645 @end deftypefun
3647 Here is an example use of @code{satisfies_constraint_@var{m}}.  In
3648 peephole optimizations (@pxref{Peephole Definitions}), operand
3649 constraint strings are ignored, so if there are relevant constraints,
3650 they must be tested in the C condition.  In the example, the
3651 optimization is applied if operand 2 does @emph{not} satisfy the
3652 @samp{K} constraint.  (This is a simplified version of a peephole
3653 definition from the i386 machine description.)
3655 @smallexample
3656 (define_peephole2
3657   [(match_scratch:SI 3 "r")
3658    (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3659         (mult:SI (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")
3660                  (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "")))]
3662   "!satisfies_constraint_K (operands[2])"
3664   [(set (match_dup 3) (match_dup 1))
3665    (set (match_dup 0) (mult:SI (match_dup 3) (match_dup 2)))]
3667   "")
3668 @end smallexample
3670 @node Standard Names
3671 @section Standard Pattern Names For Generation
3672 @cindex standard pattern names
3673 @cindex pattern names
3674 @cindex names, pattern
3676 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
3677 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
3678 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
3679 pattern to accomplish a certain task.
3681 @table @asis
3682 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
3683 @item @samp{mov@var{m}}
3684 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lowercase.
3685 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
3686 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
3688 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
3689 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
3690 to store the specified value in the part of the register that corresponds
3691 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
3692 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
3693 outside the target word are left unchanged.
3695 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
3696 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
3697 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
3698 If there are patterns accepting operands in larger modes,
3699 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
3701 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
3702 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
3703 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
3704 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
3705 into a register.
3707 @findex force_reg
3708 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
3709 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
3710 registers other than the operands.  For example, if you support the
3711 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
3712 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
3713 function which might generate new pseudo registers.
3715 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
3716 fetching those modes from memory normally requires several insns and
3717 some temporary registers.
3719 @findex change_address
3720 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
3721 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
3722 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
3723 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
3724 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
3725 an address into a valid address and no routine (such as
3726 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
3727 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
3729 @findex reload_in_progress
3730 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
3731 declared if required) can be used to determine whether such special
3732 handling is required.
3734 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
3735 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
3736 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
3737 machines explicit memory references will get optional reloads.
3739 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
3740 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
3742 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
3743 you must provide an appropriate secondary_reload target hook.
3745 @findex can_create_pseudo_p
3746 The macro @code{can_create_pseudo_p} can be used to determine if it
3747 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
3748 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
3750 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
3751 register to any other hard register provided that
3752 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
3753 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
3755 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
3756 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
3757 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
3758 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
3759 point members.
3761 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
3762 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
3763 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
3764 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
3765 floating point registers, then the constraints of the fixed point
3766 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
3767 reload into a floating point register.
3769 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
3770 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
3771 @item @samp{reload_in@var{m}}
3772 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
3773 These named patterns have been obsoleted by the target hook
3774 @code{secondary_reload}.
3776 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
3777 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
3778 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
3779 macro in @pxref{Register Classes}.
3781 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
3782 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
3783 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
3784 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
3785 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
3786 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
3787 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
3788 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
3789 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
3790 for these patterns.
3792 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
3793 @item @samp{movstrict@var{m}}
3794 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
3795 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
3796 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
3797 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
3799 @cindex @code{movmisalign@var{m}} instruction pattern
3800 @item @samp{movmisalign@var{m}}
3801 This variant of a move pattern is designed to load or store a value
3802 from a memory address that is not naturally aligned for its mode.
3803 For a store, the memory will be in operand 0; for a load, the memory
3804 will be in operand 1.  The other operand is guaranteed not to be a
3805 memory, so that it's easy to tell whether this is a load or store.
3807 This pattern is used by the autovectorizer, and when expanding a
3808 @code{MISALIGNED_INDIRECT_REF} expression.
3810 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
3811 @item @samp{load_multiple}
3812 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
3813 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
3814 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
3815 number of consecutive registers.
3817 Define this only if the target machine really has such an instruction;
3818 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
3819 registers from memory is to do them one at a time.
3821 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
3822 registers can be stored into memory, such as particular starting or
3823 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
3824 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3825 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
3827 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
3828 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
3829 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
3830 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
3831 @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn pattern.
3833 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
3834 @item @samp{store_multiple}
3835 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
3836 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
3837 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
3838 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
3840 @cindex @code{vec_set@var{m}} instruction pattern
3841 @item @samp{vec_set@var{m}}
3842 Set given field in the vector value.  Operand 0 is the vector to modify,
3843 operand 1 is new value of field and operand 2 specify the field index.
3845 @cindex @code{vec_extract@var{m}} instruction pattern
3846 @item @samp{vec_extract@var{m}}
3847 Extract given field from the vector value.  Operand 1 is the vector, operand 2
3848 specify field index and operand 0 place to store value into.
3850 @cindex @code{vec_extract_even@var{m}} instruction pattern
3851 @item @samp{vec_extract_even@var{m}}
3852 Extract even elements from the input vectors (operand 1 and operand 2). 
3853 The even elements of operand 2 are concatenated to the even elements of operand
3854 1 in their original order. The result is stored in operand 0. 
3855 The output and input vectors should have the same modes. 
3857 @cindex @code{vec_extract_odd@var{m}} instruction pattern
3858 @item @samp{vec_extract_odd@var{m}}
3859 Extract odd elements from the input vectors (operand 1 and operand 2). 
3860 The odd elements of operand 2 are concatenated to the odd elements of operand 
3861 1 in their original order. The result is stored in operand 0.
3862 The output and input vectors should have the same modes.
3864 @cindex @code{vec_interleave_high@var{m}} instruction pattern
3865 @item @samp{vec_interleave_high@var{m}}
3866 Merge high elements of the two input vectors into the output vector. The output
3867 and input vectors should have the same modes (@code{N} elements). The high
3868 @code{N/2} elements of the first input vector are interleaved with the high
3869 @code{N/2} elements of the second input vector.
3871 @cindex @code{vec_interleave_low@var{m}} instruction pattern
3872 @item @samp{vec_interleave_low@var{m}}
3873 Merge low elements of the two input vectors into the output vector. The output
3874 and input vectors should have the same modes (@code{N} elements). The low
3875 @code{N/2} elements of the first input vector are interleaved with the low 
3876 @code{N/2} elements of the second input vector.
3878 @cindex @code{vec_init@var{m}} instruction pattern
3879 @item @samp{vec_init@var{m}}
3880 Initialize the vector to given values.  Operand 0 is the vector to initialize
3881 and operand 1 is parallel containing values for individual fields.
3883 @cindex @code{push@var{m}1} instruction pattern
3884 @item @samp{push@var{m}1}
3885 Output a push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
3886 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
3887 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
3888 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
3889 method is deprecated.
3891 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
3892 @item @samp{add@var{m}3}
3893 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
3894 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
3895 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
3897 @cindex @code{ssadd@var{m}3} instruction pattern
3898 @cindex @code{usadd@var{m}3} instruction pattern
3899 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
3900 @cindex @code{sssub@var{m}3} instruction pattern
3901 @cindex @code{ussub@var{m}3} instruction pattern
3902 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
3903 @cindex @code{ssmul@var{m}3} instruction pattern
3904 @cindex @code{usmul@var{m}3} instruction pattern
3905 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
3906 @cindex @code{ssdiv@var{m}3} instruction pattern
3907 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
3908 @cindex @code{usdiv@var{m}3} instruction pattern
3909 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
3910 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
3911 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
3912 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
3913 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
3914 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
3915 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
3916 @item @samp{ssadd@var{m}3}, @samp{usadd@var{m}3}
3917 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{sssub@var{m}3}, @samp{ussub@var{m}3}
3918 @item @samp{mul@var{m}3}, @samp{ssmul@var{m}3}, @samp{usmul@var{m}3}
3919 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{ssdiv@var{m}3}
3920 @itemx @samp{udiv@var{m}3}, @samp{usdiv@var{m}3}
3921 @itemx @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
3922 @itemx @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
3923 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
3924 Similar, for other arithmetic operations.
3926 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
3927 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
3928 @item @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}
3929 Signed minimum and maximum operations.  When used with floating point,
3930 if both operands are zeros, or if either operand is @code{NaN}, then
3931 it is unspecified which of the two operands is returned as the result.
3933 @cindex @code{reduc_smin_@var{m}} instruction pattern
3934 @cindex @code{reduc_smax_@var{m}} instruction pattern
3935 @item @samp{reduc_smin_@var{m}}, @samp{reduc_smax_@var{m}}
3936 Find the signed minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
3937 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
3938 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
3939 modes.
3941 @cindex @code{reduc_umin_@var{m}} instruction pattern
3942 @cindex @code{reduc_umax_@var{m}} instruction pattern
3943 @item @samp{reduc_umin_@var{m}}, @samp{reduc_umax_@var{m}}
3944 Find the unsigned minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
3945 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
3946 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
3947 modes.
3949 @cindex @code{reduc_splus_@var{m}} instruction pattern
3950 @item @samp{reduc_splus_@var{m}}
3951 Compute the sum of the signed elements of a vector. The vector is operand 1,
3952 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
3953 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
3955 @cindex @code{reduc_uplus_@var{m}} instruction pattern
3956 @item @samp{reduc_uplus_@var{m}}
3957 Compute the sum of the unsigned elements of a vector. The vector is operand 1,
3958 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
3959 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
3961 @cindex @code{sdot_prod@var{m}} instruction pattern
3962 @item @samp{sdot_prod@var{m}}
3963 @cindex @code{udot_prod@var{m}} instruction pattern
3964 @item @samp{udot_prod@var{m}}
3965 Compute the sum of the products of two signed/unsigned elements. 
3966 Operand 1 and operand 2 are of the same mode. Their product, which is of a 
3967 wider mode, is computed and added to operand 3. Operand 3 is of a mode equal or 
3968 wider than the mode of the product. The result is placed in operand 0, which
3969 is of the same mode as operand 3. 
3971 @cindex @code{ssum_widen@var{m3}} instruction pattern
3972 @item @samp{ssum_widen@var{m3}}
3973 @cindex @code{usum_widen@var{m3}} instruction pattern
3974 @item @samp{usum_widen@var{m3}}
3975 Operands 0 and 2 are of the same mode, which is wider than the mode of 
3976 operand 1. Add operand 1 to operand 2 and place the widened result in
3977 operand 0. (This is used express accumulation of elements into an accumulator
3978 of a wider mode.)
3980 @cindex @code{vec_shl_@var{m}} instruction pattern
3981 @cindex @code{vec_shr_@var{m}} instruction pattern
3982 @item @samp{vec_shl_@var{m}}, @samp{vec_shr_@var{m}}
3983 Whole vector left/right shift in bits.
3984 Operand 1 is a vector to be shifted.
3985 Operand 2 is an integer shift amount in bits.
3986 Operand 0 is where the resulting shifted vector is stored.
3987 The output and input vectors should have the same modes.
3989 @cindex @code{vec_pack_trunc_@var{m}} instruction pattern
3990 @item @samp{vec_pack_trunc_@var{m}}
3991 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors. Operands 1 and 2
3992 are vectors of the same mode having N integral or floating point elements
3993 of size S@.  Operand 0 is the resulting vector in which 2*N elements of
3994 size N/2 are concatenated after narrowing them down using truncation.
3996 @cindex @code{vec_pack_ssat_@var{m}} instruction pattern
3997 @cindex @code{vec_pack_usat_@var{m}} instruction pattern
3998 @item @samp{vec_pack_ssat_@var{m}}, @samp{vec_pack_usat_@var{m}}
3999 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors.  Operands 1 and 2
4000 are vectors of the same mode having N integral elements of size S.
4001 Operand 0 is the resulting vector in which the elements of the two input
4002 vectors are concatenated after narrowing them down using signed/unsigned
4003 saturating arithmetic.
4005 @cindex @code{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}} instruction pattern
4006 @cindex @code{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}} instruction pattern
4007 @item @samp{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}}, @samp{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}}
4008 Narrow, convert to signed/unsigned integral type and merge the elements
4009 of two vectors.  Operands 1 and 2 are vectors of the same mode having N
4010 floating point elements of size S@.  Operand 0 is the resulting vector
4011 in which 2*N elements of size N/2 are concatenated.
4013 @cindex @code{vec_unpacks_hi_@var{m}} instruction pattern
4014 @cindex @code{vec_unpacks_lo_@var{m}} instruction pattern
4015 @item @samp{vec_unpacks_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_lo_@var{m}}
4016 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of signed
4017 integral or floating point elements.  The input vector (operand 1) has N
4018 elements of size S@.  Widen (promote) the high/low elements of the vector
4019 using signed or floating point extension and place the resulting N/2
4020 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
4022 @cindex @code{vec_unpacku_hi_@var{m}} instruction pattern
4023 @cindex @code{vec_unpacku_lo_@var{m}} instruction pattern
4024 @item @samp{vec_unpacku_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_lo_@var{m}}
4025 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of unsigned
4026 integral elements.  The input vector (operand 1) has N elements of size S.
4027 Widen (promote) the high/low elements of the vector using zero extension and
4028 place the resulting N/2 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
4030 @cindex @code{vec_unpacks_float_hi_@var{m}} instruction pattern
4031 @cindex @code{vec_unpacks_float_lo_@var{m}} instruction pattern
4032 @cindex @code{vec_unpacku_float_hi_@var{m}} instruction pattern
4033 @cindex @code{vec_unpacku_float_lo_@var{m}} instruction pattern
4034 @item @samp{vec_unpacks_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_float_lo_@var{m}}
4035 @itemx @samp{vec_unpacku_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_float_lo_@var{m}}
4036 Extract, convert to floating point type and widen the high/low part of a
4037 vector of signed/unsigned integral elements.  The input vector (operand 1)
4038 has N elements of size S@.  Convert the high/low elements of the vector using
4039 floating point conversion and place the resulting N/2 values of size 2*S in
4040 the output vector (operand 0).
4042 @cindex @code{vec_widen_umult_hi_@var{m}} instruction pattern
4043 @cindex @code{vec_widen_umult_lo__@var{m}} instruction pattern
4044 @cindex @code{vec_widen_smult_hi_@var{m}} instruction pattern
4045 @cindex @code{vec_widen_smult_lo_@var{m}} instruction pattern
4046 @item @samp{vec_widen_umult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_umult_lo_@var{m}}
4047 @itemx @samp{vec_widen_smult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_smult_lo_@var{m}}
4048 Signed/Unsigned widening multiplication.  The two inputs (operands 1 and 2)
4049 are vectors with N signed/unsigned elements of size S@.  Multiply the high/low
4050 elements of the two vectors, and put the N/2 products of size 2*S in the
4051 output vector (operand 0).
4053 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
4054 @item @samp{mulhisi3}
4055 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
4056 a @code{SImode} product in operand 0.
4058 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
4059 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
4060 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
4061 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
4063 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
4064 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
4065 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
4066 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
4067 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
4068 multiplication.
4070 @cindex @code{usmulqihi3} instruction pattern
4071 @cindex @code{usmulhisi3} instruction pattern
4072 @cindex @code{usmulsidi3} instruction pattern
4073 @item @samp{usmulqihi3}, @samp{usmulhisi3}, @samp{usmulsidi3}
4074 Similar widening-multiplication instructions that interpret the first
4075 operand as unsigned and the second operand as signed, then do a signed
4076 multiplication.
4078 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
4079 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
4080 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
4081 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
4082 The least significant half of the product is discarded.
4084 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
4085 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
4086 Similar, but the multiplication is unsigned.
4088 @cindex @code{madd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4089 @item @samp{madd@var{m}@var{n}4}
4090 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, add
4091 operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
4092 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
4093 Both modes must be integer or fixed-point modes and @var{n} must be twice
4094 the size of @var{m}.
4096 In other words, @code{madd@var{m}@var{n}4} is like
4097 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also adds operand 3.
4099 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
4101 @cindex @code{umadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4102 @item @samp{umadd@var{m}@var{n}4}
4103 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
4104 operands instead of sign-extending them.
4106 @cindex @code{ssmadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4107 @item @samp{ssmadd@var{m}@var{n}4}
4108 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
4109 signed-saturating.
4111 @cindex @code{usmadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4112 @item @samp{usmadd@var{m}@var{n}4}
4113 Like @code{umadd@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
4114 unsigned-saturating.
4116 @cindex @code{msub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4117 @item @samp{msub@var{m}@var{n}4}
4118 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, subtract the
4119 result from operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
4120 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
4121 Both modes must be integer or fixed-point modes and @var{n} must be twice
4122 the size of @var{m}.
4124 In other words, @code{msub@var{m}@var{n}4} is like
4125 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also subtracts the result
4126 from operand 3.
4128 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
4130 @cindex @code{umsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4131 @item @samp{umsub@var{m}@var{n}4}
4132 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
4133 operands instead of sign-extending them.
4135 @cindex @code{ssmsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4136 @item @samp{ssmsub@var{m}@var{n}4}
4137 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
4138 signed-saturating.
4140 @cindex @code{usmsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4141 @item @samp{usmsub@var{m}@var{n}4}
4142 Like @code{umsub@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
4143 unsigned-saturating.
4145 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
4146 @item @samp{divmod@var{m}4}
4147 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
4148 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
4149 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
4151 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
4152 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
4153 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
4154 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
4155 and remainder are computed.
4157 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
4158 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
4159 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
4160 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
4161 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
4163 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
4164 @item @samp{udivmod@var{m}4}
4165 Similar, but does unsigned division.
4167 @anchor{shift patterns}
4168 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
4169 @cindex @code{ssashl@var{m}3} instruction pattern
4170 @cindex @code{usashl@var{m}3} instruction pattern
4171 @item @samp{ashl@var{m}3}, @samp{ssashl@var{m}3}, @samp{usashl@var{m}3}
4172 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
4173 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
4174 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
4175 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
4176 mode before generating the instruction.  The meaning of out-of-range shift
4177 counts can optionally be specified by @code{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
4178 @xref{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.  Operand 2 is always a scalar type.
4180 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
4181 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
4182 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
4183 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
4184 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
4185 Other shift and rotate instructions, analogous to the
4186 @code{ashl@var{m}3} instructions.  Operand 2 is always a scalar type.
4188 @cindex @code{vashl@var{m}3} instruction pattern
4189 @cindex @code{vashr@var{m}3} instruction pattern
4190 @cindex @code{vlshr@var{m}3} instruction pattern
4191 @cindex @code{vrotl@var{m}3} instruction pattern
4192 @cindex @code{vrotr@var{m}3} instruction pattern
4193 @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}
4194 Vector shift and rotate instructions that take vectors as operand 2
4195 instead of a scalar type.
4197 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
4198 @cindex @code{ssneg@var{m}2} instruction pattern
4199 @cindex @code{usneg@var{m}2} instruction pattern
4200 @item @samp{neg@var{m}2}, @samp{ssneg@var{m}2}, @samp{usneg@var{m}2}
4201 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
4203 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
4204 @item @samp{abs@var{m}2}
4205 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
4207 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
4208 @item @samp{sqrt@var{m}2}
4209 Store the square root of operand 1 into operand 0.
4211 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
4212 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sqrtf}
4213 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4214 type @code{float}.
4216 @cindex @code{fmod@var{m}3} instruction pattern
4217 @item @samp{fmod@var{m}3}
4218 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
4219 operand 0, rounded towards zero to an integer.
4221 The @code{fmod} built-in function of C always uses the mode which
4222 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{fmodf}
4223 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4224 type @code{float}.
4226 @cindex @code{remainder@var{m}3} instruction pattern
4227 @item @samp{remainder@var{m}3}
4228 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
4229 operand 0, rounded to the nearest integer.
4231 The @code{remainder} built-in function of C always uses the mode
4232 which corresponds to the C data type @code{double} and the
4233 @code{remainderf} built-in function uses the mode which corresponds
4234 to the C data type @code{float}.
4236 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
4237 @item @samp{cos@var{m}2}
4238 Store the cosine of operand 1 into operand 0.
4240 The @code{cos} built-in function of C always uses the mode which
4241 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{cosf}
4242 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4243 type @code{float}.
4245 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
4246 @item @samp{sin@var{m}2}
4247 Store the sine of operand 1 into operand 0.
4249 The @code{sin} built-in function of C always uses the mode which
4250 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sinf}
4251 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4252 type @code{float}.
4254 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
4255 @item @samp{exp@var{m}2}
4256 Store the exponential of operand 1 into operand 0.
4258 The @code{exp} built-in function of C always uses the mode which
4259 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{expf}
4260 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4261 type @code{float}.
4263 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
4264 @item @samp{log@var{m}2}
4265 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.
4267 The @code{log} built-in function of C always uses the mode which
4268 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{logf}
4269 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4270 type @code{float}.
4272 @cindex @code{pow@var{m}3} instruction pattern
4273 @item @samp{pow@var{m}3}
4274 Store the value of operand 1 raised to the exponent operand 2
4275 into operand 0.
4277 The @code{pow} built-in function of C always uses the mode which
4278 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{powf}
4279 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4280 type @code{float}.
4282 @cindex @code{atan2@var{m}3} instruction pattern
4283 @item @samp{atan2@var{m}3}
4284 Store the arc tangent (inverse tangent) of operand 1 divided by
4285 operand 2 into operand 0, using the signs of both arguments to
4286 determine the quadrant of the result.
4288 The @code{atan2} built-in function of C always uses the mode which
4289 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{atan2f}
4290 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4291 type @code{float}.
4293 @cindex @code{floor@var{m}2} instruction pattern
4294 @item @samp{floor@var{m}2}
4295 Store the largest integral value not greater than argument.
4297 The @code{floor} built-in function of C always uses the mode which
4298 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{floorf}
4299 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4300 type @code{float}.
4302 @cindex @code{btrunc@var{m}2} instruction pattern
4303 @item @samp{btrunc@var{m}2}
4304 Store the argument rounded to integer towards zero.
4306 The @code{trunc} built-in function of C always uses the mode which
4307 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{truncf}
4308 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4309 type @code{float}.
4311 @cindex @code{round@var{m}2} instruction pattern
4312 @item @samp{round@var{m}2}
4313 Store the argument rounded to integer away from zero.
4315 The @code{round} built-in function of C always uses the mode which
4316 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{roundf}
4317 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4318 type @code{float}.
4320 @cindex @code{ceil@var{m}2} instruction pattern
4321 @item @samp{ceil@var{m}2}
4322 Store the argument rounded to integer away from zero.
4324 The @code{ceil} built-in function of C always uses the mode which
4325 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{ceilf}
4326 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4327 type @code{float}.
4329 @cindex @code{nearbyint@var{m}2} instruction pattern
4330 @item @samp{nearbyint@var{m}2}
4331 Store the argument rounded according to the default rounding mode
4333 The @code{nearbyint} built-in function of C always uses the mode which
4334 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{nearbyintf}
4335 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4336 type @code{float}.
4338 @cindex @code{rint@var{m}2} instruction pattern
4339 @item @samp{rint@var{m}2}
4340 Store the argument rounded according to the default rounding mode and
4341 raise the inexact exception when the result differs in value from
4342 the argument
4344 The @code{rint} built-in function of C always uses the mode which
4345 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{rintf}
4346 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4347 type @code{float}.
4349 @cindex @code{lrint@var{m}@var{n}2}
4350 @item @samp{lrint@var{m}@var{n}2}
4351 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4352 point mode @var{n} as a signed number according to the current
4353 rounding mode and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
4355 @cindex @code{lround@var{m}@var{n}2}
4356 @item @samp{lround@var{m}2}
4357 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4358 point mode @var{n} as a signed number rounding to nearest and away
4359 from zero and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
4361 @cindex @code{lfloor@var{m}@var{n}2}
4362 @item @samp{lfloor@var{m}2}
4363 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4364 point mode @var{n} as a signed number rounding down and store in
4365 operand 0 (which has mode @var{n}).
4367 @cindex @code{lceil@var{m}@var{n}2}
4368 @item @samp{lceil@var{m}2}
4369 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4370 point mode @var{n} as a signed number rounding up and store in
4371 operand 0 (which has mode @var{n}).
4373 @cindex @code{copysign@var{m}3} instruction pattern
4374 @item @samp{copysign@var{m}3}
4375 Store a value with the magnitude of operand 1 and the sign of operand
4376 2 into operand 0.
4378 The @code{copysign} built-in function of C always uses the mode which
4379 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{copysignf}
4380 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4381 type @code{float}.
4383 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
4384 @item @samp{ffs@var{m}2}
4385 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
4386 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
4387 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
4388 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
4389 generating the instruction.
4391 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
4392 corresponds to the C data type @code{int}.
4394 @cindex @code{clz@var{m}2} instruction pattern
4395 @item @samp{clz@var{m}2}
4396 Store into operand 0 the number of leading 0-bits in @var{x}, starting
4397 at the most significant bit position.  If @var{x} is 0, the
4398 @code{CLZ_DEFINED_VALUE_AT_ZERO} (@pxref{Misc}) macro defines if
4399 the result is undefined or has a useful value.
4400 @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
4401 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
4402 operand to that mode before generating the instruction.
4404 @cindex @code{ctz@var{m}2} instruction pattern
4405 @item @samp{ctz@var{m}2}
4406 Store into operand 0 the number of trailing 0-bits in @var{x}, starting
4407 at the least significant bit position.  If @var{x} is 0, the
4408 @code{CTZ_DEFINED_VALUE_AT_ZERO} (@pxref{Misc}) macro defines if
4409 the result is undefined or has a useful value.
4410 @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
4411 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
4412 operand to that mode before generating the instruction.
4414 @cindex @code{popcount@var{m}2} instruction pattern
4415 @item @samp{popcount@var{m}2}
4416 Store into operand 0 the number of 1-bits in @var{x}.  @var{m} is the
4417 mode of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
4418 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
4419 generating the instruction.
4421 @cindex @code{parity@var{m}2} instruction pattern
4422 @item @samp{parity@var{m}2}
4423 Store into operand 0 the parity of @var{x}, i.e.@: the number of 1-bits
4424 in @var{x} modulo 2.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode
4425 is specified by the instruction pattern, and the compiler will convert
4426 the operand to that mode before generating the instruction.
4428 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
4429 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
4430 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
4432 @cindex @code{movmem@var{m}} instruction pattern
4433 @item @samp{movmem@var{m}}
4434 Block move instruction.  The destination and source blocks of memory
4435 are the first two operands, and both are @code{mem:BLK}s with an
4436 address in mode @code{Pmode}.
4438 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
4439 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
4440 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
4441 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
4442 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
4443 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
4444 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
4446 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
4447 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
4448 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
4449 it may provide the value 4 for this operand.
4451 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
4452 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
4453 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
4454 all cases. This expected alignment is also in bytes, just like operand 4.
4455 Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
4457 Descriptions of multiple @code{movmem@var{m}} patterns can only be
4458 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
4459 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
4460 in @code{movmem@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
4461 individually moved data units in the block.
4463 These patterns need not give special consideration to the possibility
4464 that the source and destination strings might overlap.
4466 @cindex @code{movstr} instruction pattern
4467 @item @samp{movstr}
4468 String copy instruction, with @code{stpcpy} semantics.  Operand 0 is
4469 an output operand in mode @code{Pmode}.  The addresses of the
4470 destination and source strings are operands 1 and 2, and both are
4471 @code{mem:BLK}s with addresses in mode @code{Pmode}.  The execution of
4472 the expansion of this pattern should store in operand 0 the address in
4473 which the @code{NUL} terminator was stored in the destination string.
4475 @cindex @code{setmem@var{m}} instruction pattern
4476 @item @samp{setmem@var{m}}
4477 Block set instruction.  The destination string is the first operand,
4478 given as a @code{mem:BLK} whose address is in mode @code{Pmode}.  The
4479 number of bytes to set is the second operand, in mode @var{m}.  The value to
4480 initialize the memory with is the third operand. Targets that only support the
4481 clearing of memory should reject any value that is not the constant 0.  See
4482 @samp{movmem@var{m}} for a discussion of the choice of mode.
4484 The fourth operand is the known alignment of the destination, in the form
4485 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
4486 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
4487 operand.
4489 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
4490 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
4491 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
4492 all cases. This expected alignment is also in bytes, just like operand 4.
4493 Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
4495 The use for multiple @code{setmem@var{m}} is as for @code{movmem@var{m}}.
4497 @cindex @code{cmpstrn@var{m}} instruction pattern
4498 @item @samp{cmpstrn@var{m}}
4499 String compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
4500 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
4501 of @samp{movmem@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
4502 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
4503 string.  The instruction is not allowed to prefetch more than one byte
4504 at a time since either string may end in the first byte and reading past
4505 that may access an invalid page or segment and cause a fault.  The
4506 effect of the instruction is to store a value in operand 0 whose sign
4507 indicates the result of the comparison.
4509 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
4510 @item @samp{cmpstr@var{m}}
4511 String compare instruction, without known maximum length.  Operand 0 is the
4512 output; it has mode @var{m}.  The second and third operand are the blocks of
4513 memory to be compared; both are @code{mem:BLK} with an address in mode
4514 @code{Pmode}.
4516 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
4517 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
4518 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
4519 it may provide the value 4 for this operand.
4521 The two memory blocks specified are compared byte by byte in lexicographic
4522 order starting at the beginning of each string.  The instruction is not allowed
4523 to prefetch more than one byte at a time since either string may end in the
4524 first byte and reading past that may access an invalid page or segment and
4525 cause a fault.  The effect of the instruction is to store a value in operand 0
4526 whose sign indicates the result of the comparison.
4528 @cindex @code{cmpmem@var{m}} instruction pattern
4529 @item @samp{cmpmem@var{m}}
4530 Block compare instruction, with five operands like the operands
4531 of @samp{cmpstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
4532 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
4533 block.  Unlike @samp{cmpstr@var{m}} the instruction can prefetch
4534 any bytes in the two memory blocks.  The effect of the instruction is
4535 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
4536 comparison.
4538 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
4539 @item @samp{strlen@var{m}}
4540 Compute the length of a string, with three operands.
4541 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
4542 a @code{mem} referring to the first character of the string,
4543 operand 2 is the character to search for (normally zero),
4544 and operand 3 is a constant describing the known alignment
4545 of the beginning of the string.
4547 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
4548 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
4549 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
4550 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
4551 @var{n}).
4553 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
4554 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
4555 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
4556 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
4557 @var{n}).
4559 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
4560 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
4561 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4562 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
4563 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
4564 the value of operand 1 is an integer.
4566 If the machine description defines this pattern, it also needs to
4567 define the @code{ftrunc} pattern.
4569 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
4570 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
4571 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4572 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
4573 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
4574 value of operand 1 is an integer.
4576 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
4577 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
4578 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
4579 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
4580 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
4582 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
4583 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
4584 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
4585 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
4587 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
4588 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
4589 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
4590 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
4592 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
4593 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
4594 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4595 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4596 point or both floating point.
4598 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
4599 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
4600 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4601 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4602 point or both floating point.
4604 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
4605 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
4606 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4607 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4608 point.
4610 @cindex @code{fract@var{mn}2} instruction pattern
4611 @item @samp{fract@var{m}@var{n}2}
4612 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
4613 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
4614 could be fixed-point to fixed-point, signed integer to fixed-point,
4615 fixed-point to signed integer, floating-point to fixed-point,
4616 or fixed-point to floating-point.
4617 When overflows or underflows happen, the results are undefined.
4619 @cindex @code{satfract@var{mn}2} instruction pattern
4620 @item @samp{satfract@var{m}@var{n}2}
4621 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
4622 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
4623 could be fixed-point to fixed-point, signed integer to fixed-point,
4624 or floating-point to fixed-point.
4625 When overflows or underflows happen, the instruction saturates the
4626 results to the maximum or the minimum.
4628 @cindex @code{fractuns@var{mn}2} instruction pattern
4629 @item @samp{fractuns@var{m}@var{n}2}
4630 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
4631 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
4632 could be unsigned integer to fixed-point, or
4633 fixed-point to unsigned integer.
4634 When overflows or underflows happen, the results are undefined.
4636 @cindex @code{satfractuns@var{mn}2} instruction pattern
4637 @item @samp{satfractuns@var{m}@var{n}2}
4638 Convert unsigned integer operand 1 of mode @var{m} to fixed-point mode
4639 @var{n} and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
4640 When overflows or underflows happen, the instruction saturates the
4641 results to the maximum or the minimum.
4643 @cindex @code{extv} instruction pattern
4644 @item @samp{extv}
4645 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
4646 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
4647 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
4648 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
4649 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
4650 be valid for @code{word_mode}.
4652 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
4653 for operands 2 and 3 and the constant is never zero for operand 2.
4655 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
4656 before it is stored in operand 0.
4658 @cindex @code{extzv} instruction pattern
4659 @item @samp{extzv}
4660 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
4662 @cindex @code{insv} instruction pattern
4663 @item @samp{insv}
4664 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
4665 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
4666 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
4667 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
4668 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
4670 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
4671 for operands 1 and 2 and the constant is never zero for operand 1.
4673 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
4674 @item @samp{mov@var{mode}cc}
4675 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
4676 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
4677 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
4679 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
4680 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
4681 conditionally move an integer value based on the floating point condition
4682 codes and vice versa.
4684 If the machine does not have conditional move instructions, do not
4685 define these patterns.
4687 @cindex @code{add@var{mode}cc} instruction pattern
4688 @item @samp{add@var{mode}cc}
4689 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional addition.  Conditionally
4690 move operand 2 or (operands 2 + operand 3) into operand 0 according to the
4691 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved into
4692 operand 0, otherwise (operand 2 + operand 3) is moved.
4694 @cindex @code{cstore@var{mode}4} instruction pattern
4695 @item @samp{cstore@var{mode}4}
4696 Store zero or nonzero in operand 0 according to whether a comparison
4697 is true.  Operand 1 is a comparison operator.  Operand 2 and operand 3
4698 are the first and second operand of the comparison, respectively.
4699 You specify the mode that operand 0 must have when you write the
4700 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees which
4701 mode you have used and supplies an operand of that mode.
4703 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
4704 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
4705 you should omit it from the machine description.  You describe to the
4706 compiler exactly which value is stored by defining the macro
4707 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
4708 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
4709 should omit those operations from the machine description.
4711 These operations may fail, but should do so only in relatively
4712 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
4713 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
4715 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
4716 that copies the constant one to the target and branches around an
4717 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
4718 the potential instructions used for the @samp{cstore@var{mode}4} pattern
4719 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
4720 @code{SImode}, you should omit the @samp{cstore@var{mode}4} operations from
4721 the machine description.
4723 @cindex @code{cbranch@var{mode}4} instruction pattern
4724 @item @samp{cbranch@var{mode}4}
4725 Conditional branch instruction combined with a compare instruction.
4726 Operand 0 is a comparison operator.  Operand 1 and operand 2 are the
4727 first and second operands of the comparison, respectively.  Operand 3
4728 is a @code{label_ref} that refers to the label to jump to.
4730 @cindex @code{jump} instruction pattern
4731 @item @samp{jump}
4732 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
4733 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
4734 on all machines.
4736 @cindex @code{call} instruction pattern
4737 @item @samp{call}
4738 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
4739 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
4740 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
4741 operands.
4743 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
4744 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
4745 to put this information into the assembler code; they can put it in
4746 the RTL instead of operand 1.
4748 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
4749 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
4750 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
4751 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
4752 instruction, the pattern for this operation should be a
4753 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
4754 address into a register and uses that register in the call instruction.
4756 @cindex @code{call_value} instruction pattern
4757 @item @samp{call_value}
4758 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
4759 register in which the value is returned.  There are three more
4760 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
4761 instruction (but with numbers increased by one).
4763 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
4764 insn.
4766 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
4767 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
4768 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
4769 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
4770 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
4771 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
4772 adjustment made to the frame pointer.
4774 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
4775 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
4776 can be eliminated, if desired.
4778 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
4779 @item @samp{untyped_call}
4780 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
4781 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
4782 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
4783 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
4784 the saving of a function return value into the result block.
4786 This instruction pattern should be defined to support
4787 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
4788 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
4789 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
4790 multiple registers that can hold a return value
4791 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
4793 @cindex @code{return} instruction pattern
4794 @item @samp{return}
4795 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
4796 defined only if a single instruction can do all the work of returning
4797 from a function.
4799 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
4800 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
4801 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
4802 some class of functions only requires one instruction to implement a
4803 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
4804 to save any registers or allocate stack space.
4806 @findex reload_completed
4807 @findex leaf_function_p
4808 For such machines, the condition specified in this pattern should only
4809 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
4810 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
4811 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
4812 a register window push is required.
4814 Machines that have conditional return instructions should define patterns
4815 such as
4817 @smallexample
4818 (define_insn ""
4819   [(set (pc)
4820         (if_then_else (match_operator
4821                          0 "comparison_operator"
4822                          [(cc0) (const_int 0)])
4823                       (return)
4824                       (pc)))]
4825   "@var{condition}"
4826   "@dots{}")
4827 @end smallexample
4829 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
4830 named @samp{return} pattern.
4832 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
4833 @item @samp{untyped_return}
4834 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
4835 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
4836 instructions are needed to return a value of any type.
4838 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
4839 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
4840 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
4841 the restoring of a function return value from the result block.
4843 @cindex @code{nop} instruction pattern
4844 @item @samp{nop}
4845 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
4846 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
4847 RTL pattern.
4849 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
4850 @item @samp{indirect_jump}
4851 An instruction to jump to an address which is operand zero.
4852 This pattern name is mandatory on all machines.
4854 @cindex @code{casesi} instruction pattern
4855 @item @samp{casesi}
4856 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
4857 This instruction takes five operands:
4859 @enumerate
4860 @item
4861 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
4863 @item
4864 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
4866 @item
4867 The total range of indices in the table---the largest index
4868 minus the smallest one (both inclusive).
4870 @item
4871 A label that precedes the table itself.
4873 @item
4874 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
4875 @end enumerate
4877 The table is an @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
4878 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
4879 difference between the upper bound and the lower bound.
4881 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
4882 @item @samp{tablejump}
4883 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
4884 capability which can be used to implement a dispatch table when there
4885 is no @samp{casesi} pattern.
4887 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
4888 which should immediately precede the jump table.  If the macro
4889 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
4890 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
4891 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
4892 mode @code{Pmode}.
4894 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
4895 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
4896 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
4897 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
4900 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
4901 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
4902 Conditional branch instruction that decrements a register and
4903 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
4904 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
4905 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
4907 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
4908 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
4909 reduction is enabled.
4911 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
4912 @item @samp{doloop_end}
4913 Conditional branch instruction that decrements a register and jumps if
4914 the register is nonzero.  This instruction takes five operands: Operand
4915 0 is the register to decrement and test; operand 1 is the number of loop
4916 iterations as a @code{const_int} or @code{const0_rtx} if this cannot be
4917 determined until run-time; operand 2 is the actual or estimated maximum
4918 number of iterations as a @code{const_int}; operand 3 is the number of
4919 enclosed loops as a @code{const_int} (an innermost loop has a value of
4920 1); operand 4 is the label to jump to if the register is nonzero.
4921 @xref{Looping Patterns}.
4923 This optional instruction pattern should be defined for machines with
4924 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
4925 modify suitable loops to utilize it.  If nested low-overhead looping is
4926 not supported, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
4927 and make the pattern fail if operand 3 is not @code{const1_rtx}.
4928 Similarly, if the actual or estimated maximum number of iterations is
4929 too large for this instruction, make it fail.
4931 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
4932 @item @samp{doloop_begin}
4933 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
4934 need to perform some initialization, such as loading special registers
4935 used by a low-overhead looping instruction.  If initialization insns do
4936 not always need to be emitted, use a @code{define_expand}
4937 (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
4940 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
4941 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
4942 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
4943 into operand 0.
4945 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
4946 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
4947 and also has mode @code{Pmode}.
4949 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
4950 the address of the function which would be called if the function
4951 pointer were used in an indirect call.
4953 Only define this pattern if function pointers on the target machine
4954 can have different values but still call the same function when
4955 used in an indirect call.
4957 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
4958 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
4959 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
4960 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
4961 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
4962 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
4963 @item @samp{save_stack_block}
4964 @itemx @samp{save_stack_function}
4965 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
4966 @itemx @samp{restore_stack_block}
4967 @itemx @samp{restore_stack_function}
4968 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
4969 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
4970 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
4971 such machines.
4973 Some machines require special handling for stack pointer saves and
4974 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
4975 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
4976 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
4977 saves and restores are:
4979 @enumerate
4980 @item
4981 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
4982 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
4983 restores the stack pointer when the block is exited.
4985 @item
4986 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
4987 similar job for the outermost block of a function and are used when the
4988 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
4989 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
4990 restore sequence on some machines.
4992 @item
4993 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
4994 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
4995 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
4996 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
4997 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
4998 and restoring additional data such as register window information or
4999 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
5000 such required data.
5001 @end enumerate
5003 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
5004 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
5005 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
5006 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
5007 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
5008 for a particular type of save (either because no save is needed or
5009 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
5010 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
5011 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
5012 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
5014 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
5015 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
5016 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
5018 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
5019 @item @samp{allocate_stack}
5020 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
5021 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
5023 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
5024 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
5025 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
5026 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
5027 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
5028 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
5029 stack is free.
5031 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
5032 Some machines require other operations such as stack probes or
5033 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
5034 operations in addition to updating the stack pointer.
5036 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
5037 @item @samp{check_stack}
5038 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
5039 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
5040 to perform the needed check and signal an error if the stack has overflowed.
5041 The single operand is the address in the stack furthest from the current
5042 stack pointer that you need to validate.  Normally, on machines where this
5043 pattern is needed, you would obtain the stack limit from a global or
5044 thread-specific variable or register.
5046 @cindex @code{probe_stack} instruction pattern
5047 @item @samp{probe_stack}
5048 If stack checking can be done on your system by probing the stack but doing
5049 it with a load or store instruction is not optimal (@pxref{Stack Checking}),
5050 define this pattern to do the probing differently and signal an error if
5051 the stack has overflowed.  The single operand is the memory location in the
5052 stack that needs to be probed.
5054 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
5055 @item @samp{nonlocal_goto}
5056 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
5057 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
5058 each representing a value to be used in the jump.  The first
5059 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
5060 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
5061 the third is the address of a location where the stack is saved,
5062 and the last is the address of the label, to be placed in the
5063 location for the incoming static chain.
5065 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
5066 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
5067 and static chain, restore the stack (using the
5068 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
5069 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
5070 not work on your machine.
5072 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
5073 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
5074 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
5075 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
5076 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
5077 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
5078 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
5079 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
5080 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
5081 There are no arguments.
5083 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
5084 @item @samp{exception_receiver}
5085 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
5086 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
5087 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
5088 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
5089 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
5090 an exception.  There are no arguments.
5092 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
5093 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
5094 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
5095 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
5096 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
5097 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
5098 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
5099 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
5100 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
5101 the first three are normally used by the generic mechanism.
5103 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
5104 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
5105 This pattern, if defined, contains code needed at the site of a
5106 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
5107 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
5108 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
5109 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
5110 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
5111 at a small offset from that label.
5113 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
5114 @item @samp{builtin_longjmp}
5115 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
5116 You will not normally need to define this pattern unless you also define
5117 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
5118 @code{jmp_buf}.
5120 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
5121 @item @samp{eh_return}
5122 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
5123 and thence the call frame exception handling library routines, are
5124 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
5125 the abnormal return path.
5127 The address of the exception handler to which the function should return
5128 is passed as operand to this pattern.  It will normally need to copied by
5129 the pattern to some special register or memory location.
5130 If the pattern needs to determine the location of the target call
5131 frame in order to do so, it may use @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX},
5132 if defined; it will have already been assigned.
5134 If this pattern is not defined, the default action will be to simply
5135 copy the return address to @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX}.  Either
5136 that macro or this pattern needs to be defined if call frame exception
5137 handling is to be used.
5139 @cindex @code{prologue} instruction pattern
5140 @anchor{prologue instruction pattern}
5141 @item @samp{prologue}
5142 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
5143 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
5144 pointer register, saving callee saved registers, etc.
5146 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
5147 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
5149 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
5150 instruction scheduling.
5152 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
5153 @anchor{epilogue instruction pattern}
5154 @item @samp{epilogue}
5155 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
5156 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
5157 registers and emitting the return instruction.
5159 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
5160 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
5162 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
5163 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
5165 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
5166 @item @samp{sibcall_epilogue}
5167 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
5168 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
5169 sibling call (aka tail call) sites.
5171 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
5172 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
5173 function.
5175 @cindex @code{trap} instruction pattern
5176 @item @samp{trap}
5177 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
5178 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
5179 front end to signal `invalid array index' exceptions.
5181 @cindex @code{ctrap@var{MM}4} instruction pattern
5182 @item @samp{ctrap@var{MM}4}
5183 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
5184 performs a comparison, and operands 1 and 2 are the arms of the
5185 comparison.  Operand 3 is the trap code, an integer.
5187 A typical @code{ctrap} pattern looks like
5189 @smallexample
5190 (define_insn "ctrapsi4"
5191   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
5192              [(match_operand 1 "register_operand")
5193               (match_operand 2 "immediate_operand")])
5194             (match_operand 3 "const_int_operand" "i"))]
5195   ""
5196   "@dots{}")
5197 @end smallexample
5199 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
5200 @item @samp{prefetch}
5202 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
5203 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
5204 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
5205 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
5206 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
5207 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
5208 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
5209 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
5210 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
5212 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
5213 the values of operands 1 and 2.
5215 @cindex @code{blockage} instruction pattern
5216 @item @samp{blockage}
5218 This pattern defines a pseudo insn that prevents the instruction
5219 scheduler from moving instructions across the boundary defined by the
5220 blockage insn.  Normally an UNSPEC_VOLATILE pattern.
5222 @cindex @code{memory_barrier} instruction pattern
5223 @item @samp{memory_barrier}
5225 If the target memory model is not fully synchronous, then this pattern
5226 should be defined to an instruction that orders both loads and stores
5227 before the instruction with respect to loads and stores after the instruction.
5228 This pattern has no operands.
5230 @cindex @code{sync_compare_and_swap@var{mode}} instruction pattern
5231 @item @samp{sync_compare_and_swap@var{mode}}
5233 This pattern, if defined, emits code for an atomic compare-and-swap
5234 operation.  Operand 1 is the memory on which the atomic operation is
5235 performed.  Operand 2 is the ``old'' value to be compared against the
5236 current contents of the memory location.  Operand 3 is the ``new'' value
5237 to store in the memory if the compare succeeds.  Operand 0 is the result
5238 of the operation; it should contain the contents of the memory
5239 before the operation.  If the compare succeeds, this should obviously be
5240 a copy of operand 2.
5242 This pattern must show that both operand 0 and operand 1 are modified.
5244 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
5245 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
5246 operation and all memory operations after the atomic operation occur
5247 after the atomic operation.
5249 For targets where the success or failure of the compare-and-swap
5250 operation is available via the status flags, it is possible to
5251 avoid a separate compare operation and issue the subsequent
5252 branch or store-flag operation immediately after the compare-and-swap.
5253 To this end, GCC will look for a @code{MODE_CC} set in the
5254 output of @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}; if the machine
5255 description includes such a set, the target should also define special
5256 @code{cbranchcc4} and/or @code{cstorecc4} instructions.  GCC will then
5257 be able to take the destination of the @code{MODE_CC} set and pass it
5258 to the @code{cbranchcc4} or @code{cstorecc4} pattern as the first
5259 operand of the comparison (the second will be @code{(const_int 0)}).
5261 @cindex @code{sync_add@var{mode}} instruction pattern
5262 @cindex @code{sync_sub@var{mode}} instruction pattern
5263 @cindex @code{sync_ior@var{mode}} instruction pattern
5264 @cindex @code{sync_and@var{mode}} instruction pattern
5265 @cindex @code{sync_xor@var{mode}} instruction pattern
5266 @cindex @code{sync_nand@var{mode}} instruction pattern
5267 @item @samp{sync_add@var{mode}}, @samp{sync_sub@var{mode}}
5268 @itemx @samp{sync_ior@var{mode}}, @samp{sync_and@var{mode}}
5269 @itemx @samp{sync_xor@var{mode}}, @samp{sync_nand@var{mode}}
5271 These patterns emit code for an atomic operation on memory.
5272 Operand 0 is the memory on which the atomic operation is performed.
5273 Operand 1 is the second operand to the binary operator.
5275 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
5276 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
5277 operation and all memory operations after the atomic operation occur
5278 after the atomic operation.
5280 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
5281 from a compare-and-swap operation, if defined.
5283 @cindex @code{sync_old_add@var{mode}} instruction pattern
5284 @cindex @code{sync_old_sub@var{mode}} instruction pattern
5285 @cindex @code{sync_old_ior@var{mode}} instruction pattern
5286 @cindex @code{sync_old_and@var{mode}} instruction pattern
5287 @cindex @code{sync_old_xor@var{mode}} instruction pattern
5288 @cindex @code{sync_old_nand@var{mode}} instruction pattern
5289 @item @samp{sync_old_add@var{mode}}, @samp{sync_old_sub@var{mode}}
5290 @itemx @samp{sync_old_ior@var{mode}}, @samp{sync_old_and@var{mode}}
5291 @itemx @samp{sync_old_xor@var{mode}}, @samp{sync_old_nand@var{mode}}
5293 These patterns are emit code for an atomic operation on memory,
5294 and return the value that the memory contained before the operation.
5295 Operand 0 is the result value, operand 1 is the memory on which the
5296 atomic operation is performed, and operand 2 is the second operand
5297 to the binary operator.
5299 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
5300 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
5301 operation and all memory operations after the atomic operation occur
5302 after the atomic operation.
5304 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
5305 from a compare-and-swap operation, if defined.
5307 @cindex @code{sync_new_add@var{mode}} instruction pattern
5308 @cindex @code{sync_new_sub@var{mode}} instruction pattern
5309 @cindex @code{sync_new_ior@var{mode}} instruction pattern
5310 @cindex @code{sync_new_and@var{mode}} instruction pattern
5311 @cindex @code{sync_new_xor@var{mode}} instruction pattern
5312 @cindex @code{sync_new_nand@var{mode}} instruction pattern
5313 @item @samp{sync_new_add@var{mode}}, @samp{sync_new_sub@var{mode}}
5314 @itemx @samp{sync_new_ior@var{mode}}, @samp{sync_new_and@var{mode}}
5315 @itemx @samp{sync_new_xor@var{mode}}, @samp{sync_new_nand@var{mode}}
5317 These patterns are like their @code{sync_old_@var{op}} counterparts,
5318 except that they return the value that exists in the memory location
5319 after the operation, rather than before the operation.
5321 @cindex @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}} instruction pattern
5322 @item @samp{sync_lock_test_and_set@var{mode}}
5324 This pattern takes two forms, based on the capabilities of the target.
5325 In either case, operand 0 is the result of the operand, operand 1 is
5326 the memory on which the atomic operation is performed, and operand 2
5327 is the value to set in the lock.
5329 In the ideal case, this operation is an atomic exchange operation, in
5330 which the previous value in memory operand is copied into the result
5331 operand, and the value operand is stored in the memory operand.
5333 For less capable targets, any value operand that is not the constant 1
5334 should be rejected with @code{FAIL}.  In this case the target may use
5335 an atomic test-and-set bit operation.  The result operand should contain
5336 1 if the bit was previously set and 0 if the bit was previously clear.
5337 The true contents of the memory operand are implementation defined.
5339 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
5340 pattern as a whole acts as an acquire barrier, that is all memory
5341 operations after the pattern do not occur until the lock is acquired.
5343 If this pattern is not defined, the operation will be constructed from
5344 a compare-and-swap operation, if defined.
5346 @cindex @code{sync_lock_release@var{mode}} instruction pattern
5347 @item @samp{sync_lock_release@var{mode}}
5349 This pattern, if defined, releases a lock set by
5350 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}.  Operand 0 is the memory
5351 that contains the lock; operand 1 is the value to store in the lock.
5353 If the target doesn't implement full semantics for
5354 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}, any value operand which is not
5355 the constant 0 should be rejected with @code{FAIL}, and the true contents
5356 of the memory operand are implementation defined.
5358 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
5359 pattern as a whole acts as a release barrier, that is the lock is
5360 released only after all previous memory operations have completed.
5362 If this pattern is not defined, then a @code{memory_barrier} pattern
5363 will be emitted, followed by a store of the value to the memory operand.
5365 @cindex @code{stack_protect_set} instruction pattern
5366 @item @samp{stack_protect_set}
5368 This pattern, if defined, moves a @code{Pmode} value from the memory
5369 in operand 1 to the memory in operand 0 without leaving the value in
5370 a register afterward.  This is to avoid leaking the value some place
5371 that an attacker might use to rewrite the stack guard slot after
5372 having clobbered it.
5374 If this pattern is not defined, then a plain move pattern is generated.
5376 @cindex @code{stack_protect_test} instruction pattern
5377 @item @samp{stack_protect_test}
5379 This pattern, if defined, compares a @code{Pmode} value from the
5380 memory in operand 1 with the memory in operand 0 without leaving the
5381 value in a register afterward and branches to operand 2 if the values
5382 weren't equal.
5384 If this pattern is not defined, then a plain compare pattern and
5385 conditional branch pattern is used.
5387 @cindex @code{clear_cache} instruction pattern
5388 @item @samp{clear_cache}
5390 This pattern, if defined, flushes the instruction cache for a region of
5391 memory.  The region is bounded to by the Pmode pointers in operand 0
5392 inclusive and operand 1 exclusive.
5394 If this pattern is not defined, a call to the library function
5395 @code{__clear_cache} is used.
5397 @end table
5399 @end ifset
5400 @c Each of the following nodes are wrapped in separate
5401 @c "@ifset INTERNALS" to work around memory limits for the default
5402 @c configuration in older tetex distributions.  Known to not work:
5403 @c tetex-1.0.7, known to work: tetex-2.0.2.
5404 @ifset INTERNALS
5405 @node Pattern Ordering
5406 @section When the Order of Patterns Matters
5407 @cindex Pattern Ordering
5408 @cindex Ordering of Patterns
5410 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
5411 pattern that appears first in the machine description is the one used.
5412 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
5413 and faster instructions (those that will produce better code when they
5414 do match) should usually go first in the description.
5416 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
5417 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
5418 instruction for converting a fullword to floating point and another
5419 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
5420 an integer to floating point could match either one.  We put the
5421 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
5422 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
5423 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
5424 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
5425 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
5426 constant value.
5428 @end ifset
5429 @ifset INTERNALS
5430 @node Dependent Patterns
5431 @section Interdependence of Patterns
5432 @cindex Dependent Patterns
5433 @cindex Interdependence of Patterns
5435 In some cases machines support instructions identical except for the
5436 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
5437 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
5438 patterns are
5440 @smallexample
5441 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
5442      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
5444 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
5445      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
5446 @end smallexample
5448 @noindent
5449 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
5450 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
5451 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
5452 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
5453 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
5454 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
5456 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
5457 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
5458 compilations.
5460 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
5461 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
5462 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
5463 you should not provide separate patterns for increment and decrement
5464 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
5465 that supports register-register add insns by examining the operands and
5466 generating the appropriate machine instruction.
5468 @end ifset
5469 @ifset INTERNALS
5470 @node Jump Patterns
5471 @section Defining Jump Instruction Patterns
5472 @cindex jump instruction patterns
5473 @cindex defining jump instruction patterns
5475 GCC does not assume anything about how the machine realizes jumps.
5476 The machine description should define a single pattern, usually
5477 a @code{define_expand}, which expands to all the required insns.
5479 Usually, this would be a comparison insn to set the condition code
5480 and a separate branch insn testing the condition code and branching
5481 or not according to its value.  For many machines, however,
5482 separating compares and branches is limiting, which is why the
5483 more flexible approach with one @code{define_expand} is used in GCC.
5484 The machine description becomes clearer for architectures that
5485 have compare-and-branch instructions but no condition code.  It also
5486 works better when different sets of comparison operators are supported
5487 by different kinds of conditional branches (e.g. integer vs. floating-point),
5488 or by conditional branches with respect to conditional stores.
5490 Two separate insns are always used if the machine description represents
5491 a condition code register using the legacy RTL expression @code{(cc0)},
5492 and on most machines that use a separate condition code register
5493 (@pxref{Condition Code}).  For machines that use @code{(cc0)}, in
5494 fact, the set and use of the condition code must be separate and
5495 adjacent@footnote{@code{note} insns can separate them, though.}, thus
5496 allowing flags in @code{cc_status} to be used (@pxref{Condition Code}) and
5497 so that the comparison and branch insns could be located from each other
5498 by using the functions @code{prev_cc0_setter} and @code{next_cc0_user}.
5500 Even in this case having a single entry point for conditional branches
5501 is advantageous, because it handles equally well the case where a single
5502 comparison instruction records the results of both signed and unsigned
5503 comparison of the given operands (with the branch insns coming in distinct
5504 signed and unsigned flavors) as in the x86 or SPARC, and the case where
5505 there are distinct signed and unsigned compare instructions and only
5506 one set of conditional branch instructions as in the PowerPC.
5508 @end ifset
5509 @ifset INTERNALS
5510 @node Looping Patterns
5511 @section Defining Looping Instruction Patterns
5512 @cindex looping instruction patterns
5513 @cindex defining looping instruction patterns
5515 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
5516 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
5517 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
5518 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
5519 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
5520 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
5521 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
5522 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
5523 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
5524 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
5525 the jump.
5527 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
5528 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
5529 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
5530 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
5531 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
5532 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
5533 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
5534 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
5535 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
5536 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
5537 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
5538 following for its @code{dbra} instruction:
5540 @smallexample
5541 @group
5542 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
5543   [(set (pc)
5544         (if_then_else
5545           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
5546                        (const_int -1))
5547               (const_int 0))
5548           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
5549           (pc)))
5550    (set (match_dup 0)
5551         (plus:SI (match_dup 0)
5552                  (const_int -1)))]
5553   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
5554   "@dots{}")
5555 @end group
5556 @end smallexample
5558 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
5559 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
5560 since this insn is generated by the instruction combination phase
5561 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
5562 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
5563 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
5564 pattern will not be matched by the combiner.
5566 @smallexample
5567 @group
5568 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
5569   [(set (pc)
5570         (if_then_else
5571           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
5572               (const_int 1))
5573           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
5574           (pc)))
5575    (set (match_dup 0)
5576         (plus:SI (match_dup 0)
5577                  (const_int -1)))]
5578   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
5579   "@dots{}")
5580 @end group
5581 @end smallexample
5583 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
5584 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
5585 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
5586 information collected during strength reduction.
5588 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
5589 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
5590 is an optional companion pattern that can be used for initialization
5591 needed for some low-overhead looping instructions.
5593 Note that some machines require the actual looping instruction to be
5594 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
5595 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
5596 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
5597 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
5598 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
5599 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
5600 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
5601 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
5602 desired special iteration counter register was not allocated, this
5603 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
5604 instruction pair.
5606 The essential difference between the
5607 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
5608 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
5609 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
5610 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
5611 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
5612 may become redundant and removed by the flow pass.
5615 @end ifset
5616 @ifset INTERNALS
5617 @node Insn Canonicalizations
5618 @section Canonicalization of Instructions
5619 @cindex canonicalization of instructions
5620 @cindex insn canonicalization
5622 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
5623 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
5624 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
5625 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
5626 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
5627 number of insn patterns required.
5629 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
5630 are performed:
5632 @itemize @bullet
5633 @item
5634 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
5635 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
5636 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
5637 be supplied.
5639 @item
5640 For associative operators, a sequence of operators will always chain
5641 to the left; for instance, only the left operand of an integer @code{plus}
5642 can itself be a @code{plus}.  @code{and}, @code{ior}, @code{xor},
5643 @code{plus}, @code{mult}, @code{smin}, @code{smax}, @code{umin}, and
5644 @code{umax} are associative when applied to integers, and sometimes to
5645 floating-point.
5647 @item
5648 @cindex @code{neg}, canonicalization of
5649 @cindex @code{not}, canonicalization of
5650 @cindex @code{mult}, canonicalization of
5651 @cindex @code{plus}, canonicalization of
5652 @cindex @code{minus}, canonicalization of
5653 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
5654 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
5655 first operand.
5657 @item
5658 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
5659 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
5660 the operations as far as possible.  For instance,
5661 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
5662 @code{(plus (mult (neg B) C) A)} is canonicalized as
5663 @code{(minus A (mult B C))}.
5665 @cindex @code{compare}, canonicalization of
5666 @item
5667 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
5668 if the first argument is a condition code register or @code{(cc0)}.
5670 @item
5671 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
5672 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
5673 above.
5675 @item
5676 @code{(ltu (plus @var{a} @var{b}) @var{b})} is converted to
5677 @code{(ltu (plus @var{a} @var{b}) @var{a})}. Likewise with @code{geu} instead
5678 of @code{ltu}.
5680 @item
5681 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
5682 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
5684 @item
5685 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
5686 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
5688 @cindex @code{ior}, canonicalization of
5689 @cindex @code{and}, canonicalization of
5690 @cindex De Morgan's law
5691 @item
5692 De Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
5693 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
5694 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
5696 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
5697 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
5698 for that instruction as
5700 @smallexample
5701 (define_insn ""
5702   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
5703         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
5704                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
5705   "@dots{}"
5706   "@dots{}")
5707 @end smallexample
5709 @noindent
5710 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
5712 @smallexample
5713 (define_insn ""
5714   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
5715         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
5716                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
5717   "@dots{}"
5718   "@dots{}")
5719 @end smallexample
5721 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
5722 logically equivalent RTL expressions.
5724 @cindex @code{xor}, canonicalization of
5725 @item
5726 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
5727 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
5728 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
5730 @item
5731 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
5732 the form
5734 @smallexample
5735 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
5736 @end smallexample
5738 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
5739 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
5740 @item
5741 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
5742 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
5743 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
5745 @end itemize
5747 Further canonicalization rules are defined in the function
5748 @code{commutative_operand_precedence} in @file{gcc/rtlanal.c}.
5750 @end ifset
5751 @ifset INTERNALS
5752 @node Expander Definitions
5753 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
5754 @cindex expander definitions
5755 @cindex code generation RTL sequences
5756 @cindex defining RTL sequences for code generation
5758 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
5759 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
5760 represent them.  For these target machines, you can write a
5761 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
5763 @findex define_expand
5764 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
5765 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
5766 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
5768 A @code{define_expand} RTX has four operands:
5770 @itemize @bullet
5771 @item
5772 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
5773 use for it is to refer to it by name.
5775 @item
5776 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
5777 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
5778 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
5780 @item
5781 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
5782 used to express how the availability of this pattern depends on
5783 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
5784 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
5785 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
5786 depend on the data in the insn being matched, but only the
5787 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
5788 during initialization in order to learn exactly which named instructions
5789 are available in a particular run.
5791 @item
5792 The preparation statements, a string containing zero or more C
5793 statements which are to be executed before RTL code is generated from
5794 the RTL template.
5796 Usually these statements prepare temporary registers for use as
5797 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
5798 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
5799 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
5800 @end itemize
5802 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
5803 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
5804 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
5807 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
5808 also describes the operands that need to be specified when this pattern
5809 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
5811 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
5812 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
5813 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
5814 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
5815 information to preload the operand into a register if that is required for
5816 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
5817 references should use @code{match_dup}.
5819 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
5820 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
5821 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
5822 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
5823 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
5824 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
5825 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
5826 compute the values and store them into the appropriate elements of
5827 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
5829 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
5830 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
5831 as a statement.
5833 @table @code
5835 @findex DONE
5836 @item DONE
5837 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
5838 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
5839 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
5840 preparation statements; the RTL template will not be generated.
5842 @findex FAIL
5843 @item FAIL
5844 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
5845 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
5846 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
5848 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
5849 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
5850 operations.
5851 @end table
5853 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
5854 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
5855 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
5856 insn.
5858 The RTL template is not used for matching, only for generating the
5859 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
5860 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
5861 list of operands, such as this example:
5863 @smallexample
5864 @group
5865 (define_expand "addsi3"
5866   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5867    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
5868    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
5869 @end group
5870 @group
5871   ""
5872   "
5874   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
5875   DONE;
5876 @}")
5877 @end group
5878 @end smallexample
5880 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
5882 @smallexample
5883 @group
5884 (define_expand "ashlsi3"
5885   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5886         (ashift:SI
5887 @end group
5888 @group
5889           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
5890           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
5891   ""
5892   "
5893 @end group
5894 @end smallexample
5896 @smallexample
5897 @group
5899   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
5900       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
5901     FAIL;
5902 @}")
5903 @end group
5904 @end smallexample
5906 @noindent
5907 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
5908 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
5909 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
5910 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
5911 library call).
5913 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
5914 patterns with names, then it would be possible to use a
5915 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
5916 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
5918 @smallexample
5919 (define_expand "zero_extendhisi2"
5920   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
5921         (const_int 0))
5922    (set (strict_low_part
5923           (subreg:HI
5924             (match_dup 0)
5925             0))
5926         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
5927   ""
5928   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
5929 @end smallexample
5931 @noindent
5932 @findex make_safe_from
5933 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
5934 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
5935 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
5936 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
5937 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
5938 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
5939 by emitting another RTL insn.
5941 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
5942 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
5943 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
5944 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
5945 on this machine.  So it must be copied into a register with
5946 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
5948 @smallexample
5949 (define_expand "zero_extendhisi2"
5950   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5951         (and:SI (subreg:SI
5952                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
5953                   0)
5954                 (match_dup 2)))]
5955   ""
5956   "operands[2]
5957      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
5958 @end smallexample
5960 @emph{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
5961 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
5962 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
5963 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
5964 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
5965 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
5966 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
5967 in the compiler.
5969 @end ifset
5970 @ifset INTERNALS
5971 @node Insn Splitting
5972 @section Defining How to Split Instructions
5973 @cindex insn splitting
5974 @cindex instruction splitting
5975 @cindex splitting instructions
5977 There are two cases where you should specify how to split a pattern
5978 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
5979 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
5980 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
5981 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
5982 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
5983 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
5984 cannot be placed into a delay slot.
5986 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
5987 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
5988 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
5989 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
5990 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
5991 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
5992 scheduling.
5994 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
5995 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
5996 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
5997 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
5998 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
5999 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
6000 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
6001 split the addition into two insns is machine-dependent.
6003 @findex define_split
6004 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
6005 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
6007 @smallexample
6008 (define_split
6009   [@var{insn-pattern}]
6010   "@var{condition}"
6011   [@var{new-insn-pattern-1}
6012    @var{new-insn-pattern-2}
6013    @dots{}]
6014   "@var{preparation-statements}")
6015 @end smallexample
6017 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
6018 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
6019 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
6020 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
6021 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
6022 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
6024 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
6025 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
6026 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
6027 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
6028 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
6029 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
6030 must not allocate any space in the stack frame.
6032 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
6033 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
6034 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
6035 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
6036 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
6037 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
6038 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
6039 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
6040 of those definitions.
6042 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
6043 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
6044 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
6046 @smallexample
6047 (define_split
6048   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
6049         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
6050   ""
6051   [(set (match_dup 0)
6052         (ashift:SI (match_dup 1)
6053                    (const_int 16)))
6054    (set (match_dup 0)
6055         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
6056                      (const_int 16)))]
6057   "
6058 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
6059 @end smallexample
6061 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
6062 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
6063 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
6064 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
6065 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
6066 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
6067 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
6068 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
6069 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
6070 @code{define_split} that will never produce insns that match).
6072 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
6073 @file{rs6000.md}:
6075 @smallexample
6076 (define_split
6077   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
6078         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
6079                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
6080   ""
6081   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
6082    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
6085   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
6086   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
6088   if (low & 0x8000)
6089     high++, low |= 0xffff0000;
6091   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
6092   operands[4] = GEN_INT (low);
6093 @}")
6094 @end smallexample
6096 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
6097 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
6098 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
6099 can be substituted into the address of a subsequent operation.
6101 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
6102 an equality comparison of a register and a large constant:
6104 @smallexample
6105 (define_split
6106   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
6107         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
6108                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
6109    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
6110   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
6111    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
6112        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
6113   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
6114    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
6115   "
6117   /* @r{Get the constant we are comparing against, C, and see what it
6118      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
6119      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.}  */
6121   int c = INTVAL (operands[2]);
6122   int sextc = (c << 16) >> 16;
6123   int xorv = c ^ sextc;
6125   operands[4] = GEN_INT (xorv);
6126   operands[5] = GEN_INT (sextc);
6127 @}")
6128 @end smallexample
6130 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
6131 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
6132 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
6133 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
6134 are not valid.
6136 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
6137 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
6138 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
6139 several restriction apply.
6141 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
6142 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
6143 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
6144 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
6145 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
6146 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump.  A global variable
6147 @code{split_branch_probability} holds the probability of the original branch in case
6148 it was a simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
6149 recomputing of edge frequencies, the new sequence is required to have only
6150 forward jumps to the newly created labels.
6152 @findex define_insn_and_split
6153 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
6154 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
6155 this:
6157 @smallexample
6158 (define_insn_and_split
6159   [@var{insn-pattern}]
6160   "@var{condition}"
6161   "@var{output-template}"
6162   "@var{split-condition}"
6163   [@var{new-insn-pattern-1}
6164    @var{new-insn-pattern-2}
6165    @dots{}]
6166   "@var{preparation-statements}"
6167   [@var{insn-attributes}])
6169 @end smallexample
6171 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
6172 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
6173 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
6174 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
6175 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
6176 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
6177 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
6178 from i386.md:
6180 @smallexample
6181 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
6182   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
6183      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
6184    (clobber (reg:CC 17))]
6185   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
6186   "#"
6187   "&& reload_completed"
6188   [(parallel [(set (match_dup 0)
6189                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
6190               (clobber (reg:CC 17))])]
6191   ""
6192   [(set_attr "type" "alu1")])
6194 @end smallexample
6196 In this case, the actual split condition will be
6197 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
6199 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
6200 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
6201 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
6202 having to ensure the two patterns' templates match.
6204 @end ifset
6205 @ifset INTERNALS
6206 @node Including Patterns
6207 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
6208 @cindex insn includes
6210 @findex include
6211 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
6212 look for patterns that are in files other than in the file
6213 @file{.md}.  This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
6215 It looks like:
6217 @smallexample
6219 (include
6220   @var{pathname})
6221 @end smallexample
6223 For example:
6225 @smallexample
6227 (include "filestuff")
6229 @end smallexample
6231 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
6232 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}.  The
6233 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
6236 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
6237 and placed into subdirectories.
6239 By specifying:
6241 @smallexample
6243 (include "BOGUS/filestuff")
6245 @end smallexample
6247 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
6249 Specifying an absolute path for the include file such as;
6250 @smallexample
6252 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
6254 @end smallexample
6255 is permitted but is not encouraged.
6257 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
6258 @cindex directory options .md
6259 @cindex options, directory search
6260 @cindex search options
6262 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
6263 For example:
6265 @smallexample
6267 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
6269 @end smallexample
6272 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
6273 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
6274 file, substituting your own version, since these directories are
6275 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
6276 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
6277 order; the standard default directory come after.
6280 @end ifset
6281 @ifset INTERNALS
6282 @node Peephole Definitions
6283 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
6284 @cindex peephole optimizer definitions
6285 @cindex defining peephole optimizers
6287 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
6288 definitions of machine-specific peephole optimizations.
6290 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
6291 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
6292 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
6293 though the second one does not appear to use a register computed in the
6294 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
6295 opportunities.
6297 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
6298 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
6299 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
6300 is deprecated.
6302 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
6303 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
6304 but before scheduling, which may result in much better code for
6305 targets that do scheduling.
6307 @menu
6308 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
6309 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
6310 @end menu
6312 @end ifset
6313 @ifset INTERNALS
6314 @node define_peephole
6315 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
6316 @findex define_peephole
6318 @need 1000
6319 A definition looks like this:
6321 @smallexample
6322 (define_peephole
6323   [@var{insn-pattern-1}
6324    @var{insn-pattern-2}
6325    @dots{}]
6326   "@var{condition}"
6327   "@var{template}"
6328   "@var{optional-insn-attributes}")
6329 @end smallexample
6331 @noindent
6332 The last string operand may be omitted if you are not using any
6333 machine-specific information in this machine description.  If present,
6334 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
6336 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
6337 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
6338 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
6339 the next, and so on.
6341 Each of the insns matched by a peephole must also match a
6342 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
6343 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
6344 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
6345 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
6346 stages.
6348 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
6349 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
6350 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
6351 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
6352 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
6353 other.
6355 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
6356 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
6357 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
6358 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
6359 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
6361 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
6362 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
6363 previously tested.
6365 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
6366 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
6367 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
6368 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
6369 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
6370 patterns.
6372 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
6373 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
6374 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
6375 the operands.
6377 @findex prev_active_insn
6378 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
6379 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
6380 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
6381 to refer to the last of the insns being matched; use
6382 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
6384 @findex dead_or_set_p
6385 When optimizing computations with intermediate results, you can use
6386 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
6387 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
6388 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
6389 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
6390 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
6391 value (from @code{operands[@var{i}]}).
6393 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
6394 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
6395 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
6396 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
6397 used in matching the original sequence of insns.
6399 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
6400 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
6401 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
6402 as the insn pattern to control how the insn is output.
6404 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
6405 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
6407 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
6409 @smallexample
6410 (define_peephole
6411   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
6412    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
6413         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
6414   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
6416   rtx xoperands[2];
6417   xoperands[1] = gen_rtx_REG (SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
6418 #ifdef MOTOROLA
6419   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
6420   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
6421   return "fmove.d (sp)+,%0";
6422 #else
6423   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
6424   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
6425   return "fmoved sp@@+,%0";
6426 #endif
6428 @end smallexample
6430 @need 1000
6431 The effect of this optimization is to change
6433 @smallexample
6434 @group
6435 jbsr _foobar
6436 addql #4,sp
6437 movel d1,sp@@-
6438 movel d0,sp@@-
6439 fmoved sp@@+,fp0
6440 @end group
6441 @end smallexample
6443 @noindent
6444 into
6446 @smallexample
6447 @group
6448 jbsr _foobar
6449 movel d1,sp@@
6450 movel d0,sp@@-
6451 fmoved sp@@+,fp0
6452 @end group
6453 @end smallexample
6455 @ignore
6456 @findex CC_REVERSED
6457 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
6458 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
6459 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
6460 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
6461 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
6462 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
6463 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
6464 and in this C code check the condition code status flags and change the
6465 assembler code as appropriate.
6466 @end ignore
6468 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
6469 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
6470 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
6471 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
6472 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
6473 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
6474 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
6475 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
6476 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
6478 @smallexample
6479 (define_insn "divmodsi4"
6480   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
6481         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
6482                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
6483    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
6484         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
6485   "TARGET_68020"
6486   "divsl%.l %2,%3:%0")
6487 @end smallexample
6489 @noindent
6490 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
6492 @smallexample
6493 (define_peephole
6494   [@dots{}
6495    (parallel
6496     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
6497           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
6498                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
6499      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
6500           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
6501    @dots{}]
6502   @dots{})
6503 @end smallexample
6505 @end ifset
6506 @ifset INTERNALS
6507 @node define_peephole2
6508 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
6509 @findex define_peephole2
6511 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
6512 substitute one sequence of instructions for another sequence,
6513 what additional scratch registers may be needed and what their
6514 lifetimes must be.
6516 @smallexample
6517 (define_peephole2
6518   [@var{insn-pattern-1}
6519    @var{insn-pattern-2}
6520    @dots{}]
6521   "@var{condition}"
6522   [@var{new-insn-pattern-1}
6523    @var{new-insn-pattern-2}
6524    @dots{}]
6525   "@var{preparation-statements}")
6526 @end smallexample
6528 The definition is almost identical to @code{define_split}
6529 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
6530 single instruction, but a sequence of instructions.
6532 It is possible to request additional scratch registers for use in the
6533 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
6534 will simply not match.
6536 @findex match_scratch
6537 @findex match_dup
6538 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
6539 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
6540 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
6541 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
6542 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
6543 at which the register must be available.
6545 Here is an example from the IA-32 machine description:
6547 @smallexample
6548 (define_peephole2
6549   [(match_scratch:SI 2 "r")
6550    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
6551                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
6552                      [(match_dup 0)
6553                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
6554               (clobber (reg:CC 17))])]
6555   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
6556   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
6557    (parallel [(set (match_dup 0)
6558                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
6559               (clobber (reg:CC 17))])]
6560   "")
6561 @end smallexample
6563 @noindent
6564 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
6565 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
6566 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
6567 to be live only at the point just before the arithmetic.
6569 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
6570 so here's a silly made-up example:
6572 @smallexample
6573 (define_peephole2
6574   [(match_scratch:SI 4 "r")
6575    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
6576    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
6577    (match_dup 4)
6578    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
6579   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
6580   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
6581    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
6582    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
6583    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
6584   "")
6585 @end smallexample
6587 @noindent
6588 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
6589 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
6590 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
6592 @end ifset
6593 @ifset INTERNALS
6594 @node Insn Attributes
6595 @section Instruction Attributes
6596 @cindex insn attributes
6597 @cindex instruction attributes
6599 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
6600 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
6601 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
6602 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
6603 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
6604 to track the condition codes.
6606 @menu
6607 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
6608 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
6609 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
6610 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
6611 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
6612 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
6613 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
6614 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
6615 @end menu
6617 @end ifset
6618 @ifset INTERNALS
6619 @node Defining Attributes
6620 @subsection Defining Attributes and their Values
6621 @cindex defining attributes and their values
6622 @cindex attributes, defining
6624 @findex define_attr
6625 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
6626 by the target machine.  It looks like:
6628 @smallexample
6629 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
6630 @end smallexample
6632 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
6634 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
6635 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
6636 indicate that the attribute takes numeric values.
6638 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
6639 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
6640 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
6641 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
6642 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
6644 @findex insn-attr.h
6645 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
6646 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
6647 specified for an attribute, the following are defined:
6649 @itemize @bullet
6650 @item
6651 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
6653 @item
6654 An enumerated class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
6655 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
6656 the attribute name and value are first converted to uppercase.
6658 @item
6659 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
6660 returns the attribute value for that insn.
6661 @end itemize
6663 For example, if the following is present in the @file{md} file:
6665 @smallexample
6666 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
6667 @end smallexample
6669 @noindent
6670 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
6672 @smallexample
6673 #define HAVE_ATTR_type
6674 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
6675                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
6676 extern enum attr_type get_attr_type ();
6677 @end smallexample
6679 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
6680 defined and the function to obtain the attribute's value will return
6681 @code{int}.
6683 There are attributes which are tied to a specific meaning.  These
6684 attributes are not free to use for other purposes:
6686 @table @code
6687 @item length
6688 The @code{length} attribute is used to calculate the length of emitted
6689 code chunks.  This is especially important when verifying branch
6690 distances. @xref{Insn Lengths}.
6692 @item enabled
6693 The @code{enabled} attribute can be defined to prevent certain
6694 alternatives of an insn definition from being used during code
6695 generation. @xref{Disable Insn Alternatives}.
6697 @end table
6699 @end ifset
6700 @ifset INTERNALS
6701 @node Expressions
6702 @subsection Attribute Expressions
6703 @cindex attribute expressions
6705 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
6706 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
6707 Attribute value expressions must have one of the following forms:
6709 @table @code
6710 @cindex @code{const_int} and attributes
6711 @item (const_int @var{i})
6712 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
6713 must be non-negative.
6715 The value of a numeric attribute can be specified either with a
6716 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
6717 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
6718 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
6719 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
6721 @cindex @code{const_string} and attributes
6722 @item (const_string @var{value})
6723 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
6724 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
6725 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
6726 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
6727 of a @code{define_attr}.
6729 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
6730 must be a string containing a non-negative integer (normally
6731 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
6732 contain one of the valid values for the attribute.
6734 @cindex @code{if_then_else} and attributes
6735 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
6736 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
6737 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
6738 otherwise it is @var{false-value}.
6740 @cindex @code{cond} and attributes
6741 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
6742 The first operand of this expression is a vector containing an even
6743 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
6744 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
6745 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
6746 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
6747 expression is that of the @var{default} expression.
6748 @end table
6750 @var{test} expressions can have one of the following forms:
6752 @table @code
6753 @cindex @code{const_int} and attribute tests
6754 @item (const_int @var{i})
6755 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
6757 @cindex @code{not} and attributes
6758 @cindex @code{ior} and attributes
6759 @cindex @code{and} and attributes
6760 @item (not @var{test})
6761 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
6762 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
6763 These tests are true if the indicated logical function is true.
6765 @cindex @code{match_operand} and attributes
6766 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
6767 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
6768 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
6769 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
6770 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
6771 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
6772 string).
6774 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
6776 @cindex @code{le} and attributes
6777 @cindex @code{leu} and attributes
6778 @cindex @code{lt} and attributes
6779 @cindex @code{gt} and attributes
6780 @cindex @code{gtu} and attributes
6781 @cindex @code{ge} and attributes
6782 @cindex @code{geu} and attributes
6783 @cindex @code{ne} and attributes
6784 @cindex @code{eq} and attributes
6785 @cindex @code{plus} and attributes
6786 @cindex @code{minus} and attributes
6787 @cindex @code{mult} and attributes
6788 @cindex @code{div} and attributes
6789 @cindex @code{mod} and attributes
6790 @cindex @code{abs} and attributes
6791 @cindex @code{neg} and attributes
6792 @cindex @code{ashift} and attributes
6793 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
6794 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
6795 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
6796 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
6797 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
6798 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
6799 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
6800 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
6801 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
6802 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
6803 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
6804 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
6805 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
6806 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
6807 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
6808 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
6809 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
6811 @findex get_attr
6812 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
6813 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
6814 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
6815 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
6816 variable.
6818 @findex eq_attr
6819 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
6820 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
6822 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
6823 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
6824 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
6825 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
6826 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
6827 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
6828 @emph{not} in the specified list.
6830 For example,
6832 @smallexample
6833 (eq_attr "type" "load,store")
6834 @end smallexample
6836 @noindent
6837 is equivalent to
6839 @smallexample
6840 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
6841 @end smallexample
6843 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
6844 value of the compiler variable @code{which_alternative}
6845 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
6846 example,
6848 @smallexample
6849 (eq_attr "alternative" "2,3")
6850 @end smallexample
6852 @noindent
6853 is equivalent to
6855 @smallexample
6856 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
6857      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
6858 @end smallexample
6860 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
6861 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
6862 a particular pattern.  This is by far the most common case.
6864 @findex attr_flag
6865 @item (attr_flag @var{name})
6866 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
6867 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
6868 scheduled.
6870 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
6871 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
6872 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
6873 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
6874 if a conditional branch is expected to be taken.
6876 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
6877 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
6879 This example describes a conditional branch delay slot which
6880 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
6881 for backward branches which are not taken (annul-false).
6883 @smallexample
6884 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
6885   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
6886    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
6887         (attr_flag "forward"))
6888    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
6889         (attr_flag "backward"))])
6890 @end smallexample
6892 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
6893 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
6895 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
6896 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
6897 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
6898 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
6900 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
6901 meaning to other passes of the compiler.
6903 @findex attr
6904 @item (attr @var{name})
6905 The value of another attribute is returned.  This is most useful
6906 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
6907 produce more efficient code for non-numeric attributes.
6908 @end table
6910 @end ifset
6911 @ifset INTERNALS
6912 @node Tagging Insns
6913 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
6914 @cindex tagging insns
6915 @cindex assigning attribute values to insns
6917 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
6918 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
6919 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
6920 have an optional last argument to specify the values of attributes for
6921 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
6922 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
6923 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
6924 permits the specification of the values for only one or two attributes
6925 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
6926 next section.
6928 The optional last argument of @code{define_insn} and
6929 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
6930 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
6931 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
6932 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
6933 second operand of the @code{set} is an attribute expression
6934 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
6936 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
6937 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
6938 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
6939 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
6940 each alternative.
6942 @findex set_attr
6943 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
6944 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
6945 specifying a string giving either a single attribute value or a list
6946 of attribute values, one for each alternative.
6948 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
6949 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
6951 @table @code
6952 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
6953 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
6954 or a string containing a comma-separated list giving the values for
6955 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
6956 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
6958 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
6959 which case the attribute will assume its default value for insns matching
6960 that alternative.
6962 @findex set_attr_alternative
6963 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
6964 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
6965 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
6966 tests on the @samp{alternative} attribute.
6968 @findex attr
6969 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
6970 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
6971 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
6972 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
6973 @end table
6975 The following shows three different ways of representing the same
6976 attribute value specification:
6978 @smallexample
6979 (set_attr "type" "load,store,arith")
6981 (set_attr_alternative "type"
6982                       [(const_string "load") (const_string "store")
6983                        (const_string "arith")])
6985 (set (attr "type")
6986      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
6987             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
6988            (const_string "arith")))
6989 @end smallexample
6991 @need 1000
6992 @findex define_asm_attributes
6993 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
6994 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
6995 statement.  It has the form:
6997 @smallexample
6998 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
6999 @end smallexample
7001 @noindent
7002 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
7003 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
7005 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
7006 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
7008 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
7009 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
7010 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
7011 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
7012 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
7013 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
7014 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
7015 of a single machine instruction.
7017 @end ifset
7018 @ifset INTERNALS
7019 @node Attr Example
7020 @subsection Example of Attribute Specifications
7021 @cindex attribute specifications example
7022 @cindex attribute specifications
7024 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
7025 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
7026 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
7027 value.  This attribute is normally used only to define the default value
7028 for other attributes.  An example will clarify this usage.
7030 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
7031 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
7032 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
7033 operations, floating point operations, and branches.
7035 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
7036 the condition code and will limit ourselves to the following possible
7037 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
7038 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
7039 changed if the item previously set into the condition code has been
7040 modified.
7042 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
7044 @smallexample
7045 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
7047 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
7048              (cond [(eq_attr "type" "load")
7049                         (const_string "change0")
7050                     (eq_attr "type" "store,branch")
7051                         (const_string "unchanged")
7052                     (eq_attr "type" "arith")
7053                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
7054                                       (const_string "set")
7055                                       (const_string "clobber"))]
7056                    (const_string "clobber")))
7058 (define_insn ""
7059   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
7060         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
7061   ""
7062   "@@
7063    move %0,%1
7064    load %0,%1
7065    store %0,%1"
7066   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
7067 @end smallexample
7069 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
7070 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
7071 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
7072 full-word result.
7074 @end ifset
7075 @ifset INTERNALS
7076 @node Insn Lengths
7077 @subsection Computing the Length of an Insn
7078 @cindex insn lengths, computing
7079 @cindex computing the length of an insn
7081 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
7082 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
7083 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
7084 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @code{length}
7085 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
7086 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
7088 In the case of the @code{length} attribute, two additional forms of
7089 arithmetic terms are allowed in test expressions:
7091 @table @code
7092 @cindex @code{match_dup} and attributes
7093 @item (match_dup @var{n})
7094 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
7095 must be a @code{label_ref}.
7097 @cindex @code{pc} and attributes
7098 @item (pc)
7099 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
7100 been more consistent with other usage to make this the address of the
7101 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
7102 current insn is to be computed.
7103 @end table
7105 @cindex @code{addr_vec}, length of
7106 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
7107 For normal insns, the length will be determined by value of the
7108 @code{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
7109 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
7110 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
7112 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
7114 The following macros can be used to refine the length computation:
7116 @table @code
7117 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
7118 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
7119 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
7120 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
7121 that contains the initially computed length of the insn and should be
7122 updated with the correct length of the insn.
7124 This macro will normally not be required.  A case in which it is
7125 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
7126 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
7127 may be required.
7128 @end table
7130 @findex get_attr_length
7131 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
7132 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
7133 determine the form of the branch instruction to be written, as the
7134 example below illustrates.
7136 As an example of the specification of variable-length branches, consider
7137 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
7138 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
7139 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
7140 sequence to load the address from memory and then branch to it.
7142 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
7143 as follows:
7145 @smallexample
7146 (define_insn "jump"
7147   [(set (pc)
7148         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
7149   ""
7151    return (get_attr_length (insn) == 4
7152            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
7154   [(set (attr "length")
7155         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
7156                       (const_int 4)
7157                       (const_int 6)))])
7158 @end smallexample
7160 @end ifset
7161 @ifset INTERNALS
7162 @node Constant Attributes
7163 @subsection Constant Attributes
7164 @cindex constant attributes
7166 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
7167 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
7168 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
7169 used to specify which variety of processor is used.  For example,
7171 @smallexample
7172 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
7173  (const
7174   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
7175          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
7176         (const_string "m88000"))))
7178 (define_attr "memory" "fast,slow"
7179  (const
7180   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
7181                 (const_string "fast")
7182                 (const_string "slow"))))
7183 @end smallexample
7185 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
7186 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
7187 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
7188 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
7189 forms involving insn attributes.
7191 @end ifset
7192 @ifset INTERNALS
7193 @node Delay Slots
7194 @subsection Delay Slot Scheduling
7195 @cindex delay slots, defining
7197 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
7198 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
7199 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
7200 after the instruction are executed as if they were located before it.
7201 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
7202 the following instruction before the branch or call is performed.
7204 On some machines, conditional branch instructions can optionally
7205 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
7206 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
7207 instructions that annul if the branch is true and instructions that
7208 annul if the branch is false are supported.
7210 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
7211 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
7212 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
7213 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
7214 instruction scheduling.
7216 @findex define_delay
7217 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
7218 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
7220 @smallexample
7221 (define_delay @var{test}
7222               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
7223                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
7224                @dots{}])
7225 @end smallexample
7227 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
7228 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
7229 required delay slots is determined by the length of the vector specified
7230 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
7231 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
7232 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
7233 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
7234 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
7235 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
7237 For example, in the common case where branch and call insns require
7238 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
7239 call, the following would be placed in the @file{md} file:
7241 @smallexample
7242 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
7243               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
7244 @end smallexample
7246 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
7247 case, each such expression specifies different delay slot requirements
7248 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
7249 expressions are both true.
7251 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
7252 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
7253 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
7254 branch is true, we might represent this as follows:
7256 @smallexample
7257 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
7258    [(eq_attr "type" "!branch,call")
7259     (eq_attr "type" "!branch,call")
7260     (nil)])
7262 (define_delay (eq_attr "type" "call")
7263               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
7264                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
7265 @end smallexample
7266 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
7268 @end ifset
7269 @ifset INTERNALS
7270 @node Processor pipeline description
7271 @subsection Specifying processor pipeline description
7272 @cindex processor pipeline description
7273 @cindex processor functional units
7274 @cindex instruction latency time
7275 @cindex interlock delays
7276 @cindex data dependence delays
7277 @cindex reservation delays
7278 @cindex pipeline hazard recognizer
7279 @cindex automaton based pipeline description
7280 @cindex regular expressions
7281 @cindex deterministic finite state automaton
7282 @cindex automaton based scheduler
7283 @cindex RISC
7284 @cindex VLIW
7286 To achieve better performance, most modern processors
7287 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
7288 processors) have many @dfn{functional units} on which several
7289 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
7290 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
7291 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
7292 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
7293 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g.@: for some
7294 MIPS processors).
7296 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
7297 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
7298 latency time}.  The instruction execution is not started until all
7299 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
7300 complex cases when the instruction execution starts even when the data
7301 are not available but will be ready in given time after the
7302 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
7303 account is simple.  The data dependence (true, output, and
7304 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
7305 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
7306 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
7307 means that two instructions under execution will be in need of shared
7308 processors resources, i.e.@: buses, internal registers, and/or
7309 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
7310 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
7311 processors.
7313 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
7314 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
7315 instruction scheduler has to have an adequate description of the
7316 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  GCC
7317 machine descriptions describe processor parallelism and functional
7318 unit reservations for groups of instructions with the aid of
7319 @dfn{regular expressions}.
7321 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
7322 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
7323 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
7324 automatically generated from the processor pipeline description.  The
7325 pipeline hazard recognizer generated from the machine description
7326 is based on a deterministic finite state automaton (@acronym{DFA}):
7327 the instruction issue is possible if there is a transition from one
7328 automaton state to another one.  This algorithm is very fast, and
7329 furthermore, its speed is not dependent on processor
7330 complexity@footnote{However, the size of the automaton depends on
7331 processor complexity.  To limit this effect, machine descriptions
7332 can split orthogonal parts of the machine description among several
7333 automata: but then, since each of these must be stepped independently,
7334 this does cause a small decrease in the algorithm's performance.}.
7336 @cindex automaton based pipeline description
7337 The rest of this section describes the directives that constitute
7338 an automaton-based processor pipeline description.  The order of
7339 these constructions within the machine description file is not
7340 important.
7342 @findex define_automaton
7343 @cindex pipeline hazard recognizer
7344 The following optional construction describes names of automata
7345 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
7346 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
7347 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
7348 units to the automata, the total size of the automata is usually
7349 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
7350 construction, only one finite state automaton is generated.
7352 @smallexample
7353 (define_automaton @var{automata-names})
7354 @end smallexample
7356 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
7357 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
7358 The automaton name is used in the constructions @code{define_cpu_unit} and
7359 @code{define_query_cpu_unit}.
7361 @findex define_cpu_unit
7362 @cindex processor functional units
7363 Each processor functional unit used in the description of instruction
7364 reservations should be described by the following construction.
7366 @smallexample
7367 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
7368 @end smallexample
7370 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
7371 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
7372 for other goals.
7374 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
7375 which the unit is bound.  The automaton should be described in
7376 construction @code{define_automaton}.  You should give
7377 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
7379 The assignment of units to automata are constrained by the uses of the
7380 units in insn reservations.  The most important constraint is: if a
7381 unit reservation is present on a particular cycle of an alternative
7382 for an insn reservation, then some unit from the same automaton must
7383 be present on the same cycle for the other alternatives of the insn
7384 reservation.  The rest of the constraints are mentioned in the
7385 description of the subsequent constructions.
7387 @findex define_query_cpu_unit
7388 @cindex querying function unit reservations
7389 The following construction describes CPU functional units analogously
7390 to @code{define_cpu_unit}.  The reservation of such units can be
7391 queried for an automaton state.  The instruction scheduler never
7392 queries reservation of functional units for given automaton state.  So
7393 as a rule, you don't need this construction.  This construction could
7394 be used for future code generation goals (e.g.@: to generate
7395 @acronym{VLIW} insn templates).
7397 @smallexample
7398 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
7399 @end smallexample
7401 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
7402 separated by commas.
7404 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
7405 which the unit is bound.
7407 @findex define_insn_reservation
7408 @cindex instruction latency time
7409 @cindex regular expressions
7410 @cindex data bypass
7411 The following construction is the major one to describe pipeline
7412 characteristics of an instruction.
7414 @smallexample
7415 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
7416                          @var{condition} @var{regexp})
7417 @end smallexample
7419 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
7420 instruction.  There is an important difference between the old
7421 description and the automaton based pipeline description.  The latency
7422 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
7423 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
7424 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
7425 zero and the cost of output dependencies is the difference between
7426 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
7427 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
7428 change the default costs for any description by using the target hook
7429 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
7431 @var{insn-name} is a string giving the internal name of the insn.  The
7432 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
7433 the automaton description file generated for debugging.  The internal
7434 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
7435 good practice to use insn classes described in the processor manual.
7437 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
7438 construction.  You should remember that you will be in trouble if
7439 @var{condition} for two or more different
7440 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
7441 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
7442 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
7443 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
7444 the same value is quite difficult (especially if the conditions
7445 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
7446 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
7447 recognizer considerably.
7449 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
7450 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
7451 expression according to the following syntax:
7453 @smallexample
7454        regexp = regexp "," oneof
7455               | oneof
7457        oneof = oneof "|" allof
7458              | allof
7460        allof = allof "+" repeat
7461              | repeat
7463        repeat = element "*" number
7464               | element
7466        element = cpu_function_unit_name
7467                | reservation_name
7468                | result_name
7469                | "nothing"
7470                | "(" regexp ")"
7471 @end smallexample
7473 @itemize @bullet
7474 @item
7475 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
7476 the reservation.
7478 @item
7479 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
7480 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
7481 regular expression @strong{or} etc.
7483 @item
7484 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
7485 regular expression @strong{and} a reservation described by the
7486 second regular expression @strong{and} etc.
7488 @item
7489 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
7490 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
7491 advancing (see @samp{,}).
7493 @item
7494 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
7495 functional unit.
7497 @item
7498 @samp{reservation_name} --- see description of construction
7499 @samp{define_reservation}.
7501 @item
7502 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
7503 @end itemize
7505 @findex define_reservation
7506 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
7507 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
7508 the common part by the following construction
7510 @smallexample
7511 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
7512 @end smallexample
7514 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
7515 Functional unit names and reservation names are in the same name
7516 space.  So the reservation names should be different from the
7517 functional unit names and can not be the reserved name @samp{nothing}.
7519 @findex define_bypass
7520 @cindex instruction latency time
7521 @cindex data bypass
7522 The following construction is used to describe exceptions in the
7523 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
7525 @smallexample
7526 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
7527                [@var{guard}])
7528 @end smallexample
7530 @var{number} defines when the result generated by the instructions
7531 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
7532 instructions given in string @var{in_insn_names}.  The instructions in
7533 the string are separated by commas.
7535 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
7536 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
7537 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
7538 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
7539 recognize complicated bypasses, e.g.@: when the consumer is only an address
7540 of insn @samp{store} (not a stored value).
7542 If there are more one bypass with the same output and input insns, the
7543 chosen bypass is the first bypass with a guard in description whose
7544 guard function returns nonzero.  If there is no such bypass, then
7545 bypass without the guard function is chosen.
7547 @findex exclusion_set
7548 @findex presence_set
7549 @findex final_presence_set
7550 @findex absence_set
7551 @findex final_absence_set
7552 @cindex VLIW
7553 @cindex RISC
7554 The following five constructions are usually used to describe
7555 @acronym{VLIW} processors, or more precisely, to describe a placement
7556 of small instructions into @acronym{VLIW} instruction slots.  They
7557 can be used for @acronym{RISC} processors, too.
7559 @smallexample
7560 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
7561 (presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7562 (final_presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7563 (absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7564 (final_absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7565 @end smallexample
7567 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
7568 separated by commas.
7570 @var{patterns} is a string giving patterns of functional units
7571 separated by comma.  Currently pattern is one unit or units
7572 separated by white-spaces.
7574 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
7575 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
7576 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
7577 example, the construction is useful for describing processors
7578 (e.g.@: some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
7579 functional unit which can execute simultaneously only single floating
7580 point insns or only double floating point insns.
7582 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
7583 functional unit in the first string can not be reserved unless at
7584 least one of pattern of units whose names are in the second string is
7585 reserved.  This is an asymmetric relation.  For example, it is useful
7586 for description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
7587 @samp{slot0} reservation.  We could describe it by the following
7588 construction
7590 @smallexample
7591 (presence_set "slot1" "slot0")
7592 @end smallexample
7594 Or @samp{slot1} is reserved only after @samp{slot0} and unit @samp{b0}
7595 reservation.  In this case we could write
7597 @smallexample
7598 (presence_set "slot1" "slot0 b0")
7599 @end smallexample
7601 The third construction (@samp{final_presence_set}) is analogous to
7602 @samp{presence_set}.  The difference between them is when checking is
7603 done.  When an instruction is issued in given automaton state
7604 reflecting all current and planned unit reservations, the automaton
7605 state is changed.  The first state is a source state, the second one
7606 is a result state.  Checking for @samp{presence_set} is done on the
7607 source state reservation, checking for @samp{final_presence_set} is
7608 done on the result reservation.  This construction is useful to
7609 describe a reservation which is actually two subsequent reservations.
7610 For example, if we use
7612 @smallexample
7613 (presence_set "slot1" "slot0")
7614 @end smallexample
7616 the following insn will be never issued (because @samp{slot1} requires
7617 @samp{slot0} which is absent in the source state).
7619 @smallexample
7620 (define_reservation "insn_and_nop" "slot0 + slot1")
7621 @end smallexample
7623 but it can be issued if we use analogous @samp{final_presence_set}.
7625 The forth construction (@samp{absence_set}) means that each functional
7626 unit in the first string can be reserved only if each pattern of units
7627 whose names are in the second string is not reserved.  This is an
7628 asymmetric relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to
7629 this one but it is symmetric).  For example it might be useful in a 
7630 @acronym{VLIW} description to say that @samp{slot0} cannot be reserved
7631 after either @samp{slot1} or @samp{slot2} have been reserved.  This
7632 can be described as:
7634 @smallexample
7635 (absence_set "slot0" "slot1, slot2")
7636 @end smallexample
7638 Or @samp{slot2} can not be reserved if @samp{slot0} and unit @samp{b0}
7639 are reserved or @samp{slot1} and unit @samp{b1} are reserved.  In
7640 this case we could write
7642 @smallexample
7643 (absence_set "slot2" "slot0 b0, slot1 b1")
7644 @end smallexample
7646 All functional units mentioned in a set should belong to the same
7647 automaton.
7649 The last construction (@samp{final_absence_set}) is analogous to
7650 @samp{absence_set} but checking is done on the result (state)
7651 reservation.  See comments for @samp{final_presence_set}.
7653 @findex automata_option
7654 @cindex deterministic finite state automaton
7655 @cindex nondeterministic finite state automaton
7656 @cindex finite state automaton minimization
7657 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
7658 the following construction.
7660 @smallexample
7661 (automata_option @var{options})
7662 @end smallexample
7664 @var{options} is a string giving options which affect the generated
7665 code.  Currently there are the following options:
7667 @itemize @bullet
7668 @item
7669 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
7670 only worth to do when we are debugging the description and need to
7671 look more accurately at reservations of states.
7673 @item
7674 @dfn{time} means printing time statistics about the generation of
7675 automata.
7677 @item
7678 @dfn{stats} means printing statistics about the generated automata
7679 such as the number of DFA states, NDFA states and arcs.
7681 @item
7682 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
7683 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
7684 verification and debugging.
7686 @item
7687 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
7688 non-critical errors.
7690 @item
7691 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
7692 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
7693 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
7694 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
7695 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
7696 may be rejected by reservations in the subsequent insns.
7698 @item
7699 @dfn{progress} means output of a progress bar showing how many states
7700 were generated so far for automaton being processed.  This is useful
7701 during debugging a @acronym{DFA} description.  If you see too many
7702 generated states, you could interrupt the generator of the pipeline
7703 hazard recognizer and try to figure out a reason for generation of the
7704 huge automaton.
7705 @end itemize
7707 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
7708 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
7709 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
7710 the following functional units.
7712 @smallexample
7713 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
7714 (define_cpu_unit "port0, port1")
7715 @end smallexample
7717 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
7718 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
7719 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
7720 are issued into the second pipeline.  Integer division and
7721 multiplication insns can be executed only in the second integer
7722 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
7723 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e.@: the subsequent
7724 integer division insn can not be issued until the current division
7725 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
7726 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
7727 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
7728 incurred.  To describe all of this we could specify
7730 @smallexample
7731 (define_cpu_unit "div")
7733 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
7734                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
7736 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "type" "mult")
7737                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
7739 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "type" "div")
7740                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
7742 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "type" "float")
7743                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
7745 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
7746 @end smallexample
7748 To simplify the description we could describe the following reservation
7750 @smallexample
7751 (define_reservation "finish" "port0|port1")
7752 @end smallexample
7754 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
7755 construction
7757 @smallexample
7758 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
7759                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
7760 @end smallexample
7763 @end ifset
7764 @ifset INTERNALS
7765 @node Conditional Execution
7766 @section Conditional Execution
7767 @cindex conditional execution
7768 @cindex predication
7770 A number of architectures provide for some form of conditional
7771 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
7772 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
7773 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
7774 can be quite tedious to describe these forms directly in the
7775 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
7777 @findex define_cond_exec
7778 @smallexample
7779 (define_cond_exec
7780   [@var{predicate-pattern}]
7781   "@var{condition}"
7782   "@var{output-template}")
7783 @end smallexample
7785 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
7786 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
7787 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
7788 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
7789 alternative.
7791 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
7792 pattern to match.
7794 @findex current_insn_predicate
7795 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
7796 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
7797 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
7798 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
7799 In order to handle the general case, there is a global variable
7800 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
7801 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
7803 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
7804 the @code{predicable} instruction attribute is made.
7805 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be boolean (i.e.@: have
7806 exactly two elements in its @var{list-of-values}).  Further, it must
7807 not be used with complex expressions.  That is, the default and all
7808 uses in the insns must be a simple constant, not dependent on the
7809 alternative or anything else.
7811 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
7812 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
7813 generated that matches a predicated version of the instruction.
7814 For example,
7816 @smallexample
7817 (define_insn "addsi"
7818   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
7819         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
7820                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
7821   "@var{test1}"
7822   "add %2,%1,%0")
7824 (define_cond_exec
7825   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
7826        (const_int 0))]
7827   "@var{test2}"
7828   "(%0)")
7829 @end smallexample
7831 @noindent
7832 generates a new pattern
7834 @smallexample
7835 (define_insn ""
7836   [(cond_exec
7837      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
7838      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
7839           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
7840                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
7841   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
7842   "(%3) add %2,%1,%0")
7843 @end smallexample
7845 @end ifset
7846 @ifset INTERNALS
7847 @node Constant Definitions
7848 @section Constant Definitions
7849 @cindex constant definitions
7850 @findex define_constants
7852 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
7853 can be a maintenance problem.
7855 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
7856 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
7857 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
7858 if the corresponding value had been written instead.  You may use
7859 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
7860 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
7861 a different value.
7863 To come back to the a29k load multiple example, instead of
7865 @smallexample
7866 (define_insn ""
7867   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
7868      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
7869            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
7870       (use (reg:SI 179))
7871       (clobber (reg:SI 179))])]
7872   ""
7873   "loadm 0,0,%1,%2")
7874 @end smallexample
7876 You could write:
7878 @smallexample
7879 (define_constants [
7880     (R_BP 177)
7881     (R_FC 178)
7882     (R_CR 179)
7883     (R_Q  180)
7886 (define_insn ""
7887   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
7888      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
7889            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
7890       (use (reg:SI R_CR))
7891       (clobber (reg:SI R_CR))])]
7892   ""
7893   "loadm 0,0,%1,%2")
7894 @end smallexample
7896 The constants that are defined with a define_constant are also output
7897 in the insn-codes.h header file as #defines.
7898 @end ifset
7899 @ifset INTERNALS
7900 @node Iterators
7901 @section Iterators
7902 @cindex iterators in @file{.md} files
7904 Ports often need to define similar patterns for more than one machine
7905 mode or for more than one rtx code.  GCC provides some simple iterator
7906 facilities to make this process easier.
7908 @menu
7909 * Mode Iterators::         Generating variations of patterns for different modes.
7910 * Code Iterators::         Doing the same for codes.
7911 @end menu
7913 @node Mode Iterators
7914 @subsection Mode Iterators
7915 @cindex mode iterators in @file{.md} files
7917 Ports often need to define similar patterns for two or more different modes.
7918 For example:
7920 @itemize @bullet
7921 @item
7922 If a processor has hardware support for both single and double
7923 floating-point arithmetic, the @code{SFmode} patterns tend to be
7924 very similar to the @code{DFmode} ones.
7926 @item
7927 If a port uses @code{SImode} pointers in one configuration and
7928 @code{DImode} pointers in another, it will usually have very similar
7929 @code{SImode} and @code{DImode} patterns for manipulating pointers.
7930 @end itemize
7932 Mode iterators allow several patterns to be instantiated from one
7933 @file{.md} file template.  They can be used with any type of
7934 rtx-based construct, such as a @code{define_insn},
7935 @code{define_split}, or @code{define_peephole2}.
7937 @menu
7938 * Defining Mode Iterators:: Defining a new mode iterator.
7939 * Substitutions::           Combining mode iterators with substitutions
7940 * Examples::                Examples
7941 @end menu
7943 @node Defining Mode Iterators
7944 @subsubsection Defining Mode Iterators
7945 @findex define_mode_iterator
7947 The syntax for defining a mode iterator is:
7949 @smallexample
7950 (define_mode_iterator @var{name} [(@var{mode1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{moden} "@var{condn}")])
7951 @end smallexample
7953 This allows subsequent @file{.md} file constructs to use the mode suffix
7954 @code{:@var{name}}.  Every construct that does so will be expanded
7955 @var{n} times, once with every use of @code{:@var{name}} replaced by
7956 @code{:@var{mode1}}, once with every use replaced by @code{:@var{mode2}},
7957 and so on.  In the expansion for a particular @var{modei}, every
7958 C condition will also require that @var{condi} be true.
7960 For example:
7962 @smallexample
7963 (define_mode_iterator P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
7964 @end smallexample
7966 defines a new mode suffix @code{:P}.  Every construct that uses
7967 @code{:P} will be expanded twice, once with every @code{:P} replaced
7968 by @code{:SI} and once with every @code{:P} replaced by @code{:DI}.
7969 The @code{:SI} version will only apply if @code{Pmode == SImode} and
7970 the @code{:DI} version will only apply if @code{Pmode == DImode}.
7972 As with other @file{.md} conditions, an empty string is treated
7973 as ``always true''.  @code{(@var{mode} "")} can also be abbreviated
7974 to @code{@var{mode}}.  For example:
7976 @smallexample
7977 (define_mode_iterator GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
7978 @end smallexample
7980 means that the @code{:DI} expansion only applies if @code{TARGET_64BIT}
7981 but that the @code{:SI} expansion has no such constraint.
7983 Iterators are applied in the order they are defined.  This can be
7984 significant if two iterators are used in a construct that requires
7985 substitutions.  @xref{Substitutions}.
7987 @node Substitutions
7988 @subsubsection Substitution in Mode Iterators
7989 @findex define_mode_attr
7991 If an @file{.md} file construct uses mode iterators, each version of the
7992 construct will often need slightly different strings or modes.  For
7993 example:
7995 @itemize @bullet
7996 @item
7997 When a @code{define_expand} defines several @code{add@var{m}3} patterns
7998 (@pxref{Standard Names}), each expander will need to use the
7999 appropriate mode name for @var{m}.
8001 @item
8002 When a @code{define_insn} defines several instruction patterns,
8003 each instruction will often use a different assembler mnemonic.
8005 @item
8006 When a @code{define_insn} requires operands with different modes,
8007 using an iterator for one of the operand modes usually requires a specific
8008 mode for the other operand(s).
8009 @end itemize
8011 GCC supports such variations through a system of ``mode attributes''.
8012 There are two standard attributes: @code{mode}, which is the name of
8013 the mode in lower case, and @code{MODE}, which is the same thing in
8014 upper case.  You can define other attributes using:
8016 @smallexample
8017 (define_mode_attr @var{name} [(@var{mode1} "@var{value1}") @dots{} (@var{moden} "@var{valuen}")])
8018 @end smallexample
8020 where @var{name} is the name of the attribute and @var{valuei}
8021 is the value associated with @var{modei}.
8023 When GCC replaces some @var{:iterator} with @var{:mode}, it will scan
8024 each string and mode in the pattern for sequences of the form
8025 @code{<@var{iterator}:@var{attr}>}, where @var{attr} is the name of a
8026 mode attribute.  If the attribute is defined for @var{mode}, the whole
8027 @code{<@dots{}>} sequence will be replaced by the appropriate attribute
8028 value.
8030 For example, suppose an @file{.md} file has:
8032 @smallexample
8033 (define_mode_iterator P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
8034 (define_mode_attr load [(SI "lw") (DI "ld")])
8035 @end smallexample
8037 If one of the patterns that uses @code{:P} contains the string
8038 @code{"<P:load>\t%0,%1"}, the @code{SI} version of that pattern
8039 will use @code{"lw\t%0,%1"} and the @code{DI} version will use
8040 @code{"ld\t%0,%1"}.
8042 Here is an example of using an attribute for a mode:
8044 @smallexample
8045 (define_mode_iterator LONG [SI DI])
8046 (define_mode_attr SHORT [(SI "HI") (DI "SI")])
8047 (define_insn @dots{}
8048   (sign_extend:LONG (match_operand:<LONG:SHORT> @dots{})) @dots{})
8049 @end smallexample
8051 The @code{@var{iterator}:} prefix may be omitted, in which case the
8052 substitution will be attempted for every iterator expansion.
8054 @node Examples
8055 @subsubsection Mode Iterator Examples
8057 Here is an example from the MIPS port.  It defines the following
8058 modes and attributes (among others):
8060 @smallexample
8061 (define_mode_iterator GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
8062 (define_mode_attr d [(SI "") (DI "d")])
8063 @end smallexample
8065 and uses the following template to define both @code{subsi3}
8066 and @code{subdi3}:
8068 @smallexample
8069 (define_insn "sub<mode>3"
8070   [(set (match_operand:GPR 0 "register_operand" "=d")
8071         (minus:GPR (match_operand:GPR 1 "register_operand" "d")
8072                    (match_operand:GPR 2 "register_operand" "d")))]
8073   ""
8074   "<d>subu\t%0,%1,%2"
8075   [(set_attr "type" "arith")
8076    (set_attr "mode" "<MODE>")])
8077 @end smallexample
8079 This is exactly equivalent to:
8081 @smallexample
8082 (define_insn "subsi3"
8083   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=d")
8084         (minus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "d")
8085                   (match_operand:SI 2 "register_operand" "d")))]
8086   ""
8087   "subu\t%0,%1,%2"
8088   [(set_attr "type" "arith")
8089    (set_attr "mode" "SI")])
8091 (define_insn "subdi3"
8092   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
8093         (minus:DI (match_operand:DI 1 "register_operand" "d")
8094                   (match_operand:DI 2 "register_operand" "d")))]
8095   ""
8096   "dsubu\t%0,%1,%2"
8097   [(set_attr "type" "arith")
8098    (set_attr "mode" "DI")])
8099 @end smallexample
8101 @node Code Iterators
8102 @subsection Code Iterators
8103 @cindex code iterators in @file{.md} files
8104 @findex define_code_iterator
8105 @findex define_code_attr
8107 Code iterators operate in a similar way to mode iterators.  @xref{Mode Iterators}.
8109 The construct:
8111 @smallexample
8112 (define_code_iterator @var{name} [(@var{code1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{coden} "@var{condn}")])
8113 @end smallexample
8115 defines a pseudo rtx code @var{name} that can be instantiated as
8116 @var{codei} if condition @var{condi} is true.  Each @var{codei}
8117 must have the same rtx format.  @xref{RTL Classes}.
8119 As with mode iterators, each pattern that uses @var{name} will be
8120 expanded @var{n} times, once with all uses of @var{name} replaced by
8121 @var{code1}, once with all uses replaced by @var{code2}, and so on.
8122 @xref{Defining Mode Iterators}.
8124 It is possible to define attributes for codes as well as for modes.
8125 There are two standard code attributes: @code{code}, the name of the
8126 code in lower case, and @code{CODE}, the name of the code in upper case.
8127 Other attributes are defined using:
8129 @smallexample
8130 (define_code_attr @var{name} [(@var{code1} "@var{value1}") @dots{} (@var{coden} "@var{valuen}")])
8131 @end smallexample
8133 Here's an example of code iterators in action, taken from the MIPS port:
8135 @smallexample
8136 (define_code_iterator any_cond [unordered ordered unlt unge uneq ltgt unle ungt
8137                                 eq ne gt ge lt le gtu geu ltu leu])
8139 (define_expand "b<code>"
8140   [(set (pc)
8141         (if_then_else (any_cond:CC (cc0)
8142                                    (const_int 0))
8143                       (label_ref (match_operand 0 ""))
8144                       (pc)))]
8145   ""
8147   gen_conditional_branch (operands, <CODE>);
8148   DONE;
8150 @end smallexample
8152 This is equivalent to:
8154 @smallexample
8155 (define_expand "bunordered"
8156   [(set (pc)
8157         (if_then_else (unordered:CC (cc0)
8158                                     (const_int 0))
8159                       (label_ref (match_operand 0 ""))
8160                       (pc)))]
8161   ""
8163   gen_conditional_branch (operands, UNORDERED);
8164   DONE;
8167 (define_expand "bordered"
8168   [(set (pc)
8169         (if_then_else (ordered:CC (cc0)
8170                                   (const_int 0))
8171                       (label_ref (match_operand 0 ""))
8172                       (pc)))]
8173   ""
8175   gen_conditional_branch (operands, ORDERED);
8176   DONE;
8179 @dots{}
8180 @end smallexample
8182 @end ifset