2009-04-09 Paolo Bonzini <bonzini@gnu.org>
[official-gcc.git] / gcc / doc / md.texi
bloba78233c8eaa209c784e4ec2b6a9d83ca34ec9826
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 an 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 -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 -1, 4, -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 f
1913 Floating point register
1915 @item v
1916 Vector register
1918 @item h
1919 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1921 @item q
1922 @samp{MQ} register
1924 @item c
1925 @samp{CTR} register
1927 @item l
1928 @samp{LINK} register
1930 @item x
1931 @samp{CR} register (condition register) number 0
1933 @item y
1934 @samp{CR} register (condition register)
1936 @item z
1937 @samp{FPMEM} stack memory for FPR-GPR transfers
1939 @item I
1940 Signed 16-bit constant
1942 @item J
1943 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
1944 @code{SImode} constants)
1946 @item K
1947 Unsigned 16-bit constant
1949 @item L
1950 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
1952 @item M
1953 Constant larger than 31
1955 @item N
1956 Exact power of 2
1958 @item O
1959 Zero
1961 @item P
1962 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
1964 @item G
1965 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1966 instruction per word
1968 @item H
1969 Integer/Floating point constant that can be loaded into a register using
1970 three instructions
1972 @item Q
1973 Memory operand that is an offset from a register (@samp{m} is preferable
1974 for @code{asm} statements)
1976 @item Z
1977 Memory operand that is an indexed or indirect from a register (@samp{m} is
1978 preferable for @code{asm} statements)
1980 @item R
1981 AIX TOC entry
1983 @item a
1984 Address operand that is an indexed or indirect from a register (@samp{p} is
1985 preferable for @code{asm} statements)
1987 @item S
1988 Constant suitable as a 64-bit mask operand
1990 @item T
1991 Constant suitable as a 32-bit mask operand
1993 @item U
1994 System V Release 4 small data area reference
1996 @item t
1997 AND masks that can be performed by two rldic@{l, r@} instructions
1999 @item W
2000 Vector constant that does not require memory
2002 @end table
2004 @item Intel 386---@file{config/i386/constraints.md}
2005 @table @code
2006 @item R
2007 Legacy register---the eight integer registers available on all
2008 i386 processors (@code{a}, @code{b}, @code{c}, @code{d},
2009 @code{si}, @code{di}, @code{bp}, @code{sp}).
2011 @item q
2012 Any register accessible as @code{@var{r}l}.  In 32-bit mode, @code{a},
2013 @code{b}, @code{c}, and @code{d}; in 64-bit mode, any integer register.
2015 @item Q
2016 Any register accessible as @code{@var{r}h}: @code{a}, @code{b},
2017 @code{c}, and @code{d}.
2019 @ifset INTERNALS
2020 @item l
2021 Any register that can be used as the index in a base+index memory
2022 access: that is, any general register except the stack pointer.
2023 @end ifset
2025 @item a
2026 The @code{a} register.
2028 @item b
2029 The @code{b} register.
2031 @item c
2032 The @code{c} register.
2034 @item d
2035 The @code{d} register.
2037 @item S
2038 The @code{si} register.
2040 @item D
2041 The @code{di} register.
2043 @item A
2044 The @code{a} and @code{d} registers, as a pair (for instructions that
2045 return half the result in one and half in the other).
2047 @item f
2048 Any 80387 floating-point (stack) register.
2050 @item t
2051 Top of 80387 floating-point stack (@code{%st(0)}).
2053 @item u
2054 Second from top of 80387 floating-point stack (@code{%st(1)}).
2056 @item y
2057 Any MMX register.
2059 @item x
2060 Any SSE register.
2062 @item Yz
2063 First SSE register (@code{%xmm0}).
2065 @ifset INTERNALS
2066 @item Y2
2067 Any SSE register, when SSE2 is enabled.
2069 @item Yi
2070 Any SSE register, when SSE2 and inter-unit moves are enabled.
2072 @item Ym
2073 Any MMX register, when inter-unit moves are enabled.
2074 @end ifset
2076 @item I
2077 Integer constant in the range 0 @dots{} 31, for 32-bit shifts.
2079 @item J
2080 Integer constant in the range 0 @dots{} 63, for 64-bit shifts.
2082 @item K
2083 Signed 8-bit integer constant.
2085 @item L
2086 @code{0xFF} or @code{0xFFFF}, for andsi as a zero-extending move.
2088 @item M
2089 0, 1, 2, or 3 (shifts for the @code{lea} instruction).
2091 @item N
2092 Unsigned 8-bit integer constant (for @code{in} and @code{out} 
2093 instructions).
2095 @ifset INTERNALS
2096 @item O
2097 Integer constant in the range 0 @dots{} 127, for 128-bit shifts.
2098 @end ifset
2100 @item G
2101 Standard 80387 floating point constant.
2103 @item C
2104 Standard SSE floating point constant.
2106 @item e
2107 32-bit signed integer constant, or a symbolic reference known
2108 to fit that range (for immediate operands in sign-extending x86-64
2109 instructions).
2111 @item Z
2112 32-bit unsigned integer constant, or a symbolic reference known
2113 to fit that range (for immediate operands in zero-extending x86-64
2114 instructions).
2116 @end table
2118 @item Intel IA-64---@file{config/ia64/ia64.h}
2119 @table @code
2120 @item a
2121 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
2123 @item b
2124 Branch register
2126 @item c
2127 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
2129 @item d
2130 Application register residing in M-unit
2132 @item e
2133 Application register residing in I-unit
2135 @item f
2136 Floating-point register
2138 @item m
2139 Memory operand.
2140 Remember that @samp{m} allows postincrement and postdecrement which
2141 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
2142 Use @samp{S} to disallow postincrement and postdecrement.
2144 @item G
2145 Floating-point constant 0.0 or 1.0
2147 @item I
2148 14-bit signed integer constant
2150 @item J
2151 22-bit signed integer constant
2153 @item K
2154 8-bit signed integer constant for logical instructions
2156 @item L
2157 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
2159 @item M
2160 6-bit unsigned integer constant for shift counts
2162 @item N
2163 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
2165 @item O
2166 The constant zero
2168 @item P
2169 0 or @minus{}1 for @code{dep} instruction
2171 @item Q
2172 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
2174 @item R
2175 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
2177 @item S
2178 Memory operand except postincrement and postdecrement
2179 @end table
2181 @item FRV---@file{config/frv/frv.h}
2182 @table @code
2183 @item a
2184 Register in the class @code{ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2186 @item b
2187 Register in the class @code{EVEN_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2189 @item c
2190 Register in the class @code{CC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3} and
2191 @code{icc0} to @code{icc3}).
2193 @item d
2194 Register in the class @code{GPR_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2196 @item e
2197 Register in the class @code{EVEN_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2198 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2199 mode larger than 4 bytes.
2201 @item f
2202 Register in the class @code{FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2204 @item h
2205 Register in the class @code{FEVEN_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2206 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2207 mode larger than 4 bytes.
2209 @item l
2210 Register in the class @code{LR_REG} (the @code{lr} register).
2212 @item q
2213 Register in the class @code{QUAD_REGS} (@code{gr2} to @code{gr63}).
2214 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2215 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2217 @item t
2218 Register in the class @code{ICC_REGS} (@code{icc0} to @code{icc3}).
2220 @item u
2221 Register in the class @code{FCC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3}).
2223 @item v
2224 Register in the class @code{ICR_REGS} (@code{cc4} to @code{cc7}).
2226 @item w
2227 Register in the class @code{FCR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc3}).
2229 @item x
2230 Register in the class @code{QUAD_FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2231 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2232 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2234 @item z
2235 Register in the class @code{SPR_REGS} (@code{lcr} and @code{lr}).
2237 @item A
2238 Register in the class @code{QUAD_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2240 @item B
2241 Register in the class @code{ACCG_REGS} (@code{accg0} to @code{accg7}).
2243 @item C
2244 Register in the class @code{CR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc7}).
2246 @item G
2247 Floating point constant zero
2249 @item I
2250 6-bit signed integer constant
2252 @item J
2253 10-bit signed integer constant
2255 @item L
2256 16-bit signed integer constant
2258 @item M
2259 16-bit unsigned integer constant
2261 @item N
2262 12-bit signed integer constant that is negative---i.e.@: in the
2263 range of @minus{}2048 to @minus{}1
2265 @item O
2266 Constant zero
2268 @item P
2269 12-bit signed integer constant that is greater than zero---i.e.@: in the
2270 range of 1 to 2047.
2272 @end table
2274 @item Blackfin family---@file{config/bfin/constraints.md}
2275 @table @code
2276 @item a
2277 P register
2279 @item d
2280 D register
2282 @item z
2283 A call clobbered P register.
2285 @item q@var{n}
2286 A single register.  If @var{n} is in the range 0 to 7, the corresponding D
2287 register.  If it is @code{A}, then the register P0.
2289 @item D
2290 Even-numbered D register
2292 @item W
2293 Odd-numbered D register
2295 @item e
2296 Accumulator register.
2298 @item A
2299 Even-numbered accumulator register.
2301 @item B
2302 Odd-numbered accumulator register.
2304 @item b
2305 I register
2307 @item v
2308 B register
2310 @item f
2311 M register
2313 @item c
2314 Registers used for circular buffering, i.e. I, B, or L registers.
2316 @item C
2317 The CC register.
2319 @item t
2320 LT0 or LT1.
2322 @item k
2323 LC0 or LC1.
2325 @item u
2326 LB0 or LB1.
2328 @item x
2329 Any D, P, B, M, I or L register.
2331 @item y
2332 Additional registers typically used only in prologues and epilogues: RETS,
2333 RETN, RETI, RETX, RETE, ASTAT, SEQSTAT and USP.
2335 @item w
2336 Any register except accumulators or CC.
2338 @item Ksh
2339 Signed 16 bit integer (in the range -32768 to 32767)
2341 @item Kuh
2342 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535)
2344 @item Ks7
2345 Signed 7 bit integer (in the range -64 to 63)
2347 @item Ku7
2348 Unsigned 7 bit integer (in the range 0 to 127)
2350 @item Ku5
2351 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31)
2353 @item Ks4
2354 Signed 4 bit integer (in the range -8 to 7)
2356 @item Ks3
2357 Signed 3 bit integer (in the range -3 to 4)
2359 @item Ku3
2360 Unsigned 3 bit integer (in the range 0 to 7)
2362 @item P@var{n}
2363 Constant @var{n}, where @var{n} is a single-digit constant in the range 0 to 4.
2365 @item PA
2366 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2367 use with either accumulator.
2369 @item PB
2370 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2371 use only with accumulator A1.
2373 @item M1
2374 Constant 255.
2376 @item M2
2377 Constant 65535.
2379 @item J
2380 An integer constant with exactly a single bit set.
2382 @item L
2383 An integer constant with all bits set except exactly one.
2385 @item H
2387 @item Q
2388 Any SYMBOL_REF.
2389 @end table
2391 @item M32C---@file{config/m32c/m32c.c}
2392 @table @code
2393 @item Rsp
2394 @itemx Rfb
2395 @itemx Rsb
2396 @samp{$sp}, @samp{$fb}, @samp{$sb}.
2398 @item Rcr
2399 Any control register, when they're 16 bits wide (nothing if control
2400 registers are 24 bits wide)
2402 @item Rcl
2403 Any control register, when they're 24 bits wide.
2405 @item R0w
2406 @itemx R1w
2407 @itemx R2w
2408 @itemx R3w
2409 $r0, $r1, $r2, $r3.
2411 @item R02
2412 $r0 or $r2, or $r2r0 for 32 bit values.
2414 @item R13
2415 $r1 or $r3, or $r3r1 for 32 bit values.
2417 @item Rdi
2418 A register that can hold a 64 bit value.
2420 @item Rhl
2421 $r0 or $r1 (registers with addressable high/low bytes)
2423 @item R23
2424 $r2 or $r3
2426 @item Raa
2427 Address registers
2429 @item Raw
2430 Address registers when they're 16 bits wide.
2432 @item Ral
2433 Address registers when they're 24 bits wide.
2435 @item Rqi
2436 Registers that can hold QI values.
2438 @item Rad
2439 Registers that can be used with displacements ($a0, $a1, $sb).
2441 @item Rsi
2442 Registers that can hold 32 bit values.
2444 @item Rhi
2445 Registers that can hold 16 bit values.
2447 @item Rhc
2448 Registers chat can hold 16 bit values, including all control
2449 registers.
2451 @item Rra
2452 $r0 through R1, plus $a0 and $a1.
2454 @item Rfl
2455 The flags register.
2457 @item Rmm
2458 The memory-based pseudo-registers $mem0 through $mem15.
2460 @item Rpi
2461 Registers that can hold pointers (16 bit registers for r8c, m16c; 24
2462 bit registers for m32cm, m32c).
2464 @item Rpa
2465 Matches multiple registers in a PARALLEL to form a larger register.
2466 Used to match function return values.
2468 @item Is3
2469 -8 @dots{} 7
2471 @item IS1
2472 -128 @dots{} 127
2474 @item IS2
2475 -32768 @dots{} 32767
2477 @item IU2
2478 0 @dots{} 65535
2480 @item In4
2481 -8 @dots{} -1 or 1 @dots{} 8
2483 @item In5
2484 -16 @dots{} -1 or 1 @dots{} 16
2486 @item In6
2487 -32 @dots{} -1 or 1 @dots{} 32
2489 @item IM2
2490 -65536 @dots{} -1
2492 @item Ilb
2493 An 8 bit value with exactly one bit set.
2495 @item Ilw
2496 A 16 bit value with exactly one bit set.
2498 @item Sd
2499 The common src/dest memory addressing modes.
2501 @item Sa
2502 Memory addressed using $a0 or $a1.
2504 @item Si
2505 Memory addressed with immediate addresses.
2507 @item Ss
2508 Memory addressed using the stack pointer ($sp).
2510 @item Sf
2511 Memory addressed using the frame base register ($fb).
2513 @item Ss
2514 Memory addressed using the small base register ($sb).
2516 @item S1
2517 $r1h
2518 @end table
2520 @item MIPS---@file{config/mips/constraints.md}
2521 @table @code
2522 @item d
2523 An address register.  This is equivalent to @code{r} unless
2524 generating MIPS16 code.
2526 @item f
2527 A floating-point register (if available).
2529 @item h
2530 Formerly the @code{hi} register.  This constraint is no longer supported.
2532 @item l
2533 The @code{lo} register.  Use this register to store values that are
2534 no bigger than a word.
2536 @item x
2537 The concatenated @code{hi} and @code{lo} registers.  Use this register
2538 to store doubleword values.
2540 @item c
2541 A register suitable for use in an indirect jump.  This will always be
2542 @code{$25} for @option{-mabicalls}.
2544 @item v
2545 Register @code{$3}.  Do not use this constraint in new code;
2546 it is retained only for compatibility with glibc.
2548 @item y
2549 Equivalent to @code{r}; retained for backwards compatibility.
2551 @item z
2552 A floating-point condition code register.
2554 @item I
2555 A signed 16-bit constant (for arithmetic instructions).
2557 @item J
2558 Integer zero.
2560 @item K
2561 An unsigned 16-bit constant (for logic instructions).
2563 @item L
2564 A signed 32-bit constant in which the lower 16 bits are zero.
2565 Such constants can be loaded using @code{lui}.
2567 @item M
2568 A constant that cannot be loaded using @code{lui}, @code{addiu}
2569 or @code{ori}.
2571 @item N
2572 A constant in the range -65535 to -1 (inclusive).
2574 @item O
2575 A signed 15-bit constant.
2577 @item P
2578 A constant in the range 1 to 65535 (inclusive).
2580 @item G
2581 Floating-point zero.
2583 @item R
2584 An address that can be used in a non-macro load or store.
2585 @end table
2587 @item Motorola 680x0---@file{config/m68k/constraints.md}
2588 @table @code
2589 @item a
2590 Address register
2592 @item d
2593 Data register
2595 @item f
2596 68881 floating-point register, if available
2598 @item I
2599 Integer in the range 1 to 8
2601 @item J
2602 16-bit signed number
2604 @item K
2605 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
2607 @item L
2608 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
2610 @item M
2611 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
2613 @item N
2614 Range 24 to 31, rotatert:SI 8 to 1 expressed as rotate
2616 @item O
2617 16 (for rotate using swap)
2619 @item P
2620 Range 8 to 15, rotatert:HI 8 to 1 expressed as rotate
2622 @item R
2623 Numbers that mov3q can handle
2625 @item G
2626 Floating point constant that is not a 68881 constant
2628 @item S
2629 Operands that satisfy 'm' when -mpcrel is in effect
2631 @item T
2632 Operands that satisfy 's' when -mpcrel is not in effect
2634 @item Q
2635 Address register indirect addressing mode
2637 @item U
2638 Register offset addressing
2640 @item W
2641 const_call_operand
2643 @item Cs
2644 symbol_ref or const
2646 @item Ci
2647 const_int
2649 @item C0
2650 const_int 0
2652 @item Cj
2653 Range of signed numbers that don't fit in 16 bits
2655 @item Cmvq
2656 Integers valid for mvq
2658 @item Capsw
2659 Integers valid for a moveq followed by a swap
2661 @item Cmvz
2662 Integers valid for mvz
2664 @item Cmvs
2665 Integers valid for mvs
2667 @item Ap
2668 push_operand
2670 @item Ac
2671 Non-register operands allowed in clr
2673 @end table
2675 @item Motorola 68HC11 & 68HC12 families---@file{config/m68hc11/m68hc11.h}
2676 @table @code
2677 @item a
2678 Register `a'
2680 @item b
2681 Register `b'
2683 @item d
2684 Register `d'
2686 @item q
2687 An 8-bit register
2689 @item t
2690 Temporary soft register _.tmp
2692 @item u
2693 A soft register _.d1 to _.d31
2695 @item w
2696 Stack pointer register
2698 @item x
2699 Register `x'
2701 @item y
2702 Register `y'
2704 @item z
2705 Pseudo register `z' (replaced by `x' or `y' at the end)
2707 @item A
2708 An address register: x, y or z
2710 @item B
2711 An address register: x or y
2713 @item D
2714 Register pair (x:d) to form a 32-bit value
2716 @item L
2717 Constants in the range @minus{}65536 to 65535
2719 @item M
2720 Constants whose 16-bit low part is zero
2722 @item N
2723 Constant integer 1 or @minus{}1
2725 @item O
2726 Constant integer 16
2728 @item P
2729 Constants in the range @minus{}8 to 2
2731 @end table
2733 @need 1000
2734 @item SPARC---@file{config/sparc/sparc.h}
2735 @table @code
2736 @item f
2737 Floating-point register on the SPARC-V8 architecture and
2738 lower floating-point register on the SPARC-V9 architecture.
2740 @item e
2741 Floating-point register.  It is equivalent to @samp{f} on the
2742 SPARC-V8 architecture and contains both lower and upper
2743 floating-point registers on the SPARC-V9 architecture.
2745 @item c
2746 Floating-point condition code register.
2748 @item d
2749 Lower floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9
2750 architecture when the Visual Instruction Set is available.
2752 @item b
2753 Floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9 architecture
2754 when the Visual Instruction Set is available.
2756 @item h
2757 64-bit global or out register for the SPARC-V8+ architecture.
2759 @item D
2760 A vector constant
2762 @item I
2763 Signed 13-bit constant
2765 @item J
2766 Zero
2768 @item K
2769 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
2770 loaded with the @code{sethi} instruction)
2772 @item L
2773 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions
2775 @item M
2776 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions
2778 @item N
2779 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
2780 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
2781 modes wider than @code{SImode}
2783 @item O
2784 The constant 4096
2786 @item G
2787 Floating-point zero
2789 @item H
2790 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
2792 @item Q
2793 Floating-point constant whose integral representation can
2794 be moved into an integer register using a single sethi
2795 instruction
2797 @item R
2798 Floating-point constant whose integral representation can
2799 be moved into an integer register using a single mov
2800 instruction
2802 @item S
2803 Floating-point constant whose integral representation can
2804 be moved into an integer register using a high/lo_sum
2805 instruction sequence
2807 @item T
2808 Memory address aligned to an 8-byte boundary
2810 @item U
2811 Even register
2813 @item W
2814 Memory address for @samp{e} constraint registers
2816 @item Y
2817 Vector zero
2819 @end table
2821 @item SPU---@file{config/spu/spu.h}
2822 @table @code
2823 @item a
2824 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.  
2826 @item c
2827 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.  
2829 @item d
2830 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 64 bit value.  
2832 @item f
2833 An immediate which can be loaded with @code{fsmbi}.  
2835 @item A
2836 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
2838 @item B
2839 An immediate for most arithmetic instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
2841 @item C
2842 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
2844 @item D
2845 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 32 bit value.  
2847 @item I
2848 A constant in the range [-64, 63] for shift/rotate instructions.  
2850 @item J
2851 An unsigned 7-bit constant for conversion/nop/channel instructions.  
2853 @item K
2854 A signed 10-bit constant for most arithmetic instructions.  
2856 @item M
2857 A signed 16 bit immediate for @code{stop}.  
2859 @item N
2860 An unsigned 16-bit constant for @code{iohl} and @code{fsmbi}.  
2862 @item O
2863 An unsigned 7-bit constant whose 3 least significant bits are 0.  
2865 @item P
2866 An unsigned 3-bit constant for 16-byte rotates and shifts 
2868 @item R
2869 Call operand, reg, for indirect calls 
2871 @item S
2872 Call operand, symbol, for relative calls.  
2874 @item T
2875 Call operand, const_int, for absolute calls.  
2877 @item U
2878 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is sign extended to 128 bit.  
2880 @item W
2881 An immediate for shift and rotate instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
2883 @item Y
2884 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is sign extended as a 128 bit.  
2886 @item Z
2887 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is sign extended to 128 bit.  
2889 @end table
2891 @item S/390 and zSeries---@file{config/s390/s390.h}
2892 @table @code
2893 @item a
2894 Address register (general purpose register except r0)
2896 @item c
2897 Condition code register
2899 @item d
2900 Data register (arbitrary general purpose register)
2902 @item f
2903 Floating-point register
2905 @item I
2906 Unsigned 8-bit constant (0--255)
2908 @item J
2909 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
2911 @item K
2912 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
2914 @item L
2915 Value appropriate as displacement.
2916 @table @code
2917 @item (0..4095)
2918 for short displacement
2919 @item (-524288..524287)
2920 for long displacement
2921 @end table
2923 @item M
2924 Constant integer with a value of 0x7fffffff.
2926 @item N
2927 Multiple letter constraint followed by 4 parameter letters.
2928 @table @code
2929 @item 0..9:
2930 number of the part counting from most to least significant
2931 @item H,Q:
2932 mode of the part
2933 @item D,S,H:
2934 mode of the containing operand
2935 @item 0,F:
2936 value of the other parts (F---all bits set)
2937 @end table
2938 The constraint matches if the specified part of a constant
2939 has a value different from its other parts.
2941 @item Q
2942 Memory reference without index register and with short displacement.
2944 @item R
2945 Memory reference with index register and short displacement.
2947 @item S
2948 Memory reference without index register but with long displacement.
2950 @item T
2951 Memory reference with index register and long displacement.
2953 @item U
2954 Pointer with short displacement.
2956 @item W
2957 Pointer with long displacement.
2959 @item Y
2960 Shift count operand.
2962 @end table
2964 @item Score family---@file{config/score/score.h}
2965 @table @code
2966 @item d
2967 Registers from r0 to r32.
2969 @item e
2970 Registers from r0 to r16.
2972 @item t
2973 r8---r11 or r22---r27 registers.
2975 @item h
2976 hi register.
2978 @item l
2979 lo register.
2981 @item x
2982 hi + lo register.
2984 @item q
2985 cnt register.
2987 @item y
2988 lcb register.
2990 @item z
2991 scb register.
2993 @item a
2994 cnt + lcb + scb register.
2996 @item c
2997 cr0---cr15 register.
2999 @item b
3000 cp1 registers.
3002 @item f
3003 cp2 registers.
3005 @item i
3006 cp3 registers.
3008 @item j
3009 cp1 + cp2 + cp3 registers.
3011 @item I
3012 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero).
3014 @item J
3015 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31).
3017 @item K
3018 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535).
3020 @item L
3021 Signed 16 bit integer (in the range @minus{}32768 to 32767).
3023 @item M
3024 Unsigned 14 bit integer (in the range 0 to 16383).
3026 @item N
3027 Signed 14 bit integer (in the range @minus{}8192 to 8191).
3029 @item Z
3030 Any SYMBOL_REF.
3031 @end table
3033 @item Xstormy16---@file{config/stormy16/stormy16.h}
3034 @table @code
3035 @item a
3036 Register r0.
3038 @item b
3039 Register r1.
3041 @item c
3042 Register r2.
3044 @item d
3045 Register r8.
3047 @item e
3048 Registers r0 through r7.
3050 @item t
3051 Registers r0 and r1.
3053 @item y
3054 The carry register.
3056 @item z
3057 Registers r8 and r9.
3059 @item I
3060 A constant between 0 and 3 inclusive.
3062 @item J
3063 A constant that has exactly one bit set.
3065 @item K
3066 A constant that has exactly one bit clear.
3068 @item L
3069 A constant between 0 and 255 inclusive.
3071 @item M
3072 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
3074 @item N
3075 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
3077 @item O
3078 A constant between 1 and 4 inclusive.
3080 @item P
3081 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
3083 @item Q
3084 A memory reference that is a stack push.
3086 @item R
3087 A memory reference that is a stack pop.
3089 @item S
3090 A memory reference that refers to a constant address of known value.
3092 @item T
3093 The register indicated by Rx (not implemented yet).
3095 @item U
3096 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
3098 @item Z
3099 The constant 0.
3101 @end table
3103 @item Xtensa---@file{config/xtensa/constraints.md}
3104 @table @code
3105 @item a
3106 General-purpose 32-bit register
3108 @item b
3109 One-bit boolean register
3111 @item A
3112 MAC16 40-bit accumulator register
3114 @item I
3115 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
3117 @item J
3118 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
3120 @item K
3121 Integer constant valid for BccI instructions
3123 @item L
3124 Unsigned constant valid for BccUI instructions
3126 @end table
3128 @end table
3130 @ifset INTERNALS
3131 @node Disable Insn Alternatives
3132 @subsection Disable insn alternatives using the @code{enabled} attribute
3133 @cindex enabled
3135 The @code{enabled} insn attribute may be used to disable certain insn
3136 alternatives for machine-specific reasons.  This is useful when adding
3137 new instructions to an existing pattern which are only available for
3138 certain cpu architecture levels as specified with the @code{-march=}
3139 option.
3141 If an insn alternative is disabled, then it will never be used.  The
3142 compiler treats the constraints for the disabled alternative as
3143 unsatisfiable.
3145 In order to make use of the @code{enabled} attribute a back end has to add
3146 in the machine description files:
3148 @enumerate
3149 @item
3150 A definition of the @code{enabled} insn attribute.  The attribute is
3151 defined as usual using the @code{define_attr} command.  This
3152 definition should be based on other insn attributes and/or target flags.
3153 The @code{enabled} attribute is a numeric attribute and should evaluate to
3154 @code{(const_int 1)} for an enabled alternative and to
3155 @code{(const_int 0)} otherwise.
3156 @item
3157 A definition of another insn attribute used to describe for what
3158 reason an insn alternative might be available or
3159 not.  E.g. @code{cpu_facility} as in the example below.
3160 @item
3161 An assignment for the second attribute to each insn definition
3162 combining instructions which are not all available under the same
3163 circumstances.  (Note: It obviously only makes sense for definitions
3164 with more than one alternative.  Otherwise the insn pattern should be
3165 disabled or enabled using the insn condition.)
3166 @end enumerate
3168 E.g. the following two patterns could easily be merged using the @code{enabled}
3169 attribute:
3171 @smallexample
3173 (define_insn "*movdi_old"
3174   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
3175         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d"))]
3176   "!TARGET_NEW"
3177   "lgr %0,%1")
3179 (define_insn "*movdi_new"
3180   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d,f,d")
3181         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d,d,f"))]
3182   "TARGET_NEW"
3183   "@@
3184    lgr  %0,%1
3185    ldgr %0,%1
3186    lgdr %0,%1")
3188 @end smallexample
3192 @smallexample
3194 (define_insn "*movdi_combined"
3195   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d,f,d")
3196         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d,d,f"))]
3197   ""
3198   "@@
3199    lgr  %0,%1
3200    ldgr %0,%1
3201    lgdr %0,%1"
3202   [(set_attr "cpu_facility" "*,new,new")])
3204 @end smallexample
3206 with the @code{enabled} attribute defined like this:
3208 @smallexample
3210 (define_attr "cpu_facility" "standard,new" (const_string "standard"))
3212 (define_attr "enabled" ""
3213   (cond [(eq_attr "cpu_facility" "standard") (const_int 1)
3214          (and (eq_attr "cpu_facility" "new")
3215               (ne (symbol_ref "TARGET_NEW") (const_int 0)))
3216          (const_int 1)]
3217         (const_int 0)))
3219 @end smallexample
3221 @end ifset
3223 @ifset INTERNALS
3224 @node Define Constraints
3225 @subsection Defining Machine-Specific Constraints
3226 @cindex defining constraints
3227 @cindex constraints, defining
3229 Machine-specific constraints fall into two categories: register and
3230 non-register constraints.  Within the latter category, constraints
3231 which allow subsets of all possible memory or address operands should
3232 be specially marked, to give @code{reload} more information.
3234 Machine-specific constraints can be given names of arbitrary length,
3235 but they must be entirely composed of letters, digits, underscores
3236 (@samp{_}), and angle brackets (@samp{< >}).  Like C identifiers, they
3237 must begin with a letter or underscore. 
3239 In order to avoid ambiguity in operand constraint strings, no
3240 constraint can have a name that begins with any other constraint's
3241 name.  For example, if @code{x} is defined as a constraint name,
3242 @code{xy} may not be, and vice versa.  As a consequence of this rule,
3243 no constraint may begin with one of the generic constraint letters:
3244 @samp{E F V X g i m n o p r s}.
3246 Register constraints correspond directly to register classes.
3247 @xref{Register Classes}.  There is thus not much flexibility in their
3248 definitions.
3250 @deffn {MD Expression} define_register_constraint name regclass docstring
3251 All three arguments are string constants.
3252 @var{name} is the name of the constraint, as it will appear in
3253 @code{match_operand} expressions.  If @var{name} is a multi-letter
3254 constraint its length shall be the same for all constraints starting
3255 with the same letter.  @var{regclass} can be either the
3256 name of the corresponding register class (@pxref{Register Classes}),
3257 or a C expression which evaluates to the appropriate register class.
3258 If it is an expression, it must have no side effects, and it cannot
3259 look at the operand.  The usual use of expressions is to map some
3260 register constraints to @code{NO_REGS} when the register class
3261 is not available on a given subarchitecture.
3263 @var{docstring} is a sentence documenting the meaning of the
3264 constraint.  Docstrings are explained further below.
3265 @end deffn
3267 Non-register constraints are more like predicates: the constraint
3268 definition gives a Boolean expression which indicates whether the
3269 constraint matches.
3271 @deffn {MD Expression} define_constraint name docstring exp
3272 The @var{name} and @var{docstring} arguments are the same as for
3273 @code{define_register_constraint}, but note that the docstring comes
3274 immediately after the name for these expressions.  @var{exp} is an RTL
3275 expression, obeying the same rules as the RTL expressions in predicate
3276 definitions.  @xref{Defining Predicates}, for details.  If it
3277 evaluates true, the constraint matches; if it evaluates false, it
3278 doesn't. Constraint expressions should indicate which RTL codes they
3279 might match, just like predicate expressions.
3281 @code{match_test} C expressions have access to the
3282 following variables:
3284 @table @var
3285 @item op
3286 The RTL object defining the operand.
3287 @item mode
3288 The machine mode of @var{op}.
3289 @item ival
3290 @samp{INTVAL (@var{op})}, if @var{op} is a @code{const_int}.
3291 @item hval
3292 @samp{CONST_DOUBLE_HIGH (@var{op})}, if @var{op} is an integer
3293 @code{const_double}.
3294 @item lval
3295 @samp{CONST_DOUBLE_LOW (@var{op})}, if @var{op} is an integer
3296 @code{const_double}.
3297 @item rval
3298 @samp{CONST_DOUBLE_REAL_VALUE (@var{op})}, if @var{op} is a floating-point
3299 @code{const_double}.
3300 @end table
3302 The @var{*val} variables should only be used once another piece of the
3303 expression has verified that @var{op} is the appropriate kind of RTL
3304 object.
3305 @end deffn
3307 Most non-register constraints should be defined with
3308 @code{define_constraint}.  The remaining two definition expressions
3309 are only appropriate for constraints that should be handled specially
3310 by @code{reload} if they fail to match.
3312 @deffn {MD Expression} define_memory_constraint name docstring exp
3313 Use this expression for constraints that match a subset of all memory
3314 operands: that is, @code{reload} can make them match by converting the
3315 operand to the form @samp{@w{(mem (reg @var{X}))}}, where @var{X} is a
3316 base register (from the register class specified by
3317 @code{BASE_REG_CLASS}, @pxref{Register Classes}).
3319 For example, on the S/390, some instructions do not accept arbitrary
3320 memory references, but only those that do not make use of an index
3321 register.  The constraint letter @samp{Q} is defined to represent a
3322 memory address of this type.  If @samp{Q} is defined with
3323 @code{define_memory_constraint}, a @samp{Q} constraint can handle any
3324 memory operand, because @code{reload} knows it can simply copy the
3325 memory address into a base register if required.  This is analogous to
3326 the way a @samp{o} constraint can handle any memory operand.
3328 The syntax and semantics are otherwise identical to
3329 @code{define_constraint}.
3330 @end deffn
3332 @deffn {MD Expression} define_address_constraint name docstring exp
3333 Use this expression for constraints that match a subset of all address
3334 operands: that is, @code{reload} can make the constraint match by
3335 converting the operand to the form @samp{@w{(reg @var{X})}}, again
3336 with @var{X} a base register.
3338 Constraints defined with @code{define_address_constraint} can only be
3339 used with the @code{address_operand} predicate, or machine-specific
3340 predicates that work the same way.  They are treated analogously to
3341 the generic @samp{p} constraint.
3343 The syntax and semantics are otherwise identical to
3344 @code{define_constraint}.
3345 @end deffn
3347 For historical reasons, names beginning with the letters @samp{G H}
3348 are reserved for constraints that match only @code{const_double}s, and
3349 names beginning with the letters @samp{I J K L M N O P} are reserved
3350 for constraints that match only @code{const_int}s.  This may change in
3351 the future.  For the time being, constraints with these names must be
3352 written in a stylized form, so that @code{genpreds} can tell you did
3353 it correctly:
3355 @smallexample
3356 @group
3357 (define_constraint "[@var{GHIJKLMNOP}]@dots{}"
3358   "@var{doc}@dots{}"
3359   (and (match_code "const_int")  ; @r{@code{const_double} for G/H}
3360        @var{condition}@dots{}))            ; @r{usually a @code{match_test}}
3361 @end group
3362 @end smallexample
3363 @c the semicolons line up in the formatted manual
3365 It is fine to use names beginning with other letters for constraints
3366 that match @code{const_double}s or @code{const_int}s.
3368 Each docstring in a constraint definition should be one or more complete
3369 sentences, marked up in Texinfo format.  @emph{They are currently unused.}
3370 In the future they will be copied into the GCC manual, in @ref{Machine
3371 Constraints}, replacing the hand-maintained tables currently found in
3372 that section.  Also, in the future the compiler may use this to give
3373 more helpful diagnostics when poor choice of @code{asm} constraints
3374 causes a reload failure.
3376 If you put the pseudo-Texinfo directive @samp{@@internal} at the
3377 beginning of a docstring, then (in the future) it will appear only in
3378 the internals manual's version of the machine-specific constraint tables.
3379 Use this for constraints that should not appear in @code{asm} statements.
3381 @node C Constraint Interface
3382 @subsection Testing constraints from C
3383 @cindex testing constraints
3384 @cindex constraints, testing
3386 It is occasionally useful to test a constraint from C code rather than
3387 implicitly via the constraint string in a @code{match_operand}.  The
3388 generated file @file{tm_p.h} declares a few interfaces for working
3389 with machine-specific constraints.  None of these interfaces work with
3390 the generic constraints described in @ref{Simple Constraints}.  This
3391 may change in the future.
3393 @strong{Warning:} @file{tm_p.h} may declare other functions that
3394 operate on constraints, besides the ones documented here.  Do not use
3395 those functions from machine-dependent code.  They exist to implement
3396 the old constraint interface that machine-independent components of
3397 the compiler still expect.  They will change or disappear in the
3398 future.
3400 Some valid constraint names are not valid C identifiers, so there is a
3401 mangling scheme for referring to them from C@.  Constraint names that
3402 do not contain angle brackets or underscores are left unchanged.
3403 Underscores are doubled, each @samp{<} is replaced with @samp{_l}, and
3404 each @samp{>} with @samp{_g}.  Here are some examples:
3406 @c the @c's prevent double blank lines in the printed manual.
3407 @example
3408 @multitable {Original} {Mangled}
3409 @item @strong{Original} @tab @strong{Mangled}  @c
3410 @item @code{x}     @tab @code{x}       @c
3411 @item @code{P42x}  @tab @code{P42x}    @c
3412 @item @code{P4_x}  @tab @code{P4__x}   @c
3413 @item @code{P4>x}  @tab @code{P4_gx}   @c
3414 @item @code{P4>>}  @tab @code{P4_g_g}  @c
3415 @item @code{P4_g>} @tab @code{P4__g_g} @c
3416 @end multitable
3417 @end example
3419 Throughout this section, the variable @var{c} is either a constraint
3420 in the abstract sense, or a constant from @code{enum constraint_num};
3421 the variable @var{m} is a mangled constraint name (usually as part of
3422 a larger identifier).
3424 @deftp Enum constraint_num
3425 For each machine-specific constraint, there is a corresponding
3426 enumeration constant: @samp{CONSTRAINT_} plus the mangled name of the
3427 constraint.  Functions that take an @code{enum constraint_num} as an
3428 argument expect one of these constants.
3430 Machine-independent constraints do not have associated constants.
3431 This may change in the future.
3432 @end deftp
3434 @deftypefun {inline bool} satisfies_constraint_@var{m} (rtx @var{exp})
3435 For each machine-specific, non-register constraint @var{m}, there is
3436 one of these functions; it returns @code{true} if @var{exp} satisfies the
3437 constraint.  These functions are only visible if @file{rtl.h} was included
3438 before @file{tm_p.h}.
3439 @end deftypefun
3441 @deftypefun bool constraint_satisfied_p (rtx @var{exp}, enum constraint_num @var{c})
3442 Like the @code{satisfies_constraint_@var{m}} functions, but the
3443 constraint to test is given as an argument, @var{c}.  If @var{c}
3444 specifies a register constraint, this function will always return
3445 @code{false}.
3446 @end deftypefun
3448 @deftypefun {enum reg_class} regclass_for_constraint (enum constraint_num @var{c})
3449 Returns the register class associated with @var{c}.  If @var{c} is not
3450 a register constraint, or those registers are not available for the
3451 currently selected subtarget, returns @code{NO_REGS}.
3452 @end deftypefun
3454 Here is an example use of @code{satisfies_constraint_@var{m}}.  In
3455 peephole optimizations (@pxref{Peephole Definitions}), operand
3456 constraint strings are ignored, so if there are relevant constraints,
3457 they must be tested in the C condition.  In the example, the
3458 optimization is applied if operand 2 does @emph{not} satisfy the
3459 @samp{K} constraint.  (This is a simplified version of a peephole
3460 definition from the i386 machine description.)
3462 @smallexample
3463 (define_peephole2
3464   [(match_scratch:SI 3 "r")
3465    (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3466         (mult:SI (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")
3467                  (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "")))]
3469   "!satisfies_constraint_K (operands[2])"
3471   [(set (match_dup 3) (match_dup 1))
3472    (set (match_dup 0) (mult:SI (match_dup 3) (match_dup 2)))]
3474   "")
3475 @end smallexample
3477 @node Standard Names
3478 @section Standard Pattern Names For Generation
3479 @cindex standard pattern names
3480 @cindex pattern names
3481 @cindex names, pattern
3483 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
3484 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
3485 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
3486 pattern to accomplish a certain task.
3488 @table @asis
3489 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
3490 @item @samp{mov@var{m}}
3491 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lowercase.
3492 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
3493 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
3495 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
3496 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
3497 to store the specified value in the part of the register that corresponds
3498 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
3499 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
3500 outside the target word are left unchanged.
3502 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
3503 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
3504 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
3505 If there are patterns accepting operands in larger modes,
3506 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
3508 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
3509 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
3510 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
3511 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
3512 into a register.
3514 @findex force_reg
3515 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
3516 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
3517 registers other than the operands.  For example, if you support the
3518 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
3519 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
3520 function which might generate new pseudo registers.
3522 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
3523 fetching those modes from memory normally requires several insns and
3524 some temporary registers.
3526 @findex change_address
3527 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
3528 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
3529 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
3530 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
3531 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
3532 an address into a valid address and no routine (such as
3533 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
3534 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
3536 @findex reload_in_progress
3537 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
3538 declared if required) can be used to determine whether such special
3539 handling is required.
3541 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
3542 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
3543 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
3544 machines explicit memory references will get optional reloads.
3546 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
3547 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
3549 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
3550 you must provide an appropriate secondary_reload target hook.
3552 @findex can_create_pseudo_p
3553 The macro @code{can_create_pseudo_p} can be used to determine if it
3554 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
3555 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
3557 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
3558 register to any other hard register provided that
3559 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
3560 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
3562 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
3563 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
3564 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
3565 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
3566 point members.
3568 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
3569 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
3570 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
3571 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
3572 floating point registers, then the constraints of the fixed point
3573 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
3574 reload into a floating point register.
3576 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
3577 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
3578 @item @samp{reload_in@var{m}}
3579 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
3580 These named patterns have been obsoleted by the target hook
3581 @code{secondary_reload}.
3583 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
3584 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
3585 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
3586 macro in @pxref{Register Classes}.
3588 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
3589 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
3590 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
3591 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
3592 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
3593 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
3594 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
3595 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
3596 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
3597 for these patterns.
3599 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
3600 @item @samp{movstrict@var{m}}
3601 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
3602 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
3603 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
3604 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
3606 @cindex @code{movmisalign@var{m}} instruction pattern
3607 @item @samp{movmisalign@var{m}}
3608 This variant of a move pattern is designed to load or store a value
3609 from a memory address that is not naturally aligned for its mode.
3610 For a store, the memory will be in operand 0; for a load, the memory
3611 will be in operand 1.  The other operand is guaranteed not to be a
3612 memory, so that it's easy to tell whether this is a load or store.
3614 This pattern is used by the autovectorizer, and when expanding a
3615 @code{MISALIGNED_INDIRECT_REF} expression.
3617 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
3618 @item @samp{load_multiple}
3619 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
3620 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
3621 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
3622 number of consecutive registers.
3624 Define this only if the target machine really has such an instruction;
3625 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
3626 registers from memory is to do them one at a time.
3628 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
3629 registers can be stored into memory, such as particular starting or
3630 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
3631 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3632 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
3634 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
3635 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
3636 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
3637 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
3638 @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn pattern.
3640 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
3641 @item @samp{store_multiple}
3642 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
3643 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
3644 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
3645 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
3647 @cindex @code{vec_set@var{m}} instruction pattern
3648 @item @samp{vec_set@var{m}}
3649 Set given field in the vector value.  Operand 0 is the vector to modify,
3650 operand 1 is new value of field and operand 2 specify the field index.
3652 @cindex @code{vec_extract@var{m}} instruction pattern
3653 @item @samp{vec_extract@var{m}}
3654 Extract given field from the vector value.  Operand 1 is the vector, operand 2
3655 specify field index and operand 0 place to store value into.
3657 @cindex @code{vec_extract_even@var{m}} instruction pattern
3658 @item @samp{vec_extract_even@var{m}}
3659 Extract even elements from the input vectors (operand 1 and operand 2). 
3660 The even elements of operand 2 are concatenated to the even elements of operand
3661 1 in their original order. The result is stored in operand 0. 
3662 The output and input vectors should have the same modes. 
3664 @cindex @code{vec_extract_odd@var{m}} instruction pattern
3665 @item @samp{vec_extract_odd@var{m}}
3666 Extract odd elements from the input vectors (operand 1 and operand 2). 
3667 The odd elements of operand 2 are concatenated to the odd elements of operand 
3668 1 in their original order. The result is stored in operand 0.
3669 The output and input vectors should have the same modes.
3671 @cindex @code{vec_interleave_high@var{m}} instruction pattern
3672 @item @samp{vec_interleave_high@var{m}}
3673 Merge high elements of the two input vectors into the output vector. The output
3674 and input vectors should have the same modes (@code{N} elements). The high
3675 @code{N/2} elements of the first input vector are interleaved with the high
3676 @code{N/2} elements of the second input vector.
3678 @cindex @code{vec_interleave_low@var{m}} instruction pattern
3679 @item @samp{vec_interleave_low@var{m}}
3680 Merge low elements of the two input vectors into the output vector. The output
3681 and input vectors should have the same modes (@code{N} elements). The low
3682 @code{N/2} elements of the first input vector are interleaved with the low 
3683 @code{N/2} elements of the second input vector.
3685 @cindex @code{vec_init@var{m}} instruction pattern
3686 @item @samp{vec_init@var{m}}
3687 Initialize the vector to given values.  Operand 0 is the vector to initialize
3688 and operand 1 is parallel containing values for individual fields.
3690 @cindex @code{push@var{m}1} instruction pattern
3691 @item @samp{push@var{m}1}
3692 Output a push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
3693 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
3694 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
3695 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
3696 method is deprecated.
3698 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
3699 @item @samp{add@var{m}3}
3700 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
3701 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
3702 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
3704 @cindex @code{ssadd@var{m}3} instruction pattern
3705 @cindex @code{usadd@var{m}3} instruction pattern
3706 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
3707 @cindex @code{sssub@var{m}3} instruction pattern
3708 @cindex @code{ussub@var{m}3} instruction pattern
3709 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
3710 @cindex @code{ssmul@var{m}3} instruction pattern
3711 @cindex @code{usmul@var{m}3} instruction pattern
3712 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
3713 @cindex @code{ssdiv@var{m}3} instruction pattern
3714 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
3715 @cindex @code{usdiv@var{m}3} instruction pattern
3716 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
3717 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
3718 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
3719 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
3720 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
3721 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
3722 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
3723 @item @samp{ssadd@var{m}3}, @samp{usadd@var{m}3}
3724 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{sssub@var{m}3}, @samp{ussub@var{m}3}
3725 @item @samp{mul@var{m}3}, @samp{ssmul@var{m}3}, @samp{usmul@var{m}3}
3726 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{ssdiv@var{m}3}
3727 @itemx @samp{udiv@var{m}3}, @samp{usdiv@var{m}3}
3728 @itemx @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
3729 @itemx @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
3730 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
3731 Similar, for other arithmetic operations.
3733 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
3734 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
3735 @item @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}
3736 Signed minimum and maximum operations.  When used with floating point,
3737 if both operands are zeros, or if either operand is @code{NaN}, then
3738 it is unspecified which of the two operands is returned as the result.
3740 @cindex @code{reduc_smin_@var{m}} instruction pattern
3741 @cindex @code{reduc_smax_@var{m}} instruction pattern
3742 @item @samp{reduc_smin_@var{m}}, @samp{reduc_smax_@var{m}}
3743 Find the signed minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
3744 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
3745 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
3746 modes.
3748 @cindex @code{reduc_umin_@var{m}} instruction pattern
3749 @cindex @code{reduc_umax_@var{m}} instruction pattern
3750 @item @samp{reduc_umin_@var{m}}, @samp{reduc_umax_@var{m}}
3751 Find the unsigned minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
3752 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
3753 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
3754 modes.
3756 @cindex @code{reduc_splus_@var{m}} instruction pattern
3757 @item @samp{reduc_splus_@var{m}}
3758 Compute the sum of the signed elements of a vector. The vector is operand 1,
3759 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
3760 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
3762 @cindex @code{reduc_uplus_@var{m}} instruction pattern
3763 @item @samp{reduc_uplus_@var{m}}
3764 Compute the sum of the unsigned elements of a vector. The vector is operand 1,
3765 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
3766 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
3768 @cindex @code{sdot_prod@var{m}} instruction pattern
3769 @item @samp{sdot_prod@var{m}}
3770 @cindex @code{udot_prod@var{m}} instruction pattern
3771 @item @samp{udot_prod@var{m}}
3772 Compute the sum of the products of two signed/unsigned elements. 
3773 Operand 1 and operand 2 are of the same mode. Their product, which is of a 
3774 wider mode, is computed and added to operand 3. Operand 3 is of a mode equal or 
3775 wider than the mode of the product. The result is placed in operand 0, which
3776 is of the same mode as operand 3. 
3778 @cindex @code{ssum_widen@var{m3}} instruction pattern
3779 @item @samp{ssum_widen@var{m3}}
3780 @cindex @code{usum_widen@var{m3}} instruction pattern
3781 @item @samp{usum_widen@var{m3}}
3782 Operands 0 and 2 are of the same mode, which is wider than the mode of 
3783 operand 1. Add operand 1 to operand 2 and place the widened result in
3784 operand 0. (This is used express accumulation of elements into an accumulator
3785 of a wider mode.)
3787 @cindex @code{vec_shl_@var{m}} instruction pattern
3788 @cindex @code{vec_shr_@var{m}} instruction pattern
3789 @item @samp{vec_shl_@var{m}}, @samp{vec_shr_@var{m}}
3790 Whole vector left/right shift in bits.
3791 Operand 1 is a vector to be shifted.
3792 Operand 2 is an integer shift amount in bits.
3793 Operand 0 is where the resulting shifted vector is stored.
3794 The output and input vectors should have the same modes.
3796 @cindex @code{vec_pack_trunc_@var{m}} instruction pattern
3797 @item @samp{vec_pack_trunc_@var{m}}
3798 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors. Operands 1 and 2
3799 are vectors of the same mode having N integral or floating point elements
3800 of size S@.  Operand 0 is the resulting vector in which 2*N elements of
3801 size N/2 are concatenated after narrowing them down using truncation.
3803 @cindex @code{vec_pack_ssat_@var{m}} instruction pattern
3804 @cindex @code{vec_pack_usat_@var{m}} instruction pattern
3805 @item @samp{vec_pack_ssat_@var{m}}, @samp{vec_pack_usat_@var{m}}
3806 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors.  Operands 1 and 2
3807 are vectors of the same mode having N integral elements of size S.
3808 Operand 0 is the resulting vector in which the elements of the two input
3809 vectors are concatenated after narrowing them down using signed/unsigned
3810 saturating arithmetic.
3812 @cindex @code{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}} instruction pattern
3813 @cindex @code{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}} instruction pattern
3814 @item @samp{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}}, @samp{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}}
3815 Narrow, convert to signed/unsigned integral type and merge the elements
3816 of two vectors.  Operands 1 and 2 are vectors of the same mode having N
3817 floating point elements of size S@.  Operand 0 is the resulting vector
3818 in which 2*N elements of size N/2 are concatenated.
3820 @cindex @code{vec_unpacks_hi_@var{m}} instruction pattern
3821 @cindex @code{vec_unpacks_lo_@var{m}} instruction pattern
3822 @item @samp{vec_unpacks_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_lo_@var{m}}
3823 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of signed
3824 integral or floating point elements.  The input vector (operand 1) has N
3825 elements of size S@.  Widen (promote) the high/low elements of the vector
3826 using signed or floating point extension and place the resulting N/2
3827 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
3829 @cindex @code{vec_unpacku_hi_@var{m}} instruction pattern
3830 @cindex @code{vec_unpacku_lo_@var{m}} instruction pattern
3831 @item @samp{vec_unpacku_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_lo_@var{m}}
3832 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of unsigned
3833 integral elements.  The input vector (operand 1) has N elements of size S.
3834 Widen (promote) the high/low elements of the vector using zero extension and
3835 place the resulting N/2 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
3837 @cindex @code{vec_unpacks_float_hi_@var{m}} instruction pattern
3838 @cindex @code{vec_unpacks_float_lo_@var{m}} instruction pattern
3839 @cindex @code{vec_unpacku_float_hi_@var{m}} instruction pattern
3840 @cindex @code{vec_unpacku_float_lo_@var{m}} instruction pattern
3841 @item @samp{vec_unpacks_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_float_lo_@var{m}}
3842 @itemx @samp{vec_unpacku_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_float_lo_@var{m}}
3843 Extract, convert to floating point type and widen the high/low part of a
3844 vector of signed/unsigned integral elements.  The input vector (operand 1)
3845 has N elements of size S@.  Convert the high/low elements of the vector using
3846 floating point conversion and place the resulting N/2 values of size 2*S in
3847 the output vector (operand 0).
3849 @cindex @code{vec_widen_umult_hi_@var{m}} instruction pattern
3850 @cindex @code{vec_widen_umult_lo__@var{m}} instruction pattern
3851 @cindex @code{vec_widen_smult_hi_@var{m}} instruction pattern
3852 @cindex @code{vec_widen_smult_lo_@var{m}} instruction pattern
3853 @item @samp{vec_widen_umult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_umult_lo_@var{m}}
3854 @itemx @samp{vec_widen_smult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_smult_lo_@var{m}}
3855 Signed/Unsigned widening multiplication.  The two inputs (operands 1 and 2)
3856 are vectors with N signed/unsigned elements of size S@.  Multiply the high/low
3857 elements of the two vectors, and put the N/2 products of size 2*S in the
3858 output vector (operand 0).
3860 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
3861 @item @samp{mulhisi3}
3862 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
3863 a @code{SImode} product in operand 0.
3865 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
3866 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
3867 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
3868 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
3870 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
3871 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
3872 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
3873 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
3874 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
3875 multiplication.
3877 @cindex @code{usmulqihi3} instruction pattern
3878 @cindex @code{usmulhisi3} instruction pattern
3879 @cindex @code{usmulsidi3} instruction pattern
3880 @item @samp{usmulqihi3}, @samp{usmulhisi3}, @samp{usmulsidi3}
3881 Similar widening-multiplication instructions that interpret the first
3882 operand as unsigned and the second operand as signed, then do a signed
3883 multiplication.
3885 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
3886 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
3887 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
3888 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
3889 The least significant half of the product is discarded.
3891 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
3892 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
3893 Similar, but the multiplication is unsigned.
3895 @cindex @code{madd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
3896 @item @samp{madd@var{m}@var{n}4}
3897 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, add
3898 operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
3899 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
3900 Both modes must be integer or fixed-point modes and @var{n} must be twice
3901 the size of @var{m}.
3903 In other words, @code{madd@var{m}@var{n}4} is like
3904 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also adds operand 3.
3906 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
3908 @cindex @code{umadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
3909 @item @samp{umadd@var{m}@var{n}4}
3910 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
3911 operands instead of sign-extending them.
3913 @cindex @code{ssmadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
3914 @item @samp{ssmadd@var{m}@var{n}4}
3915 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
3916 signed-saturating.
3918 @cindex @code{usmadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
3919 @item @samp{usmadd@var{m}@var{n}4}
3920 Like @code{umadd@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
3921 unsigned-saturating.
3923 @cindex @code{msub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
3924 @item @samp{msub@var{m}@var{n}4}
3925 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, subtract the
3926 result from operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
3927 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
3928 Both modes must be integer or fixed-point modes and @var{n} must be twice
3929 the size of @var{m}.
3931 In other words, @code{msub@var{m}@var{n}4} is like
3932 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also subtracts the result
3933 from operand 3.
3935 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
3937 @cindex @code{umsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
3938 @item @samp{umsub@var{m}@var{n}4}
3939 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
3940 operands instead of sign-extending them.
3942 @cindex @code{ssmsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
3943 @item @samp{ssmsub@var{m}@var{n}4}
3944 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
3945 signed-saturating.
3947 @cindex @code{usmsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
3948 @item @samp{usmsub@var{m}@var{n}4}
3949 Like @code{umsub@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
3950 unsigned-saturating.
3952 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
3953 @item @samp{divmod@var{m}4}
3954 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
3955 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
3956 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
3958 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
3959 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
3960 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
3961 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
3962 and remainder are computed.
3964 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
3965 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
3966 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
3967 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
3968 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
3970 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
3971 @item @samp{udivmod@var{m}4}
3972 Similar, but does unsigned division.
3974 @anchor{shift patterns}
3975 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
3976 @cindex @code{ssashl@var{m}3} instruction pattern
3977 @cindex @code{usashl@var{m}3} instruction pattern
3978 @item @samp{ashl@var{m}3}, @samp{ssashl@var{m}3}, @samp{usashl@var{m}3}
3979 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
3980 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
3981 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
3982 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
3983 mode before generating the instruction.  The meaning of out-of-range shift
3984 counts can optionally be specified by @code{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
3985 @xref{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.  Operand 2 is always a scalar type.
3987 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
3988 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
3989 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
3990 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
3991 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
3992 Other shift and rotate instructions, analogous to the
3993 @code{ashl@var{m}3} instructions.  Operand 2 is always a scalar type.
3995 @cindex @code{vashl@var{m}3} instruction pattern
3996 @cindex @code{vashr@var{m}3} instruction pattern
3997 @cindex @code{vlshr@var{m}3} instruction pattern
3998 @cindex @code{vrotl@var{m}3} instruction pattern
3999 @cindex @code{vrotr@var{m}3} instruction pattern
4000 @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}
4001 Vector shift and rotate instructions that take vectors as operand 2
4002 instead of a scalar type.
4004 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
4005 @cindex @code{ssneg@var{m}2} instruction pattern
4006 @cindex @code{usneg@var{m}2} instruction pattern
4007 @item @samp{neg@var{m}2}, @samp{ssneg@var{m}2}, @samp{usneg@var{m}2}
4008 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
4010 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
4011 @item @samp{abs@var{m}2}
4012 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
4014 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
4015 @item @samp{sqrt@var{m}2}
4016 Store the square root of operand 1 into operand 0.
4018 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
4019 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sqrtf}
4020 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4021 type @code{float}.
4023 @cindex @code{fmod@var{m}3} instruction pattern
4024 @item @samp{fmod@var{m}3}
4025 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
4026 operand 0, rounded towards zero to an integer.
4028 The @code{fmod} built-in function of C always uses the mode which
4029 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{fmodf}
4030 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4031 type @code{float}.
4033 @cindex @code{remainder@var{m}3} instruction pattern
4034 @item @samp{remainder@var{m}3}
4035 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
4036 operand 0, rounded to the nearest integer.
4038 The @code{remainder} built-in function of C always uses the mode
4039 which corresponds to the C data type @code{double} and the
4040 @code{remainderf} built-in function uses the mode which corresponds
4041 to the C data type @code{float}.
4043 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
4044 @item @samp{cos@var{m}2}
4045 Store the cosine of operand 1 into operand 0.
4047 The @code{cos} built-in function of C always uses the mode which
4048 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{cosf}
4049 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4050 type @code{float}.
4052 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
4053 @item @samp{sin@var{m}2}
4054 Store the sine of operand 1 into operand 0.
4056 The @code{sin} built-in function of C always uses the mode which
4057 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sinf}
4058 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4059 type @code{float}.
4061 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
4062 @item @samp{exp@var{m}2}
4063 Store the exponential of operand 1 into operand 0.
4065 The @code{exp} built-in function of C always uses the mode which
4066 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{expf}
4067 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4068 type @code{float}.
4070 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
4071 @item @samp{log@var{m}2}
4072 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.
4074 The @code{log} built-in function of C always uses the mode which
4075 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{logf}
4076 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4077 type @code{float}.
4079 @cindex @code{pow@var{m}3} instruction pattern
4080 @item @samp{pow@var{m}3}
4081 Store the value of operand 1 raised to the exponent operand 2
4082 into operand 0.
4084 The @code{pow} built-in function of C always uses the mode which
4085 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{powf}
4086 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4087 type @code{float}.
4089 @cindex @code{atan2@var{m}3} instruction pattern
4090 @item @samp{atan2@var{m}3}
4091 Store the arc tangent (inverse tangent) of operand 1 divided by
4092 operand 2 into operand 0, using the signs of both arguments to
4093 determine the quadrant of the result.
4095 The @code{atan2} built-in function of C always uses the mode which
4096 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{atan2f}
4097 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4098 type @code{float}.
4100 @cindex @code{floor@var{m}2} instruction pattern
4101 @item @samp{floor@var{m}2}
4102 Store the largest integral value not greater than argument.
4104 The @code{floor} built-in function of C always uses the mode which
4105 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{floorf}
4106 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4107 type @code{float}.
4109 @cindex @code{btrunc@var{m}2} instruction pattern
4110 @item @samp{btrunc@var{m}2}
4111 Store the argument rounded to integer towards zero.
4113 The @code{trunc} built-in function of C always uses the mode which
4114 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{truncf}
4115 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4116 type @code{float}.
4118 @cindex @code{round@var{m}2} instruction pattern
4119 @item @samp{round@var{m}2}
4120 Store the argument rounded to integer away from zero.
4122 The @code{round} built-in function of C always uses the mode which
4123 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{roundf}
4124 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4125 type @code{float}.
4127 @cindex @code{ceil@var{m}2} instruction pattern
4128 @item @samp{ceil@var{m}2}
4129 Store the argument rounded to integer away from zero.
4131 The @code{ceil} built-in function of C always uses the mode which
4132 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{ceilf}
4133 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4134 type @code{float}.
4136 @cindex @code{nearbyint@var{m}2} instruction pattern
4137 @item @samp{nearbyint@var{m}2}
4138 Store the argument rounded according to the default rounding mode
4140 The @code{nearbyint} built-in function of C always uses the mode which
4141 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{nearbyintf}
4142 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4143 type @code{float}.
4145 @cindex @code{rint@var{m}2} instruction pattern
4146 @item @samp{rint@var{m}2}
4147 Store the argument rounded according to the default rounding mode and
4148 raise the inexact exception when the result differs in value from
4149 the argument
4151 The @code{rint} built-in function of C always uses the mode which
4152 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{rintf}
4153 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4154 type @code{float}.
4156 @cindex @code{lrint@var{m}@var{n}2}
4157 @item @samp{lrint@var{m}@var{n}2}
4158 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4159 point mode @var{n} as a signed number according to the current
4160 rounding mode and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
4162 @cindex @code{lround@var{m}@var{n}2}
4163 @item @samp{lround@var{m}2}
4164 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4165 point mode @var{n} as a signed number rounding to nearest and away
4166 from zero and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
4168 @cindex @code{lfloor@var{m}@var{n}2}
4169 @item @samp{lfloor@var{m}2}
4170 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4171 point mode @var{n} as a signed number rounding down and store in
4172 operand 0 (which has mode @var{n}).
4174 @cindex @code{lceil@var{m}@var{n}2}
4175 @item @samp{lceil@var{m}2}
4176 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4177 point mode @var{n} as a signed number rounding up and store in
4178 operand 0 (which has mode @var{n}).
4180 @cindex @code{copysign@var{m}3} instruction pattern
4181 @item @samp{copysign@var{m}3}
4182 Store a value with the magnitude of operand 1 and the sign of operand
4183 2 into operand 0.
4185 The @code{copysign} built-in function of C always uses the mode which
4186 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{copysignf}
4187 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4188 type @code{float}.
4190 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
4191 @item @samp{ffs@var{m}2}
4192 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
4193 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
4194 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
4195 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
4196 generating the instruction.
4198 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
4199 corresponds to the C data type @code{int}.
4201 @cindex @code{clz@var{m}2} instruction pattern
4202 @item @samp{clz@var{m}2}
4203 Store into operand 0 the number of leading 0-bits in @var{x}, starting
4204 at the most significant bit position.  If @var{x} is 0, the
4205 @code{CLZ_DEFINED_VALUE_AT_ZERO} (@pxref{Misc}) macro defines if
4206 the result is undefined or has a useful value.
4207 @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
4208 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
4209 operand to that mode before generating the instruction.
4211 @cindex @code{ctz@var{m}2} instruction pattern
4212 @item @samp{ctz@var{m}2}
4213 Store into operand 0 the number of trailing 0-bits in @var{x}, starting
4214 at the least significant bit position.  If @var{x} is 0, the
4215 @code{CTZ_DEFINED_VALUE_AT_ZERO} (@pxref{Misc}) macro defines if
4216 the result is undefined or has a useful value.
4217 @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
4218 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
4219 operand to that mode before generating the instruction.
4221 @cindex @code{popcount@var{m}2} instruction pattern
4222 @item @samp{popcount@var{m}2}
4223 Store into operand 0 the number of 1-bits in @var{x}.  @var{m} is the
4224 mode of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
4225 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
4226 generating the instruction.
4228 @cindex @code{parity@var{m}2} instruction pattern
4229 @item @samp{parity@var{m}2}
4230 Store into operand 0 the parity of @var{x}, i.e.@: the number of 1-bits
4231 in @var{x} modulo 2.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode
4232 is specified by the instruction pattern, and the compiler will convert
4233 the operand to that mode before generating the instruction.
4235 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
4236 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
4237 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
4239 @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
4240 @item @samp{cmp@var{m}}
4241 Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
4242 The RTL pattern should look like this:
4244 @smallexample
4245 (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
4246                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
4247 @end smallexample
4249 @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
4250 @item @samp{tst@var{m}}
4251 Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
4252 The RTL pattern should look like this:
4254 @smallexample
4255 (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
4256 @end smallexample
4258 @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
4259 not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
4260 would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
4261 The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
4263 @cindex @code{movmem@var{m}} instruction pattern
4264 @item @samp{movmem@var{m}}
4265 Block move instruction.  The destination and source blocks of memory
4266 are the first two operands, and both are @code{mem:BLK}s with an
4267 address in mode @code{Pmode}.
4269 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
4270 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
4271 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
4272 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
4273 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
4274 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
4275 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
4277 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
4278 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
4279 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
4280 it may provide the value 4 for this operand.
4282 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
4283 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
4284 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
4285 all cases. This expected alignment is also in bytes, just like operand 4.
4286 Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
4288 Descriptions of multiple @code{movmem@var{m}} patterns can only be
4289 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
4290 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
4291 in @code{movmem@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
4292 individually moved data units in the block.
4294 These patterns need not give special consideration to the possibility
4295 that the source and destination strings might overlap.
4297 @cindex @code{movstr} instruction pattern
4298 @item @samp{movstr}
4299 String copy instruction, with @code{stpcpy} semantics.  Operand 0 is
4300 an output operand in mode @code{Pmode}.  The addresses of the
4301 destination and source strings are operands 1 and 2, and both are
4302 @code{mem:BLK}s with addresses in mode @code{Pmode}.  The execution of
4303 the expansion of this pattern should store in operand 0 the address in
4304 which the @code{NUL} terminator was stored in the destination string.
4306 @cindex @code{setmem@var{m}} instruction pattern
4307 @item @samp{setmem@var{m}}
4308 Block set instruction.  The destination string is the first operand,
4309 given as a @code{mem:BLK} whose address is in mode @code{Pmode}.  The
4310 number of bytes to set is the second operand, in mode @var{m}.  The value to
4311 initialize the memory with is the third operand. Targets that only support the
4312 clearing of memory should reject any value that is not the constant 0.  See
4313 @samp{movmem@var{m}} for a discussion of the choice of mode.
4315 The fourth operand is the known alignment of the destination, in the form
4316 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
4317 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
4318 operand.
4320 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
4321 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
4322 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
4323 all cases. This expected alignment is also in bytes, just like operand 4.
4324 Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
4326 The use for multiple @code{setmem@var{m}} is as for @code{movmem@var{m}}.
4328 @cindex @code{cmpstrn@var{m}} instruction pattern
4329 @item @samp{cmpstrn@var{m}}
4330 String compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
4331 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
4332 of @samp{movmem@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
4333 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
4334 string.  The instruction is not allowed to prefetch more than one byte
4335 at a time since either string may end in the first byte and reading past
4336 that may access an invalid page or segment and cause a fault.  The
4337 effect of the instruction is to store a value in operand 0 whose sign
4338 indicates the result of the comparison.
4340 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
4341 @item @samp{cmpstr@var{m}}
4342 String compare instruction, without known maximum length.  Operand 0 is the
4343 output; it has mode @var{m}.  The second and third operand are the blocks of
4344 memory to be compared; both are @code{mem:BLK} with an address in mode
4345 @code{Pmode}.
4347 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
4348 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
4349 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
4350 it may provide the value 4 for this operand.
4352 The two memory blocks specified are compared byte by byte in lexicographic
4353 order starting at the beginning of each string.  The instruction is not allowed
4354 to prefetch more than one byte at a time since either string may end in the
4355 first byte and reading past that may access an invalid page or segment and
4356 cause a fault.  The effect of the instruction is to store a value in operand 0
4357 whose sign indicates the result of the comparison.
4359 @cindex @code{cmpmem@var{m}} instruction pattern
4360 @item @samp{cmpmem@var{m}}
4361 Block compare instruction, with five operands like the operands
4362 of @samp{cmpstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
4363 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
4364 block.  Unlike @samp{cmpstr@var{m}} the instruction can prefetch
4365 any bytes in the two memory blocks.  The effect of the instruction is
4366 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
4367 comparison.
4369 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
4370 @item @samp{strlen@var{m}}
4371 Compute the length of a string, with three operands.
4372 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
4373 a @code{mem} referring to the first character of the string,
4374 operand 2 is the character to search for (normally zero),
4375 and operand 3 is a constant describing the known alignment
4376 of the beginning of the string.
4378 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
4379 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
4380 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
4381 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
4382 @var{n}).
4384 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
4385 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
4386 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
4387 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
4388 @var{n}).
4390 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
4391 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
4392 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4393 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
4394 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
4395 the value of operand 1 is an integer.
4397 If the machine description defines this pattern, it also needs to
4398 define the @code{ftrunc} pattern.
4400 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
4401 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
4402 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4403 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
4404 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
4405 value of operand 1 is an integer.
4407 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
4408 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
4409 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
4410 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
4411 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
4413 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
4414 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
4415 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
4416 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
4418 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
4419 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
4420 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
4421 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
4423 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
4424 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
4425 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4426 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4427 point or both floating point.
4429 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
4430 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
4431 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4432 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4433 point or both floating point.
4435 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
4436 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
4437 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4438 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4439 point.
4441 @cindex @code{fract@var{mn}2} instruction pattern
4442 @item @samp{fract@var{m}@var{n}2}
4443 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
4444 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
4445 could be fixed-point to fixed-point, signed integer to fixed-point,
4446 fixed-point to signed integer, floating-point to fixed-point,
4447 or fixed-point to floating-point.
4448 When overflows or underflows happen, the results are undefined.
4450 @cindex @code{satfract@var{mn}2} instruction pattern
4451 @item @samp{satfract@var{m}@var{n}2}
4452 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
4453 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
4454 could be fixed-point to fixed-point, signed integer to fixed-point,
4455 or floating-point to fixed-point.
4456 When overflows or underflows happen, the instruction saturates the
4457 results to the maximum or the minimum.
4459 @cindex @code{fractuns@var{mn}2} instruction pattern
4460 @item @samp{fractuns@var{m}@var{n}2}
4461 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
4462 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
4463 could be unsigned integer to fixed-point, or
4464 fixed-point to unsigned integer.
4465 When overflows or underflows happen, the results are undefined.
4467 @cindex @code{satfractuns@var{mn}2} instruction pattern
4468 @item @samp{satfractuns@var{m}@var{n}2}
4469 Convert unsigned integer operand 1 of mode @var{m} to fixed-point mode
4470 @var{n} and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
4471 When overflows or underflows happen, the instruction saturates the
4472 results to the maximum or the minimum.
4474 @cindex @code{extv} instruction pattern
4475 @item @samp{extv}
4476 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
4477 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
4478 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
4479 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
4480 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
4481 be valid for @code{word_mode}.
4483 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
4484 for operands 2 and 3 and the constant is never zero for operand 2.
4486 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
4487 before it is stored in operand 0.
4489 @cindex @code{extzv} instruction pattern
4490 @item @samp{extzv}
4491 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
4493 @cindex @code{insv} instruction pattern
4494 @item @samp{insv}
4495 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
4496 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
4497 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
4498 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
4499 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
4501 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
4502 for operands 1 and 2 and the constant is never zero for operand 1.
4504 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
4505 @item @samp{mov@var{mode}cc}
4506 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
4507 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
4508 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
4510 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
4511 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
4512 conditionally move an integer value based on the floating point condition
4513 codes and vice versa.
4515 If the machine does not have conditional move instructions, do not
4516 define these patterns.
4518 @cindex @code{add@var{mode}cc} instruction pattern
4519 @item @samp{add@var{mode}cc}
4520 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional addition.  Conditionally
4521 move operand 2 or (operands 2 + operand 3) into operand 0 according to the
4522 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved into
4523 operand 0, otherwise (operand 2 + operand 3) is moved.
4525 @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
4526 @item @samp{s@var{cond}}
4527 Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
4528 Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
4529 @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
4530 as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
4532 You specify the mode that the operand must have when you write the
4533 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
4534 which mode you have used and supplies an operand of that mode.
4536 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
4537 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
4538 you should omit it from the machine description.  You describe to the
4539 compiler exactly which value is stored by defining the macro
4540 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
4541 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
4542 should omit those operations from the machine description.
4544 These operations may fail, but should do so only in relatively
4545 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
4546 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
4548 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
4549 that copies the constant one to the target and branches around an
4550 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
4551 the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
4552 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
4553 @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
4554 the machine description.
4556 @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
4557 @item @samp{b@var{cond}}
4558 Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
4559 refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
4560 condition @var{cond}.
4562 Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
4563 instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
4564 case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
4565 simply store the operands away and generate all the required insns in a
4566 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
4567 branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
4568 immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
4569 pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
4571 Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
4572 where the mode used for the comparison depends on the condition being
4573 tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}.
4575 The above discussion also applies to the @samp{mov@var{mode}cc} and
4576 @samp{s@var{cond}} patterns.
4578 @cindex @code{cbranch@var{mode}4} instruction pattern
4579 @item @samp{cbranch@var{mode}4}
4580 Conditional branch instruction combined with a compare instruction.
4581 Operand 0 is a comparison operator.  Operand 1 and operand 2 are the
4582 first and second operands of the comparison, respectively.  Operand 3
4583 is a @code{label_ref} that refers to the label to jump to.
4585 @cindex @code{jump} instruction pattern
4586 @item @samp{jump}
4587 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
4588 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
4589 on all machines.
4591 @cindex @code{call} instruction pattern
4592 @item @samp{call}
4593 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
4594 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
4595 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
4596 operands.
4598 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
4599 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
4600 to put this information into the assembler code; they can put it in
4601 the RTL instead of operand 1.
4603 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
4604 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
4605 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
4606 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
4607 instruction, the pattern for this operation should be a
4608 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
4609 address into a register and uses that register in the call instruction.
4611 @cindex @code{call_value} instruction pattern
4612 @item @samp{call_value}
4613 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
4614 register in which the value is returned.  There are three more
4615 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
4616 instruction (but with numbers increased by one).
4618 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
4619 insn.
4621 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
4622 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
4623 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
4624 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
4625 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
4626 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
4627 adjustment made to the frame pointer.
4629 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
4630 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
4631 can be eliminated, if desired.
4633 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
4634 @item @samp{untyped_call}
4635 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
4636 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
4637 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
4638 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
4639 the saving of a function return value into the result block.
4641 This instruction pattern should be defined to support
4642 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
4643 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
4644 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
4645 multiple registers that can hold a return value
4646 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
4648 @cindex @code{return} instruction pattern
4649 @item @samp{return}
4650 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
4651 defined only if a single instruction can do all the work of returning
4652 from a function.
4654 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
4655 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
4656 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
4657 some class of functions only requires one instruction to implement a
4658 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
4659 to save any registers or allocate stack space.
4661 @findex reload_completed
4662 @findex leaf_function_p
4663 For such machines, the condition specified in this pattern should only
4664 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
4665 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
4666 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
4667 a register window push is required.
4669 Machines that have conditional return instructions should define patterns
4670 such as
4672 @smallexample
4673 (define_insn ""
4674   [(set (pc)
4675         (if_then_else (match_operator
4676                          0 "comparison_operator"
4677                          [(cc0) (const_int 0)])
4678                       (return)
4679                       (pc)))]
4680   "@var{condition}"
4681   "@dots{}")
4682 @end smallexample
4684 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
4685 named @samp{return} pattern.
4687 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
4688 @item @samp{untyped_return}
4689 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
4690 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
4691 instructions are needed to return a value of any type.
4693 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
4694 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
4695 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
4696 the restoring of a function return value from the result block.
4698 @cindex @code{nop} instruction pattern
4699 @item @samp{nop}
4700 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
4701 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
4702 RTL pattern.
4704 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
4705 @item @samp{indirect_jump}
4706 An instruction to jump to an address which is operand zero.
4707 This pattern name is mandatory on all machines.
4709 @cindex @code{casesi} instruction pattern
4710 @item @samp{casesi}
4711 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
4712 This instruction takes five operands:
4714 @enumerate
4715 @item
4716 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
4718 @item
4719 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
4721 @item
4722 The total range of indices in the table---the largest index
4723 minus the smallest one (both inclusive).
4725 @item
4726 A label that precedes the table itself.
4728 @item
4729 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
4730 @end enumerate
4732 The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
4733 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
4734 difference between the upper bound and the lower bound.
4736 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
4737 @item @samp{tablejump}
4738 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
4739 capability which can be used to implement a dispatch table when there
4740 is no @samp{casesi} pattern.
4742 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
4743 which should immediately precede the jump table.  If the macro
4744 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
4745 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
4746 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
4747 mode @code{Pmode}.
4749 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
4750 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
4751 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
4752 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
4755 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
4756 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
4757 Conditional branch instruction that decrements a register and
4758 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
4759 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
4760 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
4762 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
4763 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
4764 reduction is enabled.
4766 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
4767 @item @samp{doloop_end}
4768 Conditional branch instruction that decrements a register and jumps if
4769 the register is nonzero.  This instruction takes five operands: Operand
4770 0 is the register to decrement and test; operand 1 is the number of loop
4771 iterations as a @code{const_int} or @code{const0_rtx} if this cannot be
4772 determined until run-time; operand 2 is the actual or estimated maximum
4773 number of iterations as a @code{const_int}; operand 3 is the number of
4774 enclosed loops as a @code{const_int} (an innermost loop has a value of
4775 1); operand 4 is the label to jump to if the register is nonzero.
4776 @xref{Looping Patterns}.
4778 This optional instruction pattern should be defined for machines with
4779 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
4780 modify suitable loops to utilize it.  If nested low-overhead looping is
4781 not supported, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
4782 and make the pattern fail if operand 3 is not @code{const1_rtx}.
4783 Similarly, if the actual or estimated maximum number of iterations is
4784 too large for this instruction, make it fail.
4786 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
4787 @item @samp{doloop_begin}
4788 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
4789 need to perform some initialization, such as loading special registers
4790 used by a low-overhead looping instruction.  If initialization insns do
4791 not always need to be emitted, use a @code{define_expand}
4792 (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
4795 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
4796 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
4797 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
4798 into operand 0.
4800 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
4801 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
4802 and also has mode @code{Pmode}.
4804 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
4805 the address of the function which would be called if the function
4806 pointer were used in an indirect call.
4808 Only define this pattern if function pointers on the target machine
4809 can have different values but still call the same function when
4810 used in an indirect call.
4812 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
4813 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
4814 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
4815 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
4816 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
4817 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
4818 @item @samp{save_stack_block}
4819 @itemx @samp{save_stack_function}
4820 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
4821 @itemx @samp{restore_stack_block}
4822 @itemx @samp{restore_stack_function}
4823 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
4824 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
4825 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
4826 such machines.
4828 Some machines require special handling for stack pointer saves and
4829 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
4830 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
4831 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
4832 saves and restores are:
4834 @enumerate
4835 @item
4836 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
4837 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
4838 restores the stack pointer when the block is exited.
4840 @item
4841 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
4842 similar job for the outermost block of a function and are used when the
4843 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
4844 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
4845 restore sequence on some machines.
4847 @item
4848 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
4849 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
4850 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
4851 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
4852 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
4853 and restoring additional data such as register window information or
4854 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
4855 such required data.
4856 @end enumerate
4858 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
4859 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
4860 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
4861 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
4862 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
4863 for a particular type of save (either because no save is needed or
4864 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
4865 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
4866 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
4867 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
4869 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
4870 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
4871 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
4873 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
4874 @item @samp{allocate_stack}
4875 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
4876 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
4878 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
4879 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
4880 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
4881 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
4882 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
4883 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
4884 stack is free.
4886 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
4887 Some machines require other operations such as stack probes or
4888 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
4889 operations in addition to updating the stack pointer.
4891 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
4892 @item @samp{check_stack}
4893 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
4894 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
4895 to perform the needed check and signaling an error if the stack
4896 has overflowed.  The single operand is the location in the stack furthest
4897 from the current stack pointer that you need to validate.  Normally,
4898 on machines where this pattern is needed, you would obtain the stack
4899 limit from a global or thread-specific variable or register.
4901 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
4902 @item @samp{nonlocal_goto}
4903 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
4904 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
4905 each representing a value to be used in the jump.  The first
4906 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
4907 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
4908 the third is the address of a location where the stack is saved,
4909 and the last is the address of the label, to be placed in the
4910 location for the incoming static chain.
4912 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
4913 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
4914 and static chain, restore the stack (using the
4915 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
4916 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
4917 not work on your machine.
4919 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
4920 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
4921 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
4922 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
4923 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
4924 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
4925 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
4926 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
4927 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
4928 There are no arguments.
4930 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
4931 @item @samp{exception_receiver}
4932 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
4933 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
4934 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
4935 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
4936 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
4937 an exception.  There are no arguments.
4939 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
4940 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
4941 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
4942 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
4943 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
4944 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
4945 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
4946 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
4947 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
4948 the first three are normally used by the generic mechanism.
4950 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
4951 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
4952 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
4953 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
4954 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
4955 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
4956 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
4957 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
4958 at a small offset from that label.
4960 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
4961 @item @samp{builtin_longjmp}
4962 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
4963 You will not normally need to define this pattern unless you also define
4964 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
4965 @code{jmp_buf}.
4967 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
4968 @item @samp{eh_return}
4969 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
4970 and thence the call frame exception handling library routines, are
4971 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
4972 the abnormal return path.
4974 The address of the exception handler to which the function should return
4975 is passed as operand to this pattern.  It will normally need to copied by
4976 the pattern to some special register or memory location.
4977 If the pattern needs to determine the location of the target call
4978 frame in order to do so, it may use @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX},
4979 if defined; it will have already been assigned.
4981 If this pattern is not defined, the default action will be to simply
4982 copy the return address to @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX}.  Either
4983 that macro or this pattern needs to be defined if call frame exception
4984 handling is to be used.
4986 @cindex @code{prologue} instruction pattern
4987 @anchor{prologue instruction pattern}
4988 @item @samp{prologue}
4989 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
4990 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
4991 pointer register, saving callee saved registers, etc.
4993 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
4994 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
4996 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
4997 instruction scheduling.
4999 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
5000 @anchor{epilogue instruction pattern}
5001 @item @samp{epilogue}
5002 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
5003 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
5004 registers and emitting the return instruction.
5006 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
5007 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
5009 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
5010 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
5012 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
5013 @item @samp{sibcall_epilogue}
5014 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
5015 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
5016 sibling call (aka tail call) sites.
5018 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
5019 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
5020 function.
5022 @cindex @code{trap} instruction pattern
5023 @item @samp{trap}
5024 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
5025 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
5026 front end to signal `invalid array index' exceptions.
5028 @cindex @code{conditional_trap} instruction pattern
5029 @item @samp{conditional_trap}
5030 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
5031 performs a comparison.  Operand 1 is the trap code, an integer.
5033 A typical @code{conditional_trap} pattern looks like
5035 @smallexample
5036 (define_insn "conditional_trap"
5037   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
5038              [(cc0) (const_int 0)])
5039             (match_operand 1 "const_int_operand" "i"))]
5040   ""
5041   "@dots{}")
5042 @end smallexample
5044 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
5045 @item @samp{prefetch}
5047 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
5048 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
5049 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
5050 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
5051 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
5052 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
5053 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
5054 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
5055 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
5057 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
5058 the values of operands 1 and 2.
5060 @cindex @code{blockage} instruction pattern
5061 @item @samp{blockage}
5063 This pattern defines a pseudo insn that prevents the instruction
5064 scheduler from moving instructions across the boundary defined by the
5065 blockage insn.  Normally an UNSPEC_VOLATILE pattern.
5067 @cindex @code{memory_barrier} instruction pattern
5068 @item @samp{memory_barrier}
5070 If the target memory model is not fully synchronous, then this pattern
5071 should be defined to an instruction that orders both loads and stores
5072 before the instruction with respect to loads and stores after the instruction.
5073 This pattern has no operands.
5075 @cindex @code{sync_compare_and_swap@var{mode}} instruction pattern
5076 @item @samp{sync_compare_and_swap@var{mode}}
5078 This pattern, if defined, emits code for an atomic compare-and-swap
5079 operation.  Operand 1 is the memory on which the atomic operation is
5080 performed.  Operand 2 is the ``old'' value to be compared against the
5081 current contents of the memory location.  Operand 3 is the ``new'' value
5082 to store in the memory if the compare succeeds.  Operand 0 is the result
5083 of the operation; it should contain the contents of the memory
5084 before the operation.  If the compare succeeds, this should obviously be
5085 a copy of operand 2.
5087 This pattern must show that both operand 0 and operand 1 are modified.
5089 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
5090 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
5091 operation and all memory operations after the atomic operation occur
5092 after the atomic operation.
5094 For targets where the success or failure of the compare-and-swap
5095 operation is available via the status flags, it is possible
5096 to avoid a separate compare operation and issue the subsequent
5097 setcc or branch immediately after the compare-and-swap.  To this
5098 end, GCC will look for a @code{MODE_CC} set in the output of
5099 @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}; if the machine description
5100 includes such a set, the target should also define a special @code{cmpcc}
5101 instruction.  GCC will then be able to take the destination of the
5102 @code{MODE_CC} set and use it as the first operand of @code{cmpcc}.
5104 @cindex @code{sync_add@var{mode}} instruction pattern
5105 @cindex @code{sync_sub@var{mode}} instruction pattern
5106 @cindex @code{sync_ior@var{mode}} instruction pattern
5107 @cindex @code{sync_and@var{mode}} instruction pattern
5108 @cindex @code{sync_xor@var{mode}} instruction pattern
5109 @cindex @code{sync_nand@var{mode}} instruction pattern
5110 @item @samp{sync_add@var{mode}}, @samp{sync_sub@var{mode}}
5111 @itemx @samp{sync_ior@var{mode}}, @samp{sync_and@var{mode}}
5112 @itemx @samp{sync_xor@var{mode}}, @samp{sync_nand@var{mode}}
5114 These patterns emit code for an atomic operation on memory.
5115 Operand 0 is the memory on which the atomic operation is performed.
5116 Operand 1 is the second operand to the binary operator.
5118 The ``nand'' operation is @code{~op0 & op1}.
5120 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
5121 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
5122 operation and all memory operations after the atomic operation occur
5123 after the atomic operation.
5125 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
5126 from a compare-and-swap operation, if defined.
5128 @cindex @code{sync_old_add@var{mode}} instruction pattern
5129 @cindex @code{sync_old_sub@var{mode}} instruction pattern
5130 @cindex @code{sync_old_ior@var{mode}} instruction pattern
5131 @cindex @code{sync_old_and@var{mode}} instruction pattern
5132 @cindex @code{sync_old_xor@var{mode}} instruction pattern
5133 @cindex @code{sync_old_nand@var{mode}} instruction pattern
5134 @item @samp{sync_old_add@var{mode}}, @samp{sync_old_sub@var{mode}}
5135 @itemx @samp{sync_old_ior@var{mode}}, @samp{sync_old_and@var{mode}}
5136 @itemx @samp{sync_old_xor@var{mode}}, @samp{sync_old_nand@var{mode}}
5138 These patterns are emit code for an atomic operation on memory,
5139 and return the value that the memory contained before the operation.
5140 Operand 0 is the result value, operand 1 is the memory on which the
5141 atomic operation is performed, and operand 2 is the second operand
5142 to the binary operator.
5144 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
5145 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
5146 operation and all memory operations after the atomic operation occur
5147 after the atomic operation.
5149 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
5150 from a compare-and-swap operation, if defined.
5152 @cindex @code{sync_new_add@var{mode}} instruction pattern
5153 @cindex @code{sync_new_sub@var{mode}} instruction pattern
5154 @cindex @code{sync_new_ior@var{mode}} instruction pattern
5155 @cindex @code{sync_new_and@var{mode}} instruction pattern
5156 @cindex @code{sync_new_xor@var{mode}} instruction pattern
5157 @cindex @code{sync_new_nand@var{mode}} instruction pattern
5158 @item @samp{sync_new_add@var{mode}}, @samp{sync_new_sub@var{mode}}
5159 @itemx @samp{sync_new_ior@var{mode}}, @samp{sync_new_and@var{mode}}
5160 @itemx @samp{sync_new_xor@var{mode}}, @samp{sync_new_nand@var{mode}}
5162 These patterns are like their @code{sync_old_@var{op}} counterparts,
5163 except that they return the value that exists in the memory location
5164 after the operation, rather than before the operation.
5166 @cindex @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}} instruction pattern
5167 @item @samp{sync_lock_test_and_set@var{mode}}
5169 This pattern takes two forms, based on the capabilities of the target.
5170 In either case, operand 0 is the result of the operand, operand 1 is
5171 the memory on which the atomic operation is performed, and operand 2
5172 is the value to set in the lock.
5174 In the ideal case, this operation is an atomic exchange operation, in
5175 which the previous value in memory operand is copied into the result
5176 operand, and the value operand is stored in the memory operand.
5178 For less capable targets, any value operand that is not the constant 1
5179 should be rejected with @code{FAIL}.  In this case the target may use
5180 an atomic test-and-set bit operation.  The result operand should contain
5181 1 if the bit was previously set and 0 if the bit was previously clear.
5182 The true contents of the memory operand are implementation defined.
5184 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
5185 pattern as a whole acts as an acquire barrier, that is all memory
5186 operations after the pattern do not occur until the lock is acquired.
5188 If this pattern is not defined, the operation will be constructed from
5189 a compare-and-swap operation, if defined.
5191 @cindex @code{sync_lock_release@var{mode}} instruction pattern
5192 @item @samp{sync_lock_release@var{mode}}
5194 This pattern, if defined, releases a lock set by
5195 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}.  Operand 0 is the memory
5196 that contains the lock; operand 1 is the value to store in the lock.
5198 If the target doesn't implement full semantics for
5199 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}, any value operand which is not
5200 the constant 0 should be rejected with @code{FAIL}, and the true contents
5201 of the memory operand are implementation defined.
5203 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
5204 pattern as a whole acts as a release barrier, that is the lock is
5205 released only after all previous memory operations have completed.
5207 If this pattern is not defined, then a @code{memory_barrier} pattern
5208 will be emitted, followed by a store of the value to the memory operand.
5210 @cindex @code{stack_protect_set} instruction pattern
5211 @item @samp{stack_protect_set}
5213 This pattern, if defined, moves a @code{Pmode} value from the memory
5214 in operand 1 to the memory in operand 0 without leaving the value in
5215 a register afterward.  This is to avoid leaking the value some place
5216 that an attacker might use to rewrite the stack guard slot after
5217 having clobbered it.
5219 If this pattern is not defined, then a plain move pattern is generated.
5221 @cindex @code{stack_protect_test} instruction pattern
5222 @item @samp{stack_protect_test}
5224 This pattern, if defined, compares a @code{Pmode} value from the
5225 memory in operand 1 with the memory in operand 0 without leaving the
5226 value in a register afterward and branches to operand 2 if the values
5227 weren't equal.
5229 If this pattern is not defined, then a plain compare pattern and
5230 conditional branch pattern is used.
5232 @cindex @code{clear_cache} instruction pattern
5233 @item @samp{clear_cache}
5235 This pattern, if defined, flushes the instruction cache for a region of
5236 memory.  The region is bounded to by the Pmode pointers in operand 0
5237 inclusive and operand 1 exclusive.
5239 If this pattern is not defined, a call to the library function
5240 @code{__clear_cache} is used.
5242 @end table
5244 @end ifset
5245 @c Each of the following nodes are wrapped in separate
5246 @c "@ifset INTERNALS" to work around memory limits for the default
5247 @c configuration in older tetex distributions.  Known to not work:
5248 @c tetex-1.0.7, known to work: tetex-2.0.2.
5249 @ifset INTERNALS
5250 @node Pattern Ordering
5251 @section When the Order of Patterns Matters
5252 @cindex Pattern Ordering
5253 @cindex Ordering of Patterns
5255 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
5256 pattern that appears first in the machine description is the one used.
5257 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
5258 and faster instructions (those that will produce better code when they
5259 do match) should usually go first in the description.
5261 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
5262 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
5263 instruction for converting a fullword to floating point and another
5264 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
5265 an integer to floating point could match either one.  We put the
5266 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
5267 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
5268 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
5269 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
5270 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
5271 constant value.
5273 @end ifset
5274 @ifset INTERNALS
5275 @node Dependent Patterns
5276 @section Interdependence of Patterns
5277 @cindex Dependent Patterns
5278 @cindex Interdependence of Patterns
5280 Every machine description must have a named pattern for each of the
5281 conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
5282 must always have the form
5284 @smallexample
5285 (set (pc)
5286      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
5287                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
5288                    (pc)))
5289 @end smallexample
5291 @noindent
5292 In addition, every machine description must have an anonymous pattern
5293 for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
5294 look like
5296 @smallexample
5297 (set (pc)
5298      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
5299                    (pc)
5300                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
5301 @end smallexample
5303 @noindent
5304 They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
5305 branches into reverse-conditional branches.
5307 It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
5308 reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
5309 example,
5311 @smallexample
5312 (define_insn ""
5313   [(set (pc)
5314         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
5315                                       [(cc0) (const_int 0)])
5316                       (pc)
5317                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
5318   "@var{condition}"
5319   "@dots{}")
5320 @end smallexample
5322 In some cases machines support instructions identical except for the
5323 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
5324 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
5325 patterns are
5327 @smallexample
5328 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
5329      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
5331 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
5332      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
5333 @end smallexample
5335 @noindent
5336 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
5337 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
5338 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
5339 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
5340 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
5341 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
5343 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
5344 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
5345 compilations.
5347 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
5348 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
5349 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
5350 you should not provide separate patterns for increment and decrement
5351 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
5352 that supports register-register add insns by examining the operands and
5353 generating the appropriate machine instruction.
5355 @end ifset
5356 @ifset INTERNALS
5357 @node Jump Patterns
5358 @section Defining Jump Instruction Patterns
5359 @cindex jump instruction patterns
5360 @cindex defining jump instruction patterns
5362 For most machines, GCC assumes that the machine has a condition code.
5363 A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
5364 signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
5365 insn tests the condition code and branches or not according its value.
5366 The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
5367 common machines, such as the VAX, the 68000 and the 32000, work this
5368 way.
5370 Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
5371 only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
5372 these machines is to treat them just like the others until the final stage
5373 where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
5374 compare instruction, peek ahead at the following branch using
5375 @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
5376 being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
5377 the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
5378 otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
5379 can treat signed and unsigned branches identically.
5381 The reason you can do this is that GCC always generates a pair of
5382 consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
5383 set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
5384 until the end.
5386 To go with this technique, you must define the machine-description macro
5387 @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
5388 compare instruction is superfluous.
5390 Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
5391 A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
5392 compare instruction, record its operands in two static variables.  When
5393 outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
5394 output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
5396 It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
5397 In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
5398 will be combined according to these patterns.  But this does not happen
5399 if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
5400 above in addition to any special patterns you define.
5402 In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
5403 code and there may not even be a separate condition code register.  On
5404 these machines, the restriction that the definition and use of the
5405 condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
5406 important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
5407 delay for taken branches unless the condition code register is set three
5408 instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
5409 scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
5410 separate the definition and use of the condition code register.
5412 On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
5413 to represent the condition code.  If there is a specific condition code
5414 register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
5415 comparison result can be placed in any general register, or if there are
5416 multiple condition registers, use a pseudo register.
5418 @findex prev_cc0_setter
5419 @findex next_cc0_user
5420 On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
5421 the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
5422 SPARC, setting the condition code directly from an add or subtract
5423 instruction does not clear the overflow bit the way that a test
5424 instruction does, so a different branch instruction must be used for
5425 some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
5426 and use of the condition code must be adjacent (separated only by
5427 @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
5428 (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
5429 located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
5430 and @code{next_cc0_user}.
5432 However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
5433 those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
5434 compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
5435 we use the machine mode of the condition code register to record
5436 different formats of the condition code register.
5438 Registers used to store the condition code value should have a mode that
5439 is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
5440 additional modes are required (as for the add example mentioned above in
5441 the SPARC), define them in @file{@var{machine}-modes.def}
5442 (@pxref{Condition Code}).  Also define @code{SELECT_CC_MODE} to choose
5443 a mode given an operand of a compare.
5445 If it is known during RTL generation that a different mode will be
5446 required (for example, if the machine has separate compare instructions
5447 for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
5448 be specified at that time.
5450 If the cases that require different modes would be made by instruction
5451 combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
5452 mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
5453 written using that mode.  To support the case of the add on the SPARC
5454 discussed above, we have the pattern
5456 @smallexample
5457 (define_insn ""
5458   [(set (reg:CC_NOOV 0)
5459         (compare:CC_NOOV
5460           (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
5461                    (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
5462           (const_int 0)))]
5463   ""
5464   "@dots{}")
5465 @end smallexample
5467 The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the SPARC returns @code{CC_NOOVmode}
5468 for comparisons whose argument is a @code{plus}.
5470 @end ifset
5471 @ifset INTERNALS
5472 @node Looping Patterns
5473 @section Defining Looping Instruction Patterns
5474 @cindex looping instruction patterns
5475 @cindex defining looping instruction patterns
5477 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
5478 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
5479 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
5480 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
5481 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
5482 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
5483 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
5484 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
5485 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
5486 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
5487 the jump.
5489 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
5490 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
5491 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
5492 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
5493 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
5494 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
5495 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
5496 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
5497 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
5498 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
5499 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
5500 following for its @code{dbra} instruction:
5502 @smallexample
5503 @group
5504 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
5505   [(set (pc)
5506         (if_then_else
5507           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
5508                        (const_int -1))
5509               (const_int 0))
5510           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
5511           (pc)))
5512    (set (match_dup 0)
5513         (plus:SI (match_dup 0)
5514                  (const_int -1)))]
5515   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
5516   "@dots{}")
5517 @end group
5518 @end smallexample
5520 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
5521 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
5522 since this insn is generated by the instruction combination phase
5523 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
5524 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
5525 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
5526 pattern will not be matched by the combiner.
5528 @smallexample
5529 @group
5530 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
5531   [(set (pc)
5532         (if_then_else
5533           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
5534               (const_int 1))
5535           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
5536           (pc)))
5537    (set (match_dup 0)
5538         (plus:SI (match_dup 0)
5539                  (const_int -1)))]
5540   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
5541   "@dots{}")
5542 @end group
5543 @end smallexample
5545 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
5546 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
5547 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
5548 information collected during strength reduction.
5550 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
5551 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
5552 is an optional companion pattern that can be used for initialization
5553 needed for some low-overhead looping instructions.
5555 Note that some machines require the actual looping instruction to be
5556 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
5557 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
5558 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
5559 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
5560 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
5561 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
5562 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
5563 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
5564 desired special iteration counter register was not allocated, this
5565 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
5566 instruction pair.
5568 The essential difference between the
5569 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
5570 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
5571 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
5572 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
5573 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
5574 may become redundant and removed by the flow pass.
5577 @end ifset
5578 @ifset INTERNALS
5579 @node Insn Canonicalizations
5580 @section Canonicalization of Instructions
5581 @cindex canonicalization of instructions
5582 @cindex insn canonicalization
5584 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
5585 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
5586 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
5587 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
5588 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
5589 number of insn patterns required.
5591 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
5592 are performed:
5594 @itemize @bullet
5595 @item
5596 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
5597 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
5598 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
5599 be supplied.
5601 @item
5602 For associative operators, a sequence of operators will always chain
5603 to the left; for instance, only the left operand of an integer @code{plus}
5604 can itself be a @code{plus}.  @code{and}, @code{ior}, @code{xor},
5605 @code{plus}, @code{mult}, @code{smin}, @code{smax}, @code{umin}, and
5606 @code{umax} are associative when applied to integers, and sometimes to
5607 floating-point.
5609 @item
5610 @cindex @code{neg}, canonicalization of
5611 @cindex @code{not}, canonicalization of
5612 @cindex @code{mult}, canonicalization of
5613 @cindex @code{plus}, canonicalization of
5614 @cindex @code{minus}, canonicalization of
5615 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
5616 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
5617 first operand.
5619 @item
5620 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
5621 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
5622 the operations as far as possible.  For instance,
5623 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
5624 @code{(plus (mult (neg A) B) C)} is canonicalized as
5625 @code{(minus A (mult B C))}.
5627 @cindex @code{compare}, canonicalization of
5628 @item
5629 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
5630 on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
5631 machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
5632 a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
5633 cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
5634 matching a constant as the first operand unless the machine actually has
5635 such an instruction.
5637 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
5638 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
5639 above.
5641 @item
5642 @code{(ltu (plus @var{a} @var{b}) @var{b})} is converted to
5643 @code{(ltu (plus @var{a} @var{b}) @var{a})}. Likewise with @code{geu} instead
5644 of @code{ltu}.
5646 @item
5647 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
5648 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
5650 @item
5651 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
5652 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
5654 @cindex @code{ior}, canonicalization of
5655 @cindex @code{and}, canonicalization of
5656 @cindex De Morgan's law
5657 @item
5658 De Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
5659 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
5660 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
5662 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
5663 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
5664 for that instruction as
5666 @smallexample
5667 (define_insn ""
5668   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
5669         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
5670                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
5671   "@dots{}"
5672   "@dots{}")
5673 @end smallexample
5675 @noindent
5676 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
5678 @smallexample
5679 (define_insn ""
5680   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
5681         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
5682                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
5683   "@dots{}"
5684   "@dots{}")
5685 @end smallexample
5687 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
5688 logically equivalent RTL expressions.
5690 @cindex @code{xor}, canonicalization of
5691 @item
5692 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
5693 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
5694 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
5696 @item
5697 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
5698 the form
5700 @smallexample
5701 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
5702 @end smallexample
5704 @item
5705 On machines that do not use @code{cc0},
5706 @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
5707 @var{x}.
5709 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
5710 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
5711 @item
5712 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
5713 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
5714 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
5716 @end itemize
5718 Further canonicalization rules are defined in the function
5719 @code{commutative_operand_precedence} in @file{gcc/rtlanal.c}.
5721 @end ifset
5722 @ifset INTERNALS
5723 @node Expander Definitions
5724 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
5725 @cindex expander definitions
5726 @cindex code generation RTL sequences
5727 @cindex defining RTL sequences for code generation
5729 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
5730 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
5731 represent them.  For these target machines, you can write a
5732 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
5734 @findex define_expand
5735 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
5736 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
5737 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
5739 A @code{define_expand} RTX has four operands:
5741 @itemize @bullet
5742 @item
5743 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
5744 use for it is to refer to it by name.
5746 @item
5747 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
5748 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
5749 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
5751 @item
5752 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
5753 used to express how the availability of this pattern depends on
5754 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
5755 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
5756 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
5757 depend on the data in the insn being matched, but only the
5758 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
5759 during initialization in order to learn exactly which named instructions
5760 are available in a particular run.
5762 @item
5763 The preparation statements, a string containing zero or more C
5764 statements which are to be executed before RTL code is generated from
5765 the RTL template.
5767 Usually these statements prepare temporary registers for use as
5768 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
5769 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
5770 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
5771 @end itemize
5773 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
5774 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
5775 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
5778 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
5779 also describes the operands that need to be specified when this pattern
5780 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
5782 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
5783 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
5784 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
5785 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
5786 information to preload the operand into a register if that is required for
5787 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
5788 references should use @code{match_dup}.
5790 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
5791 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
5792 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
5793 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
5794 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
5795 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
5796 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
5797 compute the values and store them into the appropriate elements of
5798 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
5800 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
5801 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
5802 as a statement.
5804 @table @code
5806 @findex DONE
5807 @item DONE
5808 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
5809 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
5810 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
5811 preparation statements; the RTL template will not be generated.
5813 @findex FAIL
5814 @item FAIL
5815 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
5816 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
5817 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
5819 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
5820 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
5821 operations.
5822 @end table
5824 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
5825 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
5826 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
5827 insn.
5829 The RTL template is not used for matching, only for generating the
5830 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
5831 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
5832 list of operands, such as this example:
5834 @smallexample
5835 @group
5836 (define_expand "addsi3"
5837   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5838    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
5839    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
5840 @end group
5841 @group
5842   ""
5843   "
5845   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
5846   DONE;
5847 @}")
5848 @end group
5849 @end smallexample
5851 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
5853 @smallexample
5854 @group
5855 (define_expand "ashlsi3"
5856   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5857         (ashift:SI
5858 @end group
5859 @group
5860           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
5861           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
5862   ""
5863   "
5864 @end group
5865 @end smallexample
5867 @smallexample
5868 @group
5870   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
5871       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
5872     FAIL;
5873 @}")
5874 @end group
5875 @end smallexample
5877 @noindent
5878 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
5879 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
5880 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
5881 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
5882 library call).
5884 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
5885 patterns with names, then it would be possible to use a
5886 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
5887 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
5889 @smallexample
5890 (define_expand "zero_extendhisi2"
5891   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
5892         (const_int 0))
5893    (set (strict_low_part
5894           (subreg:HI
5895             (match_dup 0)
5896             0))
5897         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
5898   ""
5899   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
5900 @end smallexample
5902 @noindent
5903 @findex make_safe_from
5904 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
5905 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
5906 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
5907 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
5908 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
5909 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
5910 by emitting another RTL insn.
5912 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
5913 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
5914 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
5915 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
5916 on this machine.  So it must be copied into a register with
5917 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
5919 @smallexample
5920 (define_expand "zero_extendhisi2"
5921   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5922         (and:SI (subreg:SI
5923                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
5924                   0)
5925                 (match_dup 2)))]
5926   ""
5927   "operands[2]
5928      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
5929 @end smallexample
5931 @emph{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
5932 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
5933 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
5934 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
5935 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
5936 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
5937 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
5938 in the compiler.
5940 @end ifset
5941 @ifset INTERNALS
5942 @node Insn Splitting
5943 @section Defining How to Split Instructions
5944 @cindex insn splitting
5945 @cindex instruction splitting
5946 @cindex splitting instructions
5948 There are two cases where you should specify how to split a pattern
5949 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
5950 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
5951 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
5952 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
5953 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
5954 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
5955 cannot be placed into a delay slot.
5957 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
5958 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
5959 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
5960 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
5961 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
5962 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
5963 scheduling.
5965 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
5966 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
5967 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
5968 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
5969 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
5970 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
5971 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
5972 split the addition into two insns is machine-dependent.
5974 @findex define_split
5975 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
5976 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
5978 @smallexample
5979 (define_split
5980   [@var{insn-pattern}]
5981   "@var{condition}"
5982   [@var{new-insn-pattern-1}
5983    @var{new-insn-pattern-2}
5984    @dots{}]
5985   "@var{preparation-statements}")
5986 @end smallexample
5988 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
5989 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
5990 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
5991 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
5992 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
5993 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
5995 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
5996 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
5997 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
5998 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
5999 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
6000 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
6001 must not allocate any space in the stack frame.
6003 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
6004 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
6005 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
6006 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
6007 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
6008 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
6009 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
6010 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
6011 of those definitions.
6013 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
6014 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
6015 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
6017 @smallexample
6018 (define_split
6019   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
6020         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
6021   ""
6022   [(set (match_dup 0)
6023         (ashift:SI (match_dup 1)
6024                    (const_int 16)))
6025    (set (match_dup 0)
6026         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
6027                      (const_int 16)))]
6028   "
6029 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
6030 @end smallexample
6032 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
6033 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
6034 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
6035 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
6036 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
6037 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
6038 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
6039 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
6040 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
6041 @code{define_split} that will never produce insns that match).
6043 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
6044 @file{rs6000.md}:
6046 @smallexample
6047 (define_split
6048   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
6049         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
6050                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
6051   ""
6052   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
6053    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
6056   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
6057   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
6059   if (low & 0x8000)
6060     high++, low |= 0xffff0000;
6062   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
6063   operands[4] = GEN_INT (low);
6064 @}")
6065 @end smallexample
6067 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
6068 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
6069 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
6070 can be substituted into the address of a subsequent operation.
6072 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
6073 an equality comparison of a register and a large constant:
6075 @smallexample
6076 (define_split
6077   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
6078         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
6079                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
6080    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
6081   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
6082    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
6083        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
6084   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
6085    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
6086   "
6088   /* @r{Get the constant we are comparing against, C, and see what it
6089      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
6090      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.}  */
6092   int c = INTVAL (operands[2]);
6093   int sextc = (c << 16) >> 16;
6094   int xorv = c ^ sextc;
6096   operands[4] = GEN_INT (xorv);
6097   operands[5] = GEN_INT (sextc);
6098 @}")
6099 @end smallexample
6101 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
6102 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
6103 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
6104 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
6105 are not valid.
6107 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
6108 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
6109 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
6110 several restriction apply.
6112 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
6113 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
6114 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
6115 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
6116 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
6117 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump.  A global variable
6118 @code{split_branch_probability} holds the probability of the original branch in case
6119 it was an simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
6120 recomputing of edge frequencies, the new sequence is required to have only
6121 forward jumps to the newly created labels.
6123 @findex define_insn_and_split
6124 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
6125 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
6126 this:
6128 @smallexample
6129 (define_insn_and_split
6130   [@var{insn-pattern}]
6131   "@var{condition}"
6132   "@var{output-template}"
6133   "@var{split-condition}"
6134   [@var{new-insn-pattern-1}
6135    @var{new-insn-pattern-2}
6136    @dots{}]
6137   "@var{preparation-statements}"
6138   [@var{insn-attributes}])
6140 @end smallexample
6142 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
6143 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
6144 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
6145 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
6146 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
6147 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
6148 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
6149 from i386.md:
6151 @smallexample
6152 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
6153   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
6154      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
6155    (clobber (reg:CC 17))]
6156   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
6157   "#"
6158   "&& reload_completed"
6159   [(parallel [(set (match_dup 0)
6160                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
6161               (clobber (reg:CC 17))])]
6162   ""
6163   [(set_attr "type" "alu1")])
6165 @end smallexample
6167 In this case, the actual split condition will be
6168 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
6170 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
6171 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
6172 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
6173 having to ensure the two patterns' templates match.
6175 @end ifset
6176 @ifset INTERNALS
6177 @node Including Patterns
6178 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
6179 @cindex insn includes
6181 @findex include
6182 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
6183 look for patterns that are in files other than in the file
6184 @file{.md}.  This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
6186 It looks like:
6188 @smallexample
6190 (include
6191   @var{pathname})
6192 @end smallexample
6194 For example:
6196 @smallexample
6198 (include "filestuff")
6200 @end smallexample
6202 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
6203 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}.  The
6204 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
6207 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
6208 and placed into subdirectories.
6210 By specifying:
6212 @smallexample
6214 (include "BOGUS/filestuff")
6216 @end smallexample
6218 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
6220 Specifying an absolute path for the include file such as;
6221 @smallexample
6223 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
6225 @end smallexample
6226 is permitted but is not encouraged.
6228 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
6229 @cindex directory options .md
6230 @cindex options, directory search
6231 @cindex search options
6233 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
6234 For example:
6236 @smallexample
6238 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
6240 @end smallexample
6243 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
6244 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
6245 file, substituting your own version, since these directories are
6246 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
6247 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
6248 order; the standard default directory come after.
6251 @end ifset
6252 @ifset INTERNALS
6253 @node Peephole Definitions
6254 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
6255 @cindex peephole optimizer definitions
6256 @cindex defining peephole optimizers
6258 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
6259 definitions of machine-specific peephole optimizations.
6261 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
6262 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
6263 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
6264 though the second one does not appear to use a register computed in the
6265 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
6266 opportunities.
6268 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
6269 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
6270 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
6271 is deprecated.
6273 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
6274 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
6275 but before scheduling, which may result in much better code for
6276 targets that do scheduling.
6278 @menu
6279 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
6280 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
6281 @end menu
6283 @end ifset
6284 @ifset INTERNALS
6285 @node define_peephole
6286 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
6287 @findex define_peephole
6289 @need 1000
6290 A definition looks like this:
6292 @smallexample
6293 (define_peephole
6294   [@var{insn-pattern-1}
6295    @var{insn-pattern-2}
6296    @dots{}]
6297   "@var{condition}"
6298   "@var{template}"
6299   "@var{optional-insn-attributes}")
6300 @end smallexample
6302 @noindent
6303 The last string operand may be omitted if you are not using any
6304 machine-specific information in this machine description.  If present,
6305 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
6307 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
6308 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
6309 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
6310 the next, and so on.
6312 Each of the insns matched by a peephole must also match a
6313 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
6314 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
6315 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
6316 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
6317 stages.
6319 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
6320 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
6321 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
6322 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
6323 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
6324 other.
6326 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
6327 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
6328 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
6329 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
6330 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
6332 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
6333 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
6334 previously tested.
6336 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
6337 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
6338 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
6339 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
6340 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
6341 patterns.
6343 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
6344 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
6345 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
6346 the operands.
6348 @findex prev_active_insn
6349 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
6350 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
6351 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
6352 to refer to the last of the insns being matched; use
6353 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
6355 @findex dead_or_set_p
6356 When optimizing computations with intermediate results, you can use
6357 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
6358 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
6359 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
6360 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
6361 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
6362 value (from @code{operands[@var{i}]}).
6364 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
6365 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
6366 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
6367 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
6368 used in matching the original sequence of insns.
6370 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
6371 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
6372 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
6373 as the insn pattern to control how the insn is output.
6375 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
6376 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
6378 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
6380 @smallexample
6381 (define_peephole
6382   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
6383    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
6384         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
6385   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
6387   rtx xoperands[2];
6388   xoperands[1] = gen_rtx_REG (SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
6389 #ifdef MOTOROLA
6390   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
6391   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
6392   return "fmove.d (sp)+,%0";
6393 #else
6394   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
6395   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
6396   return "fmoved sp@@+,%0";
6397 #endif
6399 @end smallexample
6401 @need 1000
6402 The effect of this optimization is to change
6404 @smallexample
6405 @group
6406 jbsr _foobar
6407 addql #4,sp
6408 movel d1,sp@@-
6409 movel d0,sp@@-
6410 fmoved sp@@+,fp0
6411 @end group
6412 @end smallexample
6414 @noindent
6415 into
6417 @smallexample
6418 @group
6419 jbsr _foobar
6420 movel d1,sp@@
6421 movel d0,sp@@-
6422 fmoved sp@@+,fp0
6423 @end group
6424 @end smallexample
6426 @ignore
6427 @findex CC_REVERSED
6428 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
6429 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
6430 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
6431 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
6432 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
6433 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
6434 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
6435 and in this C code check the condition code status flags and change the
6436 assembler code as appropriate.
6437 @end ignore
6439 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
6440 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
6441 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
6442 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
6443 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
6444 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
6445 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
6446 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
6447 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
6449 @smallexample
6450 (define_insn "divmodsi4"
6451   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
6452         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
6453                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
6454    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
6455         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
6456   "TARGET_68020"
6457   "divsl%.l %2,%3:%0")
6458 @end smallexample
6460 @noindent
6461 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
6463 @smallexample
6464 (define_peephole
6465   [@dots{}
6466    (parallel
6467     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
6468           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
6469                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
6470      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
6471           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
6472    @dots{}]
6473   @dots{})
6474 @end smallexample
6476 @end ifset
6477 @ifset INTERNALS
6478 @node define_peephole2
6479 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
6480 @findex define_peephole2
6482 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
6483 substitute one sequence of instructions for another sequence,
6484 what additional scratch registers may be needed and what their
6485 lifetimes must be.
6487 @smallexample
6488 (define_peephole2
6489   [@var{insn-pattern-1}
6490    @var{insn-pattern-2}
6491    @dots{}]
6492   "@var{condition}"
6493   [@var{new-insn-pattern-1}
6494    @var{new-insn-pattern-2}
6495    @dots{}]
6496   "@var{preparation-statements}")
6497 @end smallexample
6499 The definition is almost identical to @code{define_split}
6500 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
6501 single instruction, but a sequence of instructions.
6503 It is possible to request additional scratch registers for use in the
6504 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
6505 will simply not match.
6507 @findex match_scratch
6508 @findex match_dup
6509 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
6510 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
6511 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
6512 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
6513 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
6514 at which the register must be available.
6516 Here is an example from the IA-32 machine description:
6518 @smallexample
6519 (define_peephole2
6520   [(match_scratch:SI 2 "r")
6521    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
6522                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
6523                      [(match_dup 0)
6524                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
6525               (clobber (reg:CC 17))])]
6526   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
6527   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
6528    (parallel [(set (match_dup 0)
6529                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
6530               (clobber (reg:CC 17))])]
6531   "")
6532 @end smallexample
6534 @noindent
6535 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
6536 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
6537 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
6538 to be live only at the point just before the arithmetic.
6540 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
6541 so here's a silly made-up example:
6543 @smallexample
6544 (define_peephole2
6545   [(match_scratch:SI 4 "r")
6546    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
6547    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
6548    (match_dup 4)
6549    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
6550   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
6551   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
6552    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
6553    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
6554    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
6555   "")
6556 @end smallexample
6558 @noindent
6559 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
6560 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
6561 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
6563 @end ifset
6564 @ifset INTERNALS
6565 @node Insn Attributes
6566 @section Instruction Attributes
6567 @cindex insn attributes
6568 @cindex instruction attributes
6570 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
6571 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
6572 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
6573 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
6574 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
6575 to track the condition codes.
6577 @menu
6578 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
6579 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
6580 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
6581 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
6582 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
6583 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
6584 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
6585 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
6586 @end menu
6588 @end ifset
6589 @ifset INTERNALS
6590 @node Defining Attributes
6591 @subsection Defining Attributes and their Values
6592 @cindex defining attributes and their values
6593 @cindex attributes, defining
6595 @findex define_attr
6596 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
6597 by the target machine.  It looks like:
6599 @smallexample
6600 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
6601 @end smallexample
6603 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
6605 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
6606 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
6607 indicate that the attribute takes numeric values.
6609 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
6610 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
6611 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
6612 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
6613 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
6615 @findex insn-attr.h
6616 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
6617 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
6618 specified for an attribute, the following are defined:
6620 @itemize @bullet
6621 @item
6622 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
6624 @item
6625 An enumerated class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
6626 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
6627 the attribute name and value are first converted to uppercase.
6629 @item
6630 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
6631 returns the attribute value for that insn.
6632 @end itemize
6634 For example, if the following is present in the @file{md} file:
6636 @smallexample
6637 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
6638 @end smallexample
6640 @noindent
6641 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
6643 @smallexample
6644 #define HAVE_ATTR_type
6645 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
6646                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
6647 extern enum attr_type get_attr_type ();
6648 @end smallexample
6650 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
6651 defined and the function to obtain the attribute's value will return
6652 @code{int}.
6654 There are attributes which are tied to a specific meaning.  These
6655 attributes are not free to use for other purposes:
6657 @table @code
6658 @item length
6659 The @code{length} attribute is used to calculate the length of emitted
6660 code chunks.  This is especially important when verifying branch
6661 distances. @xref{Insn Lengths}.
6663 @item enabled
6664 The @code{enabled} attribute can be defined to prevent certain
6665 alternatives of an insn definition from being used during code
6666 generation. @xref{Disable Insn Alternatives}.
6668 @end table
6670 @end ifset
6671 @ifset INTERNALS
6672 @node Expressions
6673 @subsection Attribute Expressions
6674 @cindex attribute expressions
6676 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
6677 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
6678 Attribute value expressions must have one of the following forms:
6680 @table @code
6681 @cindex @code{const_int} and attributes
6682 @item (const_int @var{i})
6683 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
6684 must be non-negative.
6686 The value of a numeric attribute can be specified either with a
6687 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
6688 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
6689 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
6690 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
6692 @cindex @code{const_string} and attributes
6693 @item (const_string @var{value})
6694 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
6695 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
6696 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
6697 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
6698 of a @code{define_attr}.
6700 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
6701 must be a string containing a non-negative integer (normally
6702 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
6703 contain one of the valid values for the attribute.
6705 @cindex @code{if_then_else} and attributes
6706 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
6707 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
6708 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
6709 otherwise it is @var{false-value}.
6711 @cindex @code{cond} and attributes
6712 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
6713 The first operand of this expression is a vector containing an even
6714 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
6715 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
6716 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
6717 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
6718 expression is that of the @var{default} expression.
6719 @end table
6721 @var{test} expressions can have one of the following forms:
6723 @table @code
6724 @cindex @code{const_int} and attribute tests
6725 @item (const_int @var{i})
6726 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
6728 @cindex @code{not} and attributes
6729 @cindex @code{ior} and attributes
6730 @cindex @code{and} and attributes
6731 @item (not @var{test})
6732 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
6733 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
6734 These tests are true if the indicated logical function is true.
6736 @cindex @code{match_operand} and attributes
6737 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
6738 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
6739 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
6740 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
6741 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
6742 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
6743 string).
6745 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
6747 @cindex @code{le} and attributes
6748 @cindex @code{leu} and attributes
6749 @cindex @code{lt} and attributes
6750 @cindex @code{gt} and attributes
6751 @cindex @code{gtu} and attributes
6752 @cindex @code{ge} and attributes
6753 @cindex @code{geu} and attributes
6754 @cindex @code{ne} and attributes
6755 @cindex @code{eq} and attributes
6756 @cindex @code{plus} and attributes
6757 @cindex @code{minus} and attributes
6758 @cindex @code{mult} and attributes
6759 @cindex @code{div} and attributes
6760 @cindex @code{mod} and attributes
6761 @cindex @code{abs} and attributes
6762 @cindex @code{neg} and attributes
6763 @cindex @code{ashift} and attributes
6764 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
6765 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
6766 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
6767 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
6768 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
6769 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
6770 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
6771 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
6772 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
6773 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
6774 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
6775 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
6776 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
6777 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
6778 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
6779 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
6780 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
6782 @findex get_attr
6783 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
6784 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
6785 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
6786 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
6787 variable.
6789 @findex eq_attr
6790 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
6791 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
6793 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
6794 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
6795 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
6796 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
6797 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
6798 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
6799 @emph{not} in the specified list.
6801 For example,
6803 @smallexample
6804 (eq_attr "type" "load,store")
6805 @end smallexample
6807 @noindent
6808 is equivalent to
6810 @smallexample
6811 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
6812 @end smallexample
6814 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
6815 value of the compiler variable @code{which_alternative}
6816 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
6817 example,
6819 @smallexample
6820 (eq_attr "alternative" "2,3")
6821 @end smallexample
6823 @noindent
6824 is equivalent to
6826 @smallexample
6827 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
6828      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
6829 @end smallexample
6831 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
6832 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
6833 a particular pattern.  This is by far the most common case.
6835 @findex attr_flag
6836 @item (attr_flag @var{name})
6837 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
6838 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
6839 scheduled.
6841 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
6842 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
6843 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
6844 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
6845 if a conditional branch is expected to be taken.
6847 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
6848 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
6850 This example describes a conditional branch delay slot which
6851 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
6852 for backward branches which are not taken (annul-false).
6854 @smallexample
6855 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
6856   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
6857    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
6858         (attr_flag "forward"))
6859    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
6860         (attr_flag "backward"))])
6861 @end smallexample
6863 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
6864 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
6866 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
6867 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
6868 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
6869 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
6871 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
6872 meaning to other passes of the compiler.
6874 @findex attr
6875 @item (attr @var{name})
6876 The value of another attribute is returned.  This is most useful
6877 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
6878 produce more efficient code for non-numeric attributes.
6879 @end table
6881 @end ifset
6882 @ifset INTERNALS
6883 @node Tagging Insns
6884 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
6885 @cindex tagging insns
6886 @cindex assigning attribute values to insns
6888 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
6889 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
6890 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
6891 have an optional last argument to specify the values of attributes for
6892 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
6893 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
6894 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
6895 permits the specification of the values for only one or two attributes
6896 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
6897 next section.
6899 The optional last argument of @code{define_insn} and
6900 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
6901 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
6902 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
6903 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
6904 second operand of the @code{set} is an attribute expression
6905 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
6907 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
6908 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
6909 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
6910 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
6911 each alternative.
6913 @findex set_attr
6914 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
6915 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
6916 specifying a string giving either a single attribute value or a list
6917 of attribute values, one for each alternative.
6919 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
6920 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
6922 @table @code
6923 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
6924 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
6925 or a string containing a comma-separated list giving the values for
6926 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
6927 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
6929 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
6930 which case the attribute will assume its default value for insns matching
6931 that alternative.
6933 @findex set_attr_alternative
6934 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
6935 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
6936 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
6937 tests on the @samp{alternative} attribute.
6939 @findex attr
6940 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
6941 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
6942 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
6943 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
6944 @end table
6946 The following shows three different ways of representing the same
6947 attribute value specification:
6949 @smallexample
6950 (set_attr "type" "load,store,arith")
6952 (set_attr_alternative "type"
6953                       [(const_string "load") (const_string "store")
6954                        (const_string "arith")])
6956 (set (attr "type")
6957      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
6958             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
6959            (const_string "arith")))
6960 @end smallexample
6962 @need 1000
6963 @findex define_asm_attributes
6964 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
6965 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
6966 statement.  It has the form:
6968 @smallexample
6969 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
6970 @end smallexample
6972 @noindent
6973 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
6974 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
6976 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
6977 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
6979 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
6980 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
6981 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
6982 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
6983 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
6984 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
6985 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
6986 of a single machine instruction.
6988 @end ifset
6989 @ifset INTERNALS
6990 @node Attr Example
6991 @subsection Example of Attribute Specifications
6992 @cindex attribute specifications example
6993 @cindex attribute specifications
6995 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
6996 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
6997 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
6998 value.  This attribute is normally used only to define the default value
6999 for other attributes.  An example will clarify this usage.
7001 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
7002 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
7003 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
7004 operations, floating point operations, and branches.
7006 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
7007 the condition code and will limit ourselves to the following possible
7008 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
7009 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
7010 changed if the item previously set into the condition code has been
7011 modified.
7013 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
7015 @smallexample
7016 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
7018 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
7019              (cond [(eq_attr "type" "load")
7020                         (const_string "change0")
7021                     (eq_attr "type" "store,branch")
7022                         (const_string "unchanged")
7023                     (eq_attr "type" "arith")
7024                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
7025                                       (const_string "set")
7026                                       (const_string "clobber"))]
7027                    (const_string "clobber")))
7029 (define_insn ""
7030   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
7031         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
7032   ""
7033   "@@
7034    move %0,%1
7035    load %0,%1
7036    store %0,%1"
7037   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
7038 @end smallexample
7040 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
7041 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
7042 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
7043 full-word result.
7045 @end ifset
7046 @ifset INTERNALS
7047 @node Insn Lengths
7048 @subsection Computing the Length of an Insn
7049 @cindex insn lengths, computing
7050 @cindex computing the length of an insn
7052 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
7053 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
7054 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
7055 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @code{length}
7056 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
7057 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
7059 In the case of the @code{length} attribute, two additional forms of
7060 arithmetic terms are allowed in test expressions:
7062 @table @code
7063 @cindex @code{match_dup} and attributes
7064 @item (match_dup @var{n})
7065 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
7066 must be a @code{label_ref}.
7068 @cindex @code{pc} and attributes
7069 @item (pc)
7070 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
7071 been more consistent with other usage to make this the address of the
7072 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
7073 current insn is to be computed.
7074 @end table
7076 @cindex @code{addr_vec}, length of
7077 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
7078 For normal insns, the length will be determined by value of the
7079 @code{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
7080 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
7081 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
7083 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
7085 The following macros can be used to refine the length computation:
7087 @table @code
7088 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
7089 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
7090 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
7091 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
7092 that contains the initially computed length of the insn and should be
7093 updated with the correct length of the insn.
7095 This macro will normally not be required.  A case in which it is
7096 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
7097 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
7098 may be required.
7099 @end table
7101 @findex get_attr_length
7102 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
7103 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
7104 determine the form of the branch instruction to be written, as the
7105 example below illustrates.
7107 As an example of the specification of variable-length branches, consider
7108 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
7109 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
7110 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
7111 sequence to load the address from memory and then branch to it.
7113 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
7114 as follows:
7116 @smallexample
7117 (define_insn "jump"
7118   [(set (pc)
7119         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
7120   ""
7122    return (get_attr_length (insn) == 4
7123            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
7125   [(set (attr "length")
7126         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
7127                       (const_int 4)
7128                       (const_int 6)))])
7129 @end smallexample
7131 @end ifset
7132 @ifset INTERNALS
7133 @node Constant Attributes
7134 @subsection Constant Attributes
7135 @cindex constant attributes
7137 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
7138 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
7139 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
7140 used to specify which variety of processor is used.  For example,
7142 @smallexample
7143 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
7144  (const
7145   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
7146          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
7147         (const_string "m88000"))))
7149 (define_attr "memory" "fast,slow"
7150  (const
7151   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
7152                 (const_string "fast")
7153                 (const_string "slow"))))
7154 @end smallexample
7156 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
7157 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
7158 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
7159 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
7160 forms involving insn attributes.
7162 @end ifset
7163 @ifset INTERNALS
7164 @node Delay Slots
7165 @subsection Delay Slot Scheduling
7166 @cindex delay slots, defining
7168 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
7169 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
7170 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
7171 after the instruction are executed as if they were located before it.
7172 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
7173 the following instruction before the branch or call is performed.
7175 On some machines, conditional branch instructions can optionally
7176 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
7177 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
7178 instructions that annul if the branch is true and instructions that
7179 annul if the branch is false are supported.
7181 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
7182 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
7183 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
7184 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
7185 instruction scheduling.
7187 @findex define_delay
7188 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
7189 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
7191 @smallexample
7192 (define_delay @var{test}
7193               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
7194                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
7195                @dots{}])
7196 @end smallexample
7198 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
7199 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
7200 required delay slots is determined by the length of the vector specified
7201 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
7202 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
7203 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
7204 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
7205 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
7206 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
7208 For example, in the common case where branch and call insns require
7209 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
7210 call, the following would be placed in the @file{md} file:
7212 @smallexample
7213 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
7214               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
7215 @end smallexample
7217 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
7218 case, each such expression specifies different delay slot requirements
7219 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
7220 expressions are both true.
7222 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
7223 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
7224 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
7225 branch is true, we might represent this as follows:
7227 @smallexample
7228 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
7229    [(eq_attr "type" "!branch,call")
7230     (eq_attr "type" "!branch,call")
7231     (nil)])
7233 (define_delay (eq_attr "type" "call")
7234               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
7235                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
7236 @end smallexample
7237 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
7239 @end ifset
7240 @ifset INTERNALS
7241 @node Processor pipeline description
7242 @subsection Specifying processor pipeline description
7243 @cindex processor pipeline description
7244 @cindex processor functional units
7245 @cindex instruction latency time
7246 @cindex interlock delays
7247 @cindex data dependence delays
7248 @cindex reservation delays
7249 @cindex pipeline hazard recognizer
7250 @cindex automaton based pipeline description
7251 @cindex regular expressions
7252 @cindex deterministic finite state automaton
7253 @cindex automaton based scheduler
7254 @cindex RISC
7255 @cindex VLIW
7257 To achieve better performance, most modern processors
7258 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
7259 processors) have many @dfn{functional units} on which several
7260 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
7261 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
7262 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
7263 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
7264 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g.@: for some
7265 MIPS processors).
7267 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
7268 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
7269 latency time}.  The instruction execution is not started until all
7270 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
7271 complex cases when the instruction execution starts even when the data
7272 are not available but will be ready in given time after the
7273 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
7274 account is simple.  The data dependence (true, output, and
7275 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
7276 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
7277 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
7278 means that two instructions under execution will be in need of shared
7279 processors resources, i.e.@: buses, internal registers, and/or
7280 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
7281 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
7282 processors.
7284 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
7285 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
7286 instruction scheduler has to have an adequate description of the
7287 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  GCC
7288 machine descriptions describe processor parallelism and functional
7289 unit reservations for groups of instructions with the aid of
7290 @dfn{regular expressions}.
7292 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
7293 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
7294 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
7295 automatically generated from the processor pipeline description.  The
7296 pipeline hazard recognizer generated from the machine description
7297 is based on a deterministic finite state automaton (@acronym{DFA}):
7298 the instruction issue is possible if there is a transition from one
7299 automaton state to another one.  This algorithm is very fast, and
7300 furthermore, its speed is not dependent on processor
7301 complexity@footnote{However, the size of the automaton depends on
7302 processor complexity.  To limit this effect, machine descriptions
7303 can split orthogonal parts of the machine description among several
7304 automata: but then, since each of these must be stepped independently,
7305 this does cause a small decrease in the algorithm's performance.}.
7307 @cindex automaton based pipeline description
7308 The rest of this section describes the directives that constitute
7309 an automaton-based processor pipeline description.  The order of
7310 these constructions within the machine description file is not
7311 important.
7313 @findex define_automaton
7314 @cindex pipeline hazard recognizer
7315 The following optional construction describes names of automata
7316 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
7317 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
7318 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
7319 units to the automata, the total size of the automata is usually
7320 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
7321 construction, only one finite state automaton is generated.
7323 @smallexample
7324 (define_automaton @var{automata-names})
7325 @end smallexample
7327 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
7328 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
7329 The automaton name is used in the constructions @code{define_cpu_unit} and
7330 @code{define_query_cpu_unit}.
7332 @findex define_cpu_unit
7333 @cindex processor functional units
7334 Each processor functional unit used in the description of instruction
7335 reservations should be described by the following construction.
7337 @smallexample
7338 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
7339 @end smallexample
7341 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
7342 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
7343 for other goals.
7345 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
7346 which the unit is bound.  The automaton should be described in
7347 construction @code{define_automaton}.  You should give
7348 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
7350 The assignment of units to automata are constrained by the uses of the
7351 units in insn reservations.  The most important constraint is: if a
7352 unit reservation is present on a particular cycle of an alternative
7353 for an insn reservation, then some unit from the same automaton must
7354 be present on the same cycle for the other alternatives of the insn
7355 reservation.  The rest of the constraints are mentioned in the
7356 description of the subsequent constructions.
7358 @findex define_query_cpu_unit
7359 @cindex querying function unit reservations
7360 The following construction describes CPU functional units analogously
7361 to @code{define_cpu_unit}.  The reservation of such units can be
7362 queried for an automaton state.  The instruction scheduler never
7363 queries reservation of functional units for given automaton state.  So
7364 as a rule, you don't need this construction.  This construction could
7365 be used for future code generation goals (e.g.@: to generate
7366 @acronym{VLIW} insn templates).
7368 @smallexample
7369 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
7370 @end smallexample
7372 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
7373 separated by commas.
7375 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
7376 which the unit is bound.
7378 @findex define_insn_reservation
7379 @cindex instruction latency time
7380 @cindex regular expressions
7381 @cindex data bypass
7382 The following construction is the major one to describe pipeline
7383 characteristics of an instruction.
7385 @smallexample
7386 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
7387                          @var{condition} @var{regexp})
7388 @end smallexample
7390 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
7391 instruction.  There is an important difference between the old
7392 description and the automaton based pipeline description.  The latency
7393 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
7394 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
7395 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
7396 zero and the cost of output dependencies is the difference between
7397 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
7398 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
7399 change the default costs for any description by using the target hook
7400 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
7402 @var{insn-name} is a string giving the internal name of the insn.  The
7403 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
7404 the automaton description file generated for debugging.  The internal
7405 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
7406 good practice to use insn classes described in the processor manual.
7408 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
7409 construction.  You should remember that you will be in trouble if
7410 @var{condition} for two or more different
7411 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
7412 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
7413 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
7414 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
7415 the same value is quite difficult (especially if the conditions
7416 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
7417 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
7418 recognizer considerably.
7420 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
7421 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
7422 expression according to the following syntax:
7424 @smallexample
7425        regexp = regexp "," oneof
7426               | oneof
7428        oneof = oneof "|" allof
7429              | allof
7431        allof = allof "+" repeat
7432              | repeat
7434        repeat = element "*" number
7435               | element
7437        element = cpu_function_unit_name
7438                | reservation_name
7439                | result_name
7440                | "nothing"
7441                | "(" regexp ")"
7442 @end smallexample
7444 @itemize @bullet
7445 @item
7446 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
7447 the reservation.
7449 @item
7450 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
7451 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
7452 regular expression @strong{or} etc.
7454 @item
7455 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
7456 regular expression @strong{and} a reservation described by the
7457 second regular expression @strong{and} etc.
7459 @item
7460 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
7461 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
7462 advancing (see @samp{,}).
7464 @item
7465 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
7466 functional unit.
7468 @item
7469 @samp{reservation_name} --- see description of construction
7470 @samp{define_reservation}.
7472 @item
7473 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
7474 @end itemize
7476 @findex define_reservation
7477 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
7478 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
7479 the common part by the following construction
7481 @smallexample
7482 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
7483 @end smallexample
7485 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
7486 Functional unit names and reservation names are in the same name
7487 space.  So the reservation names should be different from the
7488 functional unit names and can not be the reserved name @samp{nothing}.
7490 @findex define_bypass
7491 @cindex instruction latency time
7492 @cindex data bypass
7493 The following construction is used to describe exceptions in the
7494 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
7496 @smallexample
7497 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
7498                [@var{guard}])
7499 @end smallexample
7501 @var{number} defines when the result generated by the instructions
7502 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
7503 instructions given in string @var{in_insn_names}.  The instructions in
7504 the string are separated by commas.
7506 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
7507 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
7508 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
7509 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
7510 recognize complicated bypasses, e.g.@: when the consumer is only an address
7511 of insn @samp{store} (not a stored value).
7513 If there are more one bypass with the same output and input insns, the
7514 chosen bypass is the first bypass with a guard in description whose
7515 guard function returns nonzero.  If there is no such bypass, then
7516 bypass without the guard function is chosen.
7518 @findex exclusion_set
7519 @findex presence_set
7520 @findex final_presence_set
7521 @findex absence_set
7522 @findex final_absence_set
7523 @cindex VLIW
7524 @cindex RISC
7525 The following five constructions are usually used to describe
7526 @acronym{VLIW} processors, or more precisely, to describe a placement
7527 of small instructions into @acronym{VLIW} instruction slots.  They
7528 can be used for @acronym{RISC} processors, too.
7530 @smallexample
7531 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
7532 (presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7533 (final_presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7534 (absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7535 (final_absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7536 @end smallexample
7538 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
7539 separated by commas.
7541 @var{patterns} is a string giving patterns of functional units
7542 separated by comma.  Currently pattern is one unit or units
7543 separated by white-spaces.
7545 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
7546 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
7547 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
7548 example, the construction is useful for describing processors
7549 (e.g.@: some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
7550 functional unit which can execute simultaneously only single floating
7551 point insns or only double floating point insns.
7553 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
7554 functional unit in the first string can not be reserved unless at
7555 least one of pattern of units whose names are in the second string is
7556 reserved.  This is an asymmetric relation.  For example, it is useful
7557 for description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
7558 @samp{slot0} reservation.  We could describe it by the following
7559 construction
7561 @smallexample
7562 (presence_set "slot1" "slot0")
7563 @end smallexample
7565 Or @samp{slot1} is reserved only after @samp{slot0} and unit @samp{b0}
7566 reservation.  In this case we could write
7568 @smallexample
7569 (presence_set "slot1" "slot0 b0")
7570 @end smallexample
7572 The third construction (@samp{final_presence_set}) is analogous to
7573 @samp{presence_set}.  The difference between them is when checking is
7574 done.  When an instruction is issued in given automaton state
7575 reflecting all current and planned unit reservations, the automaton
7576 state is changed.  The first state is a source state, the second one
7577 is a result state.  Checking for @samp{presence_set} is done on the
7578 source state reservation, checking for @samp{final_presence_set} is
7579 done on the result reservation.  This construction is useful to
7580 describe a reservation which is actually two subsequent reservations.
7581 For example, if we use
7583 @smallexample
7584 (presence_set "slot1" "slot0")
7585 @end smallexample
7587 the following insn will be never issued (because @samp{slot1} requires
7588 @samp{slot0} which is absent in the source state).
7590 @smallexample
7591 (define_reservation "insn_and_nop" "slot0 + slot1")
7592 @end smallexample
7594 but it can be issued if we use analogous @samp{final_presence_set}.
7596 The forth construction (@samp{absence_set}) means that each functional
7597 unit in the first string can be reserved only if each pattern of units
7598 whose names are in the second string is not reserved.  This is an
7599 asymmetric relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to
7600 this one but it is symmetric).  For example it might be useful in a 
7601 @acronym{VLIW} description to say that @samp{slot0} cannot be reserved
7602 after either @samp{slot1} or @samp{slot2} have been reserved.  This
7603 can be described as:
7605 @smallexample
7606 (absence_set "slot0" "slot1, slot2")
7607 @end smallexample
7609 Or @samp{slot2} can not be reserved if @samp{slot0} and unit @samp{b0}
7610 are reserved or @samp{slot1} and unit @samp{b1} are reserved.  In
7611 this case we could write
7613 @smallexample
7614 (absence_set "slot2" "slot0 b0, slot1 b1")
7615 @end smallexample
7617 All functional units mentioned in a set should belong to the same
7618 automaton.
7620 The last construction (@samp{final_absence_set}) is analogous to
7621 @samp{absence_set} but checking is done on the result (state)
7622 reservation.  See comments for @samp{final_presence_set}.
7624 @findex automata_option
7625 @cindex deterministic finite state automaton
7626 @cindex nondeterministic finite state automaton
7627 @cindex finite state automaton minimization
7628 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
7629 the following construction.
7631 @smallexample
7632 (automata_option @var{options})
7633 @end smallexample
7635 @var{options} is a string giving options which affect the generated
7636 code.  Currently there are the following options:
7638 @itemize @bullet
7639 @item
7640 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
7641 only worth to do when we are debugging the description and need to
7642 look more accurately at reservations of states.
7644 @item
7645 @dfn{time} means printing time statistics about the generation of
7646 automata.
7648 @item
7649 @dfn{stats} means printing statistics about the generated automata
7650 such as the number of DFA states, NDFA states and arcs.
7652 @item
7653 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
7654 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
7655 verification and debugging.
7657 @item
7658 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
7659 non-critical errors.
7661 @item
7662 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
7663 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
7664 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
7665 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
7666 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
7667 may be rejected by reservations in the subsequent insns.
7669 @item
7670 @dfn{progress} means output of a progress bar showing how many states
7671 were generated so far for automaton being processed.  This is useful
7672 during debugging a @acronym{DFA} description.  If you see too many
7673 generated states, you could interrupt the generator of the pipeline
7674 hazard recognizer and try to figure out a reason for generation of the
7675 huge automaton.
7676 @end itemize
7678 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
7679 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
7680 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
7681 the following functional units.
7683 @smallexample
7684 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
7685 (define_cpu_unit "port0, port1")
7686 @end smallexample
7688 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
7689 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
7690 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
7691 are issued into the second pipeline.  Integer division and
7692 multiplication insns can be executed only in the second integer
7693 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
7694 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e.@: the subsequent
7695 integer division insn can not be issued until the current division
7696 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
7697 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
7698 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
7699 incurred.  To describe all of this we could specify
7701 @smallexample
7702 (define_cpu_unit "div")
7704 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
7705                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
7707 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "type" "mult")
7708                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
7710 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "type" "div")
7711                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
7713 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "type" "float")
7714                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
7716 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
7717 @end smallexample
7719 To simplify the description we could describe the following reservation
7721 @smallexample
7722 (define_reservation "finish" "port0|port1")
7723 @end smallexample
7725 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
7726 construction
7728 @smallexample
7729 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
7730                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
7731 @end smallexample
7734 @end ifset
7735 @ifset INTERNALS
7736 @node Conditional Execution
7737 @section Conditional Execution
7738 @cindex conditional execution
7739 @cindex predication
7741 A number of architectures provide for some form of conditional
7742 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
7743 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
7744 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
7745 can be quite tedious to describe these forms directly in the
7746 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
7748 @findex define_cond_exec
7749 @smallexample
7750 (define_cond_exec
7751   [@var{predicate-pattern}]
7752   "@var{condition}"
7753   "@var{output-template}")
7754 @end smallexample
7756 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
7757 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
7758 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
7759 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
7760 alternative.
7762 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
7763 pattern to match.
7765 @findex current_insn_predicate
7766 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
7767 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
7768 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
7769 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
7770 In order to handle the general case, there is a global variable
7771 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
7772 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
7774 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
7775 the @code{predicable} instruction attribute is made.
7776 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be boolean (i.e.@: have
7777 exactly two elements in its @var{list-of-values}).  Further, it must
7778 not be used with complex expressions.  That is, the default and all
7779 uses in the insns must be a simple constant, not dependent on the
7780 alternative or anything else.
7782 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
7783 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
7784 generated that matches a predicated version of the instruction.
7785 For example,
7787 @smallexample
7788 (define_insn "addsi"
7789   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
7790         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
7791                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
7792   "@var{test1}"
7793   "add %2,%1,%0")
7795 (define_cond_exec
7796   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
7797        (const_int 0))]
7798   "@var{test2}"
7799   "(%0)")
7800 @end smallexample
7802 @noindent
7803 generates a new pattern
7805 @smallexample
7806 (define_insn ""
7807   [(cond_exec
7808      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
7809      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
7810           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
7811                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
7812   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
7813   "(%3) add %2,%1,%0")
7814 @end smallexample
7816 @end ifset
7817 @ifset INTERNALS
7818 @node Constant Definitions
7819 @section Constant Definitions
7820 @cindex constant definitions
7821 @findex define_constants
7823 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
7824 can be a maintenance problem.
7826 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
7827 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
7828 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
7829 if the corresponding value had been written instead.  You may use
7830 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
7831 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
7832 a different value.
7834 To come back to the a29k load multiple example, instead of
7836 @smallexample
7837 (define_insn ""
7838   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
7839      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
7840            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
7841       (use (reg:SI 179))
7842       (clobber (reg:SI 179))])]
7843   ""
7844   "loadm 0,0,%1,%2")
7845 @end smallexample
7847 You could write:
7849 @smallexample
7850 (define_constants [
7851     (R_BP 177)
7852     (R_FC 178)
7853     (R_CR 179)
7854     (R_Q  180)
7857 (define_insn ""
7858   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
7859      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
7860            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
7861       (use (reg:SI R_CR))
7862       (clobber (reg:SI R_CR))])]
7863   ""
7864   "loadm 0,0,%1,%2")
7865 @end smallexample
7867 The constants that are defined with a define_constant are also output
7868 in the insn-codes.h header file as #defines.
7869 @end ifset
7870 @ifset INTERNALS
7871 @node Iterators
7872 @section Iterators
7873 @cindex iterators in @file{.md} files
7875 Ports often need to define similar patterns for more than one machine
7876 mode or for more than one rtx code.  GCC provides some simple iterator
7877 facilities to make this process easier.
7879 @menu
7880 * Mode Iterators::         Generating variations of patterns for different modes.
7881 * Code Iterators::         Doing the same for codes.
7882 @end menu
7884 @node Mode Iterators
7885 @subsection Mode Iterators
7886 @cindex mode iterators in @file{.md} files
7888 Ports often need to define similar patterns for two or more different modes.
7889 For example:
7891 @itemize @bullet
7892 @item
7893 If a processor has hardware support for both single and double
7894 floating-point arithmetic, the @code{SFmode} patterns tend to be
7895 very similar to the @code{DFmode} ones.
7897 @item
7898 If a port uses @code{SImode} pointers in one configuration and
7899 @code{DImode} pointers in another, it will usually have very similar
7900 @code{SImode} and @code{DImode} patterns for manipulating pointers.
7901 @end itemize
7903 Mode iterators allow several patterns to be instantiated from one
7904 @file{.md} file template.  They can be used with any type of
7905 rtx-based construct, such as a @code{define_insn},
7906 @code{define_split}, or @code{define_peephole2}.
7908 @menu
7909 * Defining Mode Iterators:: Defining a new mode iterator.
7910 * Substitutions::           Combining mode iterators with substitutions
7911 * Examples::                Examples
7912 @end menu
7914 @node Defining Mode Iterators
7915 @subsubsection Defining Mode Iterators
7916 @findex define_mode_iterator
7918 The syntax for defining a mode iterator is:
7920 @smallexample
7921 (define_mode_iterator @var{name} [(@var{mode1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{moden} "@var{condn}")])
7922 @end smallexample
7924 This allows subsequent @file{.md} file constructs to use the mode suffix
7925 @code{:@var{name}}.  Every construct that does so will be expanded
7926 @var{n} times, once with every use of @code{:@var{name}} replaced by
7927 @code{:@var{mode1}}, once with every use replaced by @code{:@var{mode2}},
7928 and so on.  In the expansion for a particular @var{modei}, every
7929 C condition will also require that @var{condi} be true.
7931 For example:
7933 @smallexample
7934 (define_mode_iterator P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
7935 @end smallexample
7937 defines a new mode suffix @code{:P}.  Every construct that uses
7938 @code{:P} will be expanded twice, once with every @code{:P} replaced
7939 by @code{:SI} and once with every @code{:P} replaced by @code{:DI}.
7940 The @code{:SI} version will only apply if @code{Pmode == SImode} and
7941 the @code{:DI} version will only apply if @code{Pmode == DImode}.
7943 As with other @file{.md} conditions, an empty string is treated
7944 as ``always true''.  @code{(@var{mode} "")} can also be abbreviated
7945 to @code{@var{mode}}.  For example:
7947 @smallexample
7948 (define_mode_iterator GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
7949 @end smallexample
7951 means that the @code{:DI} expansion only applies if @code{TARGET_64BIT}
7952 but that the @code{:SI} expansion has no such constraint.
7954 Iterators are applied in the order they are defined.  This can be
7955 significant if two iterators are used in a construct that requires
7956 substitutions.  @xref{Substitutions}.
7958 @node Substitutions
7959 @subsubsection Substitution in Mode Iterators
7960 @findex define_mode_attr
7962 If an @file{.md} file construct uses mode iterators, each version of the
7963 construct will often need slightly different strings or modes.  For
7964 example:
7966 @itemize @bullet
7967 @item
7968 When a @code{define_expand} defines several @code{add@var{m}3} patterns
7969 (@pxref{Standard Names}), each expander will need to use the
7970 appropriate mode name for @var{m}.
7972 @item
7973 When a @code{define_insn} defines several instruction patterns,
7974 each instruction will often use a different assembler mnemonic.
7976 @item
7977 When a @code{define_insn} requires operands with different modes,
7978 using an iterator for one of the operand modes usually requires a specific
7979 mode for the other operand(s).
7980 @end itemize
7982 GCC supports such variations through a system of ``mode attributes''.
7983 There are two standard attributes: @code{mode}, which is the name of
7984 the mode in lower case, and @code{MODE}, which is the same thing in
7985 upper case.  You can define other attributes using:
7987 @smallexample
7988 (define_mode_attr @var{name} [(@var{mode1} "@var{value1}") @dots{} (@var{moden} "@var{valuen}")])
7989 @end smallexample
7991 where @var{name} is the name of the attribute and @var{valuei}
7992 is the value associated with @var{modei}.
7994 When GCC replaces some @var{:iterator} with @var{:mode}, it will scan
7995 each string and mode in the pattern for sequences of the form
7996 @code{<@var{iterator}:@var{attr}>}, where @var{attr} is the name of a
7997 mode attribute.  If the attribute is defined for @var{mode}, the whole
7998 @code{<@dots{}>} sequence will be replaced by the appropriate attribute
7999 value.
8001 For example, suppose an @file{.md} file has:
8003 @smallexample
8004 (define_mode_iterator P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
8005 (define_mode_attr load [(SI "lw") (DI "ld")])
8006 @end smallexample
8008 If one of the patterns that uses @code{:P} contains the string
8009 @code{"<P:load>\t%0,%1"}, the @code{SI} version of that pattern
8010 will use @code{"lw\t%0,%1"} and the @code{DI} version will use
8011 @code{"ld\t%0,%1"}.
8013 Here is an example of using an attribute for a mode:
8015 @smallexample
8016 (define_mode_iterator LONG [SI DI])
8017 (define_mode_attr SHORT [(SI "HI") (DI "SI")])
8018 (define_insn @dots{}
8019   (sign_extend:LONG (match_operand:<LONG:SHORT> @dots{})) @dots{})
8020 @end smallexample
8022 The @code{@var{iterator}:} prefix may be omitted, in which case the
8023 substitution will be attempted for every iterator expansion.
8025 @node Examples
8026 @subsubsection Mode Iterator Examples
8028 Here is an example from the MIPS port.  It defines the following
8029 modes and attributes (among others):
8031 @smallexample
8032 (define_mode_iterator GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
8033 (define_mode_attr d [(SI "") (DI "d")])
8034 @end smallexample
8036 and uses the following template to define both @code{subsi3}
8037 and @code{subdi3}:
8039 @smallexample
8040 (define_insn "sub<mode>3"
8041   [(set (match_operand:GPR 0 "register_operand" "=d")
8042         (minus:GPR (match_operand:GPR 1 "register_operand" "d")
8043                    (match_operand:GPR 2 "register_operand" "d")))]
8044   ""
8045   "<d>subu\t%0,%1,%2"
8046   [(set_attr "type" "arith")
8047    (set_attr "mode" "<MODE>")])
8048 @end smallexample
8050 This is exactly equivalent to:
8052 @smallexample
8053 (define_insn "subsi3"
8054   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=d")
8055         (minus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "d")
8056                   (match_operand:SI 2 "register_operand" "d")))]
8057   ""
8058   "subu\t%0,%1,%2"
8059   [(set_attr "type" "arith")
8060    (set_attr "mode" "SI")])
8062 (define_insn "subdi3"
8063   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
8064         (minus:DI (match_operand:DI 1 "register_operand" "d")
8065                   (match_operand:DI 2 "register_operand" "d")))]
8066   ""
8067   "dsubu\t%0,%1,%2"
8068   [(set_attr "type" "arith")
8069    (set_attr "mode" "DI")])
8070 @end smallexample
8072 @node Code Iterators
8073 @subsection Code Iterators
8074 @cindex code iterators in @file{.md} files
8075 @findex define_code_iterator
8076 @findex define_code_attr
8078 Code iterators operate in a similar way to mode iterators.  @xref{Mode Iterators}.
8080 The construct:
8082 @smallexample
8083 (define_code_iterator @var{name} [(@var{code1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{coden} "@var{condn}")])
8084 @end smallexample
8086 defines a pseudo rtx code @var{name} that can be instantiated as
8087 @var{codei} if condition @var{condi} is true.  Each @var{codei}
8088 must have the same rtx format.  @xref{RTL Classes}.
8090 As with mode iterators, each pattern that uses @var{name} will be
8091 expanded @var{n} times, once with all uses of @var{name} replaced by
8092 @var{code1}, once with all uses replaced by @var{code2}, and so on.
8093 @xref{Defining Mode Iterators}.
8095 It is possible to define attributes for codes as well as for modes.
8096 There are two standard code attributes: @code{code}, the name of the
8097 code in lower case, and @code{CODE}, the name of the code in upper case.
8098 Other attributes are defined using:
8100 @smallexample
8101 (define_code_attr @var{name} [(@var{code1} "@var{value1}") @dots{} (@var{coden} "@var{valuen}")])
8102 @end smallexample
8104 Here's an example of code iterators in action, taken from the MIPS port:
8106 @smallexample
8107 (define_code_iterator any_cond [unordered ordered unlt unge uneq ltgt unle ungt
8108                                 eq ne gt ge lt le gtu geu ltu leu])
8110 (define_expand "b<code>"
8111   [(set (pc)
8112         (if_then_else (any_cond:CC (cc0)
8113                                    (const_int 0))
8114                       (label_ref (match_operand 0 ""))
8115                       (pc)))]
8116   ""
8118   gen_conditional_branch (operands, <CODE>);
8119   DONE;
8121 @end smallexample
8123 This is equivalent to:
8125 @smallexample
8126 (define_expand "bunordered"
8127   [(set (pc)
8128         (if_then_else (unordered:CC (cc0)
8129                                     (const_int 0))
8130                       (label_ref (match_operand 0 ""))
8131                       (pc)))]
8132   ""
8134   gen_conditional_branch (operands, UNORDERED);
8135   DONE;
8138 (define_expand "bordered"
8139   [(set (pc)
8140         (if_then_else (ordered:CC (cc0)
8141                                   (const_int 0))
8142                       (label_ref (match_operand 0 ""))
8143                       (pc)))]
8144   ""
8146   gen_conditional_branch (operands, ORDERED);
8147   DONE;
8150 @dots{}
8151 @end smallexample
8153 @end ifset