[AArch64] Avoid GET_MODE_NUNITS in v8.4 support
[official-gcc.git] / gcc / doc / md.texi
blob497df1bb50154611df3daddaca3316d4a630837b
1 @c Copyright (C) 1988-2018 Free Software Foundation, Inc.
2 @c This is part of the GCC manual.
3 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
5 @ifset INTERNALS
6 @node Machine Desc
7 @chapter Machine Descriptions
8 @cindex machine descriptions
10 A machine description has two parts: a file of instruction patterns
11 (@file{.md} file) and a C header file of macro definitions.
13 The @file{.md} file for a target machine contains a pattern for each
14 instruction that the target machine supports (or at least each instruction
15 that is worth telling the compiler about).  It may also contain comments.
16 A semicolon causes the rest of the line to be a comment, unless the semicolon
17 is inside a quoted string.
19 See the next chapter for information on the C header file.
21 @menu
22 * Overview::            How the machine description is used.
23 * Patterns::            How to write instruction patterns.
24 * Example::             An explained example of a @code{define_insn} pattern.
25 * RTL Template::        The RTL template defines what insns match a pattern.
26 * Output Template::     The output template says how to make assembler code
27                         from such an insn.
28 * Output Statement::    For more generality, write C code to output
29                         the assembler code.
30 * Predicates::          Controlling what kinds of operands can be used
31                         for an insn.
32 * Constraints::         Fine-tuning operand selection.
33 * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
34 * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
35 * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
36 * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
37 * Looping Patterns::    How to define patterns for special looping insns.
38 * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
39 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
40                         for a standard operation.
41 * Insn Splitting::      Splitting Instructions into Multiple Instructions.
42 * Including Patterns::  Including Patterns in Machine Descriptions.
43 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
44 * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
45 * Conditional Execution::Generating @code{define_insn} patterns for
46                          predication.
47 * Define Subst::        Generating @code{define_insn} and @code{define_expand}
48                         patterns from other patterns.
49 * Constant Definitions::Defining symbolic constants that can be used in the
50                         md file.
51 * Iterators::           Using iterators to generate patterns from a template.
52 @end menu
54 @node Overview
55 @section Overview of How the Machine Description is Used
57 There are three main conversions that happen in the compiler:
59 @enumerate
61 @item
62 The front end reads the source code and builds a parse tree.
64 @item
65 The parse tree is used to generate an RTL insn list based on named
66 instruction patterns.
68 @item
69 The insn list is matched against the RTL templates to produce assembler
70 code.
72 @end enumerate
74 For the generate pass, only the names of the insns matter, from either a
75 named @code{define_insn} or a @code{define_expand}.  The compiler will
76 choose the pattern with the right name and apply the operands according
77 to the documentation later in this chapter, without regard for the RTL
78 template or operand constraints.  Note that the names the compiler looks
79 for are hard-coded in the compiler---it will ignore unnamed patterns and
80 patterns with names it doesn't know about, but if you don't provide a
81 named pattern it needs, it will abort.
83 If a @code{define_insn} is used, the template given is inserted into the
84 insn list.  If a @code{define_expand} is used, one of three things
85 happens, based on the condition logic.  The condition logic may manually
86 create new insns for the insn list, say via @code{emit_insn()}, and
87 invoke @code{DONE}.  For certain named patterns, it may invoke @code{FAIL} to tell the
88 compiler to use an alternate way of performing that task.  If it invokes
89 neither @code{DONE} nor @code{FAIL}, the template given in the pattern
90 is inserted, as if the @code{define_expand} were a @code{define_insn}.
92 Once the insn list is generated, various optimization passes convert,
93 replace, and rearrange the insns in the insn list.  This is where the
94 @code{define_split} and @code{define_peephole} patterns get used, for
95 example.
97 Finally, the insn list's RTL is matched up with the RTL templates in the
98 @code{define_insn} patterns, and those patterns are used to emit the
99 final assembly code.  For this purpose, each named @code{define_insn}
100 acts like it's unnamed, since the names are ignored.
102 @node Patterns
103 @section Everything about Instruction Patterns
104 @cindex patterns
105 @cindex instruction patterns
107 @findex define_insn
108 A @code{define_insn} expression is used to define instruction patterns
109 to which insns may be matched.  A @code{define_insn} expression contains
110 an incomplete RTL expression, with pieces to be filled in later, operand
111 constraints that restrict how the pieces can be filled in, and an output
112 template or C code to generate the assembler output.
114 A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
116 @enumerate
117 @item
118 An optional name.  The presence of a name indicates that this instruction
119 pattern can perform a certain standard job for the RTL-generation
120 pass of the compiler.  This pass knows certain names and will use
121 the instruction patterns with those names, if the names are defined
122 in the machine description.
124 The absence of a name is indicated by writing an empty string
125 where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
126 used for generating RTL code, but they may permit several simpler insns
127 to be combined later on.
129 Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
130 effect; they are equivalent to no name at all.
132 For the purpose of debugging the compiler, you may also specify a
133 name beginning with the @samp{*} character.  Such a name is used only
134 for identifying the instruction in RTL dumps; it is equivalent to having
135 a nameless pattern for all other purposes.  Names beginning with the
136 @samp{*} character are not required to be unique.
138 @item
139 The @dfn{RTL template}: This is a vector of incomplete RTL expressions
140 which describe the semantics of the instruction (@pxref{RTL Template}).
141 It is incomplete because it may contain @code{match_operand},
142 @code{match_operator}, and @code{match_dup} expressions that stand for
143 operands of the instruction.
145 If the vector has multiple elements, the RTL template is treated as a
146 @code{parallel} expression.
148 @item
149 @cindex pattern conditions
150 @cindex conditions, in patterns
151 The condition: This is a string which contains a C expression.  When the
152 compiler attempts to match RTL against a pattern, the condition is
153 evaluated.  If the condition evaluates to @code{true}, the match is
154 permitted.  The condition may be an empty string, which is treated
155 as always @code{true}.
157 @cindex named patterns and conditions
158 For a named pattern, the condition may not depend on the data in the
159 insn being matched, but only the target-machine-type flags.  The compiler
160 needs to test these conditions during initialization in order to learn
161 exactly which named instructions are available in a particular run.
163 @findex operands
164 For nameless patterns, the condition is applied only when matching an
165 individual insn, and only after the insn has matched the pattern's
166 recognition template.  The insn's operands may be found in the vector
167 @code{operands}.
169 An instruction condition cannot become more restrictive as compilation
170 progresses.  If the condition accepts a particular RTL instruction at
171 one stage of compilation, it must continue to accept that instruction
172 until the final pass.  For example, @samp{!reload_completed} and
173 @samp{can_create_pseudo_p ()} are both invalid instruction conditions,
174 because they are true during the earlier RTL passes and false during
175 the later ones.  For the same reason, if a condition accepts an
176 instruction before register allocation, it cannot later try to control
177 register allocation by excluding certain register or value combinations.
179 Although a condition cannot become more restrictive as compilation
180 progresses, the condition for a nameless pattern @emph{can} become
181 more permissive.  For example, a nameless instruction can require
182 @samp{reload_completed} to be true, in which case it only matches
183 after register allocation.
185 @item
186 The @dfn{output template} or @dfn{output statement}: This is either
187 a string, or a fragment of C code which returns a string.
189 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
190 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
192 @item
193 The @dfn{insn attributes}: This is an optional vector containing the values of
194 attributes for insns matching this pattern (@pxref{Insn Attributes}).
195 @end enumerate
197 @node Example
198 @section Example of @code{define_insn}
199 @cindex @code{define_insn} example
201 Here is an example of an instruction pattern, taken from the machine
202 description for the 68000/68020.
204 @smallexample
205 (define_insn "tstsi"
206   [(set (cc0)
207         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
208   ""
209   "*
211   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
212     return \"tstl %0\";
213   return \"cmpl #0,%0\";
214 @}")
215 @end smallexample
217 @noindent
218 This can also be written using braced strings:
220 @smallexample
221 (define_insn "tstsi"
222   [(set (cc0)
223         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
224   ""
226   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
227     return "tstl %0";
228   return "cmpl #0,%0";
230 @end smallexample
232 This describes an instruction which sets the condition codes based on the
233 value of a general operand.  It has no condition, so any insn with an RTL
234 description of the form shown may be matched to this pattern.  The name
235 @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL
236 generation pass that, when it is necessary to test such a value, an insn
237 to do so can be constructed using this pattern.
239 The output control string is a piece of C code which chooses which
240 output template to return based on the kind of operand and the specific
241 type of CPU for which code is being generated.
243 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
245 @node RTL Template
246 @section RTL Template
247 @cindex RTL insn template
248 @cindex generating insns
249 @cindex insns, generating
250 @cindex recognizing insns
251 @cindex insns, recognizing
253 The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
254 and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
255 says how to construct an insn from specified operands.
257 Construction involves substituting specified operands into a copy of the
258 template.  Matching involves determining the values that serve as the
259 operands in the insn being matched.  Both of these activities are
260 controlled by special expression types that direct matching and
261 substitution of the operands.
263 @table @code
264 @findex match_operand
265 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
266 This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
267 the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
268 will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
269 appears at this position in the insn will be taken as operand
270 number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
271 pattern will not match at all.
273 Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
274 each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
275 expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
276 are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
277 expressions.  In the case of a @code{define_expand}, any operand numbers
278 used only in @code{match_dup} expressions have higher values than all
279 other operand numbers.
281 @var{predicate} is a string that is the name of a function that
282 accepts two arguments, an expression and a machine mode.
283 @xref{Predicates}.  During matching, the function will be called with
284 the putative operand as the expression and @var{m} as the mode
285 argument (if @var{m} is not specified, @code{VOIDmode} will be used,
286 which normally causes @var{predicate} to accept any mode).  If it
287 returns zero, this instruction pattern fails to match.
288 @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be
289 done on the operand, so anything which occurs in this position is
290 valid.
292 Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
293 not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
294 @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
295 Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
296 @code{VOIDmode}.
298 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
299 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
300 If the constraint would be an empty string, it can be omitted.
302 People are often unclear on the difference between the constraint and the
303 predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
304 pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
305 controls various decisions in the case of an insn which does match.
307 @findex match_scratch
308 @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
309 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
310 and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
311 expression.
313 When matching patterns, this is equivalent to
315 @smallexample
316 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{constraint})
317 @end smallexample
319 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
320 expression.
322 If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
323 expressions whose operands are either a hard register or
324 @code{match_scratch}, the combiner can add or delete them when
325 necessary.  @xref{Side Effects}.
327 @findex match_dup
328 @item (match_dup @var{n})
329 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
330 It is used when the operand needs to appear more than once in the
331 insn.
333 In construction, @code{match_dup} acts just like @code{match_operand}:
334 the operand is substituted into the insn being constructed.  But in
335 matching, @code{match_dup} behaves differently.  It assumes that operand
336 number @var{n} has already been determined by a @code{match_operand}
337 appearing earlier in the recognition template, and it matches only an
338 identical-looking expression.
340 Note that @code{match_dup} should not be used to tell the compiler that
341 a particular register is being used for two operands (example:
342 @code{add} that adds one register to another; the second register is
343 both an input operand and the output operand).  Use a matching
344 constraint (@pxref{Simple Constraints}) for those.  @code{match_dup} is for the cases where one
345 operand is used in two places in the template, such as an instruction
346 that computes both a quotient and a remainder, where the opcode takes
347 two input operands but the RTL template has to refer to each of those
348 twice; once for the quotient pattern and once for the remainder pattern.
350 @findex match_operator
351 @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
352 This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
353 code.
355 When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
356 expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
357 operands are constructed from the patterns @var{operands}.
359 When matching an expression, it matches an expression if the function
360 @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
361 patterns @var{operands} match the operands of the expression.
363 Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
364 follows, to match any expression whose operator is one of the
365 commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
367 @smallexample
369 commutative_integer_operator (x, mode)
370      rtx x;
371      machine_mode mode;
373   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
374   if (GET_MODE (x) != mode)
375     return 0;
376   return (GET_RTX_CLASS (code) == RTX_COMM_ARITH
377           || code == EQ || code == NE);
379 @end smallexample
381 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
382 of a commutative operator applied to two general operands:
384 @smallexample
385 (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
386   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
387    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
388 @end smallexample
390 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
391 because the expressions to be matched all contain two operands.
393 When this pattern does match, the two operands of the commutative
394 operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
395 by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
396 will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
397 (operands[3])} to see which commutative operator was used.
399 The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
400 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
401 predicate function, and that function is solely responsible for
402 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
404 When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
405 the operation (i.e.@: the expression code) for the expression to be
406 made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
407 into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
408 gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
409 only its expression code matters.
411 When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
412 it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
413 is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
414 register allocation because the register allocator often looks at
415 operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
417 There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
418 operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
419 never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
420 However, if parts of its @var{operands} are matched by
421 @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
422 their own.
424 @findex match_op_dup
425 @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
426 Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
427 operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
428 substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
429 differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
430 determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
431 recognition template, and it matches only an identical-looking
432 expression.
434 @findex match_parallel
435 @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
436 This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
437 @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
438 expression should only appear at the top level of an insn pattern.
440 When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
441 this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
442 is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
443 vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
444 @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
445 @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
446 @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
447 of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
448 those listed in the @code{match_parallel}.
450 A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
451 multiple expressions, which can contain a variable number of elements
452 in a @code{parallel}.  For example,
454 @smallexample
455 (define_insn ""
456   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
457      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
458            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
459       (use (reg:SI 179))
460       (clobber (reg:SI 179))])]
461   ""
462   "loadm 0,0,%1,%2")
463 @end smallexample
465 This example comes from @file{a29k.md}.  The function
466 @code{load_multiple_operation} is defined in @file{a29k.c} and checks
467 that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
468 @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
469 registers and memory locations.
471 An insn that matches this pattern might look like:
473 @smallexample
474 (parallel
475  [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
476   (use (reg:SI 179))
477   (clobber (reg:SI 179))
478   (set (reg:SI 21)
479        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
480                         (const_int 4))))
481   (set (reg:SI 22)
482        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
483                         (const_int 8))))])
484 @end smallexample
486 @findex match_par_dup
487 @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
488 Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
489 @code{match_operator}.
491 @end table
493 @node Output Template
494 @section Output Templates and Operand Substitution
495 @cindex output templates
496 @cindex operand substitution
498 @cindex @samp{%} in template
499 @cindex percent sign
500 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
501 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
502 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
503 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
504 identify places where different variants of the assembler require
505 different syntax.
507 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
508 operand @var{n} at that point in the string.
510 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
511 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
512 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
513 additional letters with nonstandard meanings.
515 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
516 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
517 operand.
519 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
520 the constant is negated before printing.
522 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
523 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
524 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
525 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
526 as if it were a memory reference.
528 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
529 instruction.
531 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
532 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
533 referred to more than once in a single template that generates multiple
534 assembler instructions.
536 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
537 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
538 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
539 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
540 which punctuation characters are valid with the
541 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
543 @cindex \
544 @cindex backslash
545 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
546 for the instructions, with @samp{\;} between them.
548 @cindex matching operands
549 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
550 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
551 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
552 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
553 operand.
555 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
556 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
557 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
558 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
559 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
560 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
561 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
562 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
563 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
564 it to do nothing.
566 @cindex @code{#} in template
567 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
568 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
569 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
570 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
571 multiple assembler instructions, and there is a matching @code{define_split}
572 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
573 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
574 instructions.
576 Note that @code{#} only has an effect while generating assembly code;
577 it does not affect whether a split occurs earlier.  An associated
578 @code{define_split} must exist and it must be suitable for use after
579 register allocation.
581 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
582 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
583 describe multiple variants of assembler language syntax.
584 @xref{Instruction Output}.
586 @node Output Statement
587 @section C Statements for Assembler Output
588 @cindex output statements
589 @cindex C statements for assembler output
590 @cindex generating assembler output
592 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
593 assembler code for all the cases that are recognized by a single
594 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
595 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
596 machine instructions.
598 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
599 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
600 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
601 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
602 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
603 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
604 might write this pattern:
606 @smallexample
607 (define_insn "addsi3"
608   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
609         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
610                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
611   ""
612   "@@
613    addr %2,%0
614    addm %2,%0")
615 @end smallexample
617 @cindex @code{*} in template
618 @cindex asterisk in template
619 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
620 output template but rather a piece of C program that should compute a
621 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
622 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
623 require doublequote characters to delimit them.  To include these
624 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
626 If the output control string is written as a brace block instead of a
627 double-quoted string, it is automatically assumed to be C code.  In that
628 case, it is not necessary to put in a leading asterisk, or to escape the
629 doublequotes surrounding C string literals.
631 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
632 is @code{rtx []}.
634 It is very common to select different ways of generating assembler code
635 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
636 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
637 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
638 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
639 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
640 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
641 values of those bits.
643 @findex output_asm_insn
644 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
645 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
646 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
647 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
648 that you declare locally and initialize yourself.
650 @findex which_alternative
651 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
652 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
653 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
654 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
655 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
656 etc.).
658 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
659 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
660 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
662 @smallexample
663 (define_insn ""
664   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
665         (const_int 0))]
666   ""
667   @{
668   return (which_alternative == 0
669           ? "clrreg %0" : "clrmem %0");
670   @})
671 @end smallexample
673 The example above, where the assembler code to generate was
674 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
675 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
677 @smallexample
678 @group
679 (define_insn ""
680   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
681         (const_int 0))]
682   ""
683   "@@
684    clrreg %0
685    clrmem %0")
686 @end group
687 @end smallexample
689 If you just need a little bit of C code in one (or a few) alternatives,
690 you can use @samp{*} inside of a @samp{@@} multi-alternative template:
692 @smallexample
693 @group
694 (define_insn ""
695   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,<,m")
696         (const_int 0))]
697   ""
698   "@@
699    clrreg %0
700    * return stack_mem_p (operands[0]) ? \"push 0\" : \"clrmem %0\";
701    clrmem %0")
702 @end group
703 @end smallexample
705 @node Predicates
706 @section Predicates
707 @cindex predicates
708 @cindex operand predicates
709 @cindex operator predicates
711 A predicate determines whether a @code{match_operand} or
712 @code{match_operator} expression matches, and therefore whether the
713 surrounding instruction pattern will be used for that combination of
714 operands.  GCC has a number of machine-independent predicates, and you
715 can define machine-specific predicates as needed.  By convention,
716 predicates used with @code{match_operand} have names that end in
717 @samp{_operand}, and those used with @code{match_operator} have names
718 that end in @samp{_operator}.
720 All predicates are boolean functions (in the mathematical sense) of
721 two arguments: the RTL expression that is being considered at that
722 position in the instruction pattern, and the machine mode that the
723 @code{match_operand} or @code{match_operator} specifies.  In this
724 section, the first argument is called @var{op} and the second argument
725 @var{mode}.  Predicates can be called from C as ordinary two-argument
726 functions; this can be useful in output templates or other
727 machine-specific code.
729 Operand predicates can allow operands that are not actually acceptable
730 to the hardware, as long as the constraints give reload the ability to
731 fix them up (@pxref{Constraints}).  However, GCC will usually generate
732 better code if the predicates specify the requirements of the machine
733 instructions as closely as possible.  Reload cannot fix up operands
734 that must be constants (``immediate operands''); you must use a
735 predicate that allows only constants, or else enforce the requirement
736 in the extra condition.
738 @cindex predicates and machine modes
739 @cindex normal predicates
740 @cindex special predicates
741 Most predicates handle their @var{mode} argument in a uniform manner.
742 If @var{mode} is @code{VOIDmode} (unspecified), then @var{op} can have
743 any mode.  If @var{mode} is anything else, then @var{op} must have the
744 same mode, unless @var{op} is a @code{CONST_INT} or integer
745 @code{CONST_DOUBLE}.  These RTL expressions always have
746 @code{VOIDmode}, so it would be counterproductive to check that their
747 mode matches.  Instead, predicates that accept @code{CONST_INT} and/or
748 integer @code{CONST_DOUBLE} check that the value stored in the
749 constant will fit in the requested mode.
751 Predicates with this behavior are called @dfn{normal}.
752 @command{genrecog} can optimize the instruction recognizer based on
753 knowledge of how normal predicates treat modes.  It can also diagnose
754 certain kinds of common errors in the use of normal predicates; for
755 instance, it is almost always an error to use a normal predicate
756 without specifying a mode.
758 Predicates that do something different with their @var{mode} argument
759 are called @dfn{special}.  The generic predicates
760 @code{address_operand} and @code{pmode_register_operand} are special
761 predicates.  @command{genrecog} does not do any optimizations or
762 diagnosis when special predicates are used.
764 @menu
765 * Machine-Independent Predicates::  Predicates available to all back ends.
766 * Defining Predicates::             How to write machine-specific predicate
767                                     functions.
768 @end menu
770 @node Machine-Independent Predicates
771 @subsection Machine-Independent Predicates
772 @cindex machine-independent predicates
773 @cindex generic predicates
775 These are the generic predicates available to all back ends.  They are
776 defined in @file{recog.c}.  The first category of predicates allow
777 only constant, or @dfn{immediate}, operands.
779 @defun immediate_operand
780 This predicate allows any sort of constant that fits in @var{mode}.
781 It is an appropriate choice for instructions that take operands that
782 must be constant.
783 @end defun
785 @defun const_int_operand
786 This predicate allows any @code{CONST_INT} expression that fits in
787 @var{mode}.  It is an appropriate choice for an immediate operand that
788 does not allow a symbol or label.
789 @end defun
791 @defun const_double_operand
792 This predicate accepts any @code{CONST_DOUBLE} expression that has
793 exactly @var{mode}.  If @var{mode} is @code{VOIDmode}, it will also
794 accept @code{CONST_INT}.  It is intended for immediate floating point
795 constants.
796 @end defun
798 @noindent
799 The second category of predicates allow only some kind of machine
800 register.
802 @defun register_operand
803 This predicate allows any @code{REG} or @code{SUBREG} expression that
804 is valid for @var{mode}.  It is often suitable for arithmetic
805 instruction operands on a RISC machine.
806 @end defun
808 @defun pmode_register_operand
809 This is a slight variant on @code{register_operand} which works around
810 a limitation in the machine-description reader.
812 @smallexample
813 (match_operand @var{n} "pmode_register_operand" @var{constraint})
814 @end smallexample
816 @noindent
817 means exactly what
819 @smallexample
820 (match_operand:P @var{n} "register_operand" @var{constraint})
821 @end smallexample
823 @noindent
824 would mean, if the machine-description reader accepted @samp{:P}
825 mode suffixes.  Unfortunately, it cannot, because @code{Pmode} is an
826 alias for some other mode, and might vary with machine-specific
827 options.  @xref{Misc}.
828 @end defun
830 @defun scratch_operand
831 This predicate allows hard registers and @code{SCRATCH} expressions,
832 but not pseudo-registers.  It is used internally by @code{match_scratch};
833 it should not be used directly.
834 @end defun
836 @noindent
837 The third category of predicates allow only some kind of memory reference.
839 @defun memory_operand
840 This predicate allows any valid reference to a quantity of mode
841 @var{mode} in memory, as determined by the weak form of
842 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS} (@pxref{Addressing Modes}).
843 @end defun
845 @defun address_operand
846 This predicate is a little unusual; it allows any operand that is a
847 valid expression for the @emph{address} of a quantity of mode
848 @var{mode}, again determined by the weak form of
849 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS}.  To first order, if
850 @samp{@w{(mem:@var{mode} (@var{exp}))}} is acceptable to
851 @code{memory_operand}, then @var{exp} is acceptable to
852 @code{address_operand}.  Note that @var{exp} does not necessarily have
853 the mode @var{mode}.
854 @end defun
856 @defun indirect_operand
857 This is a stricter form of @code{memory_operand} which allows only
858 memory references with a @code{general_operand} as the address
859 expression.  New uses of this predicate are discouraged, because
860 @code{general_operand} is very permissive, so it's hard to tell what
861 an @code{indirect_operand} does or does not allow.  If a target has
862 different requirements for memory operands for different instructions,
863 it is better to define target-specific predicates which enforce the
864 hardware's requirements explicitly.
865 @end defun
867 @defun push_operand
868 This predicate allows a memory reference suitable for pushing a value
869 onto the stack.  This will be a @code{MEM} which refers to
870 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address expression
871 (@pxref{Incdec}); which one is determined by the
872 @code{STACK_PUSH_CODE} macro (@pxref{Frame Layout}).
873 @end defun
875 @defun pop_operand
876 This predicate allows a memory reference suitable for popping a value
877 off the stack.  Again, this will be a @code{MEM} referring to
878 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address
879 expression.  However, this time @code{STACK_POP_CODE} is expected.
880 @end defun
882 @noindent
883 The fourth category of predicates allow some combination of the above
884 operands.
886 @defun nonmemory_operand
887 This predicate allows any immediate or register operand valid for @var{mode}.
888 @end defun
890 @defun nonimmediate_operand
891 This predicate allows any register or memory operand valid for @var{mode}.
892 @end defun
894 @defun general_operand
895 This predicate allows any immediate, register, or memory operand
896 valid for @var{mode}.
897 @end defun
899 @noindent
900 Finally, there are two generic operator predicates.
902 @defun comparison_operator
903 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
904 comparison in @var{mode}; that is, @code{COMPARISON_P} is true for the
905 expression code.
906 @end defun
908 @defun ordered_comparison_operator
909 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
910 comparison in @var{mode} and whose expression code is valid for integer
911 modes; that is, the expression code will be one of @code{eq}, @code{ne},
912 @code{lt}, @code{ltu}, @code{le}, @code{leu}, @code{gt}, @code{gtu},
913 @code{ge}, @code{geu}.
914 @end defun
916 @node Defining Predicates
917 @subsection Defining Machine-Specific Predicates
918 @cindex defining predicates
919 @findex define_predicate
920 @findex define_special_predicate
922 Many machines have requirements for their operands that cannot be
923 expressed precisely using the generic predicates.  You can define
924 additional predicates using @code{define_predicate} and
925 @code{define_special_predicate} expressions.  These expressions have
926 three operands:
928 @itemize @bullet
929 @item
930 The name of the predicate, as it will be referred to in
931 @code{match_operand} or @code{match_operator} expressions.
933 @item
934 An RTL expression which evaluates to true if the predicate allows the
935 operand @var{op}, false if it does not.  This expression can only use
936 the following RTL codes:
938 @table @code
939 @item MATCH_OPERAND
940 When written inside a predicate expression, a @code{MATCH_OPERAND}
941 expression evaluates to true if the predicate it names would allow
942 @var{op}.  The operand number and constraint are ignored.  Due to
943 limitations in @command{genrecog}, you can only refer to generic
944 predicates and predicates that have already been defined.
946 @item MATCH_CODE
947 This expression evaluates to true if @var{op} or a specified
948 subexpression of @var{op} has one of a given list of RTX codes.
950 The first operand of this expression is a string constant containing a
951 comma-separated list of RTX code names (in lower case).  These are the
952 codes for which the @code{MATCH_CODE} will be true.
954 The second operand is a string constant which indicates what
955 subexpression of @var{op} to examine.  If it is absent or the empty
956 string, @var{op} itself is examined.  Otherwise, the string constant
957 must be a sequence of digits and/or lowercase letters.  Each character
958 indicates a subexpression to extract from the current expression; for
959 the first character this is @var{op}, for the second and subsequent
960 characters it is the result of the previous character.  A digit
961 @var{n} extracts @samp{@w{XEXP (@var{e}, @var{n})}}; a letter @var{l}
962 extracts @samp{@w{XVECEXP (@var{e}, 0, @var{n})}} where @var{n} is the
963 alphabetic ordinal of @var{l} (0 for `a', 1 for 'b', and so on).  The
964 @code{MATCH_CODE} then examines the RTX code of the subexpression
965 extracted by the complete string.  It is not possible to extract
966 components of an @code{rtvec} that is not at position 0 within its RTX
967 object.
969 @item MATCH_TEST
970 This expression has one operand, a string constant containing a C
971 expression.  The predicate's arguments, @var{op} and @var{mode}, are
972 available with those names in the C expression.  The @code{MATCH_TEST}
973 evaluates to true if the C expression evaluates to a nonzero value.
974 @code{MATCH_TEST} expressions must not have side effects.
976 @item  AND
977 @itemx IOR
978 @itemx NOT
979 @itemx IF_THEN_ELSE
980 The basic @samp{MATCH_} expressions can be combined using these
981 logical operators, which have the semantics of the C operators
982 @samp{&&}, @samp{||}, @samp{!}, and @samp{@w{? :}} respectively.  As
983 in Common Lisp, you may give an @code{AND} or @code{IOR} expression an
984 arbitrary number of arguments; this has exactly the same effect as
985 writing a chain of two-argument @code{AND} or @code{IOR} expressions.
986 @end table
988 @item
989 An optional block of C code, which should execute
990 @samp{@w{return true}} if the predicate is found to match and
991 @samp{@w{return false}} if it does not.  It must not have any side
992 effects.  The predicate arguments, @var{op} and @var{mode}, are
993 available with those names.
995 If a code block is present in a predicate definition, then the RTL
996 expression must evaluate to true @emph{and} the code block must
997 execute @samp{@w{return true}} for the predicate to allow the operand.
998 The RTL expression is evaluated first; do not re-check anything in the
999 code block that was checked in the RTL expression.
1000 @end itemize
1002 The program @command{genrecog} scans @code{define_predicate} and
1003 @code{define_special_predicate} expressions to determine which RTX
1004 codes are possibly allowed.  You should always make this explicit in
1005 the RTL predicate expression, using @code{MATCH_OPERAND} and
1006 @code{MATCH_CODE}.
1008 Here is an example of a simple predicate definition, from the IA64
1009 machine description:
1011 @smallexample
1012 @group
1013 ;; @r{True if @var{op} is a @code{SYMBOL_REF} which refers to the sdata section.}
1014 (define_predicate "small_addr_symbolic_operand"
1015   (and (match_code "symbol_ref")
1016        (match_test "SYMBOL_REF_SMALL_ADDR_P (op)")))
1017 @end group
1018 @end smallexample
1020 @noindent
1021 And here is another, showing the use of the C block.
1023 @smallexample
1024 @group
1025 ;; @r{True if @var{op} is a register operand that is (or could be) a GR reg.}
1026 (define_predicate "gr_register_operand"
1027   (match_operand 0 "register_operand")
1029   unsigned int regno;
1030   if (GET_CODE (op) == SUBREG)
1031     op = SUBREG_REG (op);
1033   regno = REGNO (op);
1034   return (regno >= FIRST_PSEUDO_REGISTER || GENERAL_REGNO_P (regno));
1036 @end group
1037 @end smallexample
1039 Predicates written with @code{define_predicate} automatically include
1040 a test that @var{mode} is @code{VOIDmode}, or @var{op} has the same
1041 mode as @var{mode}, or @var{op} is a @code{CONST_INT} or
1042 @code{CONST_DOUBLE}.  They do @emph{not} check specifically for
1043 integer @code{CONST_DOUBLE}, nor do they test that the value of either
1044 kind of constant fits in the requested mode.  This is because
1045 target-specific predicates that take constants usually have to do more
1046 stringent value checks anyway.  If you need the exact same treatment
1047 of @code{CONST_INT} or @code{CONST_DOUBLE} that the generic predicates
1048 provide, use a @code{MATCH_OPERAND} subexpression to call
1049 @code{const_int_operand}, @code{const_double_operand}, or
1050 @code{immediate_operand}.
1052 Predicates written with @code{define_special_predicate} do not get any
1053 automatic mode checks, and are treated as having special mode handling
1054 by @command{genrecog}.
1056 The program @command{genpreds} is responsible for generating code to
1057 test predicates.  It also writes a header file containing function
1058 declarations for all machine-specific predicates.  It is not necessary
1059 to declare these predicates in @file{@var{cpu}-protos.h}.
1060 @end ifset
1062 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
1063 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the internals
1064 @c manual's context are conditionalized to appear only in the internals manual.
1065 @ifset INTERNALS
1066 @node Constraints
1067 @section Operand Constraints
1068 @cindex operand constraints
1069 @cindex constraints
1071 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify
1072 constraints for the operands allowed.  The constraints allow you to
1073 fine-tune matching within the set of operands allowed by the
1074 predicate.
1076 @end ifset
1077 @ifclear INTERNALS
1078 @node Constraints
1079 @section Constraints for @code{asm} Operands
1080 @cindex operand constraints, @code{asm}
1081 @cindex constraints, @code{asm}
1082 @cindex @code{asm} constraints
1084 Here are specific details on what constraint letters you can use with
1085 @code{asm} operands.
1086 @end ifclear
1087 Constraints can say whether
1088 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
1089 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
1090 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
1091 have.  Constraints can also require two operands to match.
1092 Side-effects aren't allowed in operands of inline @code{asm}, unless
1093 @samp{<} or @samp{>} constraints are used, because there is no guarantee
1094 that the side-effects will happen exactly once in an instruction that can update
1095 the addressing register.
1097 @ifset INTERNALS
1098 @menu
1099 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1100 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1101 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
1102 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1103 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
1104 * Disable Insn Alternatives:: Disable insn alternatives using attributes.
1105 * Define Constraints::  How to define machine-specific constraints.
1106 * C Constraint Interface:: How to test constraints from C code.
1107 @end menu
1108 @end ifset
1110 @ifclear INTERNALS
1111 @menu
1112 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1113 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1114 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1115 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
1116 @end menu
1117 @end ifclear
1119 @node Simple Constraints
1120 @subsection Simple Constraints
1121 @cindex simple constraints
1123 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
1124 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
1125 the letters that are allowed:
1127 @table @asis
1128 @item whitespace
1129 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
1130 except the first.  This enables each alternative for different operands to
1131 be visually aligned in the machine description even if they have different
1132 number of constraints and modifiers.
1134 @cindex @samp{m} in constraint
1135 @cindex memory references in constraints
1136 @item @samp{m}
1137 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
1138 supports in general.
1139 Note that the letter used for the general memory constraint can be
1140 re-defined by a back end using the @code{TARGET_MEM_CONSTRAINT} macro.
1142 @cindex offsettable address
1143 @cindex @samp{o} in constraint
1144 @item @samp{o}
1145 A memory operand is allowed, but only if the address is
1146 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
1147 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
1148 may be added to the address and the result is also a valid memory
1149 address.
1151 @cindex autoincrement/decrement addressing
1152 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
1153 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
1154 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
1155 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
1156 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
1157 addresses may or may not be offsettable depending on the other
1158 addressing modes that the machine supports.
1160 Note that in an output operand which can be matched by another
1161 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
1162 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
1163 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
1165 @cindex @samp{V} in constraint
1166 @item @samp{V}
1167 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
1168 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
1170 @cindex @samp{<} in constraint
1171 @item @samp{<}
1172 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
1173 postdecrement) is allowed.  In inline @code{asm} this constraint is only
1174 allowed if the operand is used exactly once in an instruction that can
1175 handle the side-effects.  Not using an operand with @samp{<} in constraint
1176 string in the inline @code{asm} pattern at all or using it in multiple
1177 instructions isn't valid, because the side-effects wouldn't be performed
1178 or would be performed more than once.  Furthermore, on some targets
1179 the operand with @samp{<} in constraint string must be accompanied by
1180 special instruction suffixes like @code{%U0} instruction suffix on PowerPC
1181 or @code{%P0} on IA-64.
1183 @cindex @samp{>} in constraint
1184 @item @samp{>}
1185 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
1186 postincrement) is allowed.  In inline @code{asm} the same restrictions
1187 as for @samp{<} apply.
1189 @cindex @samp{r} in constraint
1190 @cindex registers in constraints
1191 @item @samp{r}
1192 A register operand is allowed provided that it is in a general
1193 register.
1195 @cindex constants in constraints
1196 @cindex @samp{i} in constraint
1197 @item @samp{i}
1198 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
1199 This includes symbolic constants whose values will be known only at
1200 assembly time or later.
1202 @cindex @samp{n} in constraint
1203 @item @samp{n}
1204 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
1205 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
1206 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
1207 rather than @samp{i}.
1209 @cindex @samp{I} in constraint
1210 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
1211 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
1212 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
1213 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
1214 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
1215 This is the range permitted as a shift count in the shift
1216 instructions.
1218 @cindex @samp{E} in constraint
1219 @item @samp{E}
1220 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
1221 allowed, but only if the target floating point format is the same as
1222 that of the host machine (on which the compiler is running).
1224 @cindex @samp{F} in constraint
1225 @item @samp{F}
1226 An immediate floating operand (expression code @code{const_double} or
1227 @code{const_vector}) is allowed.
1229 @cindex @samp{G} in constraint
1230 @cindex @samp{H} in constraint
1231 @item @samp{G}, @samp{H}
1232 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
1233 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
1235 @cindex @samp{s} in constraint
1236 @item @samp{s}
1237 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
1238 allowed.
1240 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
1241 value not known at compile time, it certainly must allow any known
1242 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
1243 better code to be generated.
1245 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
1246 use an immediate operand; but if the immediate value is between @minus{}128
1247 and 127, better code results from loading the value into a register and
1248 using the register.  This is because the load into the register can be
1249 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
1250 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
1251 range @minus{}128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
1252 constraints.
1254 @cindex @samp{g} in constraint
1255 @item @samp{g}
1256 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
1257 registers that are not general registers.
1259 @cindex @samp{X} in constraint
1260 @item @samp{X}
1261 @ifset INTERNALS
1262 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
1263 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
1264 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
1265 require a scratch register.
1266 @end ifset
1267 @ifclear INTERNALS
1268 Any operand whatsoever is allowed.
1269 @end ifclear
1271 @cindex @samp{0} in constraint
1272 @cindex digits in constraint
1273 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
1274 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
1275 digit is used together with letters within the same alternative, the
1276 digit should come last.
1278 This number is allowed to be more than a single digit.  If multiple
1279 digits are encountered consecutively, they are interpreted as a single
1280 decimal integer.  There is scant chance for ambiguity, since to-date
1281 it has never been desirable that @samp{10} be interpreted as matching
1282 either operand 1 @emph{or} operand 0.  Should this be desired, one
1283 can use multiple alternatives instead.
1285 @cindex matching constraint
1286 @cindex constraint, matching
1287 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
1288 that the assembler has only a single operand that fills two roles
1289 @ifset INTERNALS
1290 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
1291 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
1292 @end ifset
1293 @ifclear INTERNALS
1294 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
1295 two input operands and an output operand, but on most CISC
1296 @end ifclear
1297 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
1298 input-output operand:
1300 @smallexample
1301 addl #35,r12
1302 @end smallexample
1304 Matching constraints are used in these circumstances.
1305 More precisely, the two operands that match must include one input-only
1306 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
1307 smaller number than the number of the operand that uses it in the
1308 constraint.
1310 @ifset INTERNALS
1311 For operands to match in a particular case usually means that they
1312 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
1313 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
1314 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
1315 For proper results in such cases, the output template should always
1316 use the output-operand's number when printing the operand.
1317 @end ifset
1319 @cindex load address instruction
1320 @cindex push address instruction
1321 @cindex address constraints
1322 @cindex @samp{p} in constraint
1323 @item @samp{p}
1324 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
1325 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
1327 @findex address_operand
1328 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
1329 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
1330 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
1331 reference for which the address would be valid.
1333 @cindex other register constraints
1334 @cindex extensible constraints
1335 @item @var{other-letters}
1336 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
1337 particular classes of registers or other arbitrary operand types.
1338 @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are defined on the 68000/68020 to stand
1339 for data, address and floating point registers.
1340 @end table
1342 @ifset INTERNALS
1343 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
1344 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
1345 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
1346 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
1347 done by copying an operand into a register.
1349 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
1351 @smallexample
1352 (define_insn ""
1353   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1354         (plus:SI (match_dup 0)
1355                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
1356   ""
1357   "@dots{}")
1358 @end smallexample
1360 @noindent
1361 which has two operands, one of which must appear in two places, and
1363 @smallexample
1364 (define_insn ""
1365   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1366         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
1367                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
1368   ""
1369   "@dots{}")
1370 @end smallexample
1372 @noindent
1373 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
1374 identical.  If we are considering an insn of the form
1376 @smallexample
1377 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
1378   (set (reg:SI 3)
1379        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
1380   @dots{})
1381 @end smallexample
1383 @noindent
1384 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
1385 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
1386 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns''.
1387 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
1388 is something wrong with it''.  It would direct the reload pass of the
1389 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
1390 results might look like this:
1392 @smallexample
1393 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
1394   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
1395   @dots{})
1397 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
1398   (set (reg:SI 3)
1399        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
1400   @dots{})
1401 @end smallexample
1403 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
1404 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
1405 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
1406 for each possible combination of operand expressions, have at least one
1407 alternative which can handle that combination of operands.)  The
1408 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
1409 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
1410 reloading any possible operand so that it will fit.
1412 @itemize @bullet
1413 @item
1414 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
1415 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
1417 For example, an operand whose constraints permit everything except
1418 registers is safe provided its predicate rejects registers.
1420 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
1421 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
1422 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
1423 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
1424 more selective.
1426 @item
1427 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
1428 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
1429 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
1430 compiler knows how to copy a register into another register of the
1431 proper class in order to make an instruction valid.
1433 @cindex nonoffsettable memory reference
1434 @cindex memory reference, nonoffsettable
1435 @item
1436 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
1437 address into a register.  So if the constraint uses the letter
1438 @samp{o}, all memory references are taken care of.
1440 @item
1441 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
1442 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1443 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1444 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1446 @item
1447 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1448 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1449 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1450 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1451 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1452 objects allowed by the constraint.
1453 @end itemize
1455 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1456 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1457 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1458 how to copy a register temporarily into memory.
1460 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1461 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1462 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1463 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1464 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1465 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1466 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1467 @code{sign_extend}.
1468 @end ifset
1470 @node Multi-Alternative
1471 @subsection Multiple Alternative Constraints
1472 @cindex multiple alternative constraints
1474 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1475 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1476 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1477 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1478 another.
1480 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1481 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1482 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1483 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1484 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1485 All operands for a single instruction must have the same number of 
1486 alternatives.
1487 @ifset INTERNALS
1488 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1490 @smallexample
1491 (define_insn "iorsi3"
1492   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1493         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1494                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1495   @dots{})
1496 @end smallexample
1498 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1499 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1500 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1501 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1502 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1503 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1505 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1506 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1507 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1508 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1509 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1510 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1512 @table @code
1513 @cindex @samp{?} in constraint
1514 @cindex question mark
1515 @item ?
1516 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1517 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1518 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1519 in it.
1521 @cindex @samp{!} in constraint
1522 @cindex exclamation point
1523 @item !
1524 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1525 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1526 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1528 @cindex @samp{^} in constraint
1529 @cindex caret
1530 @item ^
1531 This constraint is analogous to @samp{?} but it disparages slightly
1532 the alternative only if the operand with the @samp{^} needs a reload.
1534 @cindex @samp{$} in constraint
1535 @cindex dollar sign
1536 @item $
1537 This constraint is analogous to @samp{!} but it disparages severely
1538 the alternative only if the operand with the @samp{$} needs a reload.
1539 @end table
1541 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1542 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1543 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1544 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1545 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1546 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1547 @end ifset
1548 @ifclear INTERNALS
1550 So the first alternative for the 68000's logical-or could be written as 
1551 @code{"+m" (output) : "ir" (input)}.  The second could be @code{"+r" 
1552 (output): "irm" (input)}.  However, the fact that two memory locations 
1553 cannot be used in a single instruction prevents simply using @code{"+rm" 
1554 (output) : "irm" (input)}.  Using multi-alternatives, this might be 
1555 written as @code{"+m,r" (output) : "ir,irm" (input)}.  This describes
1556 all the available alternatives to the compiler, allowing it to choose 
1557 the most efficient one for the current conditions.
1559 There is no way within the template to determine which alternative was 
1560 chosen.  However you may be able to wrap your @code{asm} statements with 
1561 builtins such as @code{__builtin_constant_p} to achieve the desired results.
1562 @end ifclear
1564 @ifset INTERNALS
1565 @node Class Preferences
1566 @subsection Register Class Preferences
1567 @cindex class preference constraints
1568 @cindex register class preference constraints
1570 @cindex voting between constraint alternatives
1571 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1572 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1573 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1574 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1575 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1576 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1577 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1578 favor of a general register.  The machine description says which registers
1579 are considered general.
1581 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1582 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1583 @end ifset
1585 @node Modifiers
1586 @subsection Constraint Modifier Characters
1587 @cindex modifiers in constraints
1588 @cindex constraint modifier characters
1590 @c prevent bad page break with this line
1591 Here are constraint modifier characters.
1593 @table @samp
1594 @cindex @samp{=} in constraint
1595 @item =
1596 Means that this operand is written to by this instruction:
1597 the previous value is discarded and replaced by new data.
1599 @cindex @samp{+} in constraint
1600 @item +
1601 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1603 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1604 it needs to know which operands are read by the instruction and
1605 which are written by it.  @samp{=} identifies an operand which is only
1606 written; @samp{+} identifies an operand that is both read and written; all
1607 other operands are assumed to only be read.
1609 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1610 first character of the constraint string.
1612 @cindex @samp{&} in constraint
1613 @cindex earlyclobber operand
1614 @item &
1615 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1616 @dfn{earlyclobber} operand, which is written before the instruction is
1617 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1618 in a register that is read by the instruction or as part of any memory
1619 address.
1621 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1622 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1623 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1624 @samp{movdf} insn of the 68000.
1626 A operand which is read by the instruction can be tied to an earlyclobber
1627 operand if its only use as an input occurs before the early result is
1628 written.  Adding alternatives of this form often allows GCC to produce
1629 better code when only some of the read operands can be affected by the
1630 earlyclobber. See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM@.
1632 Furthermore, if the @dfn{earlyclobber} operand is also a read/write
1633 operand, then that operand is written only after it's used.
1635 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=} or @samp{+}.  As
1636 @dfn{earlyclobber} operands are always written, a read-only
1637 @dfn{earlyclobber} operand is ill-formed and will be rejected by the
1638 compiler.
1640 @cindex @samp{%} in constraint
1641 @item %
1642 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1643 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1644 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1645 constraints.  @samp{%} applies to all alternatives and must appear as
1646 the first character in the constraint.  Only read-only operands can use
1647 @samp{%}.
1649 @ifset INTERNALS
1650 This is often used in patterns for addition instructions
1651 that really have only two operands: the result must go in one of the
1652 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1653 instruction is defined:
1655 @smallexample
1656 (define_insn "addhi3"
1657   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1658      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1659               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1660   @dots{})
1661 @end smallexample
1662 @end ifset
1663 GCC can only handle one commutative pair in an asm; if you use more,
1664 the compiler may fail.  Note that you need not use the modifier if
1665 the two alternatives are strictly identical; this would only waste
1666 time in the reload pass.
1667 @ifset INTERNALS
1668 The modifier is not operational after
1669 register allocation, so the result of @code{define_peephole2}
1670 and @code{define_split}s performed after reload cannot rely on
1671 @samp{%} to make the intended insn match.
1673 @cindex @samp{#} in constraint
1674 @item #
1675 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1676 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1677 register preferences.
1679 @cindex @samp{*} in constraint
1680 @item *
1681 Says that the following character should be ignored when choosing
1682 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1683 constraint as a constraint, and no effect on reloading.  For LRA
1684 @samp{*} additionally disparages slightly the alternative if the
1685 following character matches the operand.
1687 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1688 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1689 copying it into an address register.  While either kind of register is
1690 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1691 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1692 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1693 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1694 register preferences.
1696 @smallexample
1697 (define_insn "extendhisi2"
1698   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1699         (sign_extend:SI
1700          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1701   @dots{})
1702 @end smallexample
1703 @end ifset
1704 @end table
1706 @node Machine Constraints
1707 @subsection Constraints for Particular Machines
1708 @cindex machine specific constraints
1709 @cindex constraints, machine specific
1711 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1712 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1713 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1714 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1715 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1716 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1717 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1718 immediate-constant format.
1720 Each architecture defines additional constraints.  These constraints
1721 are used by the compiler itself for instruction generation, as well as
1722 for @code{asm} statements; therefore, some of the constraints are not
1723 particularly useful for @code{asm}.  Here is a summary of some of the
1724 machine-dependent constraints available on some particular machines;
1725 it includes both constraints that are useful for @code{asm} and
1726 constraints that aren't.  The compiler source file mentioned in the
1727 table heading for each architecture is the definitive reference for
1728 the meanings of that architecture's constraints.
1730 @c Please keep this table alphabetized by target!
1731 @table @emph
1732 @item AArch64 family---@file{config/aarch64/constraints.md}
1733 @table @code
1734 @item k
1735 The stack pointer register (@code{SP})
1737 @item w
1738 Floating point or SIMD vector register
1740 @item I
1741 Integer constant that is valid as an immediate operand in an @code{ADD}
1742 instruction
1744 @item J
1745 Integer constant that is valid as an immediate operand in a @code{SUB}
1746 instruction (once negated)
1748 @item K
1749 Integer constant that can be used with a 32-bit logical instruction
1751 @item L
1752 Integer constant that can be used with a 64-bit logical instruction
1754 @item M
1755 Integer constant that is valid as an immediate operand in a 32-bit @code{MOV}
1756 pseudo instruction. The @code{MOV} may be assembled to one of several different
1757 machine instructions depending on the value
1759 @item N
1760 Integer constant that is valid as an immediate operand in a 64-bit @code{MOV}
1761 pseudo instruction
1763 @item S
1764 An absolute symbolic address or a label reference
1766 @item Y
1767 Floating point constant zero
1769 @item Z
1770 Integer constant zero
1772 @item Ush
1773 The high part (bits 12 and upwards) of the pc-relative address of a symbol
1774 within 4GB of the instruction
1776 @item Q
1777 A memory address which uses a single base register with no offset
1779 @item Ump
1780 A memory address suitable for a load/store pair instruction in SI, DI, SF and
1781 DF modes
1783 @end table
1786 @item ARC ---@file{config/arc/constraints.md}
1787 @table @code
1788 @item q
1789 Registers usable in ARCompact 16-bit instructions: @code{r0}-@code{r3},
1790 @code{r12}-@code{r15}.  This constraint can only match when the @option{-mq}
1791 option is in effect.
1793 @item e
1794 Registers usable as base-regs of memory addresses in ARCompact 16-bit memory
1795 instructions: @code{r0}-@code{r3}, @code{r12}-@code{r15}, @code{sp}.
1796 This constraint can only match when the @option{-mq}
1797 option is in effect.
1798 @item D
1799 ARC FPX (dpfp) 64-bit registers. @code{D0}, @code{D1}.
1801 @item I
1802 A signed 12-bit integer constant.
1804 @item Cal
1805 constant for arithmetic/logical operations.  This might be any constant
1806 that can be put into a long immediate by the assmbler or linker without
1807 involving a PIC relocation.
1809 @item K
1810 A 3-bit unsigned integer constant.
1812 @item L
1813 A 6-bit unsigned integer constant.
1815 @item CnL
1816 One's complement of a 6-bit unsigned integer constant.
1818 @item CmL
1819 Two's complement of a 6-bit unsigned integer constant.
1821 @item M
1822 A 5-bit unsigned integer constant.
1824 @item O
1825 A 7-bit unsigned integer constant.
1827 @item P
1828 A 8-bit unsigned integer constant.
1830 @item H
1831 Any const_double value.
1832 @end table
1834 @item ARM family---@file{config/arm/constraints.md}
1835 @table @code
1837 @item h
1838 In Thumb state, the core registers @code{r8}-@code{r15}.
1840 @item k
1841 The stack pointer register.
1843 @item l
1844 In Thumb State the core registers @code{r0}-@code{r7}.  In ARM state this
1845 is an alias for the @code{r} constraint.
1847 @item t
1848 VFP floating-point registers @code{s0}-@code{s31}.  Used for 32 bit values.
1850 @item w
1851 VFP floating-point registers @code{d0}-@code{d31} and the appropriate
1852 subset @code{d0}-@code{d15} based on command line options.
1853 Used for 64 bit values only.  Not valid for Thumb1.
1855 @item y
1856 The iWMMX co-processor registers.
1858 @item z
1859 The iWMMX GR registers.
1861 @item G
1862 The floating-point constant 0.0
1864 @item I
1865 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1866 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1867 multiple of 2
1869 @item J
1870 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1872 @item K
1873 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1875 @item L
1876 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1878 @item M
1879 Integer in the range 0 to 32
1881 @item Q
1882 A memory reference where the exact address is in a single register
1883 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1885 @item R
1886 An item in the constant pool
1888 @item S
1889 A symbol in the text segment of the current file
1891 @item Uv
1892 A memory reference suitable for VFP load/store insns (reg+constant offset)
1894 @item Uy
1895 A memory reference suitable for iWMMXt load/store instructions.
1897 @item Uq
1898 A memory reference suitable for the ARMv4 ldrsb instruction.
1899 @end table
1901 @item AVR family---@file{config/avr/constraints.md}
1902 @table @code
1903 @item l
1904 Registers from r0 to r15
1906 @item a
1907 Registers from r16 to r23
1909 @item d
1910 Registers from r16 to r31
1912 @item w
1913 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1915 @item e
1916 Pointer register (r26--r31)
1918 @item b
1919 Base pointer register (r28--r31)
1921 @item q
1922 Stack pointer register (SPH:SPL)
1924 @item t
1925 Temporary register r0
1927 @item x
1928 Register pair X (r27:r26)
1930 @item y
1931 Register pair Y (r29:r28)
1933 @item z
1934 Register pair Z (r31:r30)
1936 @item I
1937 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1939 @item J
1940 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1942 @item K
1943 Constant integer 2
1945 @item L
1946 Constant integer 0
1948 @item M
1949 Constant that fits in 8 bits
1951 @item N
1952 Constant integer @minus{}1
1954 @item O
1955 Constant integer 8, 16, or 24
1957 @item P
1958 Constant integer 1
1960 @item G
1961 A floating point constant 0.0
1963 @item Q
1964 A memory address based on Y or Z pointer with displacement.
1965 @end table
1967 @item Blackfin family---@file{config/bfin/constraints.md}
1968 @table @code
1969 @item a
1970 P register
1972 @item d
1973 D register
1975 @item z
1976 A call clobbered P register.
1978 @item q@var{n}
1979 A single register.  If @var{n} is in the range 0 to 7, the corresponding D
1980 register.  If it is @code{A}, then the register P0.
1982 @item D
1983 Even-numbered D register
1985 @item W
1986 Odd-numbered D register
1988 @item e
1989 Accumulator register.
1991 @item A
1992 Even-numbered accumulator register.
1994 @item B
1995 Odd-numbered accumulator register.
1997 @item b
1998 I register
2000 @item v
2001 B register
2003 @item f
2004 M register
2006 @item c
2007 Registers used for circular buffering, i.e. I, B, or L registers.
2009 @item C
2010 The CC register.
2012 @item t
2013 LT0 or LT1.
2015 @item k
2016 LC0 or LC1.
2018 @item u
2019 LB0 or LB1.
2021 @item x
2022 Any D, P, B, M, I or L register.
2024 @item y
2025 Additional registers typically used only in prologues and epilogues: RETS,
2026 RETN, RETI, RETX, RETE, ASTAT, SEQSTAT and USP.
2028 @item w
2029 Any register except accumulators or CC.
2031 @item Ksh
2032 Signed 16 bit integer (in the range @minus{}32768 to 32767)
2034 @item Kuh
2035 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535)
2037 @item Ks7
2038 Signed 7 bit integer (in the range @minus{}64 to 63)
2040 @item Ku7
2041 Unsigned 7 bit integer (in the range 0 to 127)
2043 @item Ku5
2044 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31)
2046 @item Ks4
2047 Signed 4 bit integer (in the range @minus{}8 to 7)
2049 @item Ks3
2050 Signed 3 bit integer (in the range @minus{}3 to 4)
2052 @item Ku3
2053 Unsigned 3 bit integer (in the range 0 to 7)
2055 @item P@var{n}
2056 Constant @var{n}, where @var{n} is a single-digit constant in the range 0 to 4.
2058 @item PA
2059 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2060 use with either accumulator.
2062 @item PB
2063 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2064 use only with accumulator A1.
2066 @item M1
2067 Constant 255.
2069 @item M2
2070 Constant 65535.
2072 @item J
2073 An integer constant with exactly a single bit set.
2075 @item L
2076 An integer constant with all bits set except exactly one.
2078 @item H
2080 @item Q
2081 Any SYMBOL_REF.
2082 @end table
2084 @item CR16 Architecture---@file{config/cr16/cr16.h}
2085 @table @code
2087 @item b
2088 Registers from r0 to r14 (registers without stack pointer)
2090 @item t
2091 Register from r0 to r11 (all 16-bit registers)
2093 @item p
2094 Register from r12 to r15 (all 32-bit registers)
2096 @item I
2097 Signed constant that fits in 4 bits
2099 @item J
2100 Signed constant that fits in 5 bits
2102 @item K
2103 Signed constant that fits in 6 bits
2105 @item L
2106 Unsigned constant that fits in 4 bits
2108 @item M
2109 Signed constant that fits in 32 bits
2111 @item N
2112 Check for 64 bits wide constants for add/sub instructions
2114 @item G
2115 Floating point constant that is legal for store immediate
2116 @end table
2118 @item Epiphany---@file{config/epiphany/constraints.md}
2119 @table @code
2120 @item U16
2121 An unsigned 16-bit constant.
2123 @item K
2124 An unsigned 5-bit constant.
2126 @item L
2127 A signed 11-bit constant.
2129 @item Cm1
2130 A signed 11-bit constant added to @minus{}1.
2131 Can only match when the @option{-m1reg-@var{reg}} option is active.
2133 @item Cl1
2134 Left-shift of @minus{}1, i.e., a bit mask with a block of leading ones, the rest
2135 being a block of trailing zeroes.
2136 Can only match when the @option{-m1reg-@var{reg}} option is active.
2138 @item Cr1
2139 Right-shift of @minus{}1, i.e., a bit mask with a trailing block of ones, the
2140 rest being zeroes.  Or to put it another way, one less than a power of two.
2141 Can only match when the @option{-m1reg-@var{reg}} option is active.
2143 @item Cal
2144 Constant for arithmetic/logical operations.
2145 This is like @code{i}, except that for position independent code,
2146 no symbols / expressions needing relocations are allowed.
2148 @item Csy
2149 Symbolic constant for call/jump instruction.
2151 @item Rcs
2152 The register class usable in short insns.  This is a register class
2153 constraint, and can thus drive register allocation.
2154 This constraint won't match unless @option{-mprefer-short-insn-regs} is
2155 in effect.
2157 @item Rsc
2158 The the register class of registers that can be used to hold a
2159 sibcall call address.  I.e., a caller-saved register.
2161 @item Rct
2162 Core control register class.
2164 @item Rgs
2165 The register group usable in short insns.
2166 This constraint does not use a register class, so that it only
2167 passively matches suitable registers, and doesn't drive register allocation.
2169 @ifset INTERNALS
2170 @item Car
2171 Constant suitable for the addsi3_r pattern.  This is a valid offset
2172 For byte, halfword, or word addressing.
2173 @end ifset
2175 @item Rra
2176 Matches the return address if it can be replaced with the link register.
2178 @item Rcc
2179 Matches the integer condition code register.
2181 @item Sra
2182 Matches the return address if it is in a stack slot.
2184 @item Cfm
2185 Matches control register values to switch fp mode, which are encapsulated in
2186 @code{UNSPEC_FP_MODE}.
2187 @end table
2189 @item FRV---@file{config/frv/frv.h}
2190 @table @code
2191 @item a
2192 Register in the class @code{ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2194 @item b
2195 Register in the class @code{EVEN_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2197 @item c
2198 Register in the class @code{CC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3} and
2199 @code{icc0} to @code{icc3}).
2201 @item d
2202 Register in the class @code{GPR_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2204 @item e
2205 Register in the class @code{EVEN_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2206 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2207 mode larger than 4 bytes.
2209 @item f
2210 Register in the class @code{FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2212 @item h
2213 Register in the class @code{FEVEN_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2214 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2215 mode larger than 4 bytes.
2217 @item l
2218 Register in the class @code{LR_REG} (the @code{lr} register).
2220 @item q
2221 Register in the class @code{QUAD_REGS} (@code{gr2} to @code{gr63}).
2222 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2223 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2225 @item t
2226 Register in the class @code{ICC_REGS} (@code{icc0} to @code{icc3}).
2228 @item u
2229 Register in the class @code{FCC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3}).
2231 @item v
2232 Register in the class @code{ICR_REGS} (@code{cc4} to @code{cc7}).
2234 @item w
2235 Register in the class @code{FCR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc3}).
2237 @item x
2238 Register in the class @code{QUAD_FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2239 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2240 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2242 @item z
2243 Register in the class @code{SPR_REGS} (@code{lcr} and @code{lr}).
2245 @item A
2246 Register in the class @code{QUAD_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2248 @item B
2249 Register in the class @code{ACCG_REGS} (@code{accg0} to @code{accg7}).
2251 @item C
2252 Register in the class @code{CR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc7}).
2254 @item G
2255 Floating point constant zero
2257 @item I
2258 6-bit signed integer constant
2260 @item J
2261 10-bit signed integer constant
2263 @item L
2264 16-bit signed integer constant
2266 @item M
2267 16-bit unsigned integer constant
2269 @item N
2270 12-bit signed integer constant that is negative---i.e.@: in the
2271 range of @minus{}2048 to @minus{}1
2273 @item O
2274 Constant zero
2276 @item P
2277 12-bit signed integer constant that is greater than zero---i.e.@: in the
2278 range of 1 to 2047.
2280 @end table
2282 @item FT32---@file{config/ft32/constraints.md}
2283 @table @code
2284 @item A
2285 An absolute address
2287 @item B
2288 An offset address
2290 @item W
2291 A register indirect memory operand
2293 @item e
2294 An offset address.
2296 @item f
2297 An offset address.
2299 @item O
2300 The constant zero or one
2302 @item I
2303 A 16-bit signed constant (@minus{}32768 @dots{} 32767)
2305 @item w
2306 A bitfield mask suitable for bext or bins
2308 @item x
2309 An inverted bitfield mask suitable for bext or bins
2311 @item L
2312 A 16-bit unsigned constant, multiple of 4 (0 @dots{} 65532)
2314 @item S
2315 A 20-bit signed constant (@minus{}524288 @dots{} 524287)
2317 @item b
2318 A constant for a bitfield width (1 @dots{} 16)
2320 @item KA
2321 A 10-bit signed constant (@minus{}512 @dots{} 511)
2323 @end table
2325 @item Hewlett-Packard PA-RISC---@file{config/pa/pa.h}
2326 @table @code
2327 @item a
2328 General register 1
2330 @item f
2331 Floating point register
2333 @item q
2334 Shift amount register
2336 @item x
2337 Floating point register (deprecated)
2339 @item y
2340 Upper floating point register (32-bit), floating point register (64-bit)
2342 @item Z
2343 Any register
2345 @item I
2346 Signed 11-bit integer constant
2348 @item J
2349 Signed 14-bit integer constant
2351 @item K
2352 Integer constant that can be deposited with a @code{zdepi} instruction
2354 @item L
2355 Signed 5-bit integer constant
2357 @item M
2358 Integer constant 0
2360 @item N
2361 Integer constant that can be loaded with a @code{ldil} instruction
2363 @item O
2364 Integer constant whose value plus one is a power of 2
2366 @item P
2367 Integer constant that can be used for @code{and} operations in @code{depi}
2368 and @code{extru} instructions
2370 @item S
2371 Integer constant 31
2373 @item U
2374 Integer constant 63
2376 @item G
2377 Floating-point constant 0.0
2379 @item A
2380 A @code{lo_sum} data-linkage-table memory operand
2382 @item Q
2383 A memory operand that can be used as the destination operand of an
2384 integer store instruction
2386 @item R
2387 A scaled or unscaled indexed memory operand
2389 @item T
2390 A memory operand for floating-point loads and stores
2392 @item W
2393 A register indirect memory operand
2394 @end table
2396 @item Intel IA-64---@file{config/ia64/ia64.h}
2397 @table @code
2398 @item a
2399 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
2401 @item b
2402 Branch register
2404 @item c
2405 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
2407 @item d
2408 Application register residing in M-unit
2410 @item e
2411 Application register residing in I-unit
2413 @item f
2414 Floating-point register
2416 @item m
2417 Memory operand.  If used together with @samp{<} or @samp{>},
2418 the operand can have postincrement and postdecrement which
2419 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
2421 @item G
2422 Floating-point constant 0.0 or 1.0
2424 @item I
2425 14-bit signed integer constant
2427 @item J
2428 22-bit signed integer constant
2430 @item K
2431 8-bit signed integer constant for logical instructions
2433 @item L
2434 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
2436 @item M
2437 6-bit unsigned integer constant for shift counts
2439 @item N
2440 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
2442 @item O
2443 The constant zero
2445 @item P
2446 0 or @minus{}1 for @code{dep} instruction
2448 @item Q
2449 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
2451 @item R
2452 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
2454 @item S
2455 Memory operand except postincrement and postdecrement.  This is
2456 now roughly the same as @samp{m} when not used together with @samp{<}
2457 or @samp{>}.
2458 @end table
2460 @item M32C---@file{config/m32c/m32c.c}
2461 @table @code
2462 @item Rsp
2463 @itemx Rfb
2464 @itemx Rsb
2465 @samp{$sp}, @samp{$fb}, @samp{$sb}.
2467 @item Rcr
2468 Any control register, when they're 16 bits wide (nothing if control
2469 registers are 24 bits wide)
2471 @item Rcl
2472 Any control register, when they're 24 bits wide.
2474 @item R0w
2475 @itemx R1w
2476 @itemx R2w
2477 @itemx R3w
2478 $r0, $r1, $r2, $r3.
2480 @item R02
2481 $r0 or $r2, or $r2r0 for 32 bit values.
2483 @item R13
2484 $r1 or $r3, or $r3r1 for 32 bit values.
2486 @item Rdi
2487 A register that can hold a 64 bit value.
2489 @item Rhl
2490 $r0 or $r1 (registers with addressable high/low bytes)
2492 @item R23
2493 $r2 or $r3
2495 @item Raa
2496 Address registers
2498 @item Raw
2499 Address registers when they're 16 bits wide.
2501 @item Ral
2502 Address registers when they're 24 bits wide.
2504 @item Rqi
2505 Registers that can hold QI values.
2507 @item Rad
2508 Registers that can be used with displacements ($a0, $a1, $sb).
2510 @item Rsi
2511 Registers that can hold 32 bit values.
2513 @item Rhi
2514 Registers that can hold 16 bit values.
2516 @item Rhc
2517 Registers chat can hold 16 bit values, including all control
2518 registers.
2520 @item Rra
2521 $r0 through R1, plus $a0 and $a1.
2523 @item Rfl
2524 The flags register.
2526 @item Rmm
2527 The memory-based pseudo-registers $mem0 through $mem15.
2529 @item Rpi
2530 Registers that can hold pointers (16 bit registers for r8c, m16c; 24
2531 bit registers for m32cm, m32c).
2533 @item Rpa
2534 Matches multiple registers in a PARALLEL to form a larger register.
2535 Used to match function return values.
2537 @item Is3
2538 @minus{}8 @dots{} 7
2540 @item IS1
2541 @minus{}128 @dots{} 127
2543 @item IS2
2544 @minus{}32768 @dots{} 32767
2546 @item IU2
2547 0 @dots{} 65535
2549 @item In4
2550 @minus{}8 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 8
2552 @item In5
2553 @minus{}16 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 16
2555 @item In6
2556 @minus{}32 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 32
2558 @item IM2
2559 @minus{}65536 @dots{} @minus{}1
2561 @item Ilb
2562 An 8 bit value with exactly one bit set.
2564 @item Ilw
2565 A 16 bit value with exactly one bit set.
2567 @item Sd
2568 The common src/dest memory addressing modes.
2570 @item Sa
2571 Memory addressed using $a0 or $a1.
2573 @item Si
2574 Memory addressed with immediate addresses.
2576 @item Ss
2577 Memory addressed using the stack pointer ($sp).
2579 @item Sf
2580 Memory addressed using the frame base register ($fb).
2582 @item Ss
2583 Memory addressed using the small base register ($sb).
2585 @item S1
2586 $r1h
2587 @end table
2589 @item MicroBlaze---@file{config/microblaze/constraints.md}
2590 @table @code
2591 @item d
2592 A general register (@code{r0} to @code{r31}).
2594 @item z
2595 A status register (@code{rmsr}, @code{$fcc1} to @code{$fcc7}).
2597 @end table
2599 @item MIPS---@file{config/mips/constraints.md}
2600 @table @code
2601 @item d
2602 A general-purpose register.  This is equivalent to @code{r} unless
2603 generating MIPS16 code, in which case the MIPS16 register set is used.
2605 @item f
2606 A floating-point register (if available).
2608 @item h
2609 Formerly the @code{hi} register.  This constraint is no longer supported.
2611 @item l
2612 The @code{lo} register.  Use this register to store values that are
2613 no bigger than a word.
2615 @item x
2616 The concatenated @code{hi} and @code{lo} registers.  Use this register
2617 to store doubleword values.
2619 @item c
2620 A register suitable for use in an indirect jump.  This will always be
2621 @code{$25} for @option{-mabicalls}.
2623 @item v
2624 Register @code{$3}.  Do not use this constraint in new code;
2625 it is retained only for compatibility with glibc.
2627 @item y
2628 Equivalent to @code{r}; retained for backwards compatibility.
2630 @item z
2631 A floating-point condition code register.
2633 @item I
2634 A signed 16-bit constant (for arithmetic instructions).
2636 @item J
2637 Integer zero.
2639 @item K
2640 An unsigned 16-bit constant (for logic instructions).
2642 @item L
2643 A signed 32-bit constant in which the lower 16 bits are zero.
2644 Such constants can be loaded using @code{lui}.
2646 @item M
2647 A constant that cannot be loaded using @code{lui}, @code{addiu}
2648 or @code{ori}.
2650 @item N
2651 A constant in the range @minus{}65535 to @minus{}1 (inclusive).
2653 @item O
2654 A signed 15-bit constant.
2656 @item P
2657 A constant in the range 1 to 65535 (inclusive).
2659 @item G
2660 Floating-point zero.
2662 @item R
2663 An address that can be used in a non-macro load or store.
2665 @item ZC
2666 A memory operand whose address is formed by a base register and offset
2667 that is suitable for use in instructions with the same addressing mode
2668 as @code{ll} and @code{sc}.
2670 @item ZD
2671 An address suitable for a @code{prefetch} instruction, or for any other
2672 instruction with the same addressing mode as @code{prefetch}.
2673 @end table
2675 @item Motorola 680x0---@file{config/m68k/constraints.md}
2676 @table @code
2677 @item a
2678 Address register
2680 @item d
2681 Data register
2683 @item f
2684 68881 floating-point register, if available
2686 @item I
2687 Integer in the range 1 to 8
2689 @item J
2690 16-bit signed number
2692 @item K
2693 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
2695 @item L
2696 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
2698 @item M
2699 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
2701 @item N
2702 Range 24 to 31, rotatert:SI 8 to 1 expressed as rotate
2704 @item O
2705 16 (for rotate using swap)
2707 @item P
2708 Range 8 to 15, rotatert:HI 8 to 1 expressed as rotate
2710 @item R
2711 Numbers that mov3q can handle
2713 @item G
2714 Floating point constant that is not a 68881 constant
2716 @item S
2717 Operands that satisfy 'm' when -mpcrel is in effect
2719 @item T
2720 Operands that satisfy 's' when -mpcrel is not in effect
2722 @item Q
2723 Address register indirect addressing mode
2725 @item U
2726 Register offset addressing
2728 @item W
2729 const_call_operand
2731 @item Cs
2732 symbol_ref or const
2734 @item Ci
2735 const_int
2737 @item C0
2738 const_int 0
2740 @item Cj
2741 Range of signed numbers that don't fit in 16 bits
2743 @item Cmvq
2744 Integers valid for mvq
2746 @item Capsw
2747 Integers valid for a moveq followed by a swap
2749 @item Cmvz
2750 Integers valid for mvz
2752 @item Cmvs
2753 Integers valid for mvs
2755 @item Ap
2756 push_operand
2758 @item Ac
2759 Non-register operands allowed in clr
2761 @end table
2763 @item Moxie---@file{config/moxie/constraints.md}
2764 @table @code
2765 @item A
2766 An absolute address
2768 @item B
2769 An offset address
2771 @item W
2772 A register indirect memory operand
2774 @item I
2775 A constant in the range of 0 to 255.
2777 @item N
2778 A constant in the range of 0 to @minus{}255.
2780 @end table
2782 @item MSP430--@file{config/msp430/constraints.md}
2783 @table @code
2785 @item R12
2786 Register R12.
2788 @item R13
2789 Register R13.
2791 @item K
2792 Integer constant 1.
2794 @item L
2795 Integer constant -1^20..1^19.
2797 @item M
2798 Integer constant 1-4.
2800 @item Ya
2801 Memory references which do not require an extended MOVX instruction.
2803 @item Yl
2804 Memory reference, labels only.
2806 @item Ys
2807 Memory reference, stack only.
2809 @end table
2811 @item NDS32---@file{config/nds32/constraints.md}
2812 @table @code
2813 @item w
2814 LOW register class $r0 to $r7 constraint for V3/V3M ISA.
2815 @item l
2816 LOW register class $r0 to $r7.
2817 @item d
2818 MIDDLE register class $r0 to $r11, $r16 to $r19.
2819 @item h
2820 HIGH register class $r12 to $r14, $r20 to $r31.
2821 @item t
2822 Temporary assist register $ta (i.e.@: $r15).
2823 @item k
2824 Stack register $sp.
2825 @item Iu03
2826 Unsigned immediate 3-bit value.
2827 @item In03
2828 Negative immediate 3-bit value in the range of @minus{}7--0.
2829 @item Iu04
2830 Unsigned immediate 4-bit value.
2831 @item Is05
2832 Signed immediate 5-bit value.
2833 @item Iu05
2834 Unsigned immediate 5-bit value.
2835 @item In05
2836 Negative immediate 5-bit value in the range of @minus{}31--0.
2837 @item Ip05
2838 Unsigned immediate 5-bit value for movpi45 instruction with range 16--47.
2839 @item Iu06
2840 Unsigned immediate 6-bit value constraint for addri36.sp instruction.
2841 @item Iu08
2842 Unsigned immediate 8-bit value.
2843 @item Iu09
2844 Unsigned immediate 9-bit value.
2845 @item Is10
2846 Signed immediate 10-bit value.
2847 @item Is11
2848 Signed immediate 11-bit value.
2849 @item Is15
2850 Signed immediate 15-bit value.
2851 @item Iu15
2852 Unsigned immediate 15-bit value.
2853 @item Ic15
2854 A constant which is not in the range of imm15u but ok for bclr instruction.
2855 @item Ie15
2856 A constant which is not in the range of imm15u but ok for bset instruction.
2857 @item It15
2858 A constant which is not in the range of imm15u but ok for btgl instruction.
2859 @item Ii15
2860 A constant whose compliment value is in the range of imm15u
2861 and ok for bitci instruction.
2862 @item Is16
2863 Signed immediate 16-bit value.
2864 @item Is17
2865 Signed immediate 17-bit value.
2866 @item Is19
2867 Signed immediate 19-bit value.
2868 @item Is20
2869 Signed immediate 20-bit value.
2870 @item Ihig
2871 The immediate value that can be simply set high 20-bit.
2872 @item Izeb
2873 The immediate value 0xff.
2874 @item Izeh
2875 The immediate value 0xffff.
2876 @item Ixls
2877 The immediate value 0x01.
2878 @item Ix11
2879 The immediate value 0x7ff.
2880 @item Ibms
2881 The immediate value with power of 2.
2882 @item Ifex
2883 The immediate value with power of 2 minus 1.
2884 @item U33
2885 Memory constraint for 333 format.
2886 @item U45
2887 Memory constraint for 45 format.
2888 @item U37
2889 Memory constraint for 37 format.
2890 @end table
2892 @item Nios II family---@file{config/nios2/constraints.md}
2893 @table @code
2895 @item I
2896 Integer that is valid as an immediate operand in an
2897 instruction taking a signed 16-bit number. Range
2898 @minus{}32768 to 32767.
2900 @item J
2901 Integer that is valid as an immediate operand in an
2902 instruction taking an unsigned 16-bit number. Range
2903 0 to 65535.
2905 @item K
2906 Integer that is valid as an immediate operand in an
2907 instruction taking only the upper 16-bits of a
2908 32-bit number. Range 32-bit numbers with the lower
2909 16-bits being 0.
2911 @item L
2912 Integer that is valid as an immediate operand for a 
2913 shift instruction. Range 0 to 31.
2915 @item M
2916 Integer that is valid as an immediate operand for
2917 only the value 0. Can be used in conjunction with
2918 the format modifier @code{z} to use @code{r0}
2919 instead of @code{0} in the assembly output.
2921 @item N
2922 Integer that is valid as an immediate operand for
2923 a custom instruction opcode. Range 0 to 255.
2925 @item P
2926 An immediate operand for R2 andchi/andci instructions. 
2928 @item S
2929 Matches immediates which are addresses in the small
2930 data section and therefore can be added to @code{gp}
2931 as a 16-bit immediate to re-create their 32-bit value.
2933 @item U
2934 Matches constants suitable as an operand for the rdprs and
2935 cache instructions.
2937 @item v
2938 A memory operand suitable for Nios II R2 load/store
2939 exclusive instructions.
2941 @item w
2942 A memory operand suitable for load/store IO and cache
2943 instructions.
2945 @ifset INTERNALS
2946 @item T
2947 A @code{const} wrapped @code{UNSPEC} expression,
2948 representing a supported PIC or TLS relocation.
2949 @end ifset
2951 @end table
2953 @item PDP-11---@file{config/pdp11/constraints.md}
2954 @table @code
2955 @item a
2956 Floating point registers AC0 through AC3.  These can be loaded from/to
2957 memory with a single instruction.
2959 @item d
2960 Odd numbered general registers (R1, R3, R5).  These are used for
2961 16-bit multiply operations.
2963 @item f
2964 Any of the floating point registers (AC0 through AC5).
2966 @item G
2967 Floating point constant 0.
2969 @item I
2970 An integer constant that fits in 16 bits.
2972 @item J
2973 An integer constant whose low order 16 bits are zero.
2975 @item K
2976 An integer constant that does not meet the constraints for codes
2977 @samp{I} or @samp{J}.
2979 @item L
2980 The integer constant 1.
2982 @item M
2983 The integer constant @minus{}1.
2985 @item N
2986 The integer constant 0.
2988 @item O
2989 Integer constants @minus{}4 through @minus{}1 and 1 through 4; shifts by these
2990 amounts are handled as multiple single-bit shifts rather than a single
2991 variable-length shift.
2993 @item Q
2994 A memory reference which requires an additional word (address or
2995 offset) after the opcode.
2997 @item R
2998 A memory reference that is encoded within the opcode.
3000 @end table
3002 @item PowerPC and IBM RS6000---@file{config/rs6000/constraints.md}
3003 @table @code
3004 @item b
3005 Address base register
3007 @item d
3008 Floating point register (containing 64-bit value)
3010 @item f
3011 Floating point register (containing 32-bit value)
3013 @item v
3014 Altivec vector register
3016 @item wa
3017 Any VSX register if the @option{-mvsx} option was used or NO_REGS.
3019 When using any of the register constraints (@code{wa}, @code{wd},
3020 @code{wf}, @code{wg}, @code{wh}, @code{wi}, @code{wj}, @code{wk},
3021 @code{wl}, @code{wm}, @code{wo}, @code{wp}, @code{wq}, @code{ws},
3022 @code{wt}, @code{wu}, @code{wv}, @code{ww}, or @code{wy})
3023 that take VSX registers, you must use @code{%x<n>} in the template so
3024 that the correct register is used.  Otherwise the register number
3025 output in the assembly file will be incorrect if an Altivec register
3026 is an operand of a VSX instruction that expects VSX register
3027 numbering.
3029 @smallexample
3030 asm ("xvadddp %x0,%x1,%x2"
3031      : "=wa" (v1)
3032      : "wa" (v2), "wa" (v3));
3033 @end smallexample
3035 @noindent
3036 is correct, but:
3038 @smallexample
3039 asm ("xvadddp %0,%1,%2" 
3040      : "=wa" (v1) 
3041      : "wa" (v2), "wa" (v3));
3042 @end smallexample
3044 @noindent
3045 is not correct.
3047 If an instruction only takes Altivec registers, you do not want to use
3048 @code{%x<n>}.
3050 @smallexample
3051 asm ("xsaddqp %0,%1,%2"
3052      : "=v" (v1)
3053      : "v" (v2), "v" (v3));
3054 @end smallexample
3056 @noindent
3057 is correct because the @code{xsaddqp} instruction only takes Altivec
3058 registers, while:
3060 @smallexample
3061 asm ("xsaddqp %x0,%x1,%x2" 
3062      : "=v" (v1) 
3063      : "v" (v2), "v" (v3));
3064 @end smallexample
3066 @noindent
3067 is incorrect.
3069 @item wb
3070 Altivec register if @option{-mcpu=power9} is used or NO_REGS.
3072 @item wd
3073 VSX vector register to hold vector double data or NO_REGS.
3075 @item we
3076 VSX register if the @option{-mcpu=power9} and @option{-m64} options
3077 were used or NO_REGS.
3079 @item wf
3080 VSX vector register to hold vector float data or NO_REGS.
3082 @item wg
3083 If @option{-mmfpgpr} was used, a floating point register or NO_REGS.
3085 @item wh
3086 Floating point register if direct moves are available, or NO_REGS.
3088 @item wi
3089 FP or VSX register to hold 64-bit integers for VSX insns or NO_REGS.
3091 @item wj
3092 FP or VSX register to hold 64-bit integers for direct moves or NO_REGS.
3094 @item wk
3095 FP or VSX register to hold 64-bit doubles for direct moves or NO_REGS.
3097 @item wl
3098 Floating point register if the LFIWAX instruction is enabled or NO_REGS.
3100 @item wm
3101 VSX register if direct move instructions are enabled, or NO_REGS.
3103 @item wn
3104 No register (NO_REGS).
3106 @item wo
3107 VSX register to use for ISA 3.0 vector instructions, or NO_REGS.
3109 @item wp
3110 VSX register to use for IEEE 128-bit floating point TFmode, or NO_REGS.
3112 @item wq
3113 VSX register to use for IEEE 128-bit floating point, or NO_REGS.
3115 @item wr
3116 General purpose register if 64-bit instructions are enabled or NO_REGS.
3118 @item ws
3119 VSX vector register to hold scalar double values or NO_REGS.
3121 @item wt
3122 VSX vector register to hold 128 bit integer or NO_REGS.
3124 @item wu
3125 Altivec register to use for float/32-bit int loads/stores  or NO_REGS.
3127 @item wv
3128 Altivec register to use for double loads/stores  or NO_REGS.
3130 @item ww
3131 FP or VSX register to perform float operations under @option{-mvsx} or NO_REGS.
3133 @item wx
3134 Floating point register if the STFIWX instruction is enabled or NO_REGS.
3136 @item wy
3137 FP or VSX register to perform ISA 2.07 float ops or NO_REGS.
3139 @item wz
3140 Floating point register if the LFIWZX instruction is enabled or NO_REGS.
3142 @item wA
3143 Address base register if 64-bit instructions are enabled or NO_REGS.
3145 @item wB
3146 Signed 5-bit constant integer that can be loaded into an altivec register.
3148 @item wD
3149 Int constant that is the element number of the 64-bit scalar in a vector.
3151 @item wE
3152 Vector constant that can be loaded with the XXSPLTIB instruction.
3154 @item wF
3155 Memory operand suitable for power9 fusion load/stores.
3157 @item wG
3158 Memory operand suitable for TOC fusion memory references.
3160 @item wH
3161 Altivec register if @option{-mvsx-small-integer}.
3163 @item wI
3164 Floating point register if @option{-mvsx-small-integer}.
3166 @item wJ
3167 FP register if @option{-mvsx-small-integer} and @option{-mpower9-vector}.
3169 @item wK
3170 Altivec register if @option{-mvsx-small-integer} and @option{-mpower9-vector}.
3172 @item wL
3173 Int constant that is the element number that the MFVSRLD instruction.
3174 targets.
3176 @item wM
3177 Match vector constant with all 1's if the XXLORC instruction is available.
3179 @item wO
3180 A memory operand suitable for the ISA 3.0 vector d-form instructions.
3182 @item wQ
3183 A memory address that will work with the @code{lq} and @code{stq}
3184 instructions.
3186 @item wS
3187 Vector constant that can be loaded with XXSPLTIB & sign extension.
3189 @item h
3190 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
3192 @item c
3193 @samp{CTR} register
3195 @item l
3196 @samp{LINK} register
3198 @item x
3199 @samp{CR} register (condition register) number 0
3201 @item y
3202 @samp{CR} register (condition register)
3204 @item z
3205 @samp{XER[CA]} carry bit (part of the XER register)
3207 @item I
3208 Signed 16-bit constant
3210 @item J
3211 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
3212 @code{SImode} constants)
3214 @item K
3215 Unsigned 16-bit constant
3217 @item L
3218 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
3220 @item M
3221 Constant larger than 31
3223 @item N
3224 Exact power of 2
3226 @item O
3227 Zero
3229 @item P
3230 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
3232 @item G
3233 Floating point constant that can be loaded into a register with one
3234 instruction per word
3236 @item H
3237 Integer/Floating point constant that can be loaded into a register using
3238 three instructions
3240 @item m
3241 Memory operand.
3242 Normally, @code{m} does not allow addresses that update the base register.
3243 If @samp{<} or @samp{>} constraint is also used, they are allowed and
3244 therefore on PowerPC targets in that case it is only safe
3245 to use @samp{m<>} in an @code{asm} statement if that @code{asm} statement
3246 accesses the operand exactly once.  The @code{asm} statement must also
3247 use @samp{%U@var{<opno>}} as a placeholder for the ``update'' flag in the
3248 corresponding load or store instruction.  For example:
3250 @smallexample
3251 asm ("st%U0 %1,%0" : "=m<>" (mem) : "r" (val));
3252 @end smallexample
3254 is correct but:
3256 @smallexample
3257 asm ("st %1,%0" : "=m<>" (mem) : "r" (val));
3258 @end smallexample
3260 is not.
3262 @item es
3263 A ``stable'' memory operand; that is, one which does not include any
3264 automodification of the base register.  This used to be useful when
3265 @samp{m} allowed automodification of the base register, but as those are now only
3266 allowed when @samp{<} or @samp{>} is used, @samp{es} is basically the same
3267 as @samp{m} without @samp{<} and @samp{>}.
3269 @item Q
3270 Memory operand that is an offset from a register (it is usually better
3271 to use @samp{m} or @samp{es} in @code{asm} statements)
3273 @item Z
3274 Memory operand that is an indexed or indirect from a register (it is
3275 usually better to use @samp{m} or @samp{es} in @code{asm} statements)
3277 @item R
3278 AIX TOC entry
3280 @item a
3281 Address operand that is an indexed or indirect from a register (@samp{p} is
3282 preferable for @code{asm} statements)
3284 @item U
3285 System V Release 4 small data area reference
3287 @item W
3288 Vector constant that does not require memory
3290 @item j
3291 Vector constant that is all zeros.
3293 @end table
3295 @item RL78---@file{config/rl78/constraints.md}
3296 @table @code
3298 @item Int3
3299 An integer constant in the range 1 @dots{} 7.
3300 @item Int8
3301 An integer constant in the range 0 @dots{} 255.
3302 @item J
3303 An integer constant in the range @minus{}255 @dots{} 0
3304 @item K
3305 The integer constant 1.
3306 @item L
3307 The integer constant -1.
3308 @item M
3309 The integer constant 0.
3310 @item N
3311 The integer constant 2.
3312 @item O
3313 The integer constant -2.
3314 @item P
3315 An integer constant in the range 1 @dots{} 15.
3316 @item Qbi
3317 The built-in compare types--eq, ne, gtu, ltu, geu, and leu.
3318 @item Qsc
3319 The synthetic compare types--gt, lt, ge, and le.
3320 @item Wab
3321 A memory reference with an absolute address.
3322 @item Wbc
3323 A memory reference using @code{BC} as a base register, with an optional offset.
3324 @item Wca
3325 A memory reference using @code{AX}, @code{BC}, @code{DE}, or @code{HL} for the address, for calls.
3326 @item Wcv
3327 A memory reference using any 16-bit register pair for the address, for calls.
3328 @item Wd2
3329 A memory reference using @code{DE} as a base register, with an optional offset.
3330 @item Wde
3331 A memory reference using @code{DE} as a base register, without any offset.
3332 @item Wfr
3333 Any memory reference to an address in the far address space.
3334 @item Wh1
3335 A memory reference using @code{HL} as a base register, with an optional one-byte offset.
3336 @item Whb
3337 A memory reference using @code{HL} as a base register, with @code{B} or @code{C} as the index register.
3338 @item Whl
3339 A memory reference using @code{HL} as a base register, without any offset.
3340 @item Ws1
3341 A memory reference using @code{SP} as a base register, with an optional one-byte offset.
3342 @item Y
3343 Any memory reference to an address in the near address space.
3344 @item A
3345 The @code{AX} register.
3346 @item B
3347 The @code{BC} register.
3348 @item D
3349 The @code{DE} register.
3350 @item R
3351 @code{A} through @code{L} registers.
3352 @item S
3353 The @code{SP} register.
3354 @item T
3355 The @code{HL} register.
3356 @item Z08W
3357 The 16-bit @code{R8} register.
3358 @item Z10W
3359 The 16-bit @code{R10} register.
3360 @item Zint
3361 The registers reserved for interrupts (@code{R24} to @code{R31}).
3362 @item a
3363 The @code{A} register.
3364 @item b
3365 The @code{B} register.
3366 @item c
3367 The @code{C} register.
3368 @item d
3369 The @code{D} register.
3370 @item e
3371 The @code{E} register.
3372 @item h
3373 The @code{H} register.
3374 @item l
3375 The @code{L} register.
3376 @item v
3377 The virtual registers.
3378 @item w
3379 The @code{PSW} register.
3380 @item x
3381 The @code{X} register.
3383 @end table
3385 @item RISC-V---@file{config/riscv/constraints.md}
3386 @table @code
3388 @item f
3389 A floating-point register (if availiable).
3391 @item I
3392 An I-type 12-bit signed immediate.
3394 @item J
3395 Integer zero.
3397 @item K
3398 A 5-bit unsigned immediate for CSR access instructions.
3400 @item A
3401 An address that is held in a general-purpose register.
3403 @end table
3405 @item RX---@file{config/rx/constraints.md}
3406 @table @code
3407 @item Q
3408 An address which does not involve register indirect addressing or
3409 pre/post increment/decrement addressing.
3411 @item Symbol
3412 A symbol reference.
3414 @item Int08
3415 A constant in the range @minus{}256 to 255, inclusive.
3417 @item Sint08
3418 A constant in the range @minus{}128 to 127, inclusive.
3420 @item Sint16
3421 A constant in the range @minus{}32768 to 32767, inclusive.
3423 @item Sint24
3424 A constant in the range @minus{}8388608 to 8388607, inclusive.
3426 @item Uint04
3427 A constant in the range 0 to 15, inclusive.
3429 @end table
3431 @item S/390 and zSeries---@file{config/s390/s390.h}
3432 @table @code
3433 @item a
3434 Address register (general purpose register except r0)
3436 @item c
3437 Condition code register
3439 @item d
3440 Data register (arbitrary general purpose register)
3442 @item f
3443 Floating-point register
3445 @item I
3446 Unsigned 8-bit constant (0--255)
3448 @item J
3449 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
3451 @item K
3452 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
3454 @item L
3455 Value appropriate as displacement.
3456 @table @code
3457 @item (0..4095)
3458 for short displacement
3459 @item (@minus{}524288..524287)
3460 for long displacement
3461 @end table
3463 @item M
3464 Constant integer with a value of 0x7fffffff.
3466 @item N
3467 Multiple letter constraint followed by 4 parameter letters.
3468 @table @code
3469 @item 0..9:
3470 number of the part counting from most to least significant
3471 @item H,Q:
3472 mode of the part
3473 @item D,S,H:
3474 mode of the containing operand
3475 @item 0,F:
3476 value of the other parts (F---all bits set)
3477 @end table
3478 The constraint matches if the specified part of a constant
3479 has a value different from its other parts.
3481 @item Q
3482 Memory reference without index register and with short displacement.
3484 @item R
3485 Memory reference with index register and short displacement.
3487 @item S
3488 Memory reference without index register but with long displacement.
3490 @item T
3491 Memory reference with index register and long displacement.
3493 @item U
3494 Pointer with short displacement.
3496 @item W
3497 Pointer with long displacement.
3499 @item Y
3500 Shift count operand.
3502 @end table
3504 @need 1000
3505 @item SPARC---@file{config/sparc/sparc.h}
3506 @table @code
3507 @item f
3508 Floating-point register on the SPARC-V8 architecture and
3509 lower floating-point register on the SPARC-V9 architecture.
3511 @item e
3512 Floating-point register.  It is equivalent to @samp{f} on the
3513 SPARC-V8 architecture and contains both lower and upper
3514 floating-point registers on the SPARC-V9 architecture.
3516 @item c
3517 Floating-point condition code register.
3519 @item d
3520 Lower floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9
3521 architecture when the Visual Instruction Set is available.
3523 @item b
3524 Floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9 architecture
3525 when the Visual Instruction Set is available.
3527 @item h
3528 64-bit global or out register for the SPARC-V8+ architecture.
3530 @item C
3531 The constant all-ones, for floating-point.
3533 @item A
3534 Signed 5-bit constant
3536 @item D
3537 A vector constant
3539 @item I
3540 Signed 13-bit constant
3542 @item J
3543 Zero
3545 @item K
3546 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
3547 loaded with the @code{sethi} instruction)
3549 @item L
3550 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions (11-bit
3551 signed immediate)
3553 @item M
3554 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions (10-bit
3555 signed immediate)
3557 @item N
3558 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
3559 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
3560 modes wider than @code{SImode}
3562 @item O
3563 The constant 4096
3565 @item G
3566 Floating-point zero
3568 @item H
3569 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
3571 @item P
3572 The constant -1
3574 @item Q
3575 Floating-point constant whose integral representation can
3576 be moved into an integer register using a single sethi
3577 instruction
3579 @item R
3580 Floating-point constant whose integral representation can
3581 be moved into an integer register using a single mov
3582 instruction
3584 @item S
3585 Floating-point constant whose integral representation can
3586 be moved into an integer register using a high/lo_sum
3587 instruction sequence
3589 @item T
3590 Memory address aligned to an 8-byte boundary
3592 @item U
3593 Even register
3595 @item W
3596 Memory address for @samp{e} constraint registers
3598 @item w
3599 Memory address with only a base register
3601 @item Y
3602 Vector zero
3604 @end table
3606 @item SPU---@file{config/spu/spu.h}
3607 @table @code
3608 @item a
3609 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.
3611 @item c
3612 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.
3614 @item d
3615 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 64 bit value.
3617 @item f
3618 An immediate which can be loaded with @code{fsmbi}.
3620 @item A
3621 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3623 @item B
3624 An immediate for most arithmetic instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3626 @item C
3627 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3629 @item D
3630 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 32 bit value.
3632 @item I
3633 A constant in the range [@minus{}64, 63] for shift/rotate instructions.
3635 @item J
3636 An unsigned 7-bit constant for conversion/nop/channel instructions.
3638 @item K
3639 A signed 10-bit constant for most arithmetic instructions.
3641 @item M
3642 A signed 16 bit immediate for @code{stop}.
3644 @item N
3645 An unsigned 16-bit constant for @code{iohl} and @code{fsmbi}.
3647 @item O
3648 An unsigned 7-bit constant whose 3 least significant bits are 0.
3650 @item P
3651 An unsigned 3-bit constant for 16-byte rotates and shifts
3653 @item R
3654 Call operand, reg, for indirect calls
3656 @item S
3657 Call operand, symbol, for relative calls.
3659 @item T
3660 Call operand, const_int, for absolute calls.
3662 @item U
3663 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is sign extended to 128 bit.
3665 @item W
3666 An immediate for shift and rotate instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3668 @item Y
3669 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is sign extended as a 128 bit.
3671 @item Z
3672 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is sign extended to 128 bit.
3674 @end table
3676 @item TI C6X family---@file{config/c6x/constraints.md}
3677 @table @code
3678 @item a
3679 Register file A (A0--A31).
3681 @item b
3682 Register file B (B0--B31).
3684 @item A
3685 Predicate registers in register file A (A0--A2 on C64X and
3686 higher, A1 and A2 otherwise).
3688 @item B
3689 Predicate registers in register file B (B0--B2).
3691 @item C
3692 A call-used register in register file B (B0--B9, B16--B31).
3694 @item Da
3695 Register file A, excluding predicate registers (A3--A31,
3696 plus A0 if not C64X or higher).
3698 @item Db
3699 Register file B, excluding predicate registers (B3--B31).
3701 @item Iu4
3702 Integer constant in the range 0 @dots{} 15.
3704 @item Iu5
3705 Integer constant in the range 0 @dots{} 31.
3707 @item In5
3708 Integer constant in the range @minus{}31 @dots{} 0.
3710 @item Is5
3711 Integer constant in the range @minus{}16 @dots{} 15.
3713 @item I5x
3714 Integer constant that can be the operand of an ADDA or a SUBA insn.
3716 @item IuB
3717 Integer constant in the range 0 @dots{} 65535.
3719 @item IsB
3720 Integer constant in the range @minus{}32768 @dots{} 32767.
3722 @item IsC
3723 Integer constant in the range @math{-2^{20}} @dots{} @math{2^{20} - 1}.
3725 @item Jc
3726 Integer constant that is a valid mask for the clr instruction.
3728 @item Js
3729 Integer constant that is a valid mask for the set instruction.
3731 @item Q
3732 Memory location with A base register.
3734 @item R
3735 Memory location with B base register.
3737 @ifset INTERNALS
3738 @item S0
3739 On C64x+ targets, a GP-relative small data reference.
3741 @item S1
3742 Any kind of @code{SYMBOL_REF}, for use in a call address.
3744 @item Si
3745 Any kind of immediate operand, unless it matches the S0 constraint.
3747 @item T
3748 Memory location with B base register, but not using a long offset.
3750 @item W
3751 A memory operand with an address that cannot be used in an unaligned access.
3753 @end ifset
3754 @item Z
3755 Register B14 (aka DP).
3757 @end table
3759 @item TILE-Gx---@file{config/tilegx/constraints.md}
3760 @table @code
3761 @item R00
3762 @itemx R01
3763 @itemx R02
3764 @itemx R03
3765 @itemx R04
3766 @itemx R05
3767 @itemx R06
3768 @itemx R07
3769 @itemx R08
3770 @itemx R09
3771 @itemx R10
3772 Each of these represents a register constraint for an individual
3773 register, from r0 to r10.
3775 @item I
3776 Signed 8-bit integer constant.
3778 @item J
3779 Signed 16-bit integer constant.
3781 @item K
3782 Unsigned 16-bit integer constant.
3784 @item L
3785 Integer constant that fits in one signed byte when incremented by one
3786 (@minus{}129 @dots{} 126).
3788 @item m
3789 Memory operand.  If used together with @samp{<} or @samp{>}, the
3790 operand can have postincrement which requires printing with @samp{%In}
3791 and @samp{%in} on TILE-Gx.  For example:
3793 @smallexample
3794 asm ("st_add %I0,%1,%i0" : "=m<>" (*mem) : "r" (val));
3795 @end smallexample
3797 @item M
3798 A bit mask suitable for the BFINS instruction.
3800 @item N
3801 Integer constant that is a byte tiled out eight times.
3803 @item O
3804 The integer zero constant.
3806 @item P
3807 Integer constant that is a sign-extended byte tiled out as four shorts.
3809 @item Q
3810 Integer constant that fits in one signed byte when incremented
3811 (@minus{}129 @dots{} 126), but excluding -1.
3813 @item S
3814 Integer constant that has all 1 bits consecutive and starting at bit 0.
3816 @item T
3817 A 16-bit fragment of a got, tls, or pc-relative reference.
3819 @item U
3820 Memory operand except postincrement.  This is roughly the same as
3821 @samp{m} when not used together with @samp{<} or @samp{>}.
3823 @item W
3824 An 8-element vector constant with identical elements.
3826 @item Y
3827 A 4-element vector constant with identical elements.
3829 @item Z0
3830 The integer constant 0xffffffff.
3832 @item Z1
3833 The integer constant 0xffffffff00000000.
3835 @end table
3837 @item TILEPro---@file{config/tilepro/constraints.md}
3838 @table @code
3839 @item R00
3840 @itemx R01
3841 @itemx R02
3842 @itemx R03
3843 @itemx R04
3844 @itemx R05
3845 @itemx R06
3846 @itemx R07
3847 @itemx R08
3848 @itemx R09
3849 @itemx R10
3850 Each of these represents a register constraint for an individual
3851 register, from r0 to r10.
3853 @item I
3854 Signed 8-bit integer constant.
3856 @item J
3857 Signed 16-bit integer constant.
3859 @item K
3860 Nonzero integer constant with low 16 bits zero.
3862 @item L
3863 Integer constant that fits in one signed byte when incremented by one
3864 (@minus{}129 @dots{} 126).
3866 @item m
3867 Memory operand.  If used together with @samp{<} or @samp{>}, the
3868 operand can have postincrement which requires printing with @samp{%In}
3869 and @samp{%in} on TILEPro.  For example:
3871 @smallexample
3872 asm ("swadd %I0,%1,%i0" : "=m<>" (mem) : "r" (val));
3873 @end smallexample
3875 @item M
3876 A bit mask suitable for the MM instruction.
3878 @item N
3879 Integer constant that is a byte tiled out four times.
3881 @item O
3882 The integer zero constant.
3884 @item P
3885 Integer constant that is a sign-extended byte tiled out as two shorts.
3887 @item Q
3888 Integer constant that fits in one signed byte when incremented
3889 (@minus{}129 @dots{} 126), but excluding -1.
3891 @item T
3892 A symbolic operand, or a 16-bit fragment of a got, tls, or pc-relative
3893 reference.
3895 @item U
3896 Memory operand except postincrement.  This is roughly the same as
3897 @samp{m} when not used together with @samp{<} or @samp{>}.
3899 @item W
3900 A 4-element vector constant with identical elements.
3902 @item Y
3903 A 2-element vector constant with identical elements.
3905 @end table
3907 @item Visium---@file{config/visium/constraints.md}
3908 @table @code
3909 @item b
3910 EAM register @code{mdb}
3912 @item c
3913 EAM register @code{mdc}
3915 @item f
3916 Floating point register
3918 @ifset INTERNALS
3919 @item k
3920 Register for sibcall optimization
3921 @end ifset
3923 @item l
3924 General register, but not @code{r29}, @code{r30} and @code{r31}
3926 @item t
3927 Register @code{r1}
3929 @item u
3930 Register @code{r2}
3932 @item v
3933 Register @code{r3}
3935 @item G
3936 Floating-point constant 0.0
3938 @item J
3939 Integer constant in the range 0 .. 65535 (16-bit immediate)
3941 @item K
3942 Integer constant in the range 1 .. 31 (5-bit immediate)
3944 @item L
3945 Integer constant in the range @minus{}65535 .. @minus{}1 (16-bit negative immediate)
3947 @item M
3948 Integer constant @minus{}1
3950 @item O
3951 Integer constant 0
3953 @item P
3954 Integer constant 32
3955 @end table
3957 @item x86 family---@file{config/i386/constraints.md}
3958 @table @code
3959 @item R
3960 Legacy register---the eight integer registers available on all
3961 i386 processors (@code{a}, @code{b}, @code{c}, @code{d},
3962 @code{si}, @code{di}, @code{bp}, @code{sp}).
3964 @item q
3965 Any register accessible as @code{@var{r}l}.  In 32-bit mode, @code{a},
3966 @code{b}, @code{c}, and @code{d}; in 64-bit mode, any integer register.
3968 @item Q
3969 Any register accessible as @code{@var{r}h}: @code{a}, @code{b},
3970 @code{c}, and @code{d}.
3972 @ifset INTERNALS
3973 @item l
3974 Any register that can be used as the index in a base+index memory
3975 access: that is, any general register except the stack pointer.
3976 @end ifset
3978 @item a
3979 The @code{a} register.
3981 @item b
3982 The @code{b} register.
3984 @item c
3985 The @code{c} register.
3987 @item d
3988 The @code{d} register.
3990 @item S
3991 The @code{si} register.
3993 @item D
3994 The @code{di} register.
3996 @item A
3997 The @code{a} and @code{d} registers.  This class is used for instructions
3998 that return double word results in the @code{ax:dx} register pair.  Single
3999 word values will be allocated either in @code{ax} or @code{dx}.
4000 For example on i386 the following implements @code{rdtsc}:
4002 @smallexample
4003 unsigned long long rdtsc (void)
4005   unsigned long long tick;
4006   __asm__ __volatile__("rdtsc":"=A"(tick));
4007   return tick;
4009 @end smallexample
4011 This is not correct on x86-64 as it would allocate tick in either @code{ax}
4012 or @code{dx}.  You have to use the following variant instead:
4014 @smallexample
4015 unsigned long long rdtsc (void)
4017   unsigned int tickl, tickh;
4018   __asm__ __volatile__("rdtsc":"=a"(tickl),"=d"(tickh));
4019   return ((unsigned long long)tickh << 32)|tickl;
4021 @end smallexample
4023 @item U
4024 The call-clobbered integer registers.
4026 @item f
4027 Any 80387 floating-point (stack) register.
4029 @item t
4030 Top of 80387 floating-point stack (@code{%st(0)}).
4032 @item u
4033 Second from top of 80387 floating-point stack (@code{%st(1)}).
4035 @ifset INTERNALS
4036 @item Yk
4037 Any mask register that can be used as a predicate, i.e. @code{k1-k7}.
4039 @item k
4040 Any mask register.
4041 @end ifset
4043 @item y
4044 Any MMX register.
4046 @item x
4047 Any SSE register.
4049 @item v
4050 Any EVEX encodable SSE register (@code{%xmm0-%xmm31}).
4052 @ifset INTERNALS
4053 @item w
4054 Any bound register.
4055 @end ifset
4057 @item Yz
4058 First SSE register (@code{%xmm0}).
4060 @ifset INTERNALS
4061 @item Yi
4062 Any SSE register, when SSE2 and inter-unit moves are enabled.
4064 @item Yj
4065 Any SSE register, when SSE2 and inter-unit moves from vector registers are enabled.
4067 @item Ym
4068 Any MMX register, when inter-unit moves are enabled.
4070 @item Yn
4071 Any MMX register, when inter-unit moves from vector registers are enabled.
4073 @item Yp
4074 Any integer register when @code{TARGET_PARTIAL_REG_STALL} is disabled.
4076 @item Ya
4077 Any integer register when zero extensions with @code{AND} are disabled.
4079 @item Yb
4080 Any register that can be used as the GOT base when calling@*
4081 @code{___tls_get_addr}: that is, any general register except @code{a}
4082 and @code{sp} registers, for @option{-fno-plt} if linker supports it.
4083 Otherwise, @code{b} register.
4085 @item Yf
4086 Any x87 register when 80387 floating-point arithmetic is enabled.
4088 @item Yr
4089 Lower SSE register when avoiding REX prefix and all SSE registers otherwise.
4091 @item Yv
4092 For AVX512VL, any EVEX-encodable SSE register (@code{%xmm0-%xmm31}),
4093 otherwise any SSE register.
4095 @item Yh
4096 Any EVEX-encodable SSE register, that has number factor of four.
4098 @item Bf
4099 Flags register operand.
4101 @item Bg
4102 GOT memory operand.
4104 @item Bm
4105 Vector memory operand.
4107 @item Bc
4108 Constant memory operand.
4110 @item Bn
4111 Memory operand without REX prefix.
4113 @item Bs
4114 Sibcall memory operand.
4116 @item Bw
4117 Call memory operand.
4119 @item Bz
4120 Constant call address operand.
4122 @item BC
4123 SSE constant -1 operand.
4124 @end ifset
4126 @item I
4127 Integer constant in the range 0 @dots{} 31, for 32-bit shifts.
4129 @item J
4130 Integer constant in the range 0 @dots{} 63, for 64-bit shifts.
4132 @item K
4133 Signed 8-bit integer constant.
4135 @item L
4136 @code{0xFF} or @code{0xFFFF}, for andsi as a zero-extending move.
4138 @item M
4139 0, 1, 2, or 3 (shifts for the @code{lea} instruction).
4141 @item N
4142 Unsigned 8-bit integer constant (for @code{in} and @code{out}
4143 instructions).
4145 @ifset INTERNALS
4146 @item O
4147 Integer constant in the range 0 @dots{} 127, for 128-bit shifts.
4148 @end ifset
4150 @item G
4151 Standard 80387 floating point constant.
4153 @item C
4154 SSE constant zero operand.
4156 @item e
4157 32-bit signed integer constant, or a symbolic reference known
4158 to fit that range (for immediate operands in sign-extending x86-64
4159 instructions).
4161 @item We
4162 32-bit signed integer constant, or a symbolic reference known
4163 to fit that range (for sign-extending conversion operations that
4164 require non-@code{VOIDmode} immediate operands).
4166 @item Wz
4167 32-bit unsigned integer constant, or a symbolic reference known
4168 to fit that range (for zero-extending conversion operations that
4169 require non-@code{VOIDmode} immediate operands).
4171 @item Wd
4172 128-bit integer constant where both the high and low 64-bit word
4173 satisfy the @code{e} constraint.
4175 @item Z
4176 32-bit unsigned integer constant, or a symbolic reference known
4177 to fit that range (for immediate operands in zero-extending x86-64
4178 instructions).
4180 @item Tv
4181 VSIB address operand.
4183 @item Ts
4184 Address operand without segment register.
4186 @item Ti
4187 MPX address operand without index.
4189 @item Tb
4190 MPX address operand without base.
4192 @end table
4194 @item Xstormy16---@file{config/stormy16/stormy16.h}
4195 @table @code
4196 @item a
4197 Register r0.
4199 @item b
4200 Register r1.
4202 @item c
4203 Register r2.
4205 @item d
4206 Register r8.
4208 @item e
4209 Registers r0 through r7.
4211 @item t
4212 Registers r0 and r1.
4214 @item y
4215 The carry register.
4217 @item z
4218 Registers r8 and r9.
4220 @item I
4221 A constant between 0 and 3 inclusive.
4223 @item J
4224 A constant that has exactly one bit set.
4226 @item K
4227 A constant that has exactly one bit clear.
4229 @item L
4230 A constant between 0 and 255 inclusive.
4232 @item M
4233 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
4235 @item N
4236 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
4238 @item O
4239 A constant between 1 and 4 inclusive.
4241 @item P
4242 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
4244 @item Q
4245 A memory reference that is a stack push.
4247 @item R
4248 A memory reference that is a stack pop.
4250 @item S
4251 A memory reference that refers to a constant address of known value.
4253 @item T
4254 The register indicated by Rx (not implemented yet).
4256 @item U
4257 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
4259 @item Z
4260 The constant 0.
4262 @end table
4264 @item Xtensa---@file{config/xtensa/constraints.md}
4265 @table @code
4266 @item a
4267 General-purpose 32-bit register
4269 @item b
4270 One-bit boolean register
4272 @item A
4273 MAC16 40-bit accumulator register
4275 @item I
4276 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
4278 @item J
4279 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
4281 @item K
4282 Integer constant valid for BccI instructions
4284 @item L
4285 Unsigned constant valid for BccUI instructions
4287 @end table
4289 @end table
4291 @ifset INTERNALS
4292 @node Disable Insn Alternatives
4293 @subsection Disable insn alternatives using the @code{enabled} attribute
4294 @cindex enabled
4296 There are three insn attributes that may be used to selectively disable
4297 instruction alternatives:
4299 @table @code
4300 @item enabled
4301 Says whether an alternative is available on the current subtarget.
4303 @item preferred_for_size
4304 Says whether an enabled alternative should be used in code that is
4305 optimized for size.
4307 @item preferred_for_speed
4308 Says whether an enabled alternative should be used in code that is
4309 optimized for speed.
4310 @end table
4312 All these attributes should use @code{(const_int 1)} to allow an alternative
4313 or @code{(const_int 0)} to disallow it.  The attributes must be a static
4314 property of the subtarget; they cannot for example depend on the
4315 current operands, on the current optimization level, on the location
4316 of the insn within the body of a loop, on whether register allocation
4317 has finished, or on the current compiler pass.
4319 The @code{enabled} attribute is a correctness property.  It tells GCC to act
4320 as though the disabled alternatives were never defined in the first place.
4321 This is useful when adding new instructions to an existing pattern in
4322 cases where the new instructions are only available for certain cpu
4323 architecture levels (typically mapped to the @code{-march=} command-line
4324 option).
4326 In contrast, the @code{preferred_for_size} and @code{preferred_for_speed}
4327 attributes are strong optimization hints rather than correctness properties.
4328 @code{preferred_for_size} tells GCC which alternatives to consider when
4329 adding or modifying an instruction that GCC wants to optimize for size.
4330 @code{preferred_for_speed} does the same thing for speed.  Note that things
4331 like code motion can lead to cases where code optimized for size uses
4332 alternatives that are not preferred for size, and similarly for speed.
4334 Although @code{define_insn}s can in principle specify the @code{enabled}
4335 attribute directly, it is often clearer to have subsiduary attributes
4336 for each architectural feature of interest.  The @code{define_insn}s
4337 can then use these subsiduary attributes to say which alternatives
4338 require which features.  The example below does this for @code{cpu_facility}.
4340 E.g. the following two patterns could easily be merged using the @code{enabled}
4341 attribute:
4343 @smallexample
4345 (define_insn "*movdi_old"
4346   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
4347         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d"))]
4348   "!TARGET_NEW"
4349   "lgr %0,%1")
4351 (define_insn "*movdi_new"
4352   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d,f,d")
4353         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d,d,f"))]
4354   "TARGET_NEW"
4355   "@@
4356    lgr  %0,%1
4357    ldgr %0,%1
4358    lgdr %0,%1")
4360 @end smallexample
4364 @smallexample
4366 (define_insn "*movdi_combined"
4367   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d,f,d")
4368         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d,d,f"))]
4369   ""
4370   "@@
4371    lgr  %0,%1
4372    ldgr %0,%1
4373    lgdr %0,%1"
4374   [(set_attr "cpu_facility" "*,new,new")])
4376 @end smallexample
4378 with the @code{enabled} attribute defined like this:
4380 @smallexample
4382 (define_attr "cpu_facility" "standard,new" (const_string "standard"))
4384 (define_attr "enabled" ""
4385   (cond [(eq_attr "cpu_facility" "standard") (const_int 1)
4386          (and (eq_attr "cpu_facility" "new")
4387               (ne (symbol_ref "TARGET_NEW") (const_int 0)))
4388          (const_int 1)]
4389         (const_int 0)))
4391 @end smallexample
4393 @end ifset
4395 @ifset INTERNALS
4396 @node Define Constraints
4397 @subsection Defining Machine-Specific Constraints
4398 @cindex defining constraints
4399 @cindex constraints, defining
4401 Machine-specific constraints fall into two categories: register and
4402 non-register constraints.  Within the latter category, constraints
4403 which allow subsets of all possible memory or address operands should
4404 be specially marked, to give @code{reload} more information.
4406 Machine-specific constraints can be given names of arbitrary length,
4407 but they must be entirely composed of letters, digits, underscores
4408 (@samp{_}), and angle brackets (@samp{< >}).  Like C identifiers, they
4409 must begin with a letter or underscore.
4411 In order to avoid ambiguity in operand constraint strings, no
4412 constraint can have a name that begins with any other constraint's
4413 name.  For example, if @code{x} is defined as a constraint name,
4414 @code{xy} may not be, and vice versa.  As a consequence of this rule,
4415 no constraint may begin with one of the generic constraint letters:
4416 @samp{E F V X g i m n o p r s}.
4418 Register constraints correspond directly to register classes.
4419 @xref{Register Classes}.  There is thus not much flexibility in their
4420 definitions.
4422 @deffn {MD Expression} define_register_constraint name regclass docstring
4423 All three arguments are string constants.
4424 @var{name} is the name of the constraint, as it will appear in
4425 @code{match_operand} expressions.  If @var{name} is a multi-letter
4426 constraint its length shall be the same for all constraints starting
4427 with the same letter.  @var{regclass} can be either the
4428 name of the corresponding register class (@pxref{Register Classes}),
4429 or a C expression which evaluates to the appropriate register class.
4430 If it is an expression, it must have no side effects, and it cannot
4431 look at the operand.  The usual use of expressions is to map some
4432 register constraints to @code{NO_REGS} when the register class
4433 is not available on a given subarchitecture.
4435 @var{docstring} is a sentence documenting the meaning of the
4436 constraint.  Docstrings are explained further below.
4437 @end deffn
4439 Non-register constraints are more like predicates: the constraint
4440 definition gives a boolean expression which indicates whether the
4441 constraint matches.
4443 @deffn {MD Expression} define_constraint name docstring exp
4444 The @var{name} and @var{docstring} arguments are the same as for
4445 @code{define_register_constraint}, but note that the docstring comes
4446 immediately after the name for these expressions.  @var{exp} is an RTL
4447 expression, obeying the same rules as the RTL expressions in predicate
4448 definitions.  @xref{Defining Predicates}, for details.  If it
4449 evaluates true, the constraint matches; if it evaluates false, it
4450 doesn't. Constraint expressions should indicate which RTL codes they
4451 might match, just like predicate expressions.
4453 @code{match_test} C expressions have access to the
4454 following variables:
4456 @table @var
4457 @item op
4458 The RTL object defining the operand.
4459 @item mode
4460 The machine mode of @var{op}.
4461 @item ival
4462 @samp{INTVAL (@var{op})}, if @var{op} is a @code{const_int}.
4463 @item hval
4464 @samp{CONST_DOUBLE_HIGH (@var{op})}, if @var{op} is an integer
4465 @code{const_double}.
4466 @item lval
4467 @samp{CONST_DOUBLE_LOW (@var{op})}, if @var{op} is an integer
4468 @code{const_double}.
4469 @item rval
4470 @samp{CONST_DOUBLE_REAL_VALUE (@var{op})}, if @var{op} is a floating-point
4471 @code{const_double}.
4472 @end table
4474 The @var{*val} variables should only be used once another piece of the
4475 expression has verified that @var{op} is the appropriate kind of RTL
4476 object.
4477 @end deffn
4479 Most non-register constraints should be defined with
4480 @code{define_constraint}.  The remaining two definition expressions
4481 are only appropriate for constraints that should be handled specially
4482 by @code{reload} if they fail to match.
4484 @deffn {MD Expression} define_memory_constraint name docstring exp
4485 Use this expression for constraints that match a subset of all memory
4486 operands: that is, @code{reload} can make them match by converting the
4487 operand to the form @samp{@w{(mem (reg @var{X}))}}, where @var{X} is a
4488 base register (from the register class specified by
4489 @code{BASE_REG_CLASS}, @pxref{Register Classes}).
4491 For example, on the S/390, some instructions do not accept arbitrary
4492 memory references, but only those that do not make use of an index
4493 register.  The constraint letter @samp{Q} is defined to represent a
4494 memory address of this type.  If @samp{Q} is defined with
4495 @code{define_memory_constraint}, a @samp{Q} constraint can handle any
4496 memory operand, because @code{reload} knows it can simply copy the
4497 memory address into a base register if required.  This is analogous to
4498 the way an @samp{o} constraint can handle any memory operand.
4500 The syntax and semantics are otherwise identical to
4501 @code{define_constraint}.
4502 @end deffn
4504 @deffn {MD Expression} define_special_memory_constraint name docstring exp
4505 Use this expression for constraints that match a subset of all memory
4506 operands: that is, @code{reload} can not make them match by reloading
4507 the address as it is described for @code{define_memory_constraint} or
4508 such address reload is undesirable with the performance point of view.
4510 For example, @code{define_special_memory_constraint} can be useful if
4511 specifically aligned memory is necessary or desirable for some insn
4512 operand.
4514 The syntax and semantics are otherwise identical to
4515 @code{define_constraint}.
4516 @end deffn
4518 @deffn {MD Expression} define_address_constraint name docstring exp
4519 Use this expression for constraints that match a subset of all address
4520 operands: that is, @code{reload} can make the constraint match by
4521 converting the operand to the form @samp{@w{(reg @var{X})}}, again
4522 with @var{X} a base register.
4524 Constraints defined with @code{define_address_constraint} can only be
4525 used with the @code{address_operand} predicate, or machine-specific
4526 predicates that work the same way.  They are treated analogously to
4527 the generic @samp{p} constraint.
4529 The syntax and semantics are otherwise identical to
4530 @code{define_constraint}.
4531 @end deffn
4533 For historical reasons, names beginning with the letters @samp{G H}
4534 are reserved for constraints that match only @code{const_double}s, and
4535 names beginning with the letters @samp{I J K L M N O P} are reserved
4536 for constraints that match only @code{const_int}s.  This may change in
4537 the future.  For the time being, constraints with these names must be
4538 written in a stylized form, so that @code{genpreds} can tell you did
4539 it correctly:
4541 @smallexample
4542 @group
4543 (define_constraint "[@var{GHIJKLMNOP}]@dots{}"
4544   "@var{doc}@dots{}"
4545   (and (match_code "const_int")  ; @r{@code{const_double} for G/H}
4546        @var{condition}@dots{}))            ; @r{usually a @code{match_test}}
4547 @end group
4548 @end smallexample
4549 @c the semicolons line up in the formatted manual
4551 It is fine to use names beginning with other letters for constraints
4552 that match @code{const_double}s or @code{const_int}s.
4554 Each docstring in a constraint definition should be one or more complete
4555 sentences, marked up in Texinfo format.  @emph{They are currently unused.}
4556 In the future they will be copied into the GCC manual, in @ref{Machine
4557 Constraints}, replacing the hand-maintained tables currently found in
4558 that section.  Also, in the future the compiler may use this to give
4559 more helpful diagnostics when poor choice of @code{asm} constraints
4560 causes a reload failure.
4562 If you put the pseudo-Texinfo directive @samp{@@internal} at the
4563 beginning of a docstring, then (in the future) it will appear only in
4564 the internals manual's version of the machine-specific constraint tables.
4565 Use this for constraints that should not appear in @code{asm} statements.
4567 @node C Constraint Interface
4568 @subsection Testing constraints from C
4569 @cindex testing constraints
4570 @cindex constraints, testing
4572 It is occasionally useful to test a constraint from C code rather than
4573 implicitly via the constraint string in a @code{match_operand}.  The
4574 generated file @file{tm_p.h} declares a few interfaces for working
4575 with constraints.  At present these are defined for all constraints
4576 except @code{g} (which is equivalent to @code{general_operand}).
4578 Some valid constraint names are not valid C identifiers, so there is a
4579 mangling scheme for referring to them from C@.  Constraint names that
4580 do not contain angle brackets or underscores are left unchanged.
4581 Underscores are doubled, each @samp{<} is replaced with @samp{_l}, and
4582 each @samp{>} with @samp{_g}.  Here are some examples:
4584 @c the @c's prevent double blank lines in the printed manual.
4585 @example
4586 @multitable {Original} {Mangled}
4587 @item @strong{Original} @tab @strong{Mangled}  @c
4588 @item @code{x}     @tab @code{x}       @c
4589 @item @code{P42x}  @tab @code{P42x}    @c
4590 @item @code{P4_x}  @tab @code{P4__x}   @c
4591 @item @code{P4>x}  @tab @code{P4_gx}   @c
4592 @item @code{P4>>}  @tab @code{P4_g_g}  @c
4593 @item @code{P4_g>} @tab @code{P4__g_g} @c
4594 @end multitable
4595 @end example
4597 Throughout this section, the variable @var{c} is either a constraint
4598 in the abstract sense, or a constant from @code{enum constraint_num};
4599 the variable @var{m} is a mangled constraint name (usually as part of
4600 a larger identifier).
4602 @deftp Enum constraint_num
4603 For each constraint except @code{g}, there is a corresponding
4604 enumeration constant: @samp{CONSTRAINT_} plus the mangled name of the
4605 constraint.  Functions that take an @code{enum constraint_num} as an
4606 argument expect one of these constants.
4607 @end deftp
4609 @deftypefun {inline bool} satisfies_constraint_@var{m} (rtx @var{exp})
4610 For each non-register constraint @var{m} except @code{g}, there is
4611 one of these functions; it returns @code{true} if @var{exp} satisfies the
4612 constraint.  These functions are only visible if @file{rtl.h} was included
4613 before @file{tm_p.h}.
4614 @end deftypefun
4616 @deftypefun bool constraint_satisfied_p (rtx @var{exp}, enum constraint_num @var{c})
4617 Like the @code{satisfies_constraint_@var{m}} functions, but the
4618 constraint to test is given as an argument, @var{c}.  If @var{c}
4619 specifies a register constraint, this function will always return
4620 @code{false}.
4621 @end deftypefun
4623 @deftypefun {enum reg_class} reg_class_for_constraint (enum constraint_num @var{c})
4624 Returns the register class associated with @var{c}.  If @var{c} is not
4625 a register constraint, or those registers are not available for the
4626 currently selected subtarget, returns @code{NO_REGS}.
4627 @end deftypefun
4629 Here is an example use of @code{satisfies_constraint_@var{m}}.  In
4630 peephole optimizations (@pxref{Peephole Definitions}), operand
4631 constraint strings are ignored, so if there are relevant constraints,
4632 they must be tested in the C condition.  In the example, the
4633 optimization is applied if operand 2 does @emph{not} satisfy the
4634 @samp{K} constraint.  (This is a simplified version of a peephole
4635 definition from the i386 machine description.)
4637 @smallexample
4638 (define_peephole2
4639   [(match_scratch:SI 3 "r")
4640    (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4641         (mult:SI (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")
4642                  (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "")))]
4644   "!satisfies_constraint_K (operands[2])"
4646   [(set (match_dup 3) (match_dup 1))
4647    (set (match_dup 0) (mult:SI (match_dup 3) (match_dup 2)))]
4649   "")
4650 @end smallexample
4652 @node Standard Names
4653 @section Standard Pattern Names For Generation
4654 @cindex standard pattern names
4655 @cindex pattern names
4656 @cindex names, pattern
4658 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
4659 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
4660 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
4661 pattern to accomplish a certain task.
4663 @table @asis
4664 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
4665 @item @samp{mov@var{m}}
4666 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lowercase.
4667 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
4668 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
4670 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
4671 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
4672 to store the specified value in the part of the register that corresponds
4673 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
4674 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
4675 outside the target word are left unchanged.
4677 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
4678 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
4679 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
4680 If there are patterns accepting operands in larger modes,
4681 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
4683 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
4684 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
4685 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
4686 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
4687 into a register.
4689 @findex force_reg
4690 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
4691 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
4692 registers other than the operands.  For example, if you support the
4693 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
4694 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
4695 function which might generate new pseudo registers.
4697 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
4698 fetching those modes from memory normally requires several insns and
4699 some temporary registers.
4701 @findex change_address
4702 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
4703 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
4704 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
4705 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
4706 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
4707 an address into a valid address and no routine (such as
4708 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
4709 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
4711 @findex reload_in_progress
4712 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
4713 declared if required) can be used to determine whether such special
4714 handling is required.
4716 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
4717 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
4718 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
4719 machines explicit memory references will get optional reloads.
4721 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
4722 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
4724 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
4725 you must provide an appropriate secondary_reload target hook.
4727 @findex can_create_pseudo_p
4728 The macro @code{can_create_pseudo_p} can be used to determine if it
4729 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
4730 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
4732 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
4733 register to any other hard register provided that
4734 @code{TARGET_HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
4735 @code{TARGET_REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value
4736 of 2.
4738 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
4739 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
4740 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
4741 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
4742 point members.
4744 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
4745 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
4746 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
4747 true.  If @code{TARGET_HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
4748 floating point registers, then the constraints of the fixed point
4749 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
4750 reload into a floating point register.
4752 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
4753 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
4754 @item @samp{reload_in@var{m}}
4755 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
4756 These named patterns have been obsoleted by the target hook
4757 @code{secondary_reload}.
4759 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
4760 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
4761 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
4762 macro in @pxref{Register Classes}.
4764 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
4765 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
4766 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
4767 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
4768 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
4769 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
4770 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
4771 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
4772 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
4773 for these patterns.
4775 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
4776 @item @samp{movstrict@var{m}}
4777 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
4778 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
4779 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
4780 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
4782 @cindex @code{movmisalign@var{m}} instruction pattern
4783 @item @samp{movmisalign@var{m}}
4784 This variant of a move pattern is designed to load or store a value
4785 from a memory address that is not naturally aligned for its mode.
4786 For a store, the memory will be in operand 0; for a load, the memory
4787 will be in operand 1.  The other operand is guaranteed not to be a
4788 memory, so that it's easy to tell whether this is a load or store.
4790 This pattern is used by the autovectorizer, and when expanding a
4791 @code{MISALIGNED_INDIRECT_REF} expression.
4793 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
4794 @item @samp{load_multiple}
4795 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
4796 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
4797 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
4798 number of consecutive registers.
4800 Define this only if the target machine really has such an instruction;
4801 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
4802 registers from memory is to do them one at a time.
4804 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
4805 registers can be stored into memory, such as particular starting or
4806 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
4807 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
4808 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
4810 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
4811 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
4812 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
4813 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
4814 @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn pattern.
4816 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
4817 @item @samp{store_multiple}
4818 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
4819 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
4820 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
4821 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
4823 @cindex @code{vec_load_lanes@var{m}@var{n}} instruction pattern
4824 @item @samp{vec_load_lanes@var{m}@var{n}}
4825 Perform an interleaved load of several vectors from memory operand 1
4826 into register operand 0.  Both operands have mode @var{m}.  The register
4827 operand is viewed as holding consecutive vectors of mode @var{n},
4828 while the memory operand is a flat array that contains the same number
4829 of elements.  The operation is equivalent to:
4831 @smallexample
4832 int c = GET_MODE_SIZE (@var{m}) / GET_MODE_SIZE (@var{n});
4833 for (j = 0; j < GET_MODE_NUNITS (@var{n}); j++)
4834   for (i = 0; i < c; i++)
4835     operand0[i][j] = operand1[j * c + i];
4836 @end smallexample
4838 For example, @samp{vec_load_lanestiv4hi} loads 8 16-bit values
4839 from memory into a register of mode @samp{TI}@.  The register
4840 contains two consecutive vectors of mode @samp{V4HI}@.
4842 This pattern can only be used if:
4843 @smallexample
4844 TARGET_ARRAY_MODE_SUPPORTED_P (@var{n}, @var{c})
4845 @end smallexample
4846 is true.  GCC assumes that, if a target supports this kind of
4847 instruction for some mode @var{n}, it also supports unaligned
4848 loads for vectors of mode @var{n}.
4850 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
4852 @cindex @code{vec_store_lanes@var{m}@var{n}} instruction pattern
4853 @item @samp{vec_store_lanes@var{m}@var{n}}
4854 Equivalent to @samp{vec_load_lanes@var{m}@var{n}}, with the memory
4855 and register operands reversed.  That is, the instruction is
4856 equivalent to:
4858 @smallexample
4859 int c = GET_MODE_SIZE (@var{m}) / GET_MODE_SIZE (@var{n});
4860 for (j = 0; j < GET_MODE_NUNITS (@var{n}); j++)
4861   for (i = 0; i < c; i++)
4862     operand0[j * c + i] = operand1[i][j];
4863 @end smallexample
4865 for a memory operand 0 and register operand 1.
4867 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
4869 @cindex @code{vec_set@var{m}} instruction pattern
4870 @item @samp{vec_set@var{m}}
4871 Set given field in the vector value.  Operand 0 is the vector to modify,
4872 operand 1 is new value of field and operand 2 specify the field index.
4874 @cindex @code{vec_extract@var{m}@var{n}} instruction pattern
4875 @item @samp{vec_extract@var{m}@var{n}}
4876 Extract given field from the vector value.  Operand 1 is the vector, operand 2
4877 specify field index and operand 0 place to store value into.  The
4878 @var{n} mode is the mode of the field or vector of fields that should be
4879 extracted, should be either element mode of the vector mode @var{m}, or
4880 a vector mode with the same element mode and smaller number of elements.
4881 If @var{n} is a vector mode, the index is counted in units of that mode.
4883 @cindex @code{vec_init@var{m}@var{n}} instruction pattern
4884 @item @samp{vec_init@var{m}@var{n}}
4885 Initialize the vector to given values.  Operand 0 is the vector to initialize
4886 and operand 1 is parallel containing values for individual fields.  The
4887 @var{n} mode is the mode of the elements, should be either element mode of
4888 the vector mode @var{m}, or a vector mode with the same element mode and
4889 smaller number of elements.
4891 @cindex @code{vec_duplicate@var{m}} instruction pattern
4892 @item @samp{vec_duplicate@var{m}}
4893 Initialize vector output operand 0 so that each element has the value given
4894 by scalar input operand 1.  The vector has mode @var{m} and the scalar has
4895 the mode appropriate for one element of @var{m}.
4897 This pattern only handles duplicates of non-constant inputs.  Constant
4898 vectors go through the @code{mov@var{m}} pattern instead.
4900 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
4902 @cindex @code{vec_series@var{m}} instruction pattern
4903 @item @samp{vec_series@var{m}}
4904 Initialize vector output operand 0 so that element @var{i} is equal to
4905 operand 1 plus @var{i} times operand 2.  In other words, create a linear
4906 series whose base value is operand 1 and whose step is operand 2.
4908 The vector output has mode @var{m} and the scalar inputs have the mode
4909 appropriate for one element of @var{m}.  This pattern is not used for
4910 floating-point vectors, in order to avoid having to specify the
4911 rounding behavior for @var{i} > 1.
4913 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
4915 @cindex @code{vec_cmp@var{m}@var{n}} instruction pattern
4916 @item @samp{vec_cmp@var{m}@var{n}}
4917 Output a vector comparison.  Operand 0 of mode @var{n} is the destination for
4918 predicate in operand 1 which is a signed vector comparison with operands of
4919 mode @var{m} in operands 2 and 3.  Predicate is computed by element-wise
4920 evaluation of the vector comparison with a truth value of all-ones and a false
4921 value of all-zeros.
4923 @cindex @code{vec_cmpu@var{m}@var{n}} instruction pattern
4924 @item @samp{vec_cmpu@var{m}@var{n}}
4925 Similar to @code{vec_cmp@var{m}@var{n}} but perform unsigned vector comparison.
4927 @cindex @code{vec_cmpeq@var{m}@var{n}} instruction pattern
4928 @item @samp{vec_cmpeq@var{m}@var{n}}
4929 Similar to @code{vec_cmp@var{m}@var{n}} but perform equality or non-equality
4930 vector comparison only.  If @code{vec_cmp@var{m}@var{n}}
4931 or @code{vec_cmpu@var{m}@var{n}} instruction pattern is supported,
4932 it will be preferred over @code{vec_cmpeq@var{m}@var{n}}, so there is
4933 no need to define this instruction pattern if the others are supported.
4935 @cindex @code{vcond@var{m}@var{n}} instruction pattern
4936 @item @samp{vcond@var{m}@var{n}}
4937 Output a conditional vector move.  Operand 0 is the destination to
4938 receive a combination of operand 1 and operand 2, which are of mode @var{m},
4939 dependent on the outcome of the predicate in operand 3 which is a signed
4940 vector comparison with operands of mode @var{n} in operands 4 and 5.  The
4941 modes @var{m} and @var{n} should have the same size.  Operand 0
4942 will be set to the value @var{op1} & @var{msk} | @var{op2} & ~@var{msk}
4943 where @var{msk} is computed by element-wise evaluation of the vector
4944 comparison with a truth value of all-ones and a false value of all-zeros.
4946 @cindex @code{vcondu@var{m}@var{n}} instruction pattern
4947 @item @samp{vcondu@var{m}@var{n}}
4948 Similar to @code{vcond@var{m}@var{n}} but performs unsigned vector
4949 comparison.
4951 @cindex @code{vcondeq@var{m}@var{n}} instruction pattern
4952 @item @samp{vcondeq@var{m}@var{n}}
4953 Similar to @code{vcond@var{m}@var{n}} but performs equality or
4954 non-equality vector comparison only.  If @code{vcond@var{m}@var{n}}
4955 or @code{vcondu@var{m}@var{n}} instruction pattern is supported,
4956 it will be preferred over @code{vcondeq@var{m}@var{n}}, so there is
4957 no need to define this instruction pattern if the others are supported.
4959 @cindex @code{vcond_mask_@var{m}@var{n}} instruction pattern
4960 @item @samp{vcond_mask_@var{m}@var{n}}
4961 Similar to @code{vcond@var{m}@var{n}} but operand 3 holds a pre-computed
4962 result of vector comparison.
4964 @cindex @code{maskload@var{m}@var{n}} instruction pattern
4965 @item @samp{maskload@var{m}@var{n}}
4966 Perform a masked load of vector from memory operand 1 of mode @var{m}
4967 into register operand 0.  Mask is provided in register operand 2 of
4968 mode @var{n}.
4970 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
4972 @cindex @code{maskstore@var{m}@var{n}} instruction pattern
4973 @item @samp{maskstore@var{m}@var{n}}
4974 Perform a masked store of vector from register operand 1 of mode @var{m}
4975 into memory operand 0.  Mask is provided in register operand 2 of
4976 mode @var{n}.
4978 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
4980 @cindex @code{vec_perm@var{m}} instruction pattern
4981 @item @samp{vec_perm@var{m}}
4982 Output a (variable) vector permutation.  Operand 0 is the destination
4983 to receive elements from operand 1 and operand 2, which are of mode
4984 @var{m}.  Operand 3 is the @dfn{selector}.  It is an integral mode
4985 vector of the same width and number of elements as mode @var{m}.
4987 The input elements are numbered from 0 in operand 1 through
4988 @math{2*@var{N}-1} in operand 2.  The elements of the selector must
4989 be computed modulo @math{2*@var{N}}.  Note that if
4990 @code{rtx_equal_p(operand1, operand2)}, this can be implemented
4991 with just operand 1 and selector elements modulo @var{N}.
4993 In order to make things easy for a number of targets, if there is no
4994 @samp{vec_perm} pattern for mode @var{m}, but there is for mode @var{q}
4995 where @var{q} is a vector of @code{QImode} of the same width as @var{m},
4996 the middle-end will lower the mode @var{m} @code{VEC_PERM_EXPR} to
4997 mode @var{q}.
4999 See also @code{TARGET_VECTORIZER_VEC_PERM_CONST}, which performs
5000 the analogous operation for constant selectors.
5002 @cindex @code{push@var{m}1} instruction pattern
5003 @item @samp{push@var{m}1}
5004 Output a push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
5005 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
5006 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
5007 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
5008 method is deprecated.
5010 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
5011 @item @samp{add@var{m}3}
5012 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
5013 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
5014 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
5016 @cindex @code{ssadd@var{m}3} instruction pattern
5017 @cindex @code{usadd@var{m}3} instruction pattern
5018 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
5019 @cindex @code{sssub@var{m}3} instruction pattern
5020 @cindex @code{ussub@var{m}3} instruction pattern
5021 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
5022 @cindex @code{ssmul@var{m}3} instruction pattern
5023 @cindex @code{usmul@var{m}3} instruction pattern
5024 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
5025 @cindex @code{ssdiv@var{m}3} instruction pattern
5026 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
5027 @cindex @code{usdiv@var{m}3} instruction pattern
5028 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
5029 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
5030 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
5031 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
5032 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
5033 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
5034 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
5035 @item @samp{ssadd@var{m}3}, @samp{usadd@var{m}3}
5036 @itemx @samp{sub@var{m}3}, @samp{sssub@var{m}3}, @samp{ussub@var{m}3}
5037 @itemx @samp{mul@var{m}3}, @samp{ssmul@var{m}3}, @samp{usmul@var{m}3}
5038 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{ssdiv@var{m}3}
5039 @itemx @samp{udiv@var{m}3}, @samp{usdiv@var{m}3}
5040 @itemx @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
5041 @itemx @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
5042 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
5043 Similar, for other arithmetic operations.
5045 @cindex @code{addv@var{m}4} instruction pattern
5046 @item @samp{addv@var{m}4}
5047 Like @code{add@var{m}3} but takes a @code{code_label} as operand 3 and
5048 emits code to jump to it if signed overflow occurs during the addition.
5049 This pattern is used to implement the built-in functions performing
5050 signed integer addition with overflow checking.
5052 @cindex @code{subv@var{m}4} instruction pattern
5053 @cindex @code{mulv@var{m}4} instruction pattern
5054 @item @samp{subv@var{m}4}, @samp{mulv@var{m}4}
5055 Similar, for other signed arithmetic operations.
5057 @cindex @code{uaddv@var{m}4} instruction pattern
5058 @item @samp{uaddv@var{m}4}
5059 Like @code{addv@var{m}4} but for unsigned addition.  That is to
5060 say, the operation is the same as signed addition but the jump
5061 is taken only on unsigned overflow.
5063 @cindex @code{usubv@var{m}4} instruction pattern
5064 @cindex @code{umulv@var{m}4} instruction pattern
5065 @item @samp{usubv@var{m}4}, @samp{umulv@var{m}4}
5066 Similar, for other unsigned arithmetic operations.
5068 @cindex @code{addptr@var{m}3} instruction pattern
5069 @item @samp{addptr@var{m}3}
5070 Like @code{add@var{m}3} but is guaranteed to only be used for address
5071 calculations.  The expanded code is not allowed to clobber the
5072 condition code.  It only needs to be defined if @code{add@var{m}3}
5073 sets the condition code.  If adds used for address calculations and
5074 normal adds are not compatible it is required to expand a distinct
5075 pattern (e.g. using an unspec).  The pattern is used by LRA to emit
5076 address calculations.  @code{add@var{m}3} is used if
5077 @code{addptr@var{m}3} is not defined.
5079 @cindex @code{fma@var{m}4} instruction pattern
5080 @item @samp{fma@var{m}4}
5081 Multiply operand 2 and operand 1, then add operand 3, storing the
5082 result in operand 0 without doing an intermediate rounding step.  All
5083 operands must have mode @var{m}.  This pattern is used to implement
5084 the @code{fma}, @code{fmaf}, and @code{fmal} builtin functions from
5085 the ISO C99 standard.
5087 @cindex @code{fms@var{m}4} instruction pattern
5088 @item @samp{fms@var{m}4}
5089 Like @code{fma@var{m}4}, except operand 3 subtracted from the
5090 product instead of added to the product.  This is represented
5091 in the rtl as
5093 @smallexample
5094 (fma:@var{m} @var{op1} @var{op2} (neg:@var{m} @var{op3}))
5095 @end smallexample
5097 @cindex @code{fnma@var{m}4} instruction pattern
5098 @item @samp{fnma@var{m}4}
5099 Like @code{fma@var{m}4} except that the intermediate product
5100 is negated before being added to operand 3.  This is represented
5101 in the rtl as
5103 @smallexample
5104 (fma:@var{m} (neg:@var{m} @var{op1}) @var{op2} @var{op3})
5105 @end smallexample
5107 @cindex @code{fnms@var{m}4} instruction pattern
5108 @item @samp{fnms@var{m}4}
5109 Like @code{fms@var{m}4} except that the intermediate product
5110 is negated before subtracting operand 3.  This is represented
5111 in the rtl as
5113 @smallexample
5114 (fma:@var{m} (neg:@var{m} @var{op1}) @var{op2} (neg:@var{m} @var{op3}))
5115 @end smallexample
5117 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
5118 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
5119 @item @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}
5120 Signed minimum and maximum operations.  When used with floating point,
5121 if both operands are zeros, or if either operand is @code{NaN}, then
5122 it is unspecified which of the two operands is returned as the result.
5124 @cindex @code{fmin@var{m}3} instruction pattern
5125 @cindex @code{fmax@var{m}3} instruction pattern
5126 @item @samp{fmin@var{m}3}, @samp{fmax@var{m}3}
5127 IEEE-conformant minimum and maximum operations.  If one operand is a quiet
5128 @code{NaN}, then the other operand is returned.  If both operands are quiet
5129 @code{NaN}, then a quiet @code{NaN} is returned.  In the case when gcc supports
5130 signaling @code{NaN} (-fsignaling-nans) an invalid floating point exception is
5131 raised and a quiet @code{NaN} is returned.
5133 All operands have mode @var{m}, which is a scalar or vector
5134 floating-point mode.  These patterns are not allowed to @code{FAIL}.
5136 @cindex @code{reduc_smin_scal_@var{m}} instruction pattern
5137 @cindex @code{reduc_smax_scal_@var{m}} instruction pattern
5138 @item @samp{reduc_smin_scal_@var{m}}, @samp{reduc_smax_scal_@var{m}}
5139 Find the signed minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
5140 operand 1, and operand 0 is the scalar result, with mode equal to the mode of
5141 the elements of the input vector.
5143 @cindex @code{reduc_umin_scal_@var{m}} instruction pattern
5144 @cindex @code{reduc_umax_scal_@var{m}} instruction pattern
5145 @item @samp{reduc_umin_scal_@var{m}}, @samp{reduc_umax_scal_@var{m}}
5146 Find the unsigned minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
5147 operand 1, and operand 0 is the scalar result, with mode equal to the mode of
5148 the elements of the input vector.
5150 @cindex @code{reduc_plus_scal_@var{m}} instruction pattern
5151 @item @samp{reduc_plus_scal_@var{m}}
5152 Compute the sum of the elements of a vector. The vector is operand 1, and
5153 operand 0 is the scalar result, with mode equal to the mode of the elements of
5154 the input vector.
5156 @cindex @code{sdot_prod@var{m}} instruction pattern
5157 @item @samp{sdot_prod@var{m}}
5158 @cindex @code{udot_prod@var{m}} instruction pattern
5159 @itemx @samp{udot_prod@var{m}}
5160 Compute the sum of the products of two signed/unsigned elements.
5161 Operand 1 and operand 2 are of the same mode. Their product, which is of a
5162 wider mode, is computed and added to operand 3. Operand 3 is of a mode equal or
5163 wider than the mode of the product. The result is placed in operand 0, which
5164 is of the same mode as operand 3.
5166 @cindex @code{ssad@var{m}} instruction pattern
5167 @item @samp{ssad@var{m}}
5168 @cindex @code{usad@var{m}} instruction pattern
5169 @item @samp{usad@var{m}}
5170 Compute the sum of absolute differences of two signed/unsigned elements.
5171 Operand 1 and operand 2 are of the same mode. Their absolute difference, which
5172 is of a wider mode, is computed and added to operand 3. Operand 3 is of a mode
5173 equal or wider than the mode of the absolute difference. The result is placed
5174 in operand 0, which is of the same mode as operand 3.
5176 @cindex @code{widen_ssum@var{m3}} instruction pattern
5177 @item @samp{widen_ssum@var{m3}}
5178 @cindex @code{widen_usum@var{m3}} instruction pattern
5179 @itemx @samp{widen_usum@var{m3}}
5180 Operands 0 and 2 are of the same mode, which is wider than the mode of
5181 operand 1. Add operand 1 to operand 2 and place the widened result in
5182 operand 0. (This is used express accumulation of elements into an accumulator
5183 of a wider mode.)
5185 @cindex @code{vec_shr_@var{m}} instruction pattern
5186 @item @samp{vec_shr_@var{m}}
5187 Whole vector right shift in bits, i.e. towards element 0.
5188 Operand 1 is a vector to be shifted.
5189 Operand 2 is an integer shift amount in bits.
5190 Operand 0 is where the resulting shifted vector is stored.
5191 The output and input vectors should have the same modes.
5193 @cindex @code{vec_pack_trunc_@var{m}} instruction pattern
5194 @item @samp{vec_pack_trunc_@var{m}}
5195 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors. Operands 1 and 2
5196 are vectors of the same mode having N integral or floating point elements
5197 of size S@.  Operand 0 is the resulting vector in which 2*N elements of
5198 size N/2 are concatenated after narrowing them down using truncation.
5200 @cindex @code{vec_pack_ssat_@var{m}} instruction pattern
5201 @cindex @code{vec_pack_usat_@var{m}} instruction pattern
5202 @item @samp{vec_pack_ssat_@var{m}}, @samp{vec_pack_usat_@var{m}}
5203 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors.  Operands 1 and 2
5204 are vectors of the same mode having N integral elements of size S.
5205 Operand 0 is the resulting vector in which the elements of the two input
5206 vectors are concatenated after narrowing them down using signed/unsigned
5207 saturating arithmetic.
5209 @cindex @code{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}} instruction pattern
5210 @cindex @code{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}} instruction pattern
5211 @item @samp{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}}, @samp{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}}
5212 Narrow, convert to signed/unsigned integral type and merge the elements
5213 of two vectors.  Operands 1 and 2 are vectors of the same mode having N
5214 floating point elements of size S@.  Operand 0 is the resulting vector
5215 in which 2*N elements of size N/2 are concatenated.
5217 @cindex @code{vec_unpacks_hi_@var{m}} instruction pattern
5218 @cindex @code{vec_unpacks_lo_@var{m}} instruction pattern
5219 @item @samp{vec_unpacks_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_lo_@var{m}}
5220 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of signed
5221 integral or floating point elements.  The input vector (operand 1) has N
5222 elements of size S@.  Widen (promote) the high/low elements of the vector
5223 using signed or floating point extension and place the resulting N/2
5224 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
5226 @cindex @code{vec_unpacku_hi_@var{m}} instruction pattern
5227 @cindex @code{vec_unpacku_lo_@var{m}} instruction pattern
5228 @item @samp{vec_unpacku_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_lo_@var{m}}
5229 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of unsigned
5230 integral elements.  The input vector (operand 1) has N elements of size S.
5231 Widen (promote) the high/low elements of the vector using zero extension and
5232 place the resulting N/2 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
5234 @cindex @code{vec_unpacks_float_hi_@var{m}} instruction pattern
5235 @cindex @code{vec_unpacks_float_lo_@var{m}} instruction pattern
5236 @cindex @code{vec_unpacku_float_hi_@var{m}} instruction pattern
5237 @cindex @code{vec_unpacku_float_lo_@var{m}} instruction pattern
5238 @item @samp{vec_unpacks_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_float_lo_@var{m}}
5239 @itemx @samp{vec_unpacku_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_float_lo_@var{m}}
5240 Extract, convert to floating point type and widen the high/low part of a
5241 vector of signed/unsigned integral elements.  The input vector (operand 1)
5242 has N elements of size S@.  Convert the high/low elements of the vector using
5243 floating point conversion and place the resulting N/2 values of size 2*S in
5244 the output vector (operand 0).
5246 @cindex @code{vec_widen_umult_hi_@var{m}} instruction pattern
5247 @cindex @code{vec_widen_umult_lo_@var{m}} instruction pattern
5248 @cindex @code{vec_widen_smult_hi_@var{m}} instruction pattern
5249 @cindex @code{vec_widen_smult_lo_@var{m}} instruction pattern
5250 @cindex @code{vec_widen_umult_even_@var{m}} instruction pattern
5251 @cindex @code{vec_widen_umult_odd_@var{m}} instruction pattern
5252 @cindex @code{vec_widen_smult_even_@var{m}} instruction pattern
5253 @cindex @code{vec_widen_smult_odd_@var{m}} instruction pattern
5254 @item @samp{vec_widen_umult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_umult_lo_@var{m}}
5255 @itemx @samp{vec_widen_smult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_smult_lo_@var{m}}
5256 @itemx @samp{vec_widen_umult_even_@var{m}}, @samp{vec_widen_umult_odd_@var{m}}
5257 @itemx @samp{vec_widen_smult_even_@var{m}}, @samp{vec_widen_smult_odd_@var{m}}
5258 Signed/Unsigned widening multiplication.  The two inputs (operands 1 and 2)
5259 are vectors with N signed/unsigned elements of size S@.  Multiply the high/low
5260 or even/odd elements of the two vectors, and put the N/2 products of size 2*S
5261 in the output vector (operand 0). A target shouldn't implement even/odd pattern
5262 pair if it is less efficient than lo/hi one.
5264 @cindex @code{vec_widen_ushiftl_hi_@var{m}} instruction pattern
5265 @cindex @code{vec_widen_ushiftl_lo_@var{m}} instruction pattern
5266 @cindex @code{vec_widen_sshiftl_hi_@var{m}} instruction pattern
5267 @cindex @code{vec_widen_sshiftl_lo_@var{m}} instruction pattern
5268 @item @samp{vec_widen_ushiftl_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_ushiftl_lo_@var{m}}
5269 @itemx @samp{vec_widen_sshiftl_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_sshiftl_lo_@var{m}}
5270 Signed/Unsigned widening shift left.  The first input (operand 1) is a vector
5271 with N signed/unsigned elements of size S@.  Operand 2 is a constant.  Shift
5272 the high/low elements of operand 1, and put the N/2 results of size 2*S in the
5273 output vector (operand 0).
5275 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
5276 @item @samp{mulhisi3}
5277 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
5278 a @code{SImode} product in operand 0.
5280 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
5281 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
5282 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
5283 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
5285 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
5286 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
5287 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
5288 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
5289 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
5290 multiplication.
5292 @cindex @code{usmulqihi3} instruction pattern
5293 @cindex @code{usmulhisi3} instruction pattern
5294 @cindex @code{usmulsidi3} instruction pattern
5295 @item @samp{usmulqihi3}, @samp{usmulhisi3}, @samp{usmulsidi3}
5296 Similar widening-multiplication instructions that interpret the first
5297 operand as unsigned and the second operand as signed, then do a signed
5298 multiplication.
5300 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
5301 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
5302 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
5303 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
5304 The least significant half of the product is discarded.
5306 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
5307 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
5308 Similar, but the multiplication is unsigned.
5310 @cindex @code{madd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5311 @item @samp{madd@var{m}@var{n}4}
5312 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, add
5313 operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
5314 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
5315 Both modes must be integer or fixed-point modes and @var{n} must be twice
5316 the size of @var{m}.
5318 In other words, @code{madd@var{m}@var{n}4} is like
5319 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also adds operand 3.
5321 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
5323 @cindex @code{umadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5324 @item @samp{umadd@var{m}@var{n}4}
5325 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
5326 operands instead of sign-extending them.
5328 @cindex @code{ssmadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5329 @item @samp{ssmadd@var{m}@var{n}4}
5330 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
5331 signed-saturating.
5333 @cindex @code{usmadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5334 @item @samp{usmadd@var{m}@var{n}4}
5335 Like @code{umadd@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
5336 unsigned-saturating.
5338 @cindex @code{msub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5339 @item @samp{msub@var{m}@var{n}4}
5340 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, subtract the
5341 result from operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
5342 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
5343 Both modes must be integer or fixed-point modes and @var{n} must be twice
5344 the size of @var{m}.
5346 In other words, @code{msub@var{m}@var{n}4} is like
5347 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also subtracts the result
5348 from operand 3.
5350 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
5352 @cindex @code{umsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5353 @item @samp{umsub@var{m}@var{n}4}
5354 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
5355 operands instead of sign-extending them.
5357 @cindex @code{ssmsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5358 @item @samp{ssmsub@var{m}@var{n}4}
5359 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
5360 signed-saturating.
5362 @cindex @code{usmsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5363 @item @samp{usmsub@var{m}@var{n}4}
5364 Like @code{umsub@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
5365 unsigned-saturating.
5367 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
5368 @item @samp{divmod@var{m}4}
5369 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
5370 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
5371 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
5373 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
5374 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
5375 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
5376 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
5377 and remainder are computed.
5379 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
5380 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
5381 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
5382 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
5383 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
5385 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
5386 @item @samp{udivmod@var{m}4}
5387 Similar, but does unsigned division.
5389 @anchor{shift patterns}
5390 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
5391 @cindex @code{ssashl@var{m}3} instruction pattern
5392 @cindex @code{usashl@var{m}3} instruction pattern
5393 @item @samp{ashl@var{m}3}, @samp{ssashl@var{m}3}, @samp{usashl@var{m}3}
5394 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
5395 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
5396 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
5397 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
5398 mode before generating the instruction.  The shift or rotate expander
5399 or instruction pattern should explicitly specify the mode of the operand 2,
5400 it should never be @code{VOIDmode}.  The meaning of out-of-range shift
5401 counts can optionally be specified by @code{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
5402 @xref{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.  Operand 2 is always a scalar type.
5404 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
5405 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
5406 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
5407 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
5408 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
5409 Other shift and rotate instructions, analogous to the
5410 @code{ashl@var{m}3} instructions.  Operand 2 is always a scalar type.
5412 @cindex @code{vashl@var{m}3} instruction pattern
5413 @cindex @code{vashr@var{m}3} instruction pattern
5414 @cindex @code{vlshr@var{m}3} instruction pattern
5415 @cindex @code{vrotl@var{m}3} instruction pattern
5416 @cindex @code{vrotr@var{m}3} instruction pattern
5417 @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}
5418 Vector shift and rotate instructions that take vectors as operand 2
5419 instead of a scalar type.
5421 @cindex @code{bswap@var{m}2} instruction pattern
5422 @item @samp{bswap@var{m}2}
5423 Reverse the order of bytes of operand 1 and store the result in operand 0.
5425 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
5426 @cindex @code{ssneg@var{m}2} instruction pattern
5427 @cindex @code{usneg@var{m}2} instruction pattern
5428 @item @samp{neg@var{m}2}, @samp{ssneg@var{m}2}, @samp{usneg@var{m}2}
5429 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
5431 @cindex @code{negv@var{m}3} instruction pattern
5432 @item @samp{negv@var{m}3}
5433 Like @code{neg@var{m}2} but takes a @code{code_label} as operand 2 and
5434 emits code to jump to it if signed overflow occurs during the negation.
5436 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
5437 @item @samp{abs@var{m}2}
5438 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
5440 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
5441 @item @samp{sqrt@var{m}2}
5442 Store the square root of operand 1 into operand 0.  Both operands have
5443 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5445 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5447 @cindex @code{rsqrt@var{m}2} instruction pattern
5448 @item @samp{rsqrt@var{m}2}
5449 Store the reciprocal of the square root of operand 1 into operand 0.
5450 Both operands have mode @var{m}, which is a scalar or vector
5451 floating-point mode.
5453 On most architectures this pattern is only approximate, so either
5454 its C condition or the @code{TARGET_OPTAB_SUPPORTED_P} hook should
5455 check for the appropriate math flags.  (Using the C condition is
5456 more direct, but using @code{TARGET_OPTAB_SUPPORTED_P} can be useful
5457 if a target-specific built-in also uses the @samp{rsqrt@var{m}2}
5458 pattern.)
5460 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5462 @cindex @code{fmod@var{m}3} instruction pattern
5463 @item @samp{fmod@var{m}3}
5464 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
5465 operand 0, rounded towards zero to an integer.  All operands have
5466 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5468 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5470 @cindex @code{remainder@var{m}3} instruction pattern
5471 @item @samp{remainder@var{m}3}
5472 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
5473 operand 0, rounded to the nearest integer.  All operands have
5474 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5476 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5478 @cindex @code{scalb@var{m}3} instruction pattern
5479 @item @samp{scalb@var{m}3}
5480 Raise @code{FLT_RADIX} to the power of operand 2, multiply it by
5481 operand 1, and store the result in operand 0.  All operands have
5482 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5484 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5486 @cindex @code{ldexp@var{m}3} instruction pattern
5487 @item @samp{ldexp@var{m}3}
5488 Raise 2 to the power of operand 2, multiply it by operand 1, and store
5489 the result in operand 0.  Operands 0 and 1 have mode @var{m}, which is
5490 a scalar or vector floating-point mode.  Operand 2's mode has
5491 the same number of elements as @var{m} and each element is wide
5492 enough to store an @code{int}.  The integers are signed.
5494 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5496 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
5497 @item @samp{cos@var{m}2}
5498 Store the cosine of operand 1 into operand 0.  Both operands have
5499 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5501 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5503 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
5504 @item @samp{sin@var{m}2}
5505 Store the sine of operand 1 into operand 0.  Both operands have
5506 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5508 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5510 @cindex @code{sincos@var{m}3} instruction pattern
5511 @item @samp{sincos@var{m}3}
5512 Store the cosine of operand 2 into operand 0 and the sine of
5513 operand 2 into operand 1.  All operands have mode @var{m},
5514 which is a scalar or vector floating-point mode.
5516 Targets that can calculate the sine and cosine simultaneously can
5517 implement this pattern as opposed to implementing individual
5518 @code{sin@var{m}2} and @code{cos@var{m}2} patterns.  The @code{sin}
5519 and @code{cos} built-in functions will then be expanded to the
5520 @code{sincos@var{m}3} pattern, with one of the output values
5521 left unused.
5523 @cindex @code{tan@var{m}2} instruction pattern
5524 @item @samp{tan@var{m}2}
5525 Store the tangent of operand 1 into operand 0.  Both operands have
5526 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5528 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5530 @cindex @code{asin@var{m}2} instruction pattern
5531 @item @samp{asin@var{m}2}
5532 Store the arc sine of operand 1 into operand 0.  Both operands have
5533 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5535 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5537 @cindex @code{acos@var{m}2} instruction pattern
5538 @item @samp{acos@var{m}2}
5539 Store the arc cosine of operand 1 into operand 0.  Both operands have
5540 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5542 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5544 @cindex @code{atan@var{m}2} instruction pattern
5545 @item @samp{atan@var{m}2}
5546 Store the arc tangent of operand 1 into operand 0.  Both operands have
5547 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5549 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5551 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
5552 @item @samp{exp@var{m}2}
5553 Raise e (the base of natural logarithms) to the power of operand 1
5554 and store the result in operand 0.  Both operands have mode @var{m},
5555 which is a scalar or vector floating-point mode.
5557 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5559 @cindex @code{expm1@var{m}2} instruction pattern
5560 @item @samp{expm1@var{m}2}
5561 Raise e (the base of natural logarithms) to the power of operand 1,
5562 subtract 1, and store the result in operand 0.  Both operands have
5563 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5565 For inputs close to zero, the pattern is expected to be more
5566 accurate than a separate @code{exp@var{m}2} and @code{sub@var{m}3}
5567 would be.
5569 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5571 @cindex @code{exp10@var{m}2} instruction pattern
5572 @item @samp{exp10@var{m}2}
5573 Raise 10 to the power of operand 1 and store the result in operand 0.
5574 Both operands have mode @var{m}, which is a scalar or vector
5575 floating-point mode.
5577 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5579 @cindex @code{exp2@var{m}2} instruction pattern
5580 @item @samp{exp2@var{m}2}
5581 Raise 2 to the power of operand 1 and store the result in operand 0.
5582 Both operands have mode @var{m}, which is a scalar or vector
5583 floating-point mode.
5585 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5587 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
5588 @item @samp{log@var{m}2}
5589 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.  Both operands
5590 have mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5592 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5594 @cindex @code{log1p@var{m}2} instruction pattern
5595 @item @samp{log1p@var{m}2}
5596 Add 1 to operand 1, compute the natural logarithm, and store
5597 the result in operand 0.  Both operands have mode @var{m}, which is
5598 a scalar or vector floating-point mode.
5600 For inputs close to zero, the pattern is expected to be more
5601 accurate than a separate @code{add@var{m}3} and @code{log@var{m}2}
5602 would be.
5604 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5606 @cindex @code{log10@var{m}2} instruction pattern
5607 @item @samp{log10@var{m}2}
5608 Store the base-10 logarithm of operand 1 into operand 0.  Both operands
5609 have mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5611 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5613 @cindex @code{log2@var{m}2} instruction pattern
5614 @item @samp{log2@var{m}2}
5615 Store the base-2 logarithm of operand 1 into operand 0.  Both operands
5616 have mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5618 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5620 @cindex @code{logb@var{m}2} instruction pattern
5621 @item @samp{logb@var{m}2}
5622 Store the base-@code{FLT_RADIX} logarithm of operand 1 into operand 0.
5623 Both operands have mode @var{m}, which is a scalar or vector
5624 floating-point mode.
5626 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5628 @cindex @code{significand@var{m}2} instruction pattern
5629 @item @samp{significand@var{m}2}
5630 Store the significand of floating-point operand 1 in operand 0.
5631 Both operands have mode @var{m}, which is a scalar or vector
5632 floating-point mode.
5634 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5636 @cindex @code{pow@var{m}3} instruction pattern
5637 @item @samp{pow@var{m}3}
5638 Store the value of operand 1 raised to the exponent operand 2
5639 into operand 0.  All operands have mode @var{m}, which is a scalar
5640 or vector floating-point mode.
5642 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5644 @cindex @code{atan2@var{m}3} instruction pattern
5645 @item @samp{atan2@var{m}3}
5646 Store the arc tangent (inverse tangent) of operand 1 divided by
5647 operand 2 into operand 0, using the signs of both arguments to
5648 determine the quadrant of the result.  All operands have mode
5649 @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5651 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5653 @cindex @code{floor@var{m}2} instruction pattern
5654 @item @samp{floor@var{m}2}
5655 Store the largest integral value not greater than operand 1 in operand 0.
5656 Both operands have mode @var{m}, which is a scalar or vector
5657 floating-point mode.  If @option{-ffp-int-builtin-inexact} is in
5658 effect, the ``inexact'' exception may be raised for noninteger
5659 operands; otherwise, it may not.
5661 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5663 @cindex @code{btrunc@var{m}2} instruction pattern
5664 @item @samp{btrunc@var{m}2}
5665 Round operand 1 to an integer, towards zero, and store the result in
5666 operand 0.  Both operands have mode @var{m}, which is a scalar or
5667 vector floating-point mode.  If @option{-ffp-int-builtin-inexact} is
5668 in effect, the ``inexact'' exception may be raised for noninteger
5669 operands; otherwise, it may not.
5671 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5673 @cindex @code{round@var{m}2} instruction pattern
5674 @item @samp{round@var{m}2}
5675 Round operand 1 to the nearest integer, rounding away from zero in the
5676 event of a tie, and store the result in operand 0.  Both operands have
5677 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.  If
5678 @option{-ffp-int-builtin-inexact} is in effect, the ``inexact''
5679 exception may be raised for noninteger operands; otherwise, it may
5680 not.
5682 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5684 @cindex @code{ceil@var{m}2} instruction pattern
5685 @item @samp{ceil@var{m}2}
5686 Store the smallest integral value not less than operand 1 in operand 0.
5687 Both operands have mode @var{m}, which is a scalar or vector
5688 floating-point mode.  If @option{-ffp-int-builtin-inexact} is in
5689 effect, the ``inexact'' exception may be raised for noninteger
5690 operands; otherwise, it may not.
5692 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5694 @cindex @code{nearbyint@var{m}2} instruction pattern
5695 @item @samp{nearbyint@var{m}2}
5696 Round operand 1 to an integer, using the current rounding mode, and
5697 store the result in operand 0.  Do not raise an inexact condition when
5698 the result is different from the argument.  Both operands have mode
5699 @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5701 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5703 @cindex @code{rint@var{m}2} instruction pattern
5704 @item @samp{rint@var{m}2}
5705 Round operand 1 to an integer, using the current rounding mode, and
5706 store the result in operand 0.  Raise an inexact condition when
5707 the result is different from the argument.  Both operands have mode
5708 @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5710 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5712 @cindex @code{lrint@var{m}@var{n}2}
5713 @item @samp{lrint@var{m}@var{n}2}
5714 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5715 point mode @var{n} as a signed number according to the current
5716 rounding mode and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
5718 @cindex @code{lround@var{m}@var{n}2}
5719 @item @samp{lround@var{m}@var{n}2}
5720 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5721 point mode @var{n} as a signed number rounding to nearest and away
5722 from zero and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
5724 @cindex @code{lfloor@var{m}@var{n}2}
5725 @item @samp{lfloor@var{m}@var{n}2}
5726 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5727 point mode @var{n} as a signed number rounding down and store in
5728 operand 0 (which has mode @var{n}).
5730 @cindex @code{lceil@var{m}@var{n}2}
5731 @item @samp{lceil@var{m}@var{n}2}
5732 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5733 point mode @var{n} as a signed number rounding up and store in
5734 operand 0 (which has mode @var{n}).
5736 @cindex @code{copysign@var{m}3} instruction pattern
5737 @item @samp{copysign@var{m}3}
5738 Store a value with the magnitude of operand 1 and the sign of operand
5739 2 into operand 0.  All operands have mode @var{m}, which is a scalar or
5740 vector floating-point mode.
5742 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5744 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
5745 @item @samp{ffs@var{m}2}
5746 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
5747 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.
5749 @var{m} is either a scalar or vector integer mode.  When it is a scalar,
5750 operand 1 has mode @var{m} but operand 0 can have whatever scalar
5751 integer mode is suitable for the target.  The compiler will insert
5752 conversion instructions as necessary (typically to convert the result
5753 to the same width as @code{int}).  When @var{m} is a vector, both
5754 operands must have mode @var{m}.
5756 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5758 @cindex @code{clrsb@var{m}2} instruction pattern
5759 @item @samp{clrsb@var{m}2}
5760 Count leading redundant sign bits.
5761 Store into operand 0 the number of redundant sign bits in operand 1, starting
5762 at the most significant bit position.
5763 A redundant sign bit is defined as any sign bit after the first. As such,
5764 this count will be one less than the count of leading sign bits.
5766 @var{m} is either a scalar or vector integer mode.  When it is a scalar,
5767 operand 1 has mode @var{m} but operand 0 can have whatever scalar
5768 integer mode is suitable for the target.  The compiler will insert
5769 conversion instructions as necessary (typically to convert the result
5770 to the same width as @code{int}).  When @var{m} is a vector, both
5771 operands must have mode @var{m}.
5773 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5775 @cindex @code{clz@var{m}2} instruction pattern
5776 @item @samp{clz@var{m}2}
5777 Store into operand 0 the number of leading 0-bits in operand 1, starting
5778 at the most significant bit position.  If operand 1 is 0, the
5779 @code{CLZ_DEFINED_VALUE_AT_ZERO} (@pxref{Misc}) macro defines if
5780 the result is undefined or has a useful value.
5782 @var{m} is either a scalar or vector integer mode.  When it is a scalar,
5783 operand 1 has mode @var{m} but operand 0 can have whatever scalar
5784 integer mode is suitable for the target.  The compiler will insert
5785 conversion instructions as necessary (typically to convert the result
5786 to the same width as @code{int}).  When @var{m} is a vector, both
5787 operands must have mode @var{m}.
5789 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5791 @cindex @code{ctz@var{m}2} instruction pattern
5792 @item @samp{ctz@var{m}2}
5793 Store into operand 0 the number of trailing 0-bits in operand 1, starting
5794 at the least significant bit position.  If operand 1 is 0, the
5795 @code{CTZ_DEFINED_VALUE_AT_ZERO} (@pxref{Misc}) macro defines if
5796 the result is undefined or has a useful value.
5798 @var{m} is either a scalar or vector integer mode.  When it is a scalar,
5799 operand 1 has mode @var{m} but operand 0 can have whatever scalar
5800 integer mode is suitable for the target.  The compiler will insert
5801 conversion instructions as necessary (typically to convert the result
5802 to the same width as @code{int}).  When @var{m} is a vector, both
5803 operands must have mode @var{m}.
5805 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5807 @cindex @code{popcount@var{m}2} instruction pattern
5808 @item @samp{popcount@var{m}2}
5809 Store into operand 0 the number of 1-bits in operand 1.
5811 @var{m} is either a scalar or vector integer mode.  When it is a scalar,
5812 operand 1 has mode @var{m} but operand 0 can have whatever scalar
5813 integer mode is suitable for the target.  The compiler will insert
5814 conversion instructions as necessary (typically to convert the result
5815 to the same width as @code{int}).  When @var{m} is a vector, both
5816 operands must have mode @var{m}.
5818 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5820 @cindex @code{parity@var{m}2} instruction pattern
5821 @item @samp{parity@var{m}2}
5822 Store into operand 0 the parity of operand 1, i.e.@: the number of 1-bits
5823 in operand 1 modulo 2.
5825 @var{m} is either a scalar or vector integer mode.  When it is a scalar,
5826 operand 1 has mode @var{m} but operand 0 can have whatever scalar
5827 integer mode is suitable for the target.  The compiler will insert
5828 conversion instructions as necessary (typically to convert the result
5829 to the same width as @code{int}).  When @var{m} is a vector, both
5830 operands must have mode @var{m}.
5832 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5834 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
5835 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
5836 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
5838 @cindex @code{movmem@var{m}} instruction pattern
5839 @item @samp{movmem@var{m}}
5840 Block move instruction.  The destination and source blocks of memory
5841 are the first two operands, and both are @code{mem:BLK}s with an
5842 address in mode @code{Pmode}.
5844 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
5845 Usually, you specify @code{Pmode} for @var{m}.  However, if you can
5846 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
5847 those representable in a full Pmode pointer, you should provide
5848 a pattern with a
5849 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
5850 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
5851 that appear negative) and also a pattern with @code{Pmode}.
5853 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
5854 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
5855 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
5856 it may provide the value 4 for this operand.
5858 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
5859 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
5860 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
5861 all cases. This expected alignment is also in bytes, just like operand 4.
5862 Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
5864 Descriptions of multiple @code{movmem@var{m}} patterns can only be
5865 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
5866 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
5867 in @code{movmem@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
5868 individually moved data units in the block.
5870 These patterns need not give special consideration to the possibility
5871 that the source and destination strings might overlap.
5873 @cindex @code{movstr} instruction pattern
5874 @item @samp{movstr}
5875 String copy instruction, with @code{stpcpy} semantics.  Operand 0 is
5876 an output operand in mode @code{Pmode}.  The addresses of the
5877 destination and source strings are operands 1 and 2, and both are
5878 @code{mem:BLK}s with addresses in mode @code{Pmode}.  The execution of
5879 the expansion of this pattern should store in operand 0 the address in
5880 which the @code{NUL} terminator was stored in the destination string.
5882 This patern has also several optional operands that are same as in
5883 @code{setmem}.
5885 @cindex @code{setmem@var{m}} instruction pattern
5886 @item @samp{setmem@var{m}}
5887 Block set instruction.  The destination string is the first operand,
5888 given as a @code{mem:BLK} whose address is in mode @code{Pmode}.  The
5889 number of bytes to set is the second operand, in mode @var{m}.  The value to
5890 initialize the memory with is the third operand. Targets that only support the
5891 clearing of memory should reject any value that is not the constant 0.  See
5892 @samp{movmem@var{m}} for a discussion of the choice of mode.
5894 The fourth operand is the known alignment of the destination, in the form
5895 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
5896 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
5897 operand.
5899 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
5900 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
5901 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
5902 all cases. This expected alignment is also in bytes, just like operand 4.
5903 Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
5904 Operand 7 is the minimal size of the block and operand 8 is the
5905 maximal size of the block (NULL if it can not be represented as CONST_INT).
5906 Operand 9 is the probable maximal size (i.e. we can not rely on it for correctness,
5907 but it can be used for choosing proper code sequence for a given size).
5909 The use for multiple @code{setmem@var{m}} is as for @code{movmem@var{m}}.
5911 @cindex @code{cmpstrn@var{m}} instruction pattern
5912 @item @samp{cmpstrn@var{m}}
5913 String compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
5914 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
5915 of @samp{movmem@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
5916 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
5917 string.  The instruction is not allowed to prefetch more than one byte
5918 at a time since either string may end in the first byte and reading past
5919 that may access an invalid page or segment and cause a fault.  The
5920 comparison terminates early if the fetched bytes are different or if
5921 they are equal to zero.  The effect of the instruction is to store a
5922 value in operand 0 whose sign indicates the result of the comparison.
5924 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
5925 @item @samp{cmpstr@var{m}}
5926 String compare instruction, without known maximum length.  Operand 0 is the
5927 output; it has mode @var{m}.  The second and third operand are the blocks of
5928 memory to be compared; both are @code{mem:BLK} with an address in mode
5929 @code{Pmode}.
5931 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
5932 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
5933 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
5934 it may provide the value 4 for this operand.
5936 The two memory blocks specified are compared byte by byte in lexicographic
5937 order starting at the beginning of each string.  The instruction is not allowed
5938 to prefetch more than one byte at a time since either string may end in the
5939 first byte and reading past that may access an invalid page or segment and
5940 cause a fault.  The comparison will terminate when the fetched bytes
5941 are different or if they are equal to zero.  The effect of the
5942 instruction is to store a value in operand 0 whose sign indicates the
5943 result of the comparison.
5945 @cindex @code{cmpmem@var{m}} instruction pattern
5946 @item @samp{cmpmem@var{m}}
5947 Block compare instruction, with five operands like the operands
5948 of @samp{cmpstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
5949 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
5950 block.  Unlike @samp{cmpstr@var{m}} the instruction can prefetch
5951 any bytes in the two memory blocks.  Also unlike @samp{cmpstr@var{m}}
5952 the comparison will not stop if both bytes are zero.  The effect of
5953 the instruction is to store a value in operand 0 whose sign indicates
5954 the result of the comparison.
5956 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
5957 @item @samp{strlen@var{m}}
5958 Compute the length of a string, with three operands.
5959 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
5960 a @code{mem} referring to the first character of the string,
5961 operand 2 is the character to search for (normally zero),
5962 and operand 3 is a constant describing the known alignment
5963 of the beginning of the string.
5965 @cindex @code{float@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5966 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
5967 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
5968 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
5969 @var{n}).
5971 @cindex @code{floatuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5972 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
5973 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
5974 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
5975 @var{n}).
5977 @cindex @code{fix@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5978 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
5979 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5980 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
5981 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
5982 the value of operand 1 is an integer.
5984 If the machine description defines this pattern, it also needs to
5985 define the @code{ftrunc} pattern.
5987 @cindex @code{fixuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5988 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
5989 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5990 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
5991 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
5992 value of operand 1 is an integer.
5994 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
5995 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
5996 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
5997 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
5998 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
6000 @cindex @code{fix_trunc@var{m}@var{n}2} instruction pattern
6001 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
6002 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
6003 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
6005 @cindex @code{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2} instruction pattern
6006 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
6007 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
6008 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
6010 @cindex @code{trunc@var{m}@var{n}2} instruction pattern
6011 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
6012 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
6013 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
6014 point or both floating point.
6016 @cindex @code{extend@var{m}@var{n}2} instruction pattern
6017 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
6018 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
6019 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
6020 point or both floating point.
6022 @cindex @code{zero_extend@var{m}@var{n}2} instruction pattern
6023 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
6024 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
6025 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
6026 point.
6028 @cindex @code{fract@var{m}@var{n}2} instruction pattern
6029 @item @samp{fract@var{m}@var{n}2}
6030 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
6031 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
6032 could be fixed-point to fixed-point, signed integer to fixed-point,
6033 fixed-point to signed integer, floating-point to fixed-point,
6034 or fixed-point to floating-point.
6035 When overflows or underflows happen, the results are undefined.
6037 @cindex @code{satfract@var{m}@var{n}2} instruction pattern
6038 @item @samp{satfract@var{m}@var{n}2}
6039 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
6040 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
6041 could be fixed-point to fixed-point, signed integer to fixed-point,
6042 or floating-point to fixed-point.
6043 When overflows or underflows happen, the instruction saturates the
6044 results to the maximum or the minimum.
6046 @cindex @code{fractuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
6047 @item @samp{fractuns@var{m}@var{n}2}
6048 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
6049 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
6050 could be unsigned integer to fixed-point, or
6051 fixed-point to unsigned integer.
6052 When overflows or underflows happen, the results are undefined.
6054 @cindex @code{satfractuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
6055 @item @samp{satfractuns@var{m}@var{n}2}
6056 Convert unsigned integer operand 1 of mode @var{m} to fixed-point mode
6057 @var{n} and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
6058 When overflows or underflows happen, the instruction saturates the
6059 results to the maximum or the minimum.
6061 @cindex @code{extv@var{m}} instruction pattern
6062 @item @samp{extv@var{m}}
6063 Extract a bit-field from register operand 1, sign-extend it, and store
6064 it in operand 0.  Operand 2 specifies the width of the field in bits
6065 and operand 3 the starting bit, which counts from the most significant
6066 bit if @samp{BITS_BIG_ENDIAN} is true and from the least significant bit
6067 otherwise.
6069 Operands 0 and 1 both have mode @var{m}.  Operands 2 and 3 have a
6070 target-specific mode.
6072 @cindex @code{extvmisalign@var{m}} instruction pattern
6073 @item @samp{extvmisalign@var{m}}
6074 Extract a bit-field from memory operand 1, sign extend it, and store
6075 it in operand 0.  Operand 2 specifies the width in bits and operand 3
6076 the starting bit.  The starting bit is always somewhere in the first byte of
6077 operand 1; it counts from the most significant bit if @samp{BITS_BIG_ENDIAN}
6078 is true and from the least significant bit otherwise.
6080 Operand 0 has mode @var{m} while operand 1 has @code{BLK} mode.
6081 Operands 2 and 3 have a target-specific mode.
6083 The instruction must not read beyond the last byte of the bit-field.
6085 @cindex @code{extzv@var{m}} instruction pattern
6086 @item @samp{extzv@var{m}}
6087 Like @samp{extv@var{m}} except that the bit-field value is zero-extended.
6089 @cindex @code{extzvmisalign@var{m}} instruction pattern
6090 @item @samp{extzvmisalign@var{m}}
6091 Like @samp{extvmisalign@var{m}} except that the bit-field value is
6092 zero-extended.
6094 @cindex @code{insv@var{m}} instruction pattern
6095 @item @samp{insv@var{m}}
6096 Insert operand 3 into a bit-field of register operand 0.  Operand 1
6097 specifies the width of the field in bits and operand 2 the starting bit,
6098 which counts from the most significant bit if @samp{BITS_BIG_ENDIAN}
6099 is true and from the least significant bit otherwise.
6101 Operands 0 and 3 both have mode @var{m}.  Operands 1 and 2 have a
6102 target-specific mode.
6104 @cindex @code{insvmisalign@var{m}} instruction pattern
6105 @item @samp{insvmisalign@var{m}}
6106 Insert operand 3 into a bit-field of memory operand 0.  Operand 1
6107 specifies the width of the field in bits and operand 2 the starting bit.
6108 The starting bit is always somewhere in the first byte of operand 0;
6109 it counts from the most significant bit if @samp{BITS_BIG_ENDIAN}
6110 is true and from the least significant bit otherwise.
6112 Operand 3 has mode @var{m} while operand 0 has @code{BLK} mode.
6113 Operands 1 and 2 have a target-specific mode.
6115 The instruction must not read or write beyond the last byte of the bit-field.
6117 @cindex @code{extv} instruction pattern
6118 @item @samp{extv}
6119 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
6120 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
6121 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
6122 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
6123 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
6124 be valid for @code{word_mode}.
6126 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
6127 for operands 2 and 3 and the constant is never zero for operand 2.
6129 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
6130 before it is stored in operand 0.
6132 This pattern is deprecated; please use @samp{extv@var{m}} and
6133 @code{extvmisalign@var{m}} instead.
6135 @cindex @code{extzv} instruction pattern
6136 @item @samp{extzv}
6137 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
6139 This pattern is deprecated; please use @samp{extzv@var{m}} and
6140 @code{extzvmisalign@var{m}} instead.
6142 @cindex @code{insv} instruction pattern
6143 @item @samp{insv}
6144 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
6145 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
6146 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
6147 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
6148 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
6150 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
6151 for operands 1 and 2 and the constant is never zero for operand 1.
6153 This pattern is deprecated; please use @samp{insv@var{m}} and
6154 @code{insvmisalign@var{m}} instead.
6156 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
6157 @item @samp{mov@var{mode}cc}
6158 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
6159 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
6160 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
6162 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
6163 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
6164 conditionally move an integer value based on the floating point condition
6165 codes and vice versa.
6167 If the machine does not have conditional move instructions, do not
6168 define these patterns.
6170 @cindex @code{add@var{mode}cc} instruction pattern
6171 @item @samp{add@var{mode}cc}
6172 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional addition.  Conditionally
6173 move operand 2 or (operands 2 + operand 3) into operand 0 according to the
6174 comparison in operand 1.  If the comparison is false, operand 2 is moved into
6175 operand 0, otherwise (operand 2 + operand 3) is moved.
6177 @cindex @code{neg@var{mode}cc} instruction pattern
6178 @item @samp{neg@var{mode}cc}
6179 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional negation.  Conditionally
6180 move the negation of operand 2 or the unchanged operand 3 into operand 0
6181 according to the comparison in operand 1.  If the comparison is true, the negation
6182 of operand 2 is moved into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
6184 @cindex @code{not@var{mode}cc} instruction pattern
6185 @item @samp{not@var{mode}cc}
6186 Similar to @samp{neg@var{mode}cc} but for conditional complement.
6187 Conditionally move the bitwise complement of operand 2 or the unchanged
6188 operand 3 into operand 0 according to the comparison in operand 1.
6189 If the comparison is true, the complement of operand 2 is moved into
6190 operand 0, otherwise operand 3 is moved.
6192 @cindex @code{cstore@var{mode}4} instruction pattern
6193 @item @samp{cstore@var{mode}4}
6194 Store zero or nonzero in operand 0 according to whether a comparison
6195 is true.  Operand 1 is a comparison operator.  Operand 2 and operand 3
6196 are the first and second operand of the comparison, respectively.
6197 You specify the mode that operand 0 must have when you write the
6198 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees which
6199 mode you have used and supplies an operand of that mode.
6201 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
6202 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
6203 you should omit it from the machine description.  You describe to the
6204 compiler exactly which value is stored by defining the macro
6205 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
6206 found that can be used for all the possible comparison operators, you
6207 should pick one and use a @code{define_expand} to map all results
6208 onto the one you chose.
6210 These operations may @code{FAIL}, but should do so only in relatively
6211 uncommon cases; if they would @code{FAIL} for common cases involving
6212 integer comparisons, it is best to restrict the predicates to not
6213 allow these operands.  Likewise if a given comparison operator will
6214 always fail, independent of the operands (for floating-point modes, the
6215 @code{ordered_comparison_operator} predicate is often useful in this case).
6217 If this pattern is omitted, the compiler will generate a conditional
6218 branch---for example, it may copy a constant one to the target and branching
6219 around an assignment of zero to the target---or a libcall.  If the predicate
6220 for operand 1 only rejects some operators, it will also try reordering the
6221 operands and/or inverting the result value (e.g.@: by an exclusive OR).
6222 These possibilities could be cheaper or equivalent to the instructions
6223 used for the @samp{cstore@var{mode}4} pattern followed by those required
6224 to convert a positive result from @code{STORE_FLAG_VALUE} to 1; in this
6225 case, you can and should make operand 1's predicate reject some operators
6226 in the @samp{cstore@var{mode}4} pattern, or remove the pattern altogether
6227 from the machine description.
6229 @cindex @code{cbranch@var{mode}4} instruction pattern
6230 @item @samp{cbranch@var{mode}4}
6231 Conditional branch instruction combined with a compare instruction.
6232 Operand 0 is a comparison operator.  Operand 1 and operand 2 are the
6233 first and second operands of the comparison, respectively.  Operand 3
6234 is the @code{code_label} to jump to.
6236 @cindex @code{jump} instruction pattern
6237 @item @samp{jump}
6238 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
6239 @code{code_label} to jump to.  This pattern name is mandatory on all
6240 machines.
6242 @cindex @code{call} instruction pattern
6243 @item @samp{call}
6244 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
6245 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
6246 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
6247 operands.
6249 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
6250 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
6251 to put this information into the assembler code; they can put it in
6252 the RTL instead of operand 1.
6254 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
6255 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
6256 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
6257 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
6258 instruction, the pattern for this operation should be a
6259 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
6260 address into a register and uses that register in the call instruction.
6262 @cindex @code{call_value} instruction pattern
6263 @item @samp{call_value}
6264 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
6265 register in which the value is returned.  There are three more
6266 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
6267 instruction (but with numbers increased by one).
6269 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
6270 insn.
6272 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
6273 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
6274 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
6275 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
6276 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
6277 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
6278 adjustment made to the frame pointer.
6280 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
6281 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
6282 can be eliminated, if desired.
6284 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
6285 @item @samp{untyped_call}
6286 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
6287 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
6288 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
6289 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
6290 the saving of a function return value into the result block.
6292 This instruction pattern should be defined to support
6293 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
6294 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
6295 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
6296 multiple registers that can hold a return value
6297 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
6299 @cindex @code{return} instruction pattern
6300 @item @samp{return}
6301 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
6302 defined only if a single instruction can do all the work of returning
6303 from a function.
6305 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
6306 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
6307 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
6308 some class of functions only requires one instruction to implement a
6309 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
6310 to save any registers or allocate stack space.
6312 It is valid for this pattern to expand to an instruction using
6313 @code{simple_return} if no epilogue is required.
6315 @cindex @code{simple_return} instruction pattern
6316 @item @samp{simple_return}
6317 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
6318 defined only if a single instruction can do all the work of returning
6319 from a function on a path where no epilogue is required.  This pattern
6320 is very similar to the @code{return} instruction pattern, but it is emitted
6321 only by the shrink-wrapping optimization on paths where the function
6322 prologue has not been executed, and a function return should occur without
6323 any of the effects of the epilogue.  Additional uses may be introduced on
6324 paths where both the prologue and the epilogue have executed.
6326 @findex reload_completed
6327 @findex leaf_function_p
6328 For such machines, the condition specified in this pattern should only
6329 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
6330 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
6331 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
6332 a register window push is required.
6334 Machines that have conditional return instructions should define patterns
6335 such as
6337 @smallexample
6338 (define_insn ""
6339   [(set (pc)
6340         (if_then_else (match_operator
6341                          0 "comparison_operator"
6342                          [(cc0) (const_int 0)])
6343                       (return)
6344                       (pc)))]
6345   "@var{condition}"
6346   "@dots{}")
6347 @end smallexample
6349 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
6350 named @samp{return} pattern.
6352 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
6353 @item @samp{untyped_return}
6354 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
6355 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
6356 instructions are needed to return a value of any type.
6358 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
6359 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
6360 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
6361 the restoring of a function return value from the result block.
6363 @cindex @code{nop} instruction pattern
6364 @item @samp{nop}
6365 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
6366 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
6367 RTL pattern.
6369 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
6370 @item @samp{indirect_jump}
6371 An instruction to jump to an address which is operand zero.
6372 This pattern name is mandatory on all machines.
6374 @cindex @code{casesi} instruction pattern
6375 @item @samp{casesi}
6376 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
6377 This instruction takes five operands:
6379 @enumerate
6380 @item
6381 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
6383 @item
6384 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
6386 @item
6387 The total range of indices in the table---the largest index
6388 minus the smallest one (both inclusive).
6390 @item
6391 A label that precedes the table itself.
6393 @item
6394 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
6395 @end enumerate
6397 The table is an @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
6398 @code{jump_table_data}.  The number of elements in the table is one plus the
6399 difference between the upper bound and the lower bound.
6401 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
6402 @item @samp{tablejump}
6403 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
6404 capability which can be used to implement a dispatch table when there
6405 is no @samp{casesi} pattern.
6407 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
6408 which should immediately precede the jump table.  If the macro
6409 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
6410 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
6411 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
6412 mode @code{Pmode}.
6414 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
6415 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
6416 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
6417 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
6420 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
6421 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
6422 Conditional branch instruction that decrements a register and
6423 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
6424 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
6425 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
6427 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
6428 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
6429 reduction is enabled.
6431 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
6432 @item @samp{doloop_end}
6433 Conditional branch instruction that decrements a register and
6434 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
6435 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
6436 register is nonzero.
6437 @xref{Looping Patterns}.
6439 This optional instruction pattern should be defined for machines with
6440 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
6441 modify suitable loops to utilize it.  The target hook
6442 @code{TARGET_CAN_USE_DOLOOP_P} controls the conditions under which
6443 low-overhead loops can be used.
6445 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
6446 @item @samp{doloop_begin}
6447 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
6448 need to perform some initialization, such as loading a special counter
6449 register.  Operand 1 is the associated @code{doloop_end} pattern and
6450 operand 0 is the register that it decrements.
6452 If initialization insns do not always need to be emitted, use a
6453 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
6455 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
6456 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
6457 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
6458 into operand 0.
6460 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
6461 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
6462 and also has mode @code{Pmode}.
6464 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
6465 the address of the function which would be called if the function
6466 pointer were used in an indirect call.
6468 Only define this pattern if function pointers on the target machine
6469 can have different values but still call the same function when
6470 used in an indirect call.
6472 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
6473 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
6474 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
6475 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
6476 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
6477 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
6478 @item @samp{save_stack_block}
6479 @itemx @samp{save_stack_function}
6480 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
6481 @itemx @samp{restore_stack_block}
6482 @itemx @samp{restore_stack_function}
6483 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
6484 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
6485 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
6486 such machines.
6488 Some machines require special handling for stack pointer saves and
6489 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
6490 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
6491 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
6492 saves and restores are:
6494 @enumerate
6495 @item
6496 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
6497 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
6498 restores the stack pointer when the block is exited.
6500 @item
6501 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
6502 similar job for the outermost block of a function and are used when the
6503 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
6504 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
6505 restore sequence on some machines.
6507 @item
6508 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
6509 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
6510 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
6511 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
6512 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
6513 and restoring additional data such as register window information or
6514 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
6515 such required data.
6516 @end enumerate
6518 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
6519 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
6520 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
6521 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
6522 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
6523 for a particular type of save (either because no save is needed or
6524 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
6525 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
6526 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
6527 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
6529 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
6530 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
6531 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
6533 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
6534 @item @samp{allocate_stack}
6535 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
6536 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
6538 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
6539 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
6540 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
6541 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
6542 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
6543 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
6544 stack is free.
6546 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
6547 Some machines require other operations such as stack probes or
6548 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
6549 operations in addition to updating the stack pointer.
6551 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
6552 @item @samp{check_stack}
6553 If stack checking (@pxref{Stack Checking}) cannot be done on your system by
6554 probing the stack, define this pattern to perform the needed check and signal
6555 an error if the stack has overflowed.  The single operand is the address in
6556 the stack farthest from the current stack pointer that you need to validate.
6557 Normally, on platforms where this pattern is needed, you would obtain the
6558 stack limit from a global or thread-specific variable or register.
6560 @cindex @code{probe_stack_address} instruction pattern
6561 @item @samp{probe_stack_address}
6562 If stack checking (@pxref{Stack Checking}) can be done on your system by
6563 probing the stack but without the need to actually access it, define this
6564 pattern and signal an error if the stack has overflowed.  The single operand
6565 is the memory address in the stack that needs to be probed.
6567 @cindex @code{probe_stack} instruction pattern
6568 @item @samp{probe_stack}
6569 If stack checking (@pxref{Stack Checking}) can be done on your system by
6570 probing the stack but doing it with a ``store zero'' instruction is not valid
6571 or optimal, define this pattern to do the probing differently and signal an
6572 error if the stack has overflowed.  The single operand is the memory reference
6573 in the stack that needs to be probed.
6575 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
6576 @item @samp{nonlocal_goto}
6577 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
6578 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
6579 each representing a value to be used in the jump.  The first
6580 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
6581 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
6582 the third is the address of a location where the stack is saved,
6583 and the last is the address of the label, to be placed in the
6584 location for the incoming static chain.
6586 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
6587 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
6588 and static chain, restore the stack (using the
6589 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
6590 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
6591 not work on your machine.
6593 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
6594 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
6595 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
6596 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
6597 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
6598 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
6599 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
6600 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
6601 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
6602 There are no arguments.
6604 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
6605 @item @samp{exception_receiver}
6606 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
6607 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
6608 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
6609 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
6610 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
6611 an exception.  There are no arguments.
6613 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
6614 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
6615 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
6616 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
6617 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
6618 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
6619 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
6620 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
6621 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
6622 the first three are normally used by the generic mechanism.
6624 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
6625 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
6626 This pattern, if defined, contains code needed at the site of a
6627 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
6628 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
6629 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
6630 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
6631 to which builtin_longjmp transferred control; this pattern may be emitted
6632 at a small offset from that label.
6634 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
6635 @item @samp{builtin_longjmp}
6636 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
6637 You will not normally need to define this pattern unless you also define
6638 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
6639 @code{jmp_buf}.
6641 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
6642 @item @samp{eh_return}
6643 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
6644 and thence the call frame exception handling library routines, are
6645 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
6646 the abnormal return path.
6648 The address of the exception handler to which the function should return
6649 is passed as operand to this pattern.  It will normally need to copied by
6650 the pattern to some special register or memory location.
6651 If the pattern needs to determine the location of the target call
6652 frame in order to do so, it may use @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX},
6653 if defined; it will have already been assigned.
6655 If this pattern is not defined, the default action will be to simply
6656 copy the return address to @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX}.  Either
6657 that macro or this pattern needs to be defined if call frame exception
6658 handling is to be used.
6660 @cindex @code{prologue} instruction pattern
6661 @anchor{prologue instruction pattern}
6662 @item @samp{prologue}
6663 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
6664 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
6665 pointer register, saving callee saved registers, etc.
6667 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
6668 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
6670 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
6671 instruction scheduling.
6673 @cindex @code{window_save} instruction pattern
6674 @anchor{window_save instruction pattern}
6675 @item @samp{window_save}
6676 This pattern, if defined, emits RTL for a register window save.  It should
6677 be defined if the target machine has register windows but the window events
6678 are decoupled from calls to subroutines.  The canonical example is the SPARC
6679 architecture.
6681 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
6682 @anchor{epilogue instruction pattern}
6683 @item @samp{epilogue}
6684 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
6685 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
6686 registers and emitting the return instruction.
6688 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
6689 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
6691 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
6692 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
6694 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
6695 @item @samp{sibcall_epilogue}
6696 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
6697 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
6698 sibling call (aka tail call) sites.
6700 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
6701 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
6702 function.
6704 @cindex @code{trap} instruction pattern
6705 @item @samp{trap}
6706 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
6707 kind of signal to be raised.
6709 @cindex @code{ctrap@var{MM}4} instruction pattern
6710 @item @samp{ctrap@var{MM}4}
6711 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
6712 performs a comparison, and operands 1 and 2 are the arms of the
6713 comparison.  Operand 3 is the trap code, an integer.
6715 A typical @code{ctrap} pattern looks like
6717 @smallexample
6718 (define_insn "ctrapsi4"
6719   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
6720              [(match_operand 1 "register_operand")
6721               (match_operand 2 "immediate_operand")])
6722             (match_operand 3 "const_int_operand" "i"))]
6723   ""
6724   "@dots{}")
6725 @end smallexample
6727 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
6728 @item @samp{prefetch}
6729 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
6730 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
6731 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
6732 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
6733 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
6734 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
6735 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
6736 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
6737 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
6739 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
6740 the values of operands 1 and 2.
6742 @cindex @code{blockage} instruction pattern
6743 @item @samp{blockage}
6744 This pattern defines a pseudo insn that prevents the instruction
6745 scheduler and other passes from moving instructions and using register
6746 equivalences across the boundary defined by the blockage insn.
6747 This needs to be an UNSPEC_VOLATILE pattern or a volatile ASM.
6749 @cindex @code{memory_blockage} instruction pattern
6750 @item @samp{memory_blockage}
6751 This pattern, if defined, represents a compiler memory barrier, and will be
6752 placed at points across which RTL passes may not propagate memory accesses.
6753 This instruction needs to read and write volatile BLKmode memory.  It does
6754 not need to generate any machine instruction.  If this pattern is not defined,
6755 the compiler falls back to emitting an instruction corresponding
6756 to @code{asm volatile ("" ::: "memory")}.
6758 @cindex @code{memory_barrier} instruction pattern
6759 @item @samp{memory_barrier}
6760 If the target memory model is not fully synchronous, then this pattern
6761 should be defined to an instruction that orders both loads and stores
6762 before the instruction with respect to loads and stores after the instruction.
6763 This pattern has no operands.
6765 @cindex @code{sync_compare_and_swap@var{mode}} instruction pattern
6766 @item @samp{sync_compare_and_swap@var{mode}}
6767 This pattern, if defined, emits code for an atomic compare-and-swap
6768 operation.  Operand 1 is the memory on which the atomic operation is
6769 performed.  Operand 2 is the ``old'' value to be compared against the
6770 current contents of the memory location.  Operand 3 is the ``new'' value
6771 to store in the memory if the compare succeeds.  Operand 0 is the result
6772 of the operation; it should contain the contents of the memory
6773 before the operation.  If the compare succeeds, this should obviously be
6774 a copy of operand 2.
6776 This pattern must show that both operand 0 and operand 1 are modified.
6778 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
6779 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
6780 operation and all memory operations after the atomic operation occur
6781 after the atomic operation.
6783 For targets where the success or failure of the compare-and-swap
6784 operation is available via the status flags, it is possible to
6785 avoid a separate compare operation and issue the subsequent
6786 branch or store-flag operation immediately after the compare-and-swap.
6787 To this end, GCC will look for a @code{MODE_CC} set in the
6788 output of @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}; if the machine
6789 description includes such a set, the target should also define special
6790 @code{cbranchcc4} and/or @code{cstorecc4} instructions.  GCC will then
6791 be able to take the destination of the @code{MODE_CC} set and pass it
6792 to the @code{cbranchcc4} or @code{cstorecc4} pattern as the first
6793 operand of the comparison (the second will be @code{(const_int 0)}).
6795 For targets where the operating system may provide support for this
6796 operation via library calls, the @code{sync_compare_and_swap_optab}
6797 may be initialized to a function with the same interface as the
6798 @code{__sync_val_compare_and_swap_@var{n}} built-in.  If the entire
6799 set of @var{__sync} builtins are supported via library calls, the
6800 target can initialize all of the optabs at once with
6801 @code{init_sync_libfuncs}.
6802 For the purposes of C++11 @code{std::atomic::is_lock_free}, it is
6803 assumed that these library calls do @emph{not} use any kind of
6804 interruptable locking.
6806 @cindex @code{sync_add@var{mode}} instruction pattern
6807 @cindex @code{sync_sub@var{mode}} instruction pattern
6808 @cindex @code{sync_ior@var{mode}} instruction pattern
6809 @cindex @code{sync_and@var{mode}} instruction pattern
6810 @cindex @code{sync_xor@var{mode}} instruction pattern
6811 @cindex @code{sync_nand@var{mode}} instruction pattern
6812 @item @samp{sync_add@var{mode}}, @samp{sync_sub@var{mode}}
6813 @itemx @samp{sync_ior@var{mode}}, @samp{sync_and@var{mode}}
6814 @itemx @samp{sync_xor@var{mode}}, @samp{sync_nand@var{mode}}
6815 These patterns emit code for an atomic operation on memory.
6816 Operand 0 is the memory on which the atomic operation is performed.
6817 Operand 1 is the second operand to the binary operator.
6819 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
6820 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
6821 operation and all memory operations after the atomic operation occur
6822 after the atomic operation.
6824 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
6825 from a compare-and-swap operation, if defined.
6827 @cindex @code{sync_old_add@var{mode}} instruction pattern
6828 @cindex @code{sync_old_sub@var{mode}} instruction pattern
6829 @cindex @code{sync_old_ior@var{mode}} instruction pattern
6830 @cindex @code{sync_old_and@var{mode}} instruction pattern
6831 @cindex @code{sync_old_xor@var{mode}} instruction pattern
6832 @cindex @code{sync_old_nand@var{mode}} instruction pattern
6833 @item @samp{sync_old_add@var{mode}}, @samp{sync_old_sub@var{mode}}
6834 @itemx @samp{sync_old_ior@var{mode}}, @samp{sync_old_and@var{mode}}
6835 @itemx @samp{sync_old_xor@var{mode}}, @samp{sync_old_nand@var{mode}}
6836 These patterns emit code for an atomic operation on memory,
6837 and return the value that the memory contained before the operation.
6838 Operand 0 is the result value, operand 1 is the memory on which the
6839 atomic operation is performed, and operand 2 is the second operand
6840 to the binary operator.
6842 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
6843 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
6844 operation and all memory operations after the atomic operation occur
6845 after the atomic operation.
6847 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
6848 from a compare-and-swap operation, if defined.
6850 @cindex @code{sync_new_add@var{mode}} instruction pattern
6851 @cindex @code{sync_new_sub@var{mode}} instruction pattern
6852 @cindex @code{sync_new_ior@var{mode}} instruction pattern
6853 @cindex @code{sync_new_and@var{mode}} instruction pattern
6854 @cindex @code{sync_new_xor@var{mode}} instruction pattern
6855 @cindex @code{sync_new_nand@var{mode}} instruction pattern
6856 @item @samp{sync_new_add@var{mode}}, @samp{sync_new_sub@var{mode}}
6857 @itemx @samp{sync_new_ior@var{mode}}, @samp{sync_new_and@var{mode}}
6858 @itemx @samp{sync_new_xor@var{mode}}, @samp{sync_new_nand@var{mode}}
6859 These patterns are like their @code{sync_old_@var{op}} counterparts,
6860 except that they return the value that exists in the memory location
6861 after the operation, rather than before the operation.
6863 @cindex @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}} instruction pattern
6864 @item @samp{sync_lock_test_and_set@var{mode}}
6865 This pattern takes two forms, based on the capabilities of the target.
6866 In either case, operand 0 is the result of the operand, operand 1 is
6867 the memory on which the atomic operation is performed, and operand 2
6868 is the value to set in the lock.
6870 In the ideal case, this operation is an atomic exchange operation, in
6871 which the previous value in memory operand is copied into the result
6872 operand, and the value operand is stored in the memory operand.
6874 For less capable targets, any value operand that is not the constant 1
6875 should be rejected with @code{FAIL}.  In this case the target may use
6876 an atomic test-and-set bit operation.  The result operand should contain
6877 1 if the bit was previously set and 0 if the bit was previously clear.
6878 The true contents of the memory operand are implementation defined.
6880 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
6881 pattern as a whole acts as an acquire barrier, that is all memory
6882 operations after the pattern do not occur until the lock is acquired.
6884 If this pattern is not defined, the operation will be constructed from
6885 a compare-and-swap operation, if defined.
6887 @cindex @code{sync_lock_release@var{mode}} instruction pattern
6888 @item @samp{sync_lock_release@var{mode}}
6889 This pattern, if defined, releases a lock set by
6890 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}.  Operand 0 is the memory
6891 that contains the lock; operand 1 is the value to store in the lock.
6893 If the target doesn't implement full semantics for
6894 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}, any value operand which is not
6895 the constant 0 should be rejected with @code{FAIL}, and the true contents
6896 of the memory operand are implementation defined.
6898 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
6899 pattern as a whole acts as a release barrier, that is the lock is
6900 released only after all previous memory operations have completed.
6902 If this pattern is not defined, then a @code{memory_barrier} pattern
6903 will be emitted, followed by a store of the value to the memory operand.
6905 @cindex @code{atomic_compare_and_swap@var{mode}} instruction pattern
6906 @item @samp{atomic_compare_and_swap@var{mode}} 
6907 This pattern, if defined, emits code for an atomic compare-and-swap
6908 operation with memory model semantics.  Operand 2 is the memory on which
6909 the atomic operation is performed.  Operand 0 is an output operand which
6910 is set to true or false based on whether the operation succeeded.  Operand
6911 1 is an output operand which is set to the contents of the memory before
6912 the operation was attempted.  Operand 3 is the value that is expected to
6913 be in memory.  Operand 4 is the value to put in memory if the expected
6914 value is found there.  Operand 5 is set to 1 if this compare and swap is to
6915 be treated as a weak operation.  Operand 6 is the memory model to be used
6916 if the operation is a success.  Operand 7 is the memory model to be used
6917 if the operation fails.
6919 If memory referred to in operand 2 contains the value in operand 3, then
6920 operand 4 is stored in memory pointed to by operand 2 and fencing based on
6921 the memory model in operand 6 is issued.  
6923 If memory referred to in operand 2 does not contain the value in operand 3,
6924 then fencing based on the memory model in operand 7 is issued.
6926 If a target does not support weak compare-and-swap operations, or the port
6927 elects not to implement weak operations, the argument in operand 5 can be
6928 ignored.  Note a strong implementation must be provided.
6930 If this pattern is not provided, the @code{__atomic_compare_exchange}
6931 built-in functions will utilize the legacy @code{sync_compare_and_swap}
6932 pattern with an @code{__ATOMIC_SEQ_CST} memory model.
6934 @cindex @code{atomic_load@var{mode}} instruction pattern
6935 @item @samp{atomic_load@var{mode}}
6936 This pattern implements an atomic load operation with memory model
6937 semantics.  Operand 1 is the memory address being loaded from.  Operand 0
6938 is the result of the load.  Operand 2 is the memory model to be used for
6939 the load operation.
6941 If not present, the @code{__atomic_load} built-in function will either
6942 resort to a normal load with memory barriers, or a compare-and-swap
6943 operation if a normal load would not be atomic.
6945 @cindex @code{atomic_store@var{mode}} instruction pattern
6946 @item @samp{atomic_store@var{mode}}
6947 This pattern implements an atomic store operation with memory model
6948 semantics.  Operand 0 is the memory address being stored to.  Operand 1
6949 is the value to be written.  Operand 2 is the memory model to be used for
6950 the operation.
6952 If not present, the @code{__atomic_store} built-in function will attempt to
6953 perform a normal store and surround it with any required memory fences.  If
6954 the store would not be atomic, then an @code{__atomic_exchange} is
6955 attempted with the result being ignored.
6957 @cindex @code{atomic_exchange@var{mode}} instruction pattern
6958 @item @samp{atomic_exchange@var{mode}}
6959 This pattern implements an atomic exchange operation with memory model
6960 semantics.  Operand 1 is the memory location the operation is performed on.
6961 Operand 0 is an output operand which is set to the original value contained
6962 in the memory pointed to by operand 1.  Operand 2 is the value to be
6963 stored.  Operand 3 is the memory model to be used.
6965 If this pattern is not present, the built-in function
6966 @code{__atomic_exchange} will attempt to preform the operation with a
6967 compare and swap loop.
6969 @cindex @code{atomic_add@var{mode}} instruction pattern
6970 @cindex @code{atomic_sub@var{mode}} instruction pattern
6971 @cindex @code{atomic_or@var{mode}} instruction pattern
6972 @cindex @code{atomic_and@var{mode}} instruction pattern
6973 @cindex @code{atomic_xor@var{mode}} instruction pattern
6974 @cindex @code{atomic_nand@var{mode}} instruction pattern
6975 @item @samp{atomic_add@var{mode}}, @samp{atomic_sub@var{mode}}
6976 @itemx @samp{atomic_or@var{mode}}, @samp{atomic_and@var{mode}}
6977 @itemx @samp{atomic_xor@var{mode}}, @samp{atomic_nand@var{mode}}
6978 These patterns emit code for an atomic operation on memory with memory
6979 model semantics. Operand 0 is the memory on which the atomic operation is
6980 performed.  Operand 1 is the second operand to the binary operator.
6981 Operand 2 is the memory model to be used by the operation.
6983 If these patterns are not defined, attempts will be made to use legacy
6984 @code{sync} patterns, or equivalent patterns which return a result.  If
6985 none of these are available a compare-and-swap loop will be used.
6987 @cindex @code{atomic_fetch_add@var{mode}} instruction pattern
6988 @cindex @code{atomic_fetch_sub@var{mode}} instruction pattern
6989 @cindex @code{atomic_fetch_or@var{mode}} instruction pattern
6990 @cindex @code{atomic_fetch_and@var{mode}} instruction pattern
6991 @cindex @code{atomic_fetch_xor@var{mode}} instruction pattern
6992 @cindex @code{atomic_fetch_nand@var{mode}} instruction pattern
6993 @item @samp{atomic_fetch_add@var{mode}}, @samp{atomic_fetch_sub@var{mode}}
6994 @itemx @samp{atomic_fetch_or@var{mode}}, @samp{atomic_fetch_and@var{mode}}
6995 @itemx @samp{atomic_fetch_xor@var{mode}}, @samp{atomic_fetch_nand@var{mode}}
6996 These patterns emit code for an atomic operation on memory with memory
6997 model semantics, and return the original value. Operand 0 is an output 
6998 operand which contains the value of the memory location before the 
6999 operation was performed.  Operand 1 is the memory on which the atomic 
7000 operation is performed.  Operand 2 is the second operand to the binary
7001 operator.  Operand 3 is the memory model to be used by the operation.
7003 If these patterns are not defined, attempts will be made to use legacy
7004 @code{sync} patterns.  If none of these are available a compare-and-swap
7005 loop will be used.
7007 @cindex @code{atomic_add_fetch@var{mode}} instruction pattern
7008 @cindex @code{atomic_sub_fetch@var{mode}} instruction pattern
7009 @cindex @code{atomic_or_fetch@var{mode}} instruction pattern
7010 @cindex @code{atomic_and_fetch@var{mode}} instruction pattern
7011 @cindex @code{atomic_xor_fetch@var{mode}} instruction pattern
7012 @cindex @code{atomic_nand_fetch@var{mode}} instruction pattern
7013 @item @samp{atomic_add_fetch@var{mode}}, @samp{atomic_sub_fetch@var{mode}}
7014 @itemx @samp{atomic_or_fetch@var{mode}}, @samp{atomic_and_fetch@var{mode}}
7015 @itemx @samp{atomic_xor_fetch@var{mode}}, @samp{atomic_nand_fetch@var{mode}}
7016 These patterns emit code for an atomic operation on memory with memory
7017 model semantics and return the result after the operation is performed.
7018 Operand 0 is an output operand which contains the value after the
7019 operation.  Operand 1 is the memory on which the atomic operation is
7020 performed.  Operand 2 is the second operand to the binary operator.
7021 Operand 3 is the memory model to be used by the operation.
7023 If these patterns are not defined, attempts will be made to use legacy
7024 @code{sync} patterns, or equivalent patterns which return the result before
7025 the operation followed by the arithmetic operation required to produce the
7026 result.  If none of these are available a compare-and-swap loop will be
7027 used.
7029 @cindex @code{atomic_test_and_set} instruction pattern
7030 @item @samp{atomic_test_and_set}
7031 This pattern emits code for @code{__builtin_atomic_test_and_set}.
7032 Operand 0 is an output operand which is set to true if the previous
7033 previous contents of the byte was "set", and false otherwise.  Operand 1
7034 is the @code{QImode} memory to be modified.  Operand 2 is the memory
7035 model to be used.
7037 The specific value that defines "set" is implementation defined, and
7038 is normally based on what is performed by the native atomic test and set
7039 instruction.
7041 @cindex @code{atomic_bit_test_and_set@var{mode}} instruction pattern
7042 @cindex @code{atomic_bit_test_and_complement@var{mode}} instruction pattern
7043 @cindex @code{atomic_bit_test_and_reset@var{mode}} instruction pattern
7044 @item @samp{atomic_bit_test_and_set@var{mode}}
7045 @itemx @samp{atomic_bit_test_and_complement@var{mode}}
7046 @itemx @samp{atomic_bit_test_and_reset@var{mode}}
7047 These patterns emit code for an atomic bitwise operation on memory with memory
7048 model semantics, and return the original value of the specified bit.
7049 Operand 0 is an output operand which contains the value of the specified bit
7050 from the memory location before the operation was performed.  Operand 1 is the
7051 memory on which the atomic operation is performed.  Operand 2 is the bit within
7052 the operand, starting with least significant bit.  Operand 3 is the memory model
7053 to be used by the operation.  Operand 4 is a flag - it is @code{const1_rtx}
7054 if operand 0 should contain the original value of the specified bit in the
7055 least significant bit of the operand, and @code{const0_rtx} if the bit should
7056 be in its original position in the operand.
7057 @code{atomic_bit_test_and_set@var{mode}} atomically sets the specified bit after
7058 remembering its original value, @code{atomic_bit_test_and_complement@var{mode}}
7059 inverts the specified bit and @code{atomic_bit_test_and_reset@var{mode}} clears
7060 the specified bit.
7062 If these patterns are not defined, attempts will be made to use
7063 @code{atomic_fetch_or@var{mode}}, @code{atomic_fetch_xor@var{mode}} or
7064 @code{atomic_fetch_and@var{mode}} instruction patterns, or their @code{sync}
7065 counterparts.  If none of these are available a compare-and-swap
7066 loop will be used.
7068 @cindex @code{mem_thread_fence} instruction pattern
7069 @item @samp{mem_thread_fence}
7070 This pattern emits code required to implement a thread fence with
7071 memory model semantics.  Operand 0 is the memory model to be used.
7073 For the @code{__ATOMIC_RELAXED} model no instructions need to be issued
7074 and this expansion is not invoked.
7076 The compiler always emits a compiler memory barrier regardless of what
7077 expanding this pattern produced.
7079 If this pattern is not defined, the compiler falls back to expanding the
7080 @code{memory_barrier} pattern, then to emitting @code{__sync_synchronize}
7081 library call, and finally to just placing a compiler memory barrier.
7083 @cindex @code{get_thread_pointer@var{mode}} instruction pattern
7084 @cindex @code{set_thread_pointer@var{mode}} instruction pattern
7085 @item @samp{get_thread_pointer@var{mode}}
7086 @itemx @samp{set_thread_pointer@var{mode}}
7087 These patterns emit code that reads/sets the TLS thread pointer. Currently,
7088 these are only needed if the target needs to support the
7089 @code{__builtin_thread_pointer} and @code{__builtin_set_thread_pointer}
7090 builtins.
7092 The get/set patterns have a single output/input operand respectively,
7093 with @var{mode} intended to be @code{Pmode}.
7095 @cindex @code{stack_protect_set} instruction pattern
7096 @item @samp{stack_protect_set}
7097 This pattern, if defined, moves a @code{ptr_mode} value from the memory
7098 in operand 1 to the memory in operand 0 without leaving the value in
7099 a register afterward.  This is to avoid leaking the value some place
7100 that an attacker might use to rewrite the stack guard slot after
7101 having clobbered it.
7103 If this pattern is not defined, then a plain move pattern is generated.
7105 @cindex @code{stack_protect_test} instruction pattern
7106 @item @samp{stack_protect_test}
7107 This pattern, if defined, compares a @code{ptr_mode} value from the
7108 memory in operand 1 with the memory in operand 0 without leaving the
7109 value in a register afterward and branches to operand 2 if the values
7110 were equal.
7112 If this pattern is not defined, then a plain compare pattern and
7113 conditional branch pattern is used.
7115 @cindex @code{clear_cache} instruction pattern
7116 @item @samp{clear_cache}
7117 This pattern, if defined, flushes the instruction cache for a region of
7118 memory.  The region is bounded to by the Pmode pointers in operand 0
7119 inclusive and operand 1 exclusive.
7121 If this pattern is not defined, a call to the library function
7122 @code{__clear_cache} is used.
7124 @end table
7126 @end ifset
7127 @c Each of the following nodes are wrapped in separate
7128 @c "@ifset INTERNALS" to work around memory limits for the default
7129 @c configuration in older tetex distributions.  Known to not work:
7130 @c tetex-1.0.7, known to work: tetex-2.0.2.
7131 @ifset INTERNALS
7132 @node Pattern Ordering
7133 @section When the Order of Patterns Matters
7134 @cindex Pattern Ordering
7135 @cindex Ordering of Patterns
7137 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
7138 pattern that appears first in the machine description is the one used.
7139 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
7140 and faster instructions (those that will produce better code when they
7141 do match) should usually go first in the description.
7143 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
7144 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
7145 instruction for converting a fullword to floating point and another
7146 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
7147 an integer to floating point could match either one.  We put the
7148 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
7149 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
7150 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
7151 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
7152 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
7153 constant value.
7155 @end ifset
7156 @ifset INTERNALS
7157 @node Dependent Patterns
7158 @section Interdependence of Patterns
7159 @cindex Dependent Patterns
7160 @cindex Interdependence of Patterns
7162 In some cases machines support instructions identical except for the
7163 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
7164 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
7165 patterns are
7167 @smallexample
7168 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
7169      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
7171 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
7172      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
7173 @end smallexample
7175 @noindent
7176 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
7177 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
7178 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
7179 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
7180 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
7181 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
7183 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
7184 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
7185 compilations.
7187 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
7188 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
7189 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
7190 you should not provide separate patterns for increment and decrement
7191 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
7192 that supports register-register add insns by examining the operands and
7193 generating the appropriate machine instruction.
7195 @end ifset
7196 @ifset INTERNALS
7197 @node Jump Patterns
7198 @section Defining Jump Instruction Patterns
7199 @cindex jump instruction patterns
7200 @cindex defining jump instruction patterns
7202 GCC does not assume anything about how the machine realizes jumps.
7203 The machine description should define a single pattern, usually
7204 a @code{define_expand}, which expands to all the required insns.
7206 Usually, this would be a comparison insn to set the condition code
7207 and a separate branch insn testing the condition code and branching
7208 or not according to its value.  For many machines, however,
7209 separating compares and branches is limiting, which is why the
7210 more flexible approach with one @code{define_expand} is used in GCC.
7211 The machine description becomes clearer for architectures that
7212 have compare-and-branch instructions but no condition code.  It also
7213 works better when different sets of comparison operators are supported
7214 by different kinds of conditional branches (e.g. integer vs. floating-point),
7215 or by conditional branches with respect to conditional stores.
7217 Two separate insns are always used if the machine description represents
7218 a condition code register using the legacy RTL expression @code{(cc0)},
7219 and on most machines that use a separate condition code register
7220 (@pxref{Condition Code}).  For machines that use @code{(cc0)}, in
7221 fact, the set and use of the condition code must be separate and
7222 adjacent@footnote{@code{note} insns can separate them, though.}, thus
7223 allowing flags in @code{cc_status} to be used (@pxref{Condition Code}) and
7224 so that the comparison and branch insns could be located from each other
7225 by using the functions @code{prev_cc0_setter} and @code{next_cc0_user}.
7227 Even in this case having a single entry point for conditional branches
7228 is advantageous, because it handles equally well the case where a single
7229 comparison instruction records the results of both signed and unsigned
7230 comparison of the given operands (with the branch insns coming in distinct
7231 signed and unsigned flavors) as in the x86 or SPARC, and the case where
7232 there are distinct signed and unsigned compare instructions and only
7233 one set of conditional branch instructions as in the PowerPC.
7235 @end ifset
7236 @ifset INTERNALS
7237 @node Looping Patterns
7238 @section Defining Looping Instruction Patterns
7239 @cindex looping instruction patterns
7240 @cindex defining looping instruction patterns
7242 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
7243 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
7244 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
7245 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
7246 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
7247 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
7248 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
7249 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
7250 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
7251 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
7252 the jump.
7254 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
7255 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
7256 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
7257 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
7258 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
7259 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
7260 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
7261 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
7262 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
7263 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
7264 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
7265 following for its @code{dbra} instruction:
7267 @smallexample
7268 @group
7269 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
7270   [(set (pc)
7271         (if_then_else
7272           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
7273                        (const_int -1))
7274               (const_int 0))
7275           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
7276           (pc)))
7277    (set (match_dup 0)
7278         (plus:SI (match_dup 0)
7279                  (const_int -1)))]
7280   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
7281   "@dots{}")
7282 @end group
7283 @end smallexample
7285 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
7286 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
7287 since this insn is generated by the instruction combination phase
7288 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
7289 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
7290 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
7291 pattern will not be matched by the combiner.
7293 @smallexample
7294 @group
7295 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
7296   [(set (pc)
7297         (if_then_else
7298           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
7299               (const_int 1))
7300           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
7301           (pc)))
7302    (set (match_dup 0)
7303         (plus:SI (match_dup 0)
7304                  (const_int -1)))]
7305   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
7306   "@dots{}")
7307 @end group
7308 @end smallexample
7310 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
7311 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
7312 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
7313 information collected during strength reduction.
7315 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
7316 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
7317 is an optional companion pattern that can be used for initialization
7318 needed for some low-overhead looping instructions.
7320 Note that some machines require the actual looping instruction to be
7321 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
7322 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
7323 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
7324 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
7325 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
7326 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
7327 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
7328 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
7329 desired special iteration counter register was not allocated, this
7330 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
7331 instruction pair.
7333 The essential difference between the
7334 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
7335 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
7336 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
7337 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
7338 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
7339 may become redundant and removed by the flow pass.
7342 @end ifset
7343 @ifset INTERNALS
7344 @node Insn Canonicalizations
7345 @section Canonicalization of Instructions
7346 @cindex canonicalization of instructions
7347 @cindex insn canonicalization
7349 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
7350 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
7351 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
7352 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
7353 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
7354 number of insn patterns required.
7356 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
7357 are performed:
7359 @itemize @bullet
7360 @item
7361 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
7362 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
7363 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
7364 be supplied.
7366 @item
7367 For associative operators, a sequence of operators will always chain
7368 to the left; for instance, only the left operand of an integer @code{plus}
7369 can itself be a @code{plus}.  @code{and}, @code{ior}, @code{xor},
7370 @code{plus}, @code{mult}, @code{smin}, @code{smax}, @code{umin}, and
7371 @code{umax} are associative when applied to integers, and sometimes to
7372 floating-point.
7374 @item
7375 @cindex @code{neg}, canonicalization of
7376 @cindex @code{not}, canonicalization of
7377 @cindex @code{mult}, canonicalization of
7378 @cindex @code{plus}, canonicalization of
7379 @cindex @code{minus}, canonicalization of
7380 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
7381 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
7382 first operand.
7384 @item
7385 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
7386 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
7387 the operations as far as possible.  For instance,
7388 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
7389 @code{(plus (mult (neg B) C) A)} is canonicalized as
7390 @code{(minus A (mult B C))}.
7392 @cindex @code{compare}, canonicalization of
7393 @item
7394 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
7395 if the first argument is a condition code register or @code{(cc0)}.
7397 @item
7398 For instructions that inherently set a condition code register, the
7399 @code{compare} operator is always written as the first RTL expression of
7400 the @code{parallel} instruction pattern.  For example,
7402 @smallexample
7403 (define_insn ""
7404   [(set (reg:CCZ FLAGS_REG)
7405         (compare:CCZ
7406           (plus:SI
7407             (match_operand:SI 1 "register_operand" "%r")
7408             (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))
7409           (const_int 0)))
7410    (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
7411         (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
7412   ""
7413   "addl %0, %1, %2")
7414 @end smallexample
7416 @item
7417 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
7418 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
7419 above.
7421 @item
7422 @code{(ltu (plus @var{a} @var{b}) @var{b})} is converted to
7423 @code{(ltu (plus @var{a} @var{b}) @var{a})}. Likewise with @code{geu} instead
7424 of @code{ltu}.
7426 @item
7427 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
7428 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
7430 @item
7431 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
7432 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
7434 @cindex @code{ior}, canonicalization of
7435 @cindex @code{and}, canonicalization of
7436 @cindex De Morgan's law
7437 @item
7438 De Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
7439 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
7440 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
7442 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
7443 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
7444 for that instruction as
7446 @smallexample
7447 (define_insn ""
7448   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
7449         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
7450                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
7451   "@dots{}"
7452   "@dots{}")
7453 @end smallexample
7455 @noindent
7456 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
7458 @smallexample
7459 (define_insn ""
7460   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
7461         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
7462                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
7463   "@dots{}"
7464   "@dots{}")
7465 @end smallexample
7467 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
7468 logically equivalent RTL expressions.
7470 @cindex @code{xor}, canonicalization of
7471 @item
7472 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
7473 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
7474 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
7476 @item
7477 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
7478 the form
7480 @smallexample
7481 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
7482 @end smallexample
7484 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
7485 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
7486 @item
7487 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
7488 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
7489 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
7491 @cindex @code{mult}, canonicalization of
7492 @item
7493 @code{(sign_extend:@var{m1} (mult:@var{m2} (sign_extend:@var{m2} @var{x})
7494 (sign_extend:@var{m2} @var{y})))} is converted to @code{(mult:@var{m1}
7495 (sign_extend:@var{m1} @var{x}) (sign_extend:@var{m1} @var{y}))}, and likewise
7496 for @code{zero_extend}.
7498 @item
7499 @code{(sign_extend:@var{m1} (mult:@var{m2} (ashiftrt:@var{m2}
7500 @var{x} @var{s}) (sign_extend:@var{m2} @var{y})))} is converted
7501 to @code{(mult:@var{m1} (sign_extend:@var{m1} (ashiftrt:@var{m2}
7502 @var{x} @var{s})) (sign_extend:@var{m1} @var{y}))}, and likewise for
7503 patterns using @code{zero_extend} and @code{lshiftrt}.  If the second
7504 operand of @code{mult} is also a shift, then that is extended also.
7505 This transformation is only applied when it can be proven that the
7506 original operation had sufficient precision to prevent overflow.
7508 @end itemize
7510 Further canonicalization rules are defined in the function
7511 @code{commutative_operand_precedence} in @file{gcc/rtlanal.c}.
7513 @end ifset
7514 @ifset INTERNALS
7515 @node Expander Definitions
7516 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
7517 @cindex expander definitions
7518 @cindex code generation RTL sequences
7519 @cindex defining RTL sequences for code generation
7521 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
7522 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
7523 represent them.  For these target machines, you can write a
7524 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
7526 @findex define_expand
7527 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
7528 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
7529 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
7531 A @code{define_expand} RTX has four operands:
7533 @itemize @bullet
7534 @item
7535 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
7536 use for it is to refer to it by name.
7538 @item
7539 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
7540 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
7541 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
7543 @item
7544 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
7545 used to express how the availability of this pattern depends on
7546 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
7547 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
7548 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
7549 depend on the data in the insn being matched, but only the
7550 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
7551 during initialization in order to learn exactly which named instructions
7552 are available in a particular run.
7554 @item
7555 The preparation statements, a string containing zero or more C
7556 statements which are to be executed before RTL code is generated from
7557 the RTL template.
7559 Usually these statements prepare temporary registers for use as
7560 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
7561 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
7562 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
7564 @item
7565 Optionally, a vector containing the values of attributes. @xref{Insn
7566 Attributes}.
7567 @end itemize
7569 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
7570 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
7571 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
7574 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
7575 also describes the operands that need to be specified when this pattern
7576 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
7578 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
7579 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
7580 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
7581 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
7582 information to preload the operand into a register if that is required for
7583 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
7584 references should use @code{match_dup}.
7586 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
7587 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
7588 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
7589 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
7590 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
7591 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
7592 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
7593 compute the values and store them into the appropriate elements of
7594 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
7596 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
7597 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
7598 as a statement.
7600 @table @code
7602 @findex DONE
7603 @item DONE
7604 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
7605 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
7606 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
7607 preparation statements; the RTL template will not be generated.
7609 @findex FAIL
7610 @item FAIL
7611 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
7612 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
7613 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
7615 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
7616 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
7617 operations.
7618 @end table
7620 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
7621 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
7622 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
7623 insn.
7625 The RTL template is not used for matching, only for generating the
7626 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
7627 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
7628 list of operands, such as this example:
7630 @smallexample
7631 @group
7632 (define_expand "addsi3"
7633   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
7634    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
7635    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
7636 @end group
7637 @group
7638   ""
7639   "
7641   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
7642   DONE;
7643 @}")
7644 @end group
7645 @end smallexample
7647 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
7649 @smallexample
7650 @group
7651 (define_expand "ashlsi3"
7652   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
7653         (ashift:SI
7654 @end group
7655 @group
7656           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
7657           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
7658   ""
7659   "
7660 @end group
7661 @end smallexample
7663 @smallexample
7664 @group
7666   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
7667       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
7668     FAIL;
7669 @}")
7670 @end group
7671 @end smallexample
7673 @noindent
7674 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
7675 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
7676 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
7677 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
7678 library call).
7680 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
7681 patterns with names, then it would be possible to use a
7682 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
7683 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
7685 @smallexample
7686 (define_expand "zero_extendhisi2"
7687   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
7688         (const_int 0))
7689    (set (strict_low_part
7690           (subreg:HI
7691             (match_dup 0)
7692             0))
7693         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
7694   ""
7695   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
7696 @end smallexample
7698 @noindent
7699 @findex make_safe_from
7700 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
7701 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
7702 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
7703 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
7704 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
7705 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
7706 by emitting another RTL insn.
7708 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
7709 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
7710 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
7711 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
7712 on this machine.  So it must be copied into a register with
7713 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
7715 @smallexample
7716 (define_expand "zero_extendhisi2"
7717   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
7718         (and:SI (subreg:SI
7719                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
7720                   0)
7721                 (match_dup 2)))]
7722   ""
7723   "operands[2]
7724      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
7725 @end smallexample
7727 @emph{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
7728 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
7729 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
7730 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
7731 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
7732 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
7733 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
7734 in the compiler.
7736 @end ifset
7737 @ifset INTERNALS
7738 @node Insn Splitting
7739 @section Defining How to Split Instructions
7740 @cindex insn splitting
7741 @cindex instruction splitting
7742 @cindex splitting instructions
7744 There are two cases where you should specify how to split a pattern
7745 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
7746 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
7747 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
7748 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
7749 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
7750 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
7751 cannot be placed into a delay slot.
7753 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
7754 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
7755 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
7756 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
7757 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
7758 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
7759 scheduling.
7761 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
7762 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
7763 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
7764 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
7765 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
7766 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
7767 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
7768 split the addition into two insns is machine-dependent.
7770 @findex define_split
7771 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
7772 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
7774 @smallexample
7775 (define_split
7776   [@var{insn-pattern}]
7777   "@var{condition}"
7778   [@var{new-insn-pattern-1}
7779    @var{new-insn-pattern-2}
7780    @dots{}]
7781   "@var{preparation-statements}")
7782 @end smallexample
7784 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
7785 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
7786 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
7787 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
7788 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
7789 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
7791 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
7792 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
7793 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
7794 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
7795 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
7796 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
7797 must not allocate any space in the stack frame.
7799 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
7800 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
7801 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
7802 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
7803 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
7804 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
7805 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
7806 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
7807 of those definitions.
7809 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
7810 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
7811 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
7813 @smallexample
7814 (define_split
7815   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
7816         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
7817   ""
7818   [(set (match_dup 0)
7819         (ashift:SI (match_dup 1)
7820                    (const_int 16)))
7821    (set (match_dup 0)
7822         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
7823                      (const_int 16)))]
7824   "
7825 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
7826 @end smallexample
7828 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
7829 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
7830 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
7831 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
7832 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
7833 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
7834 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
7835 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
7836 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
7837 @code{define_split} that will never produce insns that match).
7839 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
7840 @file{rs6000.md}:
7842 @smallexample
7843 (define_split
7844   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
7845         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
7846                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
7847   ""
7848   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
7849    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
7852   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
7853   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
7855   if (low & 0x8000)
7856     high++, low |= 0xffff0000;
7858   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
7859   operands[4] = GEN_INT (low);
7860 @}")
7861 @end smallexample
7863 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
7864 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
7865 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
7866 can be substituted into the address of a subsequent operation.
7868 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
7869 an equality comparison of a register and a large constant:
7871 @smallexample
7872 (define_split
7873   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
7874         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
7875                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
7876    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
7877   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
7878    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
7879        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
7880   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
7881    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
7882   "
7884   /* @r{Get the constant we are comparing against, C, and see what it
7885      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
7886      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.}  */
7888   int c = INTVAL (operands[2]);
7889   int sextc = (c << 16) >> 16;
7890   int xorv = c ^ sextc;
7892   operands[4] = GEN_INT (xorv);
7893   operands[5] = GEN_INT (sextc);
7894 @}")
7895 @end smallexample
7897 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
7898 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
7899 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
7900 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
7901 are not valid.
7903 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
7904 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
7905 the control flow graph and branch prediction information needs to be updated,
7906 several restriction apply.
7908 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
7909 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
7910 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
7911 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
7912 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
7913 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump.  A global variable
7914 @code{split_branch_probability} holds the probability of the original branch in case
7915 it was a simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
7916 recomputing of edge frequencies, the new sequence is required to have only
7917 forward jumps to the newly created labels.
7919 @findex define_insn_and_split
7920 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
7921 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
7922 this:
7924 @smallexample
7925 (define_insn_and_split
7926   [@var{insn-pattern}]
7927   "@var{condition}"
7928   "@var{output-template}"
7929   "@var{split-condition}"
7930   [@var{new-insn-pattern-1}
7931    @var{new-insn-pattern-2}
7932    @dots{}]
7933   "@var{preparation-statements}"
7934   [@var{insn-attributes}])
7936 @end smallexample
7938 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
7939 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
7940 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
7941 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
7942 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
7943 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
7944 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
7945 from i386.md:
7947 @smallexample
7948 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
7949   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
7950      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
7951    (clobber (reg:CC 17))]
7952   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
7953   "#"
7954   "&& reload_completed"
7955   [(parallel [(set (match_dup 0)
7956                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
7957               (clobber (reg:CC 17))])]
7958   ""
7959   [(set_attr "type" "alu1")])
7961 @end smallexample
7963 In this case, the actual split condition will be
7964 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
7966 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
7967 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
7968 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
7969 having to ensure the two patterns' templates match.
7971 @end ifset
7972 @ifset INTERNALS
7973 @node Including Patterns
7974 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
7975 @cindex insn includes
7977 @findex include
7978 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
7979 look for patterns that are in files other than in the file
7980 @file{.md}.  This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
7982 It looks like:
7984 @smallexample
7986 (include
7987   @var{pathname})
7988 @end smallexample
7990 For example:
7992 @smallexample
7994 (include "filestuff")
7996 @end smallexample
7998 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
7999 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}.  The
8000 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
8003 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
8004 and placed into subdirectories.
8006 By specifying:
8008 @smallexample
8010 (include "BOGUS/filestuff")
8012 @end smallexample
8014 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
8016 Specifying an absolute path for the include file such as;
8017 @smallexample
8019 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
8021 @end smallexample
8022 is permitted but is not encouraged.
8024 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
8025 @cindex directory options .md
8026 @cindex options, directory search
8027 @cindex search options
8029 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
8030 For example:
8032 @smallexample
8034 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
8036 @end smallexample
8039 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
8040 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
8041 file, substituting your own version, since these directories are
8042 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
8043 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
8044 order; the standard default directory come after.
8047 @end ifset
8048 @ifset INTERNALS
8049 @node Peephole Definitions
8050 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
8051 @cindex peephole optimizer definitions
8052 @cindex defining peephole optimizers
8054 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
8055 definitions of machine-specific peephole optimizations.
8057 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
8058 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
8059 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
8060 though the second one does not appear to use a register computed in the
8061 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
8062 opportunities.
8064 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
8065 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
8066 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
8067 is deprecated.
8069 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
8070 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
8071 but before scheduling, which may result in much better code for
8072 targets that do scheduling.
8074 @menu
8075 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
8076 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
8077 @end menu
8079 @end ifset
8080 @ifset INTERNALS
8081 @node define_peephole
8082 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
8083 @findex define_peephole
8085 @need 1000
8086 A definition looks like this:
8088 @smallexample
8089 (define_peephole
8090   [@var{insn-pattern-1}
8091    @var{insn-pattern-2}
8092    @dots{}]
8093   "@var{condition}"
8094   "@var{template}"
8095   "@var{optional-insn-attributes}")
8096 @end smallexample
8098 @noindent
8099 The last string operand may be omitted if you are not using any
8100 machine-specific information in this machine description.  If present,
8101 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
8103 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
8104 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
8105 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
8106 the next, and so on.
8108 Each of the insns matched by a peephole must also match a
8109 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
8110 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
8111 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
8112 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
8113 stages.
8115 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
8116 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
8117 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
8118 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
8119 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
8120 other.
8122 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
8123 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
8124 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
8125 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
8126 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
8128 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
8129 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
8130 previously tested.
8132 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
8133 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
8134 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
8135 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
8136 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
8137 patterns.
8139 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
8140 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
8141 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
8142 the operands.
8144 @findex prev_active_insn
8145 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
8146 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
8147 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
8148 to refer to the last of the insns being matched; use
8149 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
8151 @findex dead_or_set_p
8152 When optimizing computations with intermediate results, you can use
8153 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
8154 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
8155 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
8156 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
8157 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
8158 value (from @code{operands[@var{i}]}).
8160 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
8161 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
8162 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
8163 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
8164 used in matching the original sequence of insns.
8166 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
8167 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
8168 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
8169 as the insn pattern to control how the insn is output.
8171 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
8172 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
8174 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
8176 @smallexample
8177 (define_peephole
8178   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
8179    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
8180         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
8181   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
8183   rtx xoperands[2];
8184   xoperands[1] = gen_rtx_REG (SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
8185 #ifdef MOTOROLA
8186   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
8187   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
8188   return "fmove.d (sp)+,%0";
8189 #else
8190   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
8191   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
8192   return "fmoved sp@@+,%0";
8193 #endif
8195 @end smallexample
8197 @need 1000
8198 The effect of this optimization is to change
8200 @smallexample
8201 @group
8202 jbsr _foobar
8203 addql #4,sp
8204 movel d1,sp@@-
8205 movel d0,sp@@-
8206 fmoved sp@@+,fp0
8207 @end group
8208 @end smallexample
8210 @noindent
8211 into
8213 @smallexample
8214 @group
8215 jbsr _foobar
8216 movel d1,sp@@
8217 movel d0,sp@@-
8218 fmoved sp@@+,fp0
8219 @end group
8220 @end smallexample
8222 @ignore
8223 @findex CC_REVERSED
8224 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
8225 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
8226 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
8227 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
8228 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
8229 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
8230 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
8231 and in this C code check the condition code status flags and change the
8232 assembler code as appropriate.
8233 @end ignore
8235 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
8236 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
8237 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
8238 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
8239 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
8240 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
8241 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
8242 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
8243 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
8245 @smallexample
8246 (define_insn "divmodsi4"
8247   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
8248         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
8249                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
8250    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
8251         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
8252   "TARGET_68020"
8253   "divsl%.l %2,%3:%0")
8254 @end smallexample
8256 @noindent
8257 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
8259 @smallexample
8260 (define_peephole
8261   [@dots{}
8262    (parallel
8263     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
8264           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
8265                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
8266      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
8267           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
8268    @dots{}]
8269   @dots{})
8270 @end smallexample
8272 @end ifset
8273 @ifset INTERNALS
8274 @node define_peephole2
8275 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
8276 @findex define_peephole2
8278 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
8279 substitute one sequence of instructions for another sequence,
8280 what additional scratch registers may be needed and what their
8281 lifetimes must be.
8283 @smallexample
8284 (define_peephole2
8285   [@var{insn-pattern-1}
8286    @var{insn-pattern-2}
8287    @dots{}]
8288   "@var{condition}"
8289   [@var{new-insn-pattern-1}
8290    @var{new-insn-pattern-2}
8291    @dots{}]
8292   "@var{preparation-statements}")
8293 @end smallexample
8295 The definition is almost identical to @code{define_split}
8296 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
8297 single instruction, but a sequence of instructions.
8299 It is possible to request additional scratch registers for use in the
8300 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
8301 will simply not match.
8303 @findex match_scratch
8304 @findex match_dup
8305 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
8306 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
8307 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
8308 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
8309 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
8310 at which the register must be available.
8312 Here is an example from the IA-32 machine description:
8314 @smallexample
8315 (define_peephole2
8316   [(match_scratch:SI 2 "r")
8317    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
8318                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
8319                      [(match_dup 0)
8320                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
8321               (clobber (reg:CC 17))])]
8322   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
8323   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
8324    (parallel [(set (match_dup 0)
8325                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
8326               (clobber (reg:CC 17))])]
8327   "")
8328 @end smallexample
8330 @noindent
8331 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
8332 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
8333 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
8334 to be live only at the point just before the arithmetic.
8336 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
8337 so here's a silly made-up example:
8339 @smallexample
8340 (define_peephole2
8341   [(match_scratch:SI 4 "r")
8342    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
8343    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
8344    (match_dup 4)
8345    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
8346   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
8347   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
8348    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
8349    (set (match_dup 2) (match_dup 4))
8350    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
8351   "")
8352 @end smallexample
8354 @noindent
8355 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
8356 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
8357 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
8359 @end ifset
8360 @ifset INTERNALS
8361 @node Insn Attributes
8362 @section Instruction Attributes
8363 @cindex insn attributes
8364 @cindex instruction attributes
8366 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
8367 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
8368 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
8369 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
8370 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
8371 to track the condition codes.
8373 @menu
8374 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
8375 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
8376 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
8377 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
8378 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
8379 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
8380 * Mnemonic Attribute::  Obtain the instruction mnemonic as attribute value.
8381 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
8382 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
8383 @end menu
8385 @end ifset
8386 @ifset INTERNALS
8387 @node Defining Attributes
8388 @subsection Defining Attributes and their Values
8389 @cindex defining attributes and their values
8390 @cindex attributes, defining
8392 @findex define_attr
8393 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
8394 by the target machine.  It looks like:
8396 @smallexample
8397 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
8398 @end smallexample
8400 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being
8401 defined.  Some attributes are used in a special way by the rest of the
8402 compiler. The @code{enabled} attribute can be used to conditionally
8403 enable or disable insn alternatives (@pxref{Disable Insn
8404 Alternatives}). The @code{predicable} attribute, together with a
8405 suitable @code{define_cond_exec} (@pxref{Conditional Execution}), can
8406 be used to automatically generate conditional variants of instruction
8407 patterns. The @code{mnemonic} attribute can be used to check for the
8408 instruction mnemonic (@pxref{Mnemonic Attribute}).  The compiler
8409 internally uses the names @code{ce_enabled} and @code{nonce_enabled},
8410 so they should not be used elsewhere as alternative names.
8412 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
8413 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
8414 indicate that the attribute takes numeric values.
8416 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
8417 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
8418 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
8419 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
8420 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
8422 @findex insn-attr.h
8423 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
8424 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
8425 specified for an attribute, the following are defined:
8427 @itemize @bullet
8428 @item
8429 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
8431 @item
8432 An enumerated class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
8433 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
8434 the attribute name and value are first converted to uppercase.
8436 @item
8437 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
8438 returns the attribute value for that insn.
8439 @end itemize
8441 For example, if the following is present in the @file{md} file:
8443 @smallexample
8444 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
8445 @end smallexample
8447 @noindent
8448 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
8450 @smallexample
8451 #define HAVE_ATTR_type 1
8452 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
8453                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
8454 extern enum attr_type get_attr_type ();
8455 @end smallexample
8457 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
8458 defined and the function to obtain the attribute's value will return
8459 @code{int}.
8461 There are attributes which are tied to a specific meaning.  These
8462 attributes are not free to use for other purposes:
8464 @table @code
8465 @item length
8466 The @code{length} attribute is used to calculate the length of emitted
8467 code chunks.  This is especially important when verifying branch
8468 distances. @xref{Insn Lengths}.
8470 @item enabled
8471 The @code{enabled} attribute can be defined to prevent certain
8472 alternatives of an insn definition from being used during code
8473 generation. @xref{Disable Insn Alternatives}.
8475 @item mnemonic
8476 The @code{mnemonic} attribute can be defined to implement instruction
8477 specific checks in e.g. the pipeline description.
8478 @xref{Mnemonic Attribute}.
8479 @end table
8481 For each of these special attributes, the corresponding
8482 @samp{HAVE_ATTR_@var{name}} @samp{#define} is also written when the
8483 attribute is not defined; in that case, it is defined as @samp{0}.
8485 @findex define_enum_attr
8486 @anchor{define_enum_attr}
8487 Another way of defining an attribute is to use:
8489 @smallexample
8490 (define_enum_attr "@var{attr}" "@var{enum}" @var{default})
8491 @end smallexample
8493 This works in just the same way as @code{define_attr}, except that
8494 the list of values is taken from a separate enumeration called
8495 @var{enum} (@pxref{define_enum}).  This form allows you to use
8496 the same list of values for several attributes without having to
8497 repeat the list each time.  For example:
8499 @smallexample
8500 (define_enum "processor" [
8501   model_a
8502   model_b
8503   @dots{}
8505 (define_enum_attr "arch" "processor"
8506   (const (symbol_ref "target_arch")))
8507 (define_enum_attr "tune" "processor"
8508   (const (symbol_ref "target_tune")))
8509 @end smallexample
8511 defines the same attributes as:
8513 @smallexample
8514 (define_attr "arch" "model_a,model_b,@dots{}"
8515   (const (symbol_ref "target_arch")))
8516 (define_attr "tune" "model_a,model_b,@dots{}"
8517   (const (symbol_ref "target_tune")))
8518 @end smallexample
8520 but without duplicating the processor list.  The second example defines two
8521 separate C enums (@code{attr_arch} and @code{attr_tune}) whereas the first
8522 defines a single C enum (@code{processor}).
8523 @end ifset
8524 @ifset INTERNALS
8525 @node Expressions
8526 @subsection Attribute Expressions
8527 @cindex attribute expressions
8529 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
8530 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
8531 Attribute value expressions must have one of the following forms:
8533 @table @code
8534 @cindex @code{const_int} and attributes
8535 @item (const_int @var{i})
8536 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
8537 must be non-negative.
8539 The value of a numeric attribute can be specified either with a
8540 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
8541 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
8542 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
8543 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
8545 @cindex @code{const_string} and attributes
8546 @item (const_string @var{value})
8547 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
8548 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
8549 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
8550 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
8551 of a @code{define_attr}.
8553 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
8554 must be a string containing a non-negative integer (normally
8555 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
8556 contain one of the valid values for the attribute.
8558 @cindex @code{if_then_else} and attributes
8559 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
8560 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
8561 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
8562 otherwise it is @var{false-value}.
8564 @cindex @code{cond} and attributes
8565 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
8566 The first operand of this expression is a vector containing an even
8567 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
8568 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
8569 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
8570 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
8571 expression is that of the @var{default} expression.
8572 @end table
8574 @var{test} expressions can have one of the following forms:
8576 @table @code
8577 @cindex @code{const_int} and attribute tests
8578 @item (const_int @var{i})
8579 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
8581 @cindex @code{not} and attributes
8582 @cindex @code{ior} and attributes
8583 @cindex @code{and} and attributes
8584 @item (not @var{test})
8585 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
8586 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
8587 These tests are true if the indicated logical function is true.
8589 @cindex @code{match_operand} and attributes
8590 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
8591 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
8592 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
8593 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
8594 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
8595 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
8596 string).
8598 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
8600 @cindex @code{match_test} and attributes
8601 @item (match_test @var{c-expr})
8602 The test is true if C expression @var{c-expr} is true.  In non-constant
8603 attributes, @var{c-expr} has access to the following variables:
8605 @table @var
8606 @item insn
8607 The rtl instruction under test.
8608 @item which_alternative
8609 The @code{define_insn} alternative that @var{insn} matches.
8610 @xref{Output Statement}.
8611 @item operands
8612 An array of @var{insn}'s rtl operands.
8613 @end table
8615 @var{c-expr} behaves like the condition in a C @code{if} statement,
8616 so there is no need to explicitly convert the expression into a boolean
8617 0 or 1 value.  For example, the following two tests are equivalent:
8619 @smallexample
8620 (match_test "x & 2")
8621 (match_test "(x & 2) != 0")
8622 @end smallexample
8624 @cindex @code{le} and attributes
8625 @cindex @code{leu} and attributes
8626 @cindex @code{lt} and attributes
8627 @cindex @code{gt} and attributes
8628 @cindex @code{gtu} and attributes
8629 @cindex @code{ge} and attributes
8630 @cindex @code{geu} and attributes
8631 @cindex @code{ne} and attributes
8632 @cindex @code{eq} and attributes
8633 @cindex @code{plus} and attributes
8634 @cindex @code{minus} and attributes
8635 @cindex @code{mult} and attributes
8636 @cindex @code{div} and attributes
8637 @cindex @code{mod} and attributes
8638 @cindex @code{abs} and attributes
8639 @cindex @code{neg} and attributes
8640 @cindex @code{ashift} and attributes
8641 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
8642 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
8643 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
8644 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
8645 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
8646 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
8647 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
8648 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
8649 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
8650 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
8651 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
8652 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
8653 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
8654 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
8655 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
8656 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
8657 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
8659 @findex get_attr
8660 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
8661 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
8662 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
8663 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
8664 variable.
8666 @findex eq_attr
8667 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
8668 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
8670 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
8671 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
8672 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
8673 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
8674 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
8675 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
8676 @emph{not} in the specified list.
8678 For example,
8680 @smallexample
8681 (eq_attr "type" "load,store")
8682 @end smallexample
8684 @noindent
8685 is equivalent to
8687 @smallexample
8688 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
8689 @end smallexample
8691 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
8692 value of the compiler variable @code{which_alternative}
8693 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
8694 example,
8696 @smallexample
8697 (eq_attr "alternative" "2,3")
8698 @end smallexample
8700 @noindent
8701 is equivalent to
8703 @smallexample
8704 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
8705      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
8706 @end smallexample
8708 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
8709 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
8710 a particular pattern.  This is by far the most common case.
8712 @findex attr_flag
8713 @item (attr_flag @var{name})
8714 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
8715 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
8716 scheduled.
8718 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
8719 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
8720 direction of a conditional branch.
8722 This example describes a conditional branch delay slot which
8723 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
8724 for backward branches which are not taken (annul-false).
8726 @smallexample
8727 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
8728   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
8729    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
8730         (attr_flag "forward"))
8731    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
8732         (attr_flag "backward"))])
8733 @end smallexample
8735 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
8736 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
8738 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
8739 meaning to other passes of the compiler.
8741 @findex attr
8742 @item (attr @var{name})
8743 The value of another attribute is returned.  This is most useful
8744 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
8745 produce more efficient code for non-numeric attributes.
8746 @end table
8748 @end ifset
8749 @ifset INTERNALS
8750 @node Tagging Insns
8751 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
8752 @cindex tagging insns
8753 @cindex assigning attribute values to insns
8755 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
8756 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
8757 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
8758 have an optional last argument to specify the values of attributes for
8759 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
8760 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
8761 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
8762 permits the specification of the values for only one or two attributes
8763 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
8764 next section.
8766 The optional last argument of @code{define_insn} and
8767 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
8768 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
8769 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
8770 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
8771 second operand of the @code{set} is an attribute expression
8772 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
8774 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
8775 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
8776 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
8777 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
8778 each alternative.
8780 @findex set_attr
8781 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
8782 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
8783 specifying a string giving either a single attribute value or a list
8784 of attribute values, one for each alternative.
8786 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
8787 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
8789 @table @code
8790 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
8791 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
8792 or a string containing a comma-separated list giving the values for
8793 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
8794 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
8796 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
8797 which case the attribute will assume its default value for insns matching
8798 that alternative.
8800 @findex set_attr_alternative
8801 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
8802 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
8803 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
8804 tests on the @samp{alternative} attribute.
8806 @findex attr
8807 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
8808 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
8809 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
8810 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
8811 @end table
8813 The following shows three different ways of representing the same
8814 attribute value specification:
8816 @smallexample
8817 (set_attr "type" "load,store,arith")
8819 (set_attr_alternative "type"
8820                       [(const_string "load") (const_string "store")
8821                        (const_string "arith")])
8823 (set (attr "type")
8824      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
8825             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
8826            (const_string "arith")))
8827 @end smallexample
8829 @need 1000
8830 @findex define_asm_attributes
8831 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
8832 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
8833 statement.  It has the form:
8835 @smallexample
8836 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
8837 @end smallexample
8839 @noindent
8840 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
8841 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
8843 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
8844 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
8846 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
8847 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
8848 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
8849 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
8850 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
8851 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
8852 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
8853 of a single machine instruction.
8855 @end ifset
8856 @ifset INTERNALS
8857 @node Attr Example
8858 @subsection Example of Attribute Specifications
8859 @cindex attribute specifications example
8860 @cindex attribute specifications
8862 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
8863 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
8864 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
8865 value.  This attribute is normally used only to define the default value
8866 for other attributes.  An example will clarify this usage.
8868 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
8869 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
8870 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
8871 operations, floating point operations, and branches.
8873 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
8874 the condition code and will limit ourselves to the following possible
8875 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
8876 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
8877 changed if the item previously set into the condition code has been
8878 modified.
8880 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
8882 @smallexample
8883 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
8885 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
8886              (cond [(eq_attr "type" "load")
8887                         (const_string "change0")
8888                     (eq_attr "type" "store,branch")
8889                         (const_string "unchanged")
8890                     (eq_attr "type" "arith")
8891                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
8892                                       (const_string "set")
8893                                       (const_string "clobber"))]
8894                    (const_string "clobber")))
8896 (define_insn ""
8897   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
8898         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
8899   ""
8900   "@@
8901    move %0,%1
8902    load %0,%1
8903    store %0,%1"
8904   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
8905 @end smallexample
8907 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
8908 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
8909 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
8910 full-word result.
8912 @end ifset
8913 @ifset INTERNALS
8914 @node Insn Lengths
8915 @subsection Computing the Length of an Insn
8916 @cindex insn lengths, computing
8917 @cindex computing the length of an insn
8919 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
8920 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
8921 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
8922 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @code{length}
8923 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
8924 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
8926 In the case of the @code{length} attribute, two additional forms of
8927 arithmetic terms are allowed in test expressions:
8929 @table @code
8930 @cindex @code{match_dup} and attributes
8931 @item (match_dup @var{n})
8932 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
8933 must be a @code{label_ref}.
8935 @cindex @code{pc} and attributes
8936 @item (pc)
8937 For non-branch instructions and backward branch instructions, this refers
8938 to the address of the current insn.  But for forward branch instructions,
8939 this refers to the address of the next insn, because the length of the
8940 current insn is to be computed.
8941 @end table
8943 @cindex @code{addr_vec}, length of
8944 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
8945 For normal insns, the length will be determined by value of the
8946 @code{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
8947 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
8948 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
8950 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
8952 Note that it is possible to call functions via the @code{symbol_ref}
8953 mechanism to compute the length of an insn.  However, if you use this
8954 mechanism you must provide dummy clauses to express the maximum length
8955 without using the function call.  You can an example of this in the
8956 @code{pa} machine description for the @code{call_symref} pattern.
8958 The following macros can be used to refine the length computation:
8960 @table @code
8961 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
8962 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
8963 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
8964 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
8965 that contains the initially computed length of the insn and should be
8966 updated with the correct length of the insn.
8968 This macro will normally not be required.  A case in which it is
8969 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
8970 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
8971 may be required.
8972 @end table
8974 @findex get_attr_length
8975 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
8976 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
8977 determine the form of the branch instruction to be written, as the
8978 example below illustrates.
8980 As an example of the specification of variable-length branches, consider
8981 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
8982 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
8983 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
8984 sequence to load the address from memory and then branch to it.
8986 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
8987 as follows:
8989 @smallexample
8990 (define_insn "jump"
8991   [(set (pc)
8992         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
8993   ""
8995    return (get_attr_length (insn) == 4
8996            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
8998   [(set (attr "length")
8999         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
9000                       (const_int 4)
9001                       (const_int 6)))])
9002 @end smallexample
9004 @end ifset
9005 @ifset INTERNALS
9006 @node Constant Attributes
9007 @subsection Constant Attributes
9008 @cindex constant attributes
9010 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
9011 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
9012 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
9013 used to specify which variety of processor is used.  For example,
9015 @smallexample
9016 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
9017  (const
9018   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
9019          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
9020         (const_string "m88000"))))
9022 (define_attr "memory" "fast,slow"
9023  (const
9024   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
9025                 (const_string "fast")
9026                 (const_string "slow"))))
9027 @end smallexample
9029 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
9030 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
9031 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
9032 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
9033 forms involving insn attributes.
9035 @end ifset
9036 @ifset INTERNALS
9037 @node Mnemonic Attribute
9038 @subsection Mnemonic Attribute
9039 @cindex mnemonic attribute
9041 The @code{mnemonic} attribute is a string type attribute holding the
9042 instruction mnemonic for an insn alternative.  The attribute values
9043 will automatically be generated by the machine description parser if
9044 there is an attribute definition in the md file:
9046 @smallexample
9047 (define_attr "mnemonic" "unknown" (const_string "unknown"))
9048 @end smallexample
9050 The default value can be freely chosen as long as it does not collide
9051 with any of the instruction mnemonics.  This value will be used
9052 whenever the machine description parser is not able to determine the
9053 mnemonic string.  This might be the case for output templates
9054 containing more than a single instruction as in
9055 @code{"mvcle\t%0,%1,0\;jo\t.-4"}.
9057 The @code{mnemonic} attribute set is not generated automatically if the
9058 instruction string is generated via C code.
9060 An existing @code{mnemonic} attribute set in an insn definition will not
9061 be overriden by the md file parser.  That way it is possible to
9062 manually set the instruction mnemonics for the cases where the md file
9063 parser fails to determine it automatically.
9065 The @code{mnemonic} attribute is useful for dealing with instruction
9066 specific properties in the pipeline description without defining
9067 additional insn attributes.
9069 @smallexample
9070 (define_attr "ooo_expanded" ""
9071   (cond [(eq_attr "mnemonic" "dlr,dsgr,d,dsgf,stam,dsgfr,dlgr")
9072          (const_int 1)]
9073         (const_int 0)))
9074 @end smallexample
9076 @end ifset
9077 @ifset INTERNALS
9078 @node Delay Slots
9079 @subsection Delay Slot Scheduling
9080 @cindex delay slots, defining
9082 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
9083 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
9084 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
9085 after the instruction are executed as if they were located before it.
9086 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
9087 the following instruction before the branch or call is performed.
9089 On some machines, conditional branch instructions can optionally
9090 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
9091 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
9092 instructions that annul if the branch is true and instructions that
9093 annul if the branch is false are supported.
9095 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
9096 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
9097 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
9098 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
9099 instruction scheduling.
9101 @findex define_delay
9102 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
9103 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
9105 @smallexample
9106 (define_delay @var{test}
9107               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
9108                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
9109                @dots{}])
9110 @end smallexample
9112 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
9113 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
9114 required delay slots is determined by the length of the vector specified
9115 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
9116 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
9117 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
9118 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
9119 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
9120 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
9122 For example, in the common case where branch and call insns require
9123 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
9124 call, the following would be placed in the @file{md} file:
9126 @smallexample
9127 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
9128               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
9129 @end smallexample
9131 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
9132 case, each such expression specifies different delay slot requirements
9133 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
9134 expressions are both true.
9136 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
9137 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
9138 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
9139 branch is true, we might represent this as follows:
9141 @smallexample
9142 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
9143    [(eq_attr "type" "!branch,call")
9144     (eq_attr "type" "!branch,call")
9145     (nil)])
9147 (define_delay (eq_attr "type" "call")
9148               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
9149                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
9150 @end smallexample
9151 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
9153 @end ifset
9154 @ifset INTERNALS
9155 @node Processor pipeline description
9156 @subsection Specifying processor pipeline description
9157 @cindex processor pipeline description
9158 @cindex processor functional units
9159 @cindex instruction latency time
9160 @cindex interlock delays
9161 @cindex data dependence delays
9162 @cindex reservation delays
9163 @cindex pipeline hazard recognizer
9164 @cindex automaton based pipeline description
9165 @cindex regular expressions
9166 @cindex deterministic finite state automaton
9167 @cindex automaton based scheduler
9168 @cindex RISC
9169 @cindex VLIW
9171 To achieve better performance, most modern processors
9172 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
9173 processors) have many @dfn{functional units} on which several
9174 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
9175 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
9176 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
9177 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
9178 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g.@: for some
9179 MIPS processors).
9181 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
9182 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
9183 latency time}.  The instruction execution is not started until all
9184 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
9185 complex cases when the instruction execution starts even when the data
9186 are not available but will be ready in given time after the
9187 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
9188 account is simple.  The data dependence (true, output, and
9189 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
9190 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
9191 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
9192 means that two instructions under execution will be in need of shared
9193 processors resources, i.e.@: buses, internal registers, and/or
9194 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
9195 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
9196 processors.
9198 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
9199 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
9200 instruction scheduler has to have an adequate description of the
9201 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  GCC
9202 machine descriptions describe processor parallelism and functional
9203 unit reservations for groups of instructions with the aid of
9204 @dfn{regular expressions}.
9206 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
9207 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
9208 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
9209 automatically generated from the processor pipeline description.  The
9210 pipeline hazard recognizer generated from the machine description
9211 is based on a deterministic finite state automaton (@acronym{DFA}):
9212 the instruction issue is possible if there is a transition from one
9213 automaton state to another one.  This algorithm is very fast, and
9214 furthermore, its speed is not dependent on processor
9215 complexity@footnote{However, the size of the automaton depends on
9216 processor complexity.  To limit this effect, machine descriptions
9217 can split orthogonal parts of the machine description among several
9218 automata: but then, since each of these must be stepped independently,
9219 this does cause a small decrease in the algorithm's performance.}.
9221 @cindex automaton based pipeline description
9222 The rest of this section describes the directives that constitute
9223 an automaton-based processor pipeline description.  The order of
9224 these constructions within the machine description file is not
9225 important.
9227 @findex define_automaton
9228 @cindex pipeline hazard recognizer
9229 The following optional construction describes names of automata
9230 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
9231 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
9232 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
9233 units to the automata, the total size of the automata is usually
9234 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
9235 construction, only one finite state automaton is generated.
9237 @smallexample
9238 (define_automaton @var{automata-names})
9239 @end smallexample
9241 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
9242 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
9243 The automaton name is used in the constructions @code{define_cpu_unit} and
9244 @code{define_query_cpu_unit}.
9246 @findex define_cpu_unit
9247 @cindex processor functional units
9248 Each processor functional unit used in the description of instruction
9249 reservations should be described by the following construction.
9251 @smallexample
9252 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
9253 @end smallexample
9255 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
9256 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
9257 for other goals.
9259 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
9260 which the unit is bound.  The automaton should be described in
9261 construction @code{define_automaton}.  You should give
9262 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
9264 The assignment of units to automata are constrained by the uses of the
9265 units in insn reservations.  The most important constraint is: if a
9266 unit reservation is present on a particular cycle of an alternative
9267 for an insn reservation, then some unit from the same automaton must
9268 be present on the same cycle for the other alternatives of the insn
9269 reservation.  The rest of the constraints are mentioned in the
9270 description of the subsequent constructions.
9272 @findex define_query_cpu_unit
9273 @cindex querying function unit reservations
9274 The following construction describes CPU functional units analogously
9275 to @code{define_cpu_unit}.  The reservation of such units can be
9276 queried for an automaton state.  The instruction scheduler never
9277 queries reservation of functional units for given automaton state.  So
9278 as a rule, you don't need this construction.  This construction could
9279 be used for future code generation goals (e.g.@: to generate
9280 @acronym{VLIW} insn templates).
9282 @smallexample
9283 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
9284 @end smallexample
9286 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
9287 separated by commas.
9289 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
9290 which the unit is bound.
9292 @findex define_insn_reservation
9293 @cindex instruction latency time
9294 @cindex regular expressions
9295 @cindex data bypass
9296 The following construction is the major one to describe pipeline
9297 characteristics of an instruction.
9299 @smallexample
9300 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
9301                          @var{condition} @var{regexp})
9302 @end smallexample
9304 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
9305 instruction.  There is an important difference between the old
9306 description and the automaton based pipeline description.  The latency
9307 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
9308 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
9309 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
9310 zero and the cost of output dependencies is the difference between
9311 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
9312 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
9313 change the default costs for any description by using the target hook
9314 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
9316 @var{insn-name} is a string giving the internal name of the insn.  The
9317 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
9318 the automaton description file generated for debugging.  The internal
9319 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
9320 good practice to use insn classes described in the processor manual.
9322 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
9323 construction.  You should remember that you will be in trouble if
9324 @var{condition} for two or more different
9325 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
9326 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
9327 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
9328 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
9329 the same value is quite difficult (especially if the conditions
9330 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
9331 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
9332 recognizer considerably.
9334 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
9335 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
9336 expression according to the following syntax:
9338 @smallexample
9339        regexp = regexp "," oneof
9340               | oneof
9342        oneof = oneof "|" allof
9343              | allof
9345        allof = allof "+" repeat
9346              | repeat
9348        repeat = element "*" number
9349               | element
9351        element = cpu_function_unit_name
9352                | reservation_name
9353                | result_name
9354                | "nothing"
9355                | "(" regexp ")"
9356 @end smallexample
9358 @itemize @bullet
9359 @item
9360 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
9361 the reservation.
9363 @item
9364 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
9365 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
9366 regular expression @strong{or} etc.
9368 @item
9369 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
9370 regular expression @strong{and} a reservation described by the
9371 second regular expression @strong{and} etc.
9373 @item
9374 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
9375 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
9376 advancing (see @samp{,}).
9378 @item
9379 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
9380 functional unit.
9382 @item
9383 @samp{reservation_name} --- see description of construction
9384 @samp{define_reservation}.
9386 @item
9387 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
9388 @end itemize
9390 @findex define_reservation
9391 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
9392 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
9393 the common part by the following construction
9395 @smallexample
9396 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
9397 @end smallexample
9399 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
9400 Functional unit names and reservation names are in the same name
9401 space.  So the reservation names should be different from the
9402 functional unit names and can not be the reserved name @samp{nothing}.
9404 @findex define_bypass
9405 @cindex instruction latency time
9406 @cindex data bypass
9407 The following construction is used to describe exceptions in the
9408 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
9410 @smallexample
9411 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
9412                [@var{guard}])
9413 @end smallexample
9415 @var{number} defines when the result generated by the instructions
9416 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
9417 instructions given in string @var{in_insn_names}.  Each of these
9418 strings is a comma-separated list of filename-style globs and
9419 they refer to the names of @code{define_insn_reservation}s.
9420 For example:
9421 @smallexample
9422 (define_bypass 1 "cpu1_load_*, cpu1_store_*" "cpu1_load_*")
9423 @end smallexample
9424 defines a bypass between instructions that start with
9425 @samp{cpu1_load_} or @samp{cpu1_store_} and those that start with
9426 @samp{cpu1_load_}.
9428 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
9429 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
9430 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
9431 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
9432 recognize complicated bypasses, e.g.@: when the consumer is only an address
9433 of insn @samp{store} (not a stored value).
9435 If there are more one bypass with the same output and input insns, the
9436 chosen bypass is the first bypass with a guard in description whose
9437 guard function returns nonzero.  If there is no such bypass, then
9438 bypass without the guard function is chosen.
9440 @findex exclusion_set
9441 @findex presence_set
9442 @findex final_presence_set
9443 @findex absence_set
9444 @findex final_absence_set
9445 @cindex VLIW
9446 @cindex RISC
9447 The following five constructions are usually used to describe
9448 @acronym{VLIW} processors, or more precisely, to describe a placement
9449 of small instructions into @acronym{VLIW} instruction slots.  They
9450 can be used for @acronym{RISC} processors, too.
9452 @smallexample
9453 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
9454 (presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
9455 (final_presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
9456 (absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
9457 (final_absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
9458 @end smallexample
9460 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
9461 separated by commas.
9463 @var{patterns} is a string giving patterns of functional units
9464 separated by comma.  Currently pattern is one unit or units
9465 separated by white-spaces.
9467 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
9468 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
9469 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
9470 example, the construction is useful for describing processors
9471 (e.g.@: some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
9472 functional unit which can execute simultaneously only single floating
9473 point insns or only double floating point insns.
9475 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
9476 functional unit in the first string can not be reserved unless at
9477 least one of pattern of units whose names are in the second string is
9478 reserved.  This is an asymmetric relation.  For example, it is useful
9479 for description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
9480 @samp{slot0} reservation.  We could describe it by the following
9481 construction
9483 @smallexample
9484 (presence_set "slot1" "slot0")
9485 @end smallexample
9487 Or @samp{slot1} is reserved only after @samp{slot0} and unit @samp{b0}
9488 reservation.  In this case we could write
9490 @smallexample
9491 (presence_set "slot1" "slot0 b0")
9492 @end smallexample
9494 The third construction (@samp{final_presence_set}) is analogous to
9495 @samp{presence_set}.  The difference between them is when checking is
9496 done.  When an instruction is issued in given automaton state
9497 reflecting all current and planned unit reservations, the automaton
9498 state is changed.  The first state is a source state, the second one
9499 is a result state.  Checking for @samp{presence_set} is done on the
9500 source state reservation, checking for @samp{final_presence_set} is
9501 done on the result reservation.  This construction is useful to
9502 describe a reservation which is actually two subsequent reservations.
9503 For example, if we use
9505 @smallexample
9506 (presence_set "slot1" "slot0")
9507 @end smallexample
9509 the following insn will be never issued (because @samp{slot1} requires
9510 @samp{slot0} which is absent in the source state).
9512 @smallexample
9513 (define_reservation "insn_and_nop" "slot0 + slot1")
9514 @end smallexample
9516 but it can be issued if we use analogous @samp{final_presence_set}.
9518 The forth construction (@samp{absence_set}) means that each functional
9519 unit in the first string can be reserved only if each pattern of units
9520 whose names are in the second string is not reserved.  This is an
9521 asymmetric relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to
9522 this one but it is symmetric).  For example it might be useful in a
9523 @acronym{VLIW} description to say that @samp{slot0} cannot be reserved
9524 after either @samp{slot1} or @samp{slot2} have been reserved.  This
9525 can be described as:
9527 @smallexample
9528 (absence_set "slot0" "slot1, slot2")
9529 @end smallexample
9531 Or @samp{slot2} can not be reserved if @samp{slot0} and unit @samp{b0}
9532 are reserved or @samp{slot1} and unit @samp{b1} are reserved.  In
9533 this case we could write
9535 @smallexample
9536 (absence_set "slot2" "slot0 b0, slot1 b1")
9537 @end smallexample
9539 All functional units mentioned in a set should belong to the same
9540 automaton.
9542 The last construction (@samp{final_absence_set}) is analogous to
9543 @samp{absence_set} but checking is done on the result (state)
9544 reservation.  See comments for @samp{final_presence_set}.
9546 @findex automata_option
9547 @cindex deterministic finite state automaton
9548 @cindex nondeterministic finite state automaton
9549 @cindex finite state automaton minimization
9550 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
9551 the following construction.
9553 @smallexample
9554 (automata_option @var{options})
9555 @end smallexample
9557 @var{options} is a string giving options which affect the generated
9558 code.  Currently there are the following options:
9560 @itemize @bullet
9561 @item
9562 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
9563 only worth to do when we are debugging the description and need to
9564 look more accurately at reservations of states.
9566 @item
9567 @dfn{time} means printing time statistics about the generation of
9568 automata.
9570 @item
9571 @dfn{stats} means printing statistics about the generated automata
9572 such as the number of DFA states, NDFA states and arcs.
9574 @item
9575 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
9576 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
9577 verification and debugging.
9579 @item
9580 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
9581 non-critical errors.
9583 @item
9584 @dfn{no-comb-vect} prevents the automaton generator from generating
9585 two data structures and comparing them for space efficiency.  Using
9586 a comb vector to represent transitions may be better, but it can be
9587 very expensive to construct.  This option is useful if the build
9588 process spends an unacceptably long time in genautomata.
9590 @item
9591 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
9592 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
9593 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
9594 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
9595 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
9596 may be rejected by reservations in the subsequent insns.
9598 @item
9599 @dfn{collapse-ndfa} modifies the behavior of the generator when
9600 producing an automaton.  An additional state transition to collapse a
9601 nondeterministic @acronym{NDFA} state to a deterministic @acronym{DFA}
9602 state is generated.  It can be triggered by passing @code{const0_rtx} to
9603 state_transition.  In such an automaton, cycle advance transitions are
9604 available only for these collapsed states.  This option is useful for
9605 ports that want to use the @code{ndfa} option, but also want to use
9606 @code{define_query_cpu_unit} to assign units to insns issued in a cycle.
9608 @item
9609 @dfn{progress} means output of a progress bar showing how many states
9610 were generated so far for automaton being processed.  This is useful
9611 during debugging a @acronym{DFA} description.  If you see too many
9612 generated states, you could interrupt the generator of the pipeline
9613 hazard recognizer and try to figure out a reason for generation of the
9614 huge automaton.
9615 @end itemize
9617 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
9618 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
9619 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
9620 the following functional units.
9622 @smallexample
9623 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
9624 (define_cpu_unit "port0, port1")
9625 @end smallexample
9627 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
9628 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
9629 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
9630 are issued into the second pipeline.  Integer division and
9631 multiplication insns can be executed only in the second integer
9632 pipeline and their results are ready correspondingly in 9 and 4
9633 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e.@: the subsequent
9634 integer division insn can not be issued until the current division
9635 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
9636 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
9637 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
9638 incurred.  To describe all of this we could specify
9640 @smallexample
9641 (define_cpu_unit "div")
9643 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
9644                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
9646 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "type" "mult")
9647                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
9649 (define_insn_reservation "div" 9 (eq_attr "type" "div")
9650                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
9652 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "type" "float")
9653                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
9655 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
9656 @end smallexample
9658 To simplify the description we could describe the following reservation
9660 @smallexample
9661 (define_reservation "finish" "port0|port1")
9662 @end smallexample
9664 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
9665 construction
9667 @smallexample
9668 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
9669                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
9670 @end smallexample
9673 @end ifset
9674 @ifset INTERNALS
9675 @node Conditional Execution
9676 @section Conditional Execution
9677 @cindex conditional execution
9678 @cindex predication
9680 A number of architectures provide for some form of conditional
9681 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
9682 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
9683 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
9684 can be quite tedious to describe these forms directly in the
9685 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
9687 @findex define_cond_exec
9688 @smallexample
9689 (define_cond_exec
9690   [@var{predicate-pattern}]
9691   "@var{condition}"
9692   "@var{output-template}"
9693   "@var{optional-insn-attribues}")
9694 @end smallexample
9696 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
9697 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
9698 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
9699 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
9700 alternative.
9702 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
9703 pattern to match.
9705 @findex current_insn_predicate
9706 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
9707 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
9708 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
9709 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
9710 In order to handle the general case, there is a global variable
9711 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
9712 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
9714 @var{optional-insn-attributes} is an optional vector of attributes that gets
9715 appended to the insn attributes of the produced cond_exec rtx. It can
9716 be used to add some distinguishing attribute to cond_exec rtxs produced
9717 that way. An example usage would be to use this attribute in conjunction
9718 with attributes on the main pattern to disable particular alternatives under
9719 certain conditions.
9721 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
9722 the @code{predicable} instruction attribute is made.
9723 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be a boolean (i.e.@: have
9724 exactly two elements in its @var{list-of-values}), with the possible
9725 values being @code{no} and @code{yes}.  The default and all uses in
9726 the insns must be a simple constant, not a complex expressions.  It
9727 may, however, depend on the alternative, by using a comma-separated
9728 list of values.  If that is the case, the port should also define an
9729 @code{enabled} attribute (@pxref{Disable Insn Alternatives}), which
9730 should also allow only @code{no} and @code{yes} as its values.
9732 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
9733 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
9734 generated that matches a predicated version of the instruction.
9735 For example,
9737 @smallexample
9738 (define_insn "addsi"
9739   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
9740         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9741                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
9742   "@var{test1}"
9743   "add %2,%1,%0")
9745 (define_cond_exec
9746   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
9747        (const_int 0))]
9748   "@var{test2}"
9749   "(%0)")
9750 @end smallexample
9752 @noindent
9753 generates a new pattern
9755 @smallexample
9756 (define_insn ""
9757   [(cond_exec
9758      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
9759      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
9760           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9761                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
9762   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
9763   "(%3) add %2,%1,%0")
9764 @end smallexample
9766 @end ifset
9767 @ifset INTERNALS
9768 @node Define Subst
9769 @section RTL Templates Transformations
9770 @cindex define_subst
9772 For some hardware architectures there are common cases when the RTL
9773 templates for the instructions can be derived from the other RTL
9774 templates using simple transformations.  E.g., @file{i386.md} contains
9775 an RTL template for the ordinary @code{sub} instruction---
9776 @code{*subsi_1}, and for the @code{sub} instruction with subsequent
9777 zero-extension---@code{*subsi_1_zext}.  Such cases can be easily
9778 implemented by a single meta-template capable of generating a modified
9779 case based on the initial one:
9781 @findex define_subst
9782 @smallexample
9783 (define_subst "@var{name}"
9784   [@var{input-template}]
9785   "@var{condition}"
9786   [@var{output-template}])
9787 @end smallexample
9788 @var{input-template} is a pattern describing the source RTL template,
9789 which will be transformed.
9791 @var{condition} is a C expression that is conjunct with the condition
9792 from the input-template to generate a condition to be used in the
9793 output-template.
9795 @var{output-template} is a pattern that will be used in the resulting
9796 template.
9798 @code{define_subst} mechanism is tightly coupled with the notion of the
9799 subst attribute (@pxref{Subst Iterators}).  The use of
9800 @code{define_subst} is triggered by a reference to a subst attribute in
9801 the transforming RTL template.  This reference initiates duplication of
9802 the source RTL template and substitution of the attributes with their
9803 values.  The source RTL template is left unchanged, while the copy is
9804 transformed by @code{define_subst}.  This transformation can fail in the
9805 case when the source RTL template is not matched against the
9806 input-template of the @code{define_subst}.  In such case the copy is
9807 deleted.
9809 @code{define_subst} can be used only in @code{define_insn} and
9810 @code{define_expand}, it cannot be used in other expressions (e.g. in
9811 @code{define_insn_and_split}).
9813 @menu
9814 * Define Subst Example::            Example of @code{define_subst} work.
9815 * Define Subst Pattern Matching::   Process of template comparison.
9816 * Define Subst Output Template::    Generation of output template.
9817 @end menu
9819 @node Define Subst Example
9820 @subsection @code{define_subst} Example
9821 @cindex define_subst
9823 To illustrate how @code{define_subst} works, let us examine a simple
9824 template transformation.
9826 Suppose there are two kinds of instructions: one that touches flags and
9827 the other that does not.  The instructions of the second type could be
9828 generated with the following @code{define_subst}:
9830 @smallexample
9831 (define_subst "add_clobber_subst"
9832   [(set (match_operand:SI 0 "" "")
9833         (match_operand:SI 1 "" ""))]
9834   ""
9835   [(set (match_dup 0)
9836         (match_dup 1))
9837    (clobber (reg:CC FLAGS_REG))]
9838 @end smallexample
9840 This @code{define_subst} can be applied to any RTL pattern containing
9841 @code{set} of mode SI and generates a copy with clobber when it is
9842 applied.
9844 Assume there is an RTL template for a @code{max} instruction to be used
9845 in @code{define_subst} mentioned above:
9847 @smallexample
9848 (define_insn "maxsi"
9849   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
9850         (max:SI
9851           (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9852           (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
9853   ""
9854   "max\t@{%2, %1, %0|%0, %1, %2@}"
9855  [@dots{}])
9856 @end smallexample
9858 To mark the RTL template for @code{define_subst} application,
9859 subst-attributes are used.  They should be declared in advance:
9861 @smallexample
9862 (define_subst_attr "add_clobber_name" "add_clobber_subst" "_noclobber" "_clobber")
9863 @end smallexample
9865 Here @samp{add_clobber_name} is the attribute name,
9866 @samp{add_clobber_subst} is the name of the corresponding
9867 @code{define_subst}, the third argument (@samp{_noclobber}) is the
9868 attribute value that would be substituted into the unchanged version of
9869 the source RTL template, and the last argument (@samp{_clobber}) is the
9870 value that would be substituted into the second, transformed,
9871 version of the RTL template.
9873 Once the subst-attribute has been defined, it should be used in RTL
9874 templates which need to be processed by the @code{define_subst}.  So,
9875 the original RTL template should be changed:
9877 @smallexample
9878 (define_insn "maxsi<add_clobber_name>"
9879   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
9880         (max:SI
9881           (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9882           (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
9883   ""
9884   "max\t@{%2, %1, %0|%0, %1, %2@}"
9885  [@dots{}])
9886 @end smallexample
9888 The result of the @code{define_subst} usage would look like the following:
9890 @smallexample
9891 (define_insn "maxsi_noclobber"
9892   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
9893         (max:SI
9894           (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9895           (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
9896   ""
9897   "max\t@{%2, %1, %0|%0, %1, %2@}"
9898  [@dots{}])
9899 (define_insn "maxsi_clobber"
9900   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
9901         (max:SI
9902           (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9903           (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))
9904    (clobber (reg:CC FLAGS_REG))]
9905   ""
9906   "max\t@{%2, %1, %0|%0, %1, %2@}"
9907  [@dots{}])
9908 @end smallexample
9910 @node Define Subst Pattern Matching
9911 @subsection Pattern Matching in @code{define_subst}
9912 @cindex define_subst
9914 All expressions, allowed in @code{define_insn} or @code{define_expand},
9915 are allowed in the input-template of @code{define_subst}, except
9916 @code{match_par_dup}, @code{match_scratch}, @code{match_parallel}. The
9917 meanings of expressions in the input-template were changed:
9919 @code{match_operand} matches any expression (possibly, a subtree in
9920 RTL-template), if modes of the @code{match_operand} and this expression
9921 are the same, or mode of the @code{match_operand} is @code{VOIDmode}, or
9922 this expression is @code{match_dup}, @code{match_op_dup}.  If the
9923 expression is @code{match_operand} too, and predicate of
9924 @code{match_operand} from the input pattern is not empty, then the
9925 predicates are compared.  That can be used for more accurate filtering
9926 of accepted RTL-templates.
9928 @code{match_operator} matches common operators (like @code{plus},
9929 @code{minus}), @code{unspec}, @code{unspec_volatile} operators and
9930 @code{match_operator}s from the original pattern if the modes match and
9931 @code{match_operator} from the input pattern has the same number of
9932 operands as the operator from the original pattern.
9934 @node Define Subst Output Template
9935 @subsection Generation of output template in @code{define_subst}
9936 @cindex define_subst
9938 If all necessary checks for @code{define_subst} application pass, a new
9939 RTL-pattern, based on the output-template, is created to replace the old
9940 template.  Like in input-patterns, meanings of some RTL expressions are
9941 changed when they are used in output-patterns of a @code{define_subst}.
9942 Thus, @code{match_dup} is used for copying the whole expression from the
9943 original pattern, which matched corresponding @code{match_operand} from
9944 the input pattern.
9946 @code{match_dup N} is used in the output template to be replaced with
9947 the expression from the original pattern, which matched
9948 @code{match_operand N} from the input pattern.  As a consequence,
9949 @code{match_dup} cannot be used to point to @code{match_operand}s from
9950 the output pattern, it should always refer to a @code{match_operand}
9951 from the input pattern.
9953 In the output template one can refer to the expressions from the
9954 original pattern and create new ones.  For instance, some operands could
9955 be added by means of standard @code{match_operand}.
9957 After replacing @code{match_dup} with some RTL-subtree from the original
9958 pattern, it could happen that several @code{match_operand}s in the
9959 output pattern have the same indexes.  It is unknown, how many and what
9960 indexes would be used in the expression which would replace
9961 @code{match_dup}, so such conflicts in indexes are inevitable.  To
9962 overcome this issue, @code{match_operands} and @code{match_operators},
9963 which were introduced into the output pattern, are renumerated when all
9964 @code{match_dup}s are replaced.
9966 Number of alternatives in @code{match_operand}s introduced into the
9967 output template @code{M} could differ from the number of alternatives in
9968 the original pattern @code{N}, so in the resultant pattern there would
9969 be @code{N*M} alternatives.  Thus, constraints from the original pattern
9970 would be duplicated @code{N} times, constraints from the output pattern
9971 would be duplicated @code{M} times, producing all possible combinations.
9972 @end ifset
9974 @ifset INTERNALS
9975 @node Constant Definitions
9976 @section Constant Definitions
9977 @cindex constant definitions
9978 @findex define_constants
9980 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
9981 can be a maintenance problem.
9983 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
9984 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
9985 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
9986 if the corresponding value had been written instead.  You may use
9987 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
9988 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
9989 a different value.
9991 To come back to the a29k load multiple example, instead of
9993 @smallexample
9994 (define_insn ""
9995   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
9996      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
9997            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
9998       (use (reg:SI 179))
9999       (clobber (reg:SI 179))])]
10000   ""
10001   "loadm 0,0,%1,%2")
10002 @end smallexample
10004 You could write:
10006 @smallexample
10007 (define_constants [
10008     (R_BP 177)
10009     (R_FC 178)
10010     (R_CR 179)
10011     (R_Q  180)
10014 (define_insn ""
10015   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
10016      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
10017            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
10018       (use (reg:SI R_CR))
10019       (clobber (reg:SI R_CR))])]
10020   ""
10021   "loadm 0,0,%1,%2")
10022 @end smallexample
10024 The constants that are defined with a define_constant are also output
10025 in the insn-codes.h header file as #defines.
10027 @cindex enumerations
10028 @findex define_c_enum
10029 You can also use the machine description file to define enumerations.
10030 Like the constants defined by @code{define_constant}, these enumerations
10031 are visible to both the machine description file and the main C code.
10033 The syntax is as follows:
10035 @smallexample
10036 (define_c_enum "@var{name}" [
10037   @var{value0}
10038   @var{value1}
10039   @dots{}
10040   @var{valuen}
10042 @end smallexample
10044 This definition causes the equivalent of the following C code to appear
10045 in @file{insn-constants.h}:
10047 @smallexample
10048 enum @var{name} @{
10049   @var{value0} = 0,
10050   @var{value1} = 1,
10051   @dots{}
10052   @var{valuen} = @var{n}
10054 #define NUM_@var{cname}_VALUES (@var{n} + 1)
10055 @end smallexample
10057 where @var{cname} is the capitalized form of @var{name}.
10058 It also makes each @var{valuei} available in the machine description
10059 file, just as if it had been declared with:
10061 @smallexample
10062 (define_constants [(@var{valuei} @var{i})])
10063 @end smallexample
10065 Each @var{valuei} is usually an upper-case identifier and usually
10066 begins with @var{cname}.
10068 You can split the enumeration definition into as many statements as
10069 you like.  The above example is directly equivalent to:
10071 @smallexample
10072 (define_c_enum "@var{name}" [@var{value0}])
10073 (define_c_enum "@var{name}" [@var{value1}])
10074 @dots{}
10075 (define_c_enum "@var{name}" [@var{valuen}])
10076 @end smallexample
10078 Splitting the enumeration helps to improve the modularity of each
10079 individual @code{.md} file.  For example, if a port defines its
10080 synchronization instructions in a separate @file{sync.md} file,
10081 it is convenient to define all synchronization-specific enumeration
10082 values in @file{sync.md} rather than in the main @file{.md} file.
10084 Some enumeration names have special significance to GCC:
10086 @table @code
10087 @item unspecv
10088 @findex unspec_volatile
10089 If an enumeration called @code{unspecv} is defined, GCC will use it
10090 when printing out @code{unspec_volatile} expressions.  For example:
10092 @smallexample
10093 (define_c_enum "unspecv" [
10094   UNSPECV_BLOCKAGE
10096 @end smallexample
10098 causes GCC to print @samp{(unspec_volatile @dots{} 0)} as:
10100 @smallexample
10101 (unspec_volatile ... UNSPECV_BLOCKAGE)
10102 @end smallexample
10104 @item unspec
10105 @findex unspec
10106 If an enumeration called @code{unspec} is defined, GCC will use
10107 it when printing out @code{unspec} expressions.  GCC will also use
10108 it when printing out @code{unspec_volatile} expressions unless an
10109 @code{unspecv} enumeration is also defined.  You can therefore
10110 decide whether to keep separate enumerations for volatile and
10111 non-volatile expressions or whether to use the same enumeration
10112 for both.
10113 @end table
10115 @findex define_enum
10116 @anchor{define_enum}
10117 Another way of defining an enumeration is to use @code{define_enum}:
10119 @smallexample
10120 (define_enum "@var{name}" [
10121   @var{value0}
10122   @var{value1}
10123   @dots{}
10124   @var{valuen}
10126 @end smallexample
10128 This directive implies:
10130 @smallexample
10131 (define_c_enum "@var{name}" [
10132   @var{cname}_@var{cvalue0}
10133   @var{cname}_@var{cvalue1}
10134   @dots{}
10135   @var{cname}_@var{cvaluen}
10137 @end smallexample
10139 @findex define_enum_attr
10140 where @var{cvaluei} is the capitalized form of @var{valuei}.
10141 However, unlike @code{define_c_enum}, the enumerations defined
10142 by @code{define_enum} can be used in attribute specifications
10143 (@pxref{define_enum_attr}).
10144 @end ifset
10145 @ifset INTERNALS
10146 @node Iterators
10147 @section Iterators
10148 @cindex iterators in @file{.md} files
10150 Ports often need to define similar patterns for more than one machine
10151 mode or for more than one rtx code.  GCC provides some simple iterator
10152 facilities to make this process easier.
10154 @menu
10155 * Mode Iterators::         Generating variations of patterns for different modes.
10156 * Code Iterators::         Doing the same for codes.
10157 * Int Iterators::          Doing the same for integers.
10158 * Subst Iterators::        Generating variations of patterns for define_subst.
10159 @end menu
10161 @node Mode Iterators
10162 @subsection Mode Iterators
10163 @cindex mode iterators in @file{.md} files
10165 Ports often need to define similar patterns for two or more different modes.
10166 For example:
10168 @itemize @bullet
10169 @item
10170 If a processor has hardware support for both single and double
10171 floating-point arithmetic, the @code{SFmode} patterns tend to be
10172 very similar to the @code{DFmode} ones.
10174 @item
10175 If a port uses @code{SImode} pointers in one configuration and
10176 @code{DImode} pointers in another, it will usually have very similar
10177 @code{SImode} and @code{DImode} patterns for manipulating pointers.
10178 @end itemize
10180 Mode iterators allow several patterns to be instantiated from one
10181 @file{.md} file template.  They can be used with any type of
10182 rtx-based construct, such as a @code{define_insn},
10183 @code{define_split}, or @code{define_peephole2}.
10185 @menu
10186 * Defining Mode Iterators:: Defining a new mode iterator.
10187 * Substitutions::           Combining mode iterators with substitutions
10188 * Examples::                Examples
10189 @end menu
10191 @node Defining Mode Iterators
10192 @subsubsection Defining Mode Iterators
10193 @findex define_mode_iterator
10195 The syntax for defining a mode iterator is:
10197 @smallexample
10198 (define_mode_iterator @var{name} [(@var{mode1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{moden} "@var{condn}")])
10199 @end smallexample
10201 This allows subsequent @file{.md} file constructs to use the mode suffix
10202 @code{:@var{name}}.  Every construct that does so will be expanded
10203 @var{n} times, once with every use of @code{:@var{name}} replaced by
10204 @code{:@var{mode1}}, once with every use replaced by @code{:@var{mode2}},
10205 and so on.  In the expansion for a particular @var{modei}, every
10206 C condition will also require that @var{condi} be true.
10208 For example:
10210 @smallexample
10211 (define_mode_iterator P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
10212 @end smallexample
10214 defines a new mode suffix @code{:P}.  Every construct that uses
10215 @code{:P} will be expanded twice, once with every @code{:P} replaced
10216 by @code{:SI} and once with every @code{:P} replaced by @code{:DI}.
10217 The @code{:SI} version will only apply if @code{Pmode == SImode} and
10218 the @code{:DI} version will only apply if @code{Pmode == DImode}.
10220 As with other @file{.md} conditions, an empty string is treated
10221 as ``always true''.  @code{(@var{mode} "")} can also be abbreviated
10222 to @code{@var{mode}}.  For example:
10224 @smallexample
10225 (define_mode_iterator GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
10226 @end smallexample
10228 means that the @code{:DI} expansion only applies if @code{TARGET_64BIT}
10229 but that the @code{:SI} expansion has no such constraint.
10231 Iterators are applied in the order they are defined.  This can be
10232 significant if two iterators are used in a construct that requires
10233 substitutions.  @xref{Substitutions}.
10235 @node Substitutions
10236 @subsubsection Substitution in Mode Iterators
10237 @findex define_mode_attr
10239 If an @file{.md} file construct uses mode iterators, each version of the
10240 construct will often need slightly different strings or modes.  For
10241 example:
10243 @itemize @bullet
10244 @item
10245 When a @code{define_expand} defines several @code{add@var{m}3} patterns
10246 (@pxref{Standard Names}), each expander will need to use the
10247 appropriate mode name for @var{m}.
10249 @item
10250 When a @code{define_insn} defines several instruction patterns,
10251 each instruction will often use a different assembler mnemonic.
10253 @item
10254 When a @code{define_insn} requires operands with different modes,
10255 using an iterator for one of the operand modes usually requires a specific
10256 mode for the other operand(s).
10257 @end itemize
10259 GCC supports such variations through a system of ``mode attributes''.
10260 There are two standard attributes: @code{mode}, which is the name of
10261 the mode in lower case, and @code{MODE}, which is the same thing in
10262 upper case.  You can define other attributes using:
10264 @smallexample
10265 (define_mode_attr @var{name} [(@var{mode1} "@var{value1}") @dots{} (@var{moden} "@var{valuen}")])
10266 @end smallexample
10268 where @var{name} is the name of the attribute and @var{valuei}
10269 is the value associated with @var{modei}.
10271 When GCC replaces some @var{:iterator} with @var{:mode}, it will scan
10272 each string and mode in the pattern for sequences of the form
10273 @code{<@var{iterator}:@var{attr}>}, where @var{attr} is the name of a
10274 mode attribute.  If the attribute is defined for @var{mode}, the whole
10275 @code{<@dots{}>} sequence will be replaced by the appropriate attribute
10276 value.
10278 For example, suppose an @file{.md} file has:
10280 @smallexample
10281 (define_mode_iterator P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
10282 (define_mode_attr load [(SI "lw") (DI "ld")])
10283 @end smallexample
10285 If one of the patterns that uses @code{:P} contains the string
10286 @code{"<P:load>\t%0,%1"}, the @code{SI} version of that pattern
10287 will use @code{"lw\t%0,%1"} and the @code{DI} version will use
10288 @code{"ld\t%0,%1"}.
10290 Here is an example of using an attribute for a mode:
10292 @smallexample
10293 (define_mode_iterator LONG [SI DI])
10294 (define_mode_attr SHORT [(SI "HI") (DI "SI")])
10295 (define_insn @dots{}
10296   (sign_extend:LONG (match_operand:<LONG:SHORT> @dots{})) @dots{})
10297 @end smallexample
10299 The @code{@var{iterator}:} prefix may be omitted, in which case the
10300 substitution will be attempted for every iterator expansion.
10302 @node Examples
10303 @subsubsection Mode Iterator Examples
10305 Here is an example from the MIPS port.  It defines the following
10306 modes and attributes (among others):
10308 @smallexample
10309 (define_mode_iterator GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
10310 (define_mode_attr d [(SI "") (DI "d")])
10311 @end smallexample
10313 and uses the following template to define both @code{subsi3}
10314 and @code{subdi3}:
10316 @smallexample
10317 (define_insn "sub<mode>3"
10318   [(set (match_operand:GPR 0 "register_operand" "=d")
10319         (minus:GPR (match_operand:GPR 1 "register_operand" "d")
10320                    (match_operand:GPR 2 "register_operand" "d")))]
10321   ""
10322   "<d>subu\t%0,%1,%2"
10323   [(set_attr "type" "arith")
10324    (set_attr "mode" "<MODE>")])
10325 @end smallexample
10327 This is exactly equivalent to:
10329 @smallexample
10330 (define_insn "subsi3"
10331   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=d")
10332         (minus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "d")
10333                   (match_operand:SI 2 "register_operand" "d")))]
10334   ""
10335   "subu\t%0,%1,%2"
10336   [(set_attr "type" "arith")
10337    (set_attr "mode" "SI")])
10339 (define_insn "subdi3"
10340   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
10341         (minus:DI (match_operand:DI 1 "register_operand" "d")
10342                   (match_operand:DI 2 "register_operand" "d")))]
10343   ""
10344   "dsubu\t%0,%1,%2"
10345   [(set_attr "type" "arith")
10346    (set_attr "mode" "DI")])
10347 @end smallexample
10349 @node Code Iterators
10350 @subsection Code Iterators
10351 @cindex code iterators in @file{.md} files
10352 @findex define_code_iterator
10353 @findex define_code_attr
10355 Code iterators operate in a similar way to mode iterators.  @xref{Mode Iterators}.
10357 The construct:
10359 @smallexample
10360 (define_code_iterator @var{name} [(@var{code1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{coden} "@var{condn}")])
10361 @end smallexample
10363 defines a pseudo rtx code @var{name} that can be instantiated as
10364 @var{codei} if condition @var{condi} is true.  Each @var{codei}
10365 must have the same rtx format.  @xref{RTL Classes}.
10367 As with mode iterators, each pattern that uses @var{name} will be
10368 expanded @var{n} times, once with all uses of @var{name} replaced by
10369 @var{code1}, once with all uses replaced by @var{code2}, and so on.
10370 @xref{Defining Mode Iterators}.
10372 It is possible to define attributes for codes as well as for modes.
10373 There are two standard code attributes: @code{code}, the name of the
10374 code in lower case, and @code{CODE}, the name of the code in upper case.
10375 Other attributes are defined using:
10377 @smallexample
10378 (define_code_attr @var{name} [(@var{code1} "@var{value1}") @dots{} (@var{coden} "@var{valuen}")])
10379 @end smallexample
10381 Here's an example of code iterators in action, taken from the MIPS port:
10383 @smallexample
10384 (define_code_iterator any_cond [unordered ordered unlt unge uneq ltgt unle ungt
10385                                 eq ne gt ge lt le gtu geu ltu leu])
10387 (define_expand "b<code>"
10388   [(set (pc)
10389         (if_then_else (any_cond:CC (cc0)
10390                                    (const_int 0))
10391                       (label_ref (match_operand 0 ""))
10392                       (pc)))]
10393   ""
10395   gen_conditional_branch (operands, <CODE>);
10396   DONE;
10398 @end smallexample
10400 This is equivalent to:
10402 @smallexample
10403 (define_expand "bunordered"
10404   [(set (pc)
10405         (if_then_else (unordered:CC (cc0)
10406                                     (const_int 0))
10407                       (label_ref (match_operand 0 ""))
10408                       (pc)))]
10409   ""
10411   gen_conditional_branch (operands, UNORDERED);
10412   DONE;
10415 (define_expand "bordered"
10416   [(set (pc)
10417         (if_then_else (ordered:CC (cc0)
10418                                   (const_int 0))
10419                       (label_ref (match_operand 0 ""))
10420                       (pc)))]
10421   ""
10423   gen_conditional_branch (operands, ORDERED);
10424   DONE;
10427 @dots{}
10428 @end smallexample
10430 @node Int Iterators
10431 @subsection Int Iterators
10432 @cindex int iterators in @file{.md} files
10433 @findex define_int_iterator
10434 @findex define_int_attr
10436 Int iterators operate in a similar way to code iterators.  @xref{Code Iterators}.
10438 The construct:
10440 @smallexample
10441 (define_int_iterator @var{name} [(@var{int1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{intn} "@var{condn}")])
10442 @end smallexample
10444 defines a pseudo integer constant @var{name} that can be instantiated as
10445 @var{inti} if condition @var{condi} is true.  Each @var{int}
10446 must have the same rtx format.  @xref{RTL Classes}. Int iterators can appear
10447 in only those rtx fields that have 'i' as the specifier. This means that
10448 each @var{int} has to be a constant defined using define_constant or
10449 define_c_enum.
10451 As with mode and code iterators, each pattern that uses @var{name} will be
10452 expanded @var{n} times, once with all uses of @var{name} replaced by
10453 @var{int1}, once with all uses replaced by @var{int2}, and so on.
10454 @xref{Defining Mode Iterators}.
10456 It is possible to define attributes for ints as well as for codes and modes.
10457 Attributes are defined using:
10459 @smallexample
10460 (define_int_attr @var{name} [(@var{int1} "@var{value1}") @dots{} (@var{intn} "@var{valuen}")])
10461 @end smallexample
10463 Here's an example of int iterators in action, taken from the ARM port:
10465 @smallexample
10466 (define_int_iterator QABSNEG [UNSPEC_VQABS UNSPEC_VQNEG])
10468 (define_int_attr absneg [(UNSPEC_VQABS "abs") (UNSPEC_VQNEG "neg")])
10470 (define_insn "neon_vq<absneg><mode>"
10471   [(set (match_operand:VDQIW 0 "s_register_operand" "=w")
10472         (unspec:VDQIW [(match_operand:VDQIW 1 "s_register_operand" "w")
10473                        (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "i")]
10474                       QABSNEG))]
10475   "TARGET_NEON"
10476   "vq<absneg>.<V_s_elem>\t%<V_reg>0, %<V_reg>1"
10477   [(set_attr "type" "neon_vqneg_vqabs")]
10480 @end smallexample
10482 This is equivalent to:
10484 @smallexample
10485 (define_insn "neon_vqabs<mode>"
10486   [(set (match_operand:VDQIW 0 "s_register_operand" "=w")
10487         (unspec:VDQIW [(match_operand:VDQIW 1 "s_register_operand" "w")
10488                        (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "i")]
10489                       UNSPEC_VQABS))]
10490   "TARGET_NEON"
10491   "vqabs.<V_s_elem>\t%<V_reg>0, %<V_reg>1"
10492   [(set_attr "type" "neon_vqneg_vqabs")]
10495 (define_insn "neon_vqneg<mode>"
10496   [(set (match_operand:VDQIW 0 "s_register_operand" "=w")
10497         (unspec:VDQIW [(match_operand:VDQIW 1 "s_register_operand" "w")
10498                        (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "i")]
10499                       UNSPEC_VQNEG))]
10500   "TARGET_NEON"
10501   "vqneg.<V_s_elem>\t%<V_reg>0, %<V_reg>1"
10502   [(set_attr "type" "neon_vqneg_vqabs")]
10505 @end smallexample
10507 @node Subst Iterators
10508 @subsection Subst Iterators
10509 @cindex subst iterators in @file{.md} files
10510 @findex define_subst
10511 @findex define_subst_attr
10513 Subst iterators are special type of iterators with the following
10514 restrictions: they could not be declared explicitly, they always have
10515 only two values, and they do not have explicit dedicated name.
10516 Subst-iterators are triggered only when corresponding subst-attribute is
10517 used in RTL-pattern.
10519 Subst iterators transform templates in the following way: the templates
10520 are duplicated, the subst-attributes in these templates are replaced
10521 with the corresponding values, and a new attribute is implicitly added
10522 to the given @code{define_insn}/@code{define_expand}.  The name of the
10523 added attribute matches the name of @code{define_subst}.  Such
10524 attributes are declared implicitly, and it is not allowed to have a
10525 @code{define_attr} named as a @code{define_subst}.
10527 Each subst iterator is linked to a @code{define_subst}.  It is declared
10528 implicitly by the first appearance of the corresponding
10529 @code{define_subst_attr}, and it is not allowed to define it explicitly.
10531 Declarations of subst-attributes have the following syntax:
10533 @findex define_subst_attr
10534 @smallexample
10535 (define_subst_attr "@var{name}"
10536   "@var{subst-name}"
10537   "@var{no-subst-value}"
10538   "@var{subst-applied-value}")
10539 @end smallexample
10541 @var{name} is a string with which the given subst-attribute could be
10542 referred to.
10544 @var{subst-name} shows which @code{define_subst} should be applied to an
10545 RTL-template if the given subst-attribute is present in the
10546 RTL-template.
10548 @var{no-subst-value} is a value with which subst-attribute would be
10549 replaced in the first copy of the original RTL-template.
10551 @var{subst-applied-value} is a value with which subst-attribute would be
10552 replaced in the second copy of the original RTL-template.
10554 @end ifset