--with-gnu-ld uses different x- fiile under aix 4.1
[official-gcc.git] / gcc / md.texi
blob6177ac2b55c7183e3eacb8297eaa56c3e4842646
1 @c Copyright (C) 1988, 89, 92, 93, 94, 96, 1998 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 * Patterns::            How to write instruction patterns.
23 * Example::             An explained example of a @code{define_insn} pattern.
24 * RTL Template::        The RTL template defines what insns match a pattern.
25 * Output Template::     The output template says how to make assembler code
26                           from such an insn.
27 * Output Statement::    For more generality, write C code to output
28                           the assembler code.
29 * Constraints::         When not all operands are general operands.
30 * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
31 * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
32 * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
33 * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
34 * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
35 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
36 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
37                          for a standard operation.
38 * Insn Splitting::    Splitting Instructions into Multiple Instructions
39 * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
40 @end menu
42 @node Patterns
43 @section Everything about Instruction Patterns
44 @cindex patterns
45 @cindex instruction patterns
47 @findex define_insn
48 Each instruction pattern contains an incomplete RTL expression, with pieces
49 to be filled in later, operand constraints that restrict how the pieces can
50 be filled in, and an output pattern or C code to generate the assembler
51 output, all wrapped up in a @code{define_insn} expression.
53 A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
55 @enumerate
56 @item
57 An optional name.  The presence of a name indicate that this instruction
58 pattern can perform a certain standard job for the RTL-generation
59 pass of the compiler.  This pass knows certain names and will use
60 the instruction patterns with those names, if the names are defined
61 in the machine description.
63 The absence of a name is indicated by writing an empty string
64 where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
65 used for generating RTL code, but they may permit several simpler insns
66 to be combined later on.
68 Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
69 effect; they are equivalent to no name at all.
71 @item
72 The @dfn{RTL template} (@pxref{RTL Template}) is a vector of incomplete
73 RTL expressions which show what the instruction should look like.  It is
74 incomplete because it may contain @code{match_operand},
75 @code{match_operator}, and @code{match_dup} expressions that stand for
76 operands of the instruction.
78 If the vector has only one element, that element is the template for the
79 instruction pattern.  If the vector has multiple elements, then the
80 instruction pattern is a @code{parallel} expression containing the
81 elements described.
83 @item
84 @cindex pattern conditions
85 @cindex conditions, in patterns
86 A condition.  This is a string which contains a C expression that is
87 the final test to decide whether an insn body matches this pattern.
89 @cindex named patterns and conditions
90 For a named pattern, the condition (if present) may not depend on
91 the data in the insn being matched, but only the target-machine-type
92 flags.  The compiler needs to test these conditions during
93 initialization in order to learn exactly which named instructions are
94 available in a particular run.
96 @findex operands
97 For nameless patterns, the condition is applied only when matching an
98 individual insn, and only after the insn has matched the pattern's
99 recognition template.  The insn's operands may be found in the vector
100 @code{operands}.
102 @item
103 The @dfn{output template}: a string that says how to output matching
104 insns as assembler code.  @samp{%} in this string specifies where
105 to substitute the value of an operand.  @xref{Output Template}.
107 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
108 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
110 @item
111 Optionally, a vector containing the values of attributes for insns matching
112 this pattern.  @xref{Insn Attributes}.
113 @end enumerate
115 @node Example
116 @section Example of @code{define_insn}
117 @cindex @code{define_insn} example
119 Here is an actual example of an instruction pattern, for the 68000/68020.
121 @example
122 (define_insn "tstsi"
123   [(set (cc0)
124         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
125   ""
126   "*
127 @{ if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
128     return \"tstl %0\";
129   return \"cmpl #0,%0\"; @}")
130 @end example
132 This is an instruction that sets the condition codes based on the value of
133 a general operand.  It has no condition, so any insn whose RTL description
134 has the form shown may be handled according to this pattern.  The name
135 @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL generation
136 pass that, when it is necessary to test such a value, an insn to do so
137 can be constructed using this pattern.
139 The output control string is a piece of C code which chooses which
140 output template to return based on the kind of operand and the specific
141 type of CPU for which code is being generated.
143 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
145 @node RTL Template
146 @section RTL Template
147 @cindex RTL insn template
148 @cindex generating insns
149 @cindex insns, generating
150 @cindex recognizing insns
151 @cindex insns, recognizing
153 The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
154 and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
155 says how to construct an insn from specified operands.
157 Construction involves substituting specified operands into a copy of the
158 template.  Matching involves determining the values that serve as the
159 operands in the insn being matched.  Both of these activities are
160 controlled by special expression types that direct matching and
161 substitution of the operands.
163 @table @code
164 @findex match_operand
165 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
166 This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
167 the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
168 will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
169 appears at this position in the insn will be taken as operand
170 number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
171 pattern will not match at all.
173 Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
174 each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
175 expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
176 are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
177 expressions.  In the case of a @code{define_expand}, any operand numbers
178 used only in @code{match_dup} expressions have higher values than all
179 other operand numbers.
181 @var{predicate} is a string that is the name of a C function that accepts two
182 arguments, an expression and a machine mode.  During matching, the
183 function will be called with the putative operand as the expression and
184 @var{m} as the mode argument (if @var{m} is not specified,
185 @code{VOIDmode} will be used, which normally causes @var{predicate} to accept
186 any mode).  If it returns zero, this instruction pattern fails to match.
187 @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be done
188 on the operand, so anything which occurs in this position is valid.
190 Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
191 not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
192 @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
193 Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
194 @code{VOIDmode}.
196 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
197 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
199 People are often unclear on the difference between the constraint and the
200 predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
201 pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
202 controls various decisions in the case of an insn which does match.
204 @findex general_operand
205 On CISC machines, the most common @var{predicate} is
206 @code{"general_operand"}.  This function checks that the putative
207 operand is either a constant, a register or a memory reference, and that
208 it is valid for mode @var{m}.
210 @findex register_operand
211 For an operand that must be a register, @var{predicate} should be
212 @code{"register_operand"}.  Using @code{"general_operand"} would be
213 valid, since the reload pass would copy any non-register operands
214 through registers, but this would make GNU CC do extra work, it would
215 prevent invariant operands (such as constant) from being removed from
216 loops, and it would prevent the register allocator from doing the best
217 possible job.  On RISC machines, it is usually most efficient to allow
218 @var{predicate} to accept only objects that the constraints allow.
220 @findex immediate_operand
221 For an operand that must be a constant, you must be sure to either use
222 @code{"immediate_operand"} for @var{predicate}, or make the instruction
223 pattern's extra condition require a constant, or both.  You cannot
224 expect the constraints to do this work!  If the constraints allow only
225 constants, but the predicate allows something else, the compiler will
226 crash when that case arises.
228 @findex match_scratch
229 @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
230 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
231 and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
232 expression.
234 When matching patterns, this is equivalent to
236 @smallexample
237 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{pred})
238 @end smallexample
240 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
241 expression.
243 If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
244 expressions whose operands are either a hard register or
245 @code{match_scratch}, the combiner can add or delete them when
246 necessary.  @xref{Side Effects}.
248 @findex match_dup
249 @item (match_dup @var{n})
250 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
251 It is used when the operand needs to appear more than once in the
252 insn.
254 In construction, @code{match_dup} acts just like @code{match_operand}:
255 the operand is substituted into the insn being constructed.  But in
256 matching, @code{match_dup} behaves differently.  It assumes that operand
257 number @var{n} has already been determined by a @code{match_operand}
258 appearing earlier in the recognition template, and it matches only an
259 identical-looking expression.
261 @findex match_operator
262 @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
263 This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
264 code.
266 When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
267 expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
268 operands are constructed from the patterns @var{operands}.
270 When matching an expression, it matches an expression if the function
271 @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
272 patterns @var{operands} match the operands of the expression.
274 Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
275 follows, to match any expression whose operator is one of the
276 commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
278 @smallexample
280 commutative_operator (x, mode)
281      rtx x;
282      enum machine_mode mode;
284   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
285   if (GET_MODE (x) != mode)
286     return 0;
287   return (GET_RTX_CLASS (code) == 'c'
288           || code == EQ || code == NE);
290 @end smallexample
292 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
293 of a commutative operator applied to two general operands:
295 @smallexample
296 (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
297   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
298    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
299 @end smallexample
301 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
302 because the expressions to be matched all contain two operands.
304 When this pattern does match, the two operands of the commutative
305 operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
306 by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
307 will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
308 (operands[3])} to see which commutative operator was used.
310 The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
311 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
312 predicate function, and that function is solely responsible for
313 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
315 When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
316 the operation (i.e. the expression code) for the expression to be
317 made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
318 into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
319 gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
320 only its expression code matters.
322 When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
323 it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
324 is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
325 register allocation because the register allocator often looks at
326 operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
328 There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
329 operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
330 never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
331 However, if parts of its @var{operands} are matched by
332 @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
333 their own.
335 @findex match_op_dup
336 @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
337 Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
338 operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
339 substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
340 differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
341 determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
342 recognition template, and it matches only an identical-looking
343 expression.
345 @findex match_parallel
346 @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
347 This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
348 @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
349 expression should only appear at the top level of an insn pattern.
351 When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
352 this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
353 is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
354 vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
355 @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
356 @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
357 @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
358 of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
359 those listed in the @code{match_parallel}.@refill
361 A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
362 multiple expressions, which can contain a variable number of elements
363 in a @code{parallel}.  For example,
364 @c the following is *still* going over.  need to change the code.
365 @c also need to work on grouping of this example.  --mew 1feb93
367 @smallexample
368 (define_insn ""
369   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
370      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
371            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
372       (use (reg:SI 179))
373       (clobber (reg:SI 179))])]
374   ""
375   "loadm 0,0,%1,%2")
376 @end smallexample
378 This example comes from @file{a29k.md}.  The function
379 @code{load_multiple_operations} is defined in @file{a29k.c} and checks
380 that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
381 @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
382 registers and memory locations.
384 An insn that matches this pattern might look like:
386 @smallexample
387 (parallel
388  [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
389   (use (reg:SI 179))
390   (clobber (reg:SI 179))
391   (set (reg:SI 21)
392        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
393                         (const_int 4))))
394   (set (reg:SI 22)
395        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
396                         (const_int 8))))])
397 @end smallexample
399 @findex match_par_dup
400 @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
401 Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
402 @code{match_operator}.
404 @findex match_insn
405 @item (match_insn @var{predicate})
406 Match a complete insn.  Unlike the other @code{match_*} recognizers,
407 @code{match_insn} does not take an operand number.
409 The machine mode @var{m} of @code{match_insn} works like that of
410 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
411 predicate function, and that function is solely responsible for
412 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
414 @findex match_insn2
415 @item (match_insn2 @var{n} @var{predicate})
416 Match a complete insn.
418 The machine mode @var{m} of @code{match_insn2} works like that of
419 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
420 predicate function, and that function is solely responsible for
421 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
423 @findex address
424 @item (address (match_operand:@var{m} @var{n} "address_operand" ""))
425 This complex of expressions is a placeholder for an operand number
426 @var{n} in a ``load address'' instruction: an operand which specifies
427 a memory location in the usual way, but for which the actual operand
428 value used is the address of the location, not the contents of the
429 location.
431 @code{address} expressions never appear in RTL code, only in machine
432 descriptions.  And they are used only in machine descriptions that do
433 not use the operand constraint feature.  When operand constraints are
434 in use, the letter @samp{p} in the constraint serves this purpose.
436 @var{m} is the machine mode of the @emph{memory location being
437 addressed}, not the machine mode of the address itself.  That mode is
438 always the same on a given target machine (it is @code{Pmode}, which
439 normally is @code{SImode}), so there is no point in mentioning it;
440 thus, no machine mode is written in the @code{address} expression.  If
441 some day support is added for machines in which addresses of different
442 kinds of objects appear differently or are used differently (such as
443 the PDP-10), different formats would perhaps need different machine
444 modes and these modes might be written in the @code{address}
445 expression.
446 @end table
448 @node Output Template
449 @section Output Templates and Operand Substitution
450 @cindex output templates
451 @cindex operand substitution
453 @cindex @samp{%} in template
454 @cindex percent sign
455 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
456 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
457 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
458 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
459 identify places where different variants of the assembler require
460 different syntax.
462 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
463 operand @var{n} at that point in the string.
465 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
466 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
467 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
468 additional letters with nonstandard meanings.
470 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
471 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
472 operand.
474 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
475 the constant is negated before printing.
477 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
478 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
479 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
480 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
481 as if it were a memory reference.
483 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
484 instruction.
486 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
487 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
488 referred to more than once in a single template that generates multiple
489 assembler instructions.
491 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
492 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
493 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
494 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
495 which punctuation characters are valid with the
496 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
498 @cindex \
499 @cindex backslash
500 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
501 for the instructions, with @samp{\;} between them.
503 @cindex matching operands
504 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
505 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
506 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
507 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
508 operand.
510 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
511 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
512 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
513 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
514 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
515 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
516 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
517 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
518 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
519 it to do nothing.
521 @cindex @code{#} in template
522 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
523 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
524 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
525 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
526 multiple assembler instructions, and there is an matching @code{define_split}
527 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
528 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
529 instructions.
531 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
532 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
533 describe multiple variants of assembler language syntax.
534 @xref{Instruction Output}.
536 @node Output Statement
537 @section C Statements for Assembler Output
538 @cindex output statements
539 @cindex C statements for assembler output
540 @cindex generating assembler output
542 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
543 assembler code for all the cases that are recognized by a single
544 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
545 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
546 machine instructions.
548 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
549 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
550 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
551 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
552 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
553 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
554 might write this pattern:
556 @smallexample
557 (define_insn "addsi3"
558   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
559         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
560                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
561   ""
562   "@@
563    addr %2,%0
564    addm %2,%0")
565 @end smallexample
567 @cindex @code{*} in template
568 @cindex asterisk in template
569 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
570 output template but rather a piece of C program that should compute a
571 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
572 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
573 require doublequote characters to delimit them.  To include these
574 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
576 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
577 is @code{rtx []}.
579 It is very common to select different ways of generating assembler code
580 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
581 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
582 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
583 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
584 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
585 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
586 values of those bits.
588 @findex output_asm_insn
589 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
590 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
591 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
592 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
593 that you declare locally and initialize yourself.
595 @findex which_alternative
596 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
597 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
598 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
599 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
600 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
601 etc.).
603 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
604 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
605 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
607 @smallexample
608 (define_insn ""
609   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
610         (const_int 0))]
611   ""
612   "*
613   return (which_alternative == 0
614           ? \"clrreg %0\" : \"clrmem %0\");
615   ")
616 @end smallexample
618 The example above, where the assembler code to generate was
619 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
620 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
622 @smallexample
623 @group
624 (define_insn ""
625   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
626         (const_int 0))]
627   ""
628   "@@
629    clrreg %0
630    clrmem %0")
631 @end group
632 @end smallexample
633 @end ifset
635 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
636 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the full
637 @c manual's context are conditionalized to appear only in the full manual.
638 @ifset INTERNALS
639 @node Constraints
640 @section Operand Constraints
641 @cindex operand constraints
642 @cindex constraints
644 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify a
645 constraint for the type of operands allowed.
646 @end ifset
647 @ifclear INTERNALS
648 @node Constraints
649 @section Constraints for @code{asm} Operands
650 @cindex operand constraints, @code{asm}
651 @cindex constraints, @code{asm}
652 @cindex @code{asm} constraints
654 Here are specific details on what constraint letters you can use with
655 @code{asm} operands.
656 @end ifclear
657 Constraints can say whether
658 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
659 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
660 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
661 have.  Constraints can also require two operands to match.
663 @ifset INTERNALS
664 @menu
665 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
666 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
667 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
668 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
669 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
670 * No Constraints::      Describing a clean machine without constraints.
671 @end menu
672 @end ifset
674 @ifclear INTERNALS
675 @menu
676 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
677 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
678 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
679 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
680 @end menu
681 @end ifclear
683 @node Simple Constraints
684 @subsection Simple Constraints
685 @cindex simple constraints
687 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
688 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
689 the letters that are allowed:
691 @table @asis
692 @cindex @samp{m} in constraint
693 @cindex memory references in constraints
694 @item @samp{m}
695 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
696 supports in general.
698 @cindex offsettable address
699 @cindex @samp{o} in constraint
700 @item @samp{o}
701 A memory operand is allowed, but only if the address is
702 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
703 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
704 may be added to the address and the result is also a valid memory
705 address.
707 @cindex autoincrement/decrement addressing
708 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
709 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
710 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
711 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
712 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
713 addresses may or may not be offsettable depending on the other
714 addressing modes that the machine supports.
716 Note that in an output operand which can be matched by another
717 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
718 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
719 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
721 @cindex @samp{V} in constraint
722 @item @samp{V}
723 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
724 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
726 @cindex @samp{<} in constraint
727 @item @samp{<}
728 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
729 postdecrement) is allowed.
731 @cindex @samp{>} in constraint
732 @item @samp{>}
733 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
734 postincrement) is allowed.
736 @cindex @samp{r} in constraint
737 @cindex registers in constraints
738 @item @samp{r}
739 A register operand is allowed provided that it is in a general
740 register.
742 @cindex @samp{d} in constraint
743 @item @samp{d}, @samp{a}, @samp{f}, @dots{}
744 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
745 particular classes of registers.  @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are
746 defined on the 68000/68020 to stand for data, address and floating
747 point registers.
749 @cindex constants in constraints
750 @cindex @samp{i} in constraint
751 @item @samp{i}
752 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
753 This includes symbolic constants whose values will be known only at
754 assembly time.
756 @cindex @samp{n} in constraint
757 @item @samp{n}
758 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
759 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
760 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
761 rather than @samp{i}.
763 @cindex @samp{I} in constraint
764 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
765 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
766 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
767 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
768 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
769 This is the range permitted as a shift count in the shift
770 instructions.
772 @cindex @samp{E} in constraint
773 @item @samp{E}
774 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
775 allowed, but only if the target floating point format is the same as
776 that of the host machine (on which the compiler is running).
778 @cindex @samp{F} in constraint
779 @item @samp{F}
780 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
781 allowed.
783 @cindex @samp{G} in constraint
784 @cindex @samp{H} in constraint
785 @item @samp{G}, @samp{H}
786 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
787 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
789 @cindex @samp{s} in constraint
790 @item @samp{s}
791 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
792 allowed.
794 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
795 value not known at compile time, it certainly must allow any known
796 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
797 better code to be generated.
799 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
800 use an immediate operand; but if the immediate value is between -128
801 and 127, better code results from loading the value into a register and
802 using the register.  This is because the load into the register can be
803 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
804 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
805 range -128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
806 constraints.
808 @cindex @samp{g} in constraint
809 @item @samp{g}
810 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
811 registers that are not general registers.
813 @cindex @samp{X} in constraint
814 @item @samp{X}
815 @ifset INTERNALS
816 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
817 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
818 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
819 require a scratch register.
820 @end ifset
821 @ifclear INTERNALS
822 Any operand whatsoever is allowed.
823 @end ifclear
825 @cindex @samp{0} in constraint
826 @cindex digits in constraint
827 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
828 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
829 digit is used together with letters within the same alternative, the
830 digit should come last.
832 @cindex matching constraint
833 @cindex constraint, matching
834 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
835 that the assembler has only a single operand that fills two roles
836 @ifset INTERNALS
837 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
838 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
839 @end ifset
840 @ifclear INTERNALS
841 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
842 two input operands and an output operand, but on most CISC
843 @end ifclear
844 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
845 input-output operand:
847 @smallexample
848 addl #35,r12
849 @end smallexample
851 Matching constraints are used in these circumstances.
852 More precisely, the two operands that match must include one input-only
853 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
854 smaller number than the number of the operand that uses it in the
855 constraint.
857 @ifset INTERNALS
858 For operands to match in a particular case usually means that they
859 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
860 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
861 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
862 For proper results in such cases, the output template should always
863 use the output-operand's number when printing the operand.
864 @end ifset
866 @cindex load address instruction
867 @cindex push address instruction
868 @cindex address constraints
869 @cindex @samp{p} in constraint
870 @item @samp{p}
871 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
872 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
874 @findex address_operand
875 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
876 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
877 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
878 reference for which the address would be valid.
880 @cindex extensible constraints
881 @cindex @samp{Q}, in constraint
882 @item @samp{Q}, @samp{R}, @samp{S}, @dots{} @samp{U}
883 Letters in the range @samp{Q} through @samp{U} may be defined in a
884 machine-dependent fashion to stand for arbitrary operand types.
885 @ifset INTERNALS
886 The machine description macro @code{EXTRA_CONSTRAINT} is passed the
887 operand as its first argument and the constraint letter as its
888 second operand.
890 A typical use for this would be to distinguish certain types of
891 memory references that affect other insn operands.
893 Do not define these constraint letters to accept register references
894 (@code{reg}); the reload pass does not expect this and would not handle
895 it properly.
896 @end ifset
897 @end table
899 @ifset INTERNALS
900 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
901 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
902 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
903 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
904 done by copying an operand into a register.
906 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
908 @smallexample
909 (define_insn ""
910   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
911         (plus:SI (match_dup 0)
912                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
913   ""
914   "@dots{}")
915 @end smallexample
917 @noindent
918 which has two operands, one of which must appear in two places, and
920 @smallexample
921 (define_insn ""
922   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
923         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
924                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
925   ""
926   "@dots{}")
927 @end smallexample
929 @noindent
930 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
931 identical.  If we are considering an insn of the form
933 @smallexample
934 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
935   (set (reg:SI 3)
936        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
937   @dots{})
938 @end smallexample
940 @noindent
941 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
942 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
943 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns.''
944 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
945 is something wrong with it.''  It would direct the reload pass of the
946 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
947 results might look like this:
949 @smallexample
950 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
951   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
952   @dots{})
954 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
955   (set (reg:SI 3)
956        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
957   @dots{})
958 @end smallexample
960 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
961 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
962 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
963 for each possible combination of operand expressions, have at least one
964 alternative which can handle that combination of operands.)  The
965 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
966 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
967 reloading any possible operand so that it will fit.
969 @itemize @bullet
970 @item
971 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
972 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
974 For example, an operand whose constraints permit everything except
975 registers is safe provided its predicate rejects registers.
977 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
978 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
979 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
980 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
981 more selective.
983 @item
984 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
985 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
986 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
987 compiler knows how to copy a register into another register of the
988 proper class in order to make an instruction valid.
990 @cindex nonoffsettable memory reference
991 @cindex memory reference, nonoffsettable
992 @item
993 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
994 address into a register.  So if the constraint uses the letter
995 @samp{o}, all memory references are taken care of.
997 @item
998 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
999 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1000 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1001 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1003 @item
1004 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1005 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1006 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1007 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1008 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1009 objects allowed by the constraint.
1010 @end itemize
1012 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1013 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1014 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1015 how to copy a register temporarily into memory.
1017 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1018 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1019 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1020 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1021 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1022 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1023 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1024 @code{sign_extend}.
1025 @end ifset
1027 @node Multi-Alternative
1028 @subsection Multiple Alternative Constraints
1029 @cindex multiple alternative constraints
1031 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1032 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1033 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1034 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1035 another.
1037 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1038 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1039 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1040 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1041 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1042 @ifset INTERNALS
1043 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1045 @smallexample
1046 (define_insn "iorsi3"
1047   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1048         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1049                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1050   @dots{})
1051 @end smallexample
1053 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1054 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1055 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1056 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1057 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1058 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1059 @end ifset
1061 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1062 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1063 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1064 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1065 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1066 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1067 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1069 @table @code
1070 @cindex @samp{?} in constraint
1071 @cindex question mark
1072 @item ?
1073 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1074 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1075 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1076 in it.
1078 @cindex @samp{!} in constraint
1079 @cindex exclamation point
1080 @item !
1081 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1082 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1083 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1084 @end table
1086 @ifset INTERNALS
1087 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1088 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1089 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1090 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1091 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1092 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1093 @end ifset
1095 @ifset INTERNALS
1096 @node Class Preferences
1097 @subsection Register Class Preferences
1098 @cindex class preference constraints
1099 @cindex register class preference constraints
1101 @cindex voting between constraint alternatives
1102 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1103 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1104 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1105 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1106 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1107 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1108 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1109 favor of a general register.  The machine description says which registers
1110 are considered general.
1112 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1113 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1114 @end ifset
1116 @node Modifiers
1117 @subsection Constraint Modifier Characters
1118 @cindex modifiers in constraints
1119 @cindex constraint modifier characters
1121 @c prevent bad page break with this line
1122 Here are constraint modifier characters.
1124 @table @samp
1125 @cindex @samp{=} in constraint
1126 @item =
1127 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1128 value is discarded and replaced by output data.
1130 @cindex @samp{+} in constraint
1131 @item +
1132 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1134 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1135 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1136 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1137 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1138 are assumed to be input only.
1140 @cindex @samp{&} in constraint
1141 @cindex earlyclobber operand
1142 @item &
1143 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1144 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1145 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1146 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1147 address.
1149 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1150 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1151 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1152 @samp{movdf} insn of the 68000.
1154 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only 
1155 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1156 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1157 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber. 
1158 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM.
1160 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1162 @cindex @samp{%} in constraint
1163 @item %
1164 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1165 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1166 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1167 constraints.
1168 @ifset INTERNALS
1169 This is often used in patterns for addition instructions
1170 that really have only two operands: the result must go in one of the
1171 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1172 instruction is defined:
1174 @smallexample
1175 (define_insn "addhi3"
1176   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1177      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1178               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1179   @dots{})
1180 @end smallexample
1181 @end ifset
1183 @cindex @samp{#} in constraint
1184 @item #
1185 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1186 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1187 register preferences.
1189 @ifset INTERNALS
1190 @cindex @samp{*} in constraint
1191 @item *
1192 Says that the following character should be ignored when choosing
1193 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1194 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1196 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1197 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1198 copying it into an address register.  While either kind of register is
1199 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1200 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1201 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1202 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1203 register preferences.
1205 @smallexample
1206 (define_insn "extendhisi2"
1207   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1208         (sign_extend:SI
1209          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1210   @dots{})
1211 @end smallexample
1212 @end ifset
1213 @end table
1215 @node Machine Constraints
1216 @subsection Constraints for Particular Machines
1217 @cindex machine specific constraints
1218 @cindex constraints, machine specific
1220 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1221 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1222 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1223 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1224 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1225 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1226 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1227 immediate-constant format.
1229 For each machine architecture, the @file{config/@var{machine}.h} file
1230 defines additional constraints.  These constraints are used by the
1231 compiler itself for instruction generation, as well as for @code{asm}
1232 statements; therefore, some of the constraints are not particularly
1233 interesting for @code{asm}.  The constraints are defined through these
1234 macros:
1236 @table @code
1237 @item REG_CLASS_FROM_LETTER
1238 Register class constraints (usually lower case).
1240 @item CONST_OK_FOR_LETTER_P
1241 Immediate constant constraints, for non-floating point constants of
1242 word size or smaller precision (usually upper case).
1244 @item CONST_DOUBLE_OK_FOR_LETTER_P
1245 Immediate constant constraints, for all floating point constants and for
1246 constants of greater than word size precision (usually upper case).
1248 @item EXTRA_CONSTRAINT
1249 Special cases of registers or memory.  This macro is not required, and
1250 is only defined for some machines.
1251 @end table
1253 Inspecting these macro definitions in the compiler source for your
1254 machine is the best way to be certain you have the right constraints.
1255 However, here is a summary of the machine-dependent constraints
1256 available on some particular machines.
1258 @table @emph
1259 @item ARM family---@file{arm.h}
1260 @table @code
1261 @item f
1262 Floating-point register
1264 @item F
1265 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1266 or 10.0
1268 @item G
1269 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1270 were negated
1272 @item I
1273 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1274 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1275 multiple of 2
1277 @item J
1278 Integer in the range -4095 to 4095
1280 @item K
1281 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1283 @item L
1284 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1286 @item M
1287 Integer in the range 0 to 32
1289 @item Q
1290 A memory reference where the exact address is in a single register
1291 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1293 @item R
1294 An item in the constant pool
1296 @item S
1297 A symbol in the text segment of the current file
1298 @end table
1300 @item AMD 29000 family---@file{a29k.h}
1301 @table @code
1302 @item l
1303 Local register 0
1305 @item b
1306 Byte Pointer (@samp{BP}) register
1308 @item q
1309 @samp{Q} register
1311 @item h
1312 Special purpose register
1314 @item A
1315 First accumulator register
1317 @item a
1318 Other accumulator register
1320 @item f
1321 Floating point register
1323 @item I
1324 Constant greater than 0, less than 0x100
1326 @item J
1327 Constant greater than 0, less than 0x10000
1329 @item K
1330 Constant whose high 24 bits are on (1)
1332 @item L
1333 16 bit constant whose high 8 bits are on (1)
1335 @item M
1336 32 bit constant whose high 16 bits are on (1)
1338 @item N
1339 32 bit negative constant that fits in 8 bits
1341 @item O
1342 The constant 0x80000000 or, on the 29050, any 32 bit constant
1343 whose low 16 bits are 0.
1345 @item P
1346 16 bit negative constant that fits in 8 bits
1348 @item G
1349 @itemx H
1350 A floating point constant (in @code{asm} statements, use the machine
1351 independent @samp{E} or @samp{F} instead)
1352 @end table
1354 @item IBM RS6000---@file{rs6000.h}
1355 @table @code
1356 @item b
1357 Address base register
1359 @item f
1360 Floating point register
1362 @item h
1363 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1365 @item q
1366 @samp{MQ} register
1368 @item c
1369 @samp{CTR} register
1371 @item l
1372 @samp{LINK} register
1374 @item x
1375 @samp{CR} register (condition register) number 0
1377 @item y
1378 @samp{CR} register (condition register)
1380 @item z
1381 @samp{FPMEM} stack memory for FPR-GPR transfers
1383 @item I
1384 Signed 16 bit constant
1386 @item J
1387 Constant whose low 16 bits are 0
1389 @item K
1390 Constant whose high 16 bits are 0
1392 @item L
1393 Constant suitable as a mask operand
1395 @item M
1396 Constant larger than 31
1398 @item N
1399 Exact power of 2
1401 @item O
1402 Zero
1404 @item P
1405 Constant whose negation is a signed 16 bit constant
1407 @item G
1408 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1409 instruction per word
1411 @item Q
1412 Memory operand that is an offset from a register (@samp{m} is preferable
1413 for @code{asm} statements)
1415 @item R
1416 AIX TOC entry
1418 @item S
1419 Constant suitable as a 64-bit mask operand
1421 @item U
1422 System V Release 4 small data area reference
1423 @end table
1425 @item Intel 386---@file{i386.h}
1426 @table @code
1427 @item q
1428 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register
1430 @item A
1431 @samp{a}, or @code{d} register (for 64-bit ints)
1433 @item f
1434 Floating point register
1436 @item t
1437 First (top of stack) floating point register
1439 @item u
1440 Second floating point register
1442 @item a
1443 @samp{a} register
1445 @item b
1446 @samp{b} register
1448 @item c
1449 @samp{c} register
1451 @item d
1452 @samp{d} register
1454 @item D
1455 @samp{di} register
1457 @item S
1458 @samp{si} register
1460 @item I
1461 Constant in range 0 to 31 (for 32 bit shifts)
1463 @item J
1464 Constant in range 0 to 63 (for 64 bit shifts)
1466 @item K
1467 @samp{0xff}
1469 @item L
1470 @samp{0xffff}
1472 @item M
1473 0, 1, 2, or 3 (shifts for @code{lea} instruction)
1475 @item N
1476 Constant in range 0 to 255 (for @code{out} instruction)
1478 @item G
1479 Standard 80387 floating point constant
1480 @end table
1482 @item Intel 960---@file{i960.h}
1483 @table @code
1484 @item f
1485 Floating point register (@code{fp0} to @code{fp3})
1487 @item l
1488 Local register (@code{r0} to @code{r15})
1490 @item b
1491 Global register (@code{g0} to @code{g15})
1493 @item d
1494 Any local or global register
1496 @item I
1497 Integers from 0 to 31
1499 @item J
1502 @item K
1503 Integers from -31 to 0
1505 @item G
1506 Floating point 0
1508 @item H
1509 Floating point 1
1510 @end table
1512 @item MIPS---@file{mips.h}
1513 @table @code
1514 @item d
1515 General-purpose integer register
1517 @item f
1518 Floating-point register (if available)
1520 @item h
1521 @samp{Hi} register
1523 @item l
1524 @samp{Lo} register
1526 @item x
1527 @samp{Hi} or @samp{Lo} register
1529 @item y
1530 General-purpose integer register
1532 @item z
1533 Floating-point status register
1535 @item I
1536 Signed 16 bit constant (for arithmetic instructions)
1538 @item J
1539 Zero
1541 @item K
1542 Zero-extended 16-bit constant (for logic instructions)
1544 @item L
1545 Constant with low 16 bits zero (can be loaded with @code{lui})
1547 @item M
1548 32 bit constant which requires two instructions to load (a constant
1549 which is not @samp{I}, @samp{K}, or @samp{L})
1551 @item N
1552 Negative 16 bit constant
1554 @item O
1555 Exact power of two
1557 @item P
1558 Positive 16 bit constant
1560 @item G
1561 Floating point zero
1563 @item Q
1564 Memory reference that can be loaded with more than one instruction
1565 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1567 @item R
1568 Memory reference that can be loaded with one instruction
1569 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1571 @item S
1572 Memory reference in external OSF/rose PIC format
1573 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1574 @end table
1576 @item Motorola 680x0---@file{m68k.h}
1577 @table @code
1578 @item a
1579 Address register
1581 @item d
1582 Data register
1584 @item f
1585 68881 floating-point register, if available
1587 @item x
1588 Sun FPA (floating-point) register, if available
1590 @item y
1591 First 16 Sun FPA registers, if available
1593 @item I
1594 Integer in the range 1 to 8
1596 @item J
1597 16 bit signed number
1599 @item K
1600 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
1602 @item L
1603 Integer in the range -8 to -1
1605 @item M
1606 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
1608 @item G
1609 Floating point constant that is not a 68881 constant
1611 @item H
1612 Floating point constant that can be used by Sun FPA
1613 @end table
1615 @need 1000
1616 @item SPARC---@file{sparc.h}
1617 @table @code
1618 @item f
1619 Floating-point register that can hold 32 or 64 bit values.
1621 @item e
1622 Floating-point register that can hold 64 or 128 bit values.
1624 @item I
1625 Signed 13 bit constant
1627 @item J
1628 Zero
1630 @item K
1631 32 bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
1632 loaded with the @code{sethi} instruction)
1634 @item G
1635 Floating-point zero
1637 @item H
1638 Signed 13 bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
1640 @item Q
1641 Memory reference that can be loaded with one instruction  (@samp{m} is
1642 more appropriate for @code{asm} statements)
1644 @item S
1645 Constant, or memory address
1647 @item T
1648 Memory address aligned to an 8-byte boundary
1650 @item U
1651 Even register
1652 @end table
1653 @end table
1655 @ifset INTERNALS
1656 @node No Constraints
1657 @subsection Not Using Constraints
1658 @cindex no constraints
1659 @cindex not using constraints
1661 Some machines are so clean that operand constraints are not required.  For
1662 example, on the Vax, an operand valid in one context is valid in any other
1663 context.  On such a machine, every operand constraint would be @samp{g},
1664 excepting only operands of ``load address'' instructions which are
1665 written as if they referred to a memory location's contents but actual
1666 refer to its address.  They would have constraint @samp{p}.
1668 @cindex empty constraints
1669 For such machines, instead of writing @samp{g} and @samp{p} for all
1670 the constraints, you can choose to write a description with empty constraints.
1671 Then you write @samp{""} for the constraint in every @code{match_operand}.
1672 Address operands are identified by writing an @code{address} expression
1673 around the @code{match_operand}, not by their constraints.
1675 When the machine description has just empty constraints, certain parts
1676 of compilation are skipped, making the compiler faster.  However,
1677 few machines actually do not need constraints; all machine descriptions
1678 now in existence use constraints.
1679 @end ifset
1681 @ifset INTERNALS
1682 @node Standard Names
1683 @section Standard Pattern Names For Generation
1684 @cindex standard pattern names
1685 @cindex pattern names
1686 @cindex names, pattern
1688 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
1689 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
1690 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
1691 pattern to accomplish a certain task.
1693 @table @asis
1694 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
1695 @item @samp{mov@var{m}}
1696 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lower case.
1697 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
1698 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
1700 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
1701 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
1702 to store the specified value in the part of the register that corresponds
1703 to mode @var{m}.  The effect on the rest of the register is undefined.
1705 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
1706 of these names @emph{must} be defined, because there is no other way
1707 to copy a datum from one place to another.
1709 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
1710 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
1711 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
1712 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
1713 into a register.
1715 @findex force_reg
1716 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
1717 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
1718 registers other than the operands.  For example, if you support the
1719 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
1720 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
1721 function which might generate new pseudo registers.
1723 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
1724 fetching those modes from memory normally requires several insns and
1725 some temporary registers.  Look in @file{spur.md} to see how the
1726 requirement can be satisfied.
1728 @findex change_address
1729 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
1730 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
1731 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
1732 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
1733 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
1734 an address into a valid address and no routine (such as
1735 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
1736 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
1738 @findex reload_in_progress
1739 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
1740 declared if required) can be used to determine whether such special
1741 handling is required.
1743 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
1744 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
1745 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
1746 machines explicit memory references will get optional reloads.
1748 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
1749 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
1751 If there are cases needing
1752 scratch registers after reload, you must define
1753 @code{SECONDARY_INPUT_RELOAD_CLASS} and perhaps also
1754 @code{SECONDARY_OUTPUT_RELOAD_CLASS} to detect them, and provide
1755 patterns @samp{reload_in@var{m}} or @samp{reload_out@var{m}} to handle
1756 them.  @xref{Register Classes}.
1758 @findex no_new_pseudos
1759 The global variable @code{no_new_pseudos} can be used to determine if it
1760 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
1761 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
1763 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
1764 register to any other hard register provided that
1765 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
1766 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
1768 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
1769 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
1770 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
1771 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
1772 point members.
1774 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
1775 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
1776 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
1777 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
1778 floating point registers, then the constraints of the fixed point
1779 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
1780 reload into a floating point register.
1782 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
1783 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
1784 @item @samp{reload_in@var{m}}
1785 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
1786 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
1787 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
1788 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
1789 macro in @pxref{Register Classes}.
1791 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
1792 @item @samp{movstrict@var{m}}
1793 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
1794 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
1795 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
1796 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
1798 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
1799 @item @samp{load_multiple}
1800 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
1801 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
1802 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
1803 number of consecutive registers.
1805 Define this only if the target machine really has such an instruction;
1806 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
1807 registers from memory is to do them one at a time.
1809 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
1810 registers can be stored into memory, such as particular starting or
1811 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
1812 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
1813 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
1815 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
1816 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
1817 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
1818 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
1819 @file{a29k.md} and @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn
1820 pattern.
1822 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
1823 @item @samp{store_multiple}
1824 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
1825 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
1826 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
1827 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
1829 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
1830 @item @samp{add@var{m}3}
1831 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
1832 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
1833 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
1835 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
1836 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
1837 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
1838 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
1839 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
1840 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
1841 @cindex @code{smin@var{m}3} instruction pattern
1842 @cindex @code{smax@var{m}3} instruction pattern
1843 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
1844 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
1845 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
1846 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
1847 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
1848 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{mul@var{m}3}
1849 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{udiv@var{m}3}, @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
1850 @itemx @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}, @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
1851 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
1852 Similar, for other arithmetic operations.
1854 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
1855 @item @samp{mulhisi3}
1856 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
1857 a @code{SImode} product in operand 0.
1859 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
1860 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
1861 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
1862 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
1864 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
1865 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
1866 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
1867 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
1868 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
1869 multiplication.
1871 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
1872 @item @samp{mul@var{m}3_highpart}
1873 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
1874 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
1875 The least significant half of the product is discarded.
1877 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
1878 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
1879 Similar, but the multiplication is unsigned.
1881 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
1882 @item @samp{divmod@var{m}4}
1883 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
1884 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
1885 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
1887 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
1888 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
1889 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
1890 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
1891 and remainder are computed.
1893 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
1894 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
1895 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
1896 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
1897 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
1899 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
1900 @item @samp{udivmod@var{m}4}
1901 Similar, but does unsigned division.
1903 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
1904 @item @samp{ashl@var{m}3}
1905 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
1906 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
1907 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
1908 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
1909 mode before generating the instruction.
1911 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
1912 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
1913 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
1914 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
1915 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
1916 Other shift and rotate instructions, analogous to the
1917 @code{ashl@var{m}3} instructions.
1919 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
1920 @item @samp{neg@var{m}2}
1921 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
1923 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
1924 @item @samp{abs@var{m}2}
1925 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
1927 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
1928 @item @samp{sqrt@var{m}2}
1929 Store the square root of operand 1 into operand 0.
1931 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
1932 corresponds to the C data type @code{double}.
1934 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
1935 @item @samp{ffs@var{m}2}
1936 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
1937 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
1938 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
1939 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
1940 generating the instruction.
1942 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
1943 corresponds to the C data type @code{int}.
1945 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
1946 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
1947 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
1949 @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
1950 @item @samp{cmp@var{m}}
1951 Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
1952 The RTL pattern should look like this:
1954 @smallexample
1955 (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
1956                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
1957 @end smallexample
1959 @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
1960 @item @samp{tst@var{m}}
1961 Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
1962 The RTL pattern should look like this:
1964 @smallexample
1965 (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
1966 @end smallexample
1968 @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
1969 not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
1970 would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
1971 The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
1973 @cindex @code{movstr@var{m}} instruction pattern
1974 @item @samp{movstr@var{m}}
1975 Block move instruction.  The addresses of the destination and source
1976 strings are the first two operands, and both are in mode @code{Pmode}.
1978 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
1979 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
1980 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
1981 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
1982 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
1983 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
1984 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
1986 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
1987 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
1988 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
1989 it may provide the value 4 for this operand.
1991 Descriptions of multiple @code{movstr@var{m}} patterns can only be
1992 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
1993 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
1994 in @code{movstr@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
1995 individually moved data units in the block.
1997 These patterns need not give special consideration to the possibility
1998 that the source and destination strings might overlap.
2000 @cindex @code{clrstr@var{m}} instruction pattern
2001 @item @samp{clrstr@var{m}}
2002 Block clear instruction.  The addresses of the destination string is the
2003 first operand, in mode @code{Pmode}.  The number of bytes to clear is
2004 the second operand, in mode @var{m}.  See @samp{movstr@var{m}} for
2005 a discussion of the choice of mode.
2007 The third operand is the known alignment of the destination, in the form
2008 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
2009 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
2010 operand.
2012 The use for multiple @code{clrstr@var{m}} is as for @code{movstr@var{m}}.
2014 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
2015 @item @samp{cmpstr@var{m}}
2016 Block compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
2017 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
2018 of @samp{movstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
2019 byte by byte in lexicographic order.  The effect of the instruction is
2020 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
2021 comparison.
2023 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
2024 @item @samp{strlen@var{m}}
2025 Compute the length of a string, with three operands.
2026 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
2027 a @code{mem} referring to the first character of the string,
2028 operand 2 is the character to search for (normally zero),
2029 and operand 3 is a constant describing the known alignment
2030 of the beginning of the string.
2032 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
2033 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
2034 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
2035 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2036 @var{n}).
2038 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
2039 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
2040 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
2041 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2042 @var{n}).
2044 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
2045 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
2046 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2047 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
2048 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
2049 the value of operand 1 is an integer.
2051 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
2052 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
2053 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2054 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
2055 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
2056 value of operand 1 is an integer.
2058 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
2059 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
2060 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
2061 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
2062 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
2064 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2065 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
2066 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
2067 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2069 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2070 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
2071 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
2072 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2074 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
2075 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
2076 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2077 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2078 point or both floating point.
2080 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
2081 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
2082 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2083 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2084 point or both floating point.
2086 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
2087 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
2088 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2089 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2090 point.
2092 @cindex @code{extv} instruction pattern
2093 @item @samp{extv}
2094 Extract a bit field from operand 1 (a register or memory operand), where
2095 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
2096 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
2097 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
2098 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
2099 be valid for @code{word_mode}.
2101 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2102 for operands 2 and 3.
2104 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
2105 before it is stored in operand 0.
2107 @cindex @code{extzv} instruction pattern
2108 @item @samp{extzv}
2109 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
2111 @cindex @code{insv} instruction pattern
2112 @item @samp{insv}
2113 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a bit
2114 field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
2115 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
2116 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
2117 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
2119 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2120 for operands 1 and 2.
2122 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
2123 @item @samp{mov@var{mode}cc}
2124 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
2125 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
2126 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
2128 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
2129 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
2130 conditionally move an integer value based on the floating point condition
2131 codes and vice versa.
2133 If the machine does not have conditional move instructions, do not
2134 define these patterns.
2136 @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
2137 @item @samp{s@var{cond}}
2138 Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
2139 Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
2140 @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
2141 as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
2143 You specify the mode that the operand must have when you write the
2144 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
2145 which mode you have used and supplies an operand of that mode.
2147 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
2148 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
2149 you should omit it from the machine description.  You describe to the
2150 compiler exactly which value is stored by defining the macro
2151 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
2152 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
2153 should omit those operations from the machine description.
2155 These operations may fail, but should do so only in relatively
2156 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
2157 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
2159 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
2160 that copies the constant one to the target and branches around an
2161 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
2162 the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
2163 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
2164 @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
2165 the machine description.
2167 @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
2168 @item @samp{b@var{cond}}
2169 Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
2170 refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
2171 condition @var{cond}.
2173 Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
2174 instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
2175 case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
2176 simply store the operands away and generate all the required insns in a
2177 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
2178 branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
2179 immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
2180 pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
2182 Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
2183 where the mode used for the comparison depends on the condition being
2184 tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}
2186 The above discussion also applies to the @samp{mov@var{mode}cc} and
2187 @samp{s@var{cond}} patterns.
2189 @cindex @code{call} instruction pattern
2190 @item @samp{call}
2191 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
2192 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
2193 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
2194 operands.
2196 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
2197 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
2198 to put this information into the assembler code; they can put it in
2199 the RTL instead of operand 1.
2201 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
2202 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
2203 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
2204 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
2205 instruction, the pattern for this operation should be a
2206 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
2207 address into a register and uses that register in the call instruction.
2209 @cindex @code{call_value} instruction pattern
2210 @item @samp{call_value}
2211 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
2212 register in which the value is returned.  There are three more
2213 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
2214 instruction (but with numbers increased by one).
2216 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
2217 insn.
2219 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
2220 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
2221 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
2222 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
2223 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is non-zero.  They should emit a @code{parallel}
2224 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
2225 adjustment made to the frame pointer.
2227 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be non-zero, the use of these
2228 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
2229 can be eliminated, if desired.
2231 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
2232 @item @samp{untyped_call}
2233 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
2234 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
2235 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
2236 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
2237 the saving of a function return value into the result block.
2239 This instruction pattern should be defined to support
2240 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
2241 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
2242 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
2243 multiple registers that can hold a return value (i.e.
2244 @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
2246 @cindex @code{return} instruction pattern
2247 @item @samp{return}
2248 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
2249 defined only if a single instruction can do all the work of returning
2250 from a function.
2252 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
2253 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
2254 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
2255 some class of functions only requires one instruction to implement a
2256 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
2257 to save any registers or allocate stack space.
2259 @findex reload_completed
2260 @findex leaf_function_p
2261 For such machines, the condition specified in this pattern should only
2262 be true when @code{reload_completed} is non-zero and the function's
2263 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
2264 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
2265 a register window push is required.
2267 Machines that have conditional return instructions should define patterns
2268 such as
2270 @smallexample
2271 (define_insn ""
2272   [(set (pc)
2273         (if_then_else (match_operator
2274                          0 "comparison_operator"
2275                          [(cc0) (const_int 0)])
2276                       (return)
2277                       (pc)))]
2278   "@var{condition}"
2279   "@dots{}")
2280 @end smallexample
2282 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
2283 named @samp{return} pattern.
2285 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
2286 @item @samp{untyped_return}
2287 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
2288 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
2289 instructions are needed to return a value of any type.
2291 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
2292 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
2293 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
2294 the restoring of a function return value from the result block.
2296 @cindex @code{nop} instruction pattern
2297 @item @samp{nop}
2298 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
2299 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
2300 RTL pattern.
2302 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
2303 @item @samp{indirect_jump}
2304 An instruction to jump to an address which is operand zero.
2305 This pattern name is mandatory on all machines.
2307 @cindex @code{casesi} instruction pattern
2308 @item @samp{casesi}
2309 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
2310 This instruction takes five operands:
2312 @enumerate
2313 @item
2314 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
2316 @item
2317 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
2319 @item
2320 The total range of indices in the table---the largest index
2321 minus the smallest one (both inclusive).
2323 @item
2324 A label that precedes the table itself.
2326 @item
2327 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
2328 (If the machine-description macro @code{CASE_DROPS_THROUGH} is defined,
2329 then an out-of-bounds index drops through to the code following
2330 the jump table instead of jumping to this label.  In that case,
2331 this label is not actually used by the @samp{casesi} instruction,
2332 but it is always provided as an operand.)
2333 @end enumerate
2335 The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
2336 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
2337 difference between the upper bound and the lower bound.
2339 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
2340 @item @samp{tablejump}
2341 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
2342 capability which can be used to implement a dispatch table when there
2343 is no @samp{casesi} pattern.
2345 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
2346 which should immediately precede the jump table.  If the macro
2347 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
2348 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
2349 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
2350 mode @code{Pmode}.
2352 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
2353 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
2354 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
2355 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
2357 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
2358 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
2359 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
2360 into operand 0.
2362 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
2363 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
2364 and also has mode @code{Pmode}.
2366 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
2367 the address of the function which would be called if the function
2368 pointer were used in an indirect call.
2370 Only define this pattern if function pointers on the target machine
2371 can have different values but still call the same function when
2372 used in an indirect call.
2374 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
2375 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
2376 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
2377 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
2378 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
2379 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
2380 @item @samp{save_stack_block}
2381 @itemx @samp{save_stack_function}
2382 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
2383 @itemx @samp{restore_stack_block}
2384 @itemx @samp{restore_stack_function}
2385 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
2386 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
2387 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
2388 such machines.
2390 Some machines require special handling for stack pointer saves and
2391 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
2392 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
2393 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
2394 saves and restores are:
2396 @enumerate
2397 @item
2398 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
2399 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
2400 restores the stack pointer when the block is exited.
2402 @item
2403 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
2404 similar job for the outermost block of a function and are used when the
2405 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
2406 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
2407 restore sequence on some machines.
2409 @item
2410 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
2411 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
2412 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
2413 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
2414 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
2415 and restoring additional data such as register window information or
2416 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
2417 such required data.
2418 @end enumerate
2420 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
2421 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
2422 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
2423 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
2424 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
2425 for a particular type of save (either because no save is needed or
2426 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
2427 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
2428 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
2429 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
2431 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
2432 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
2433 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
2435 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
2436 @item @samp{allocate_stack}
2437 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
2438 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
2440 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
2441 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
2442 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
2443 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
2444 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
2445 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
2446 stack is free.
2448 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
2449 Some machines require other operations such as stack probes or
2450 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
2451 operations in addition to updating the stack pointer.
2453 @cindex @code{probe} instruction pattern
2454 @item @samp{probe}
2455 Some machines require instructions to be executed after space is
2456 allocated from the stack, for example to generate a reference at
2457 the bottom of the stack.
2459 If you need to emit instructions before the stack has been adjusted,
2460 put them into the @samp{allocate_stack} pattern.  Otherwise, define
2461 this pattern to emit the required instructions.
2463 No operands are provided.
2465 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
2466 @item @samp{check_stack}
2467 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
2468 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
2469 to perform the needed check and signaling an error if the stack
2470 has overflowed.  The single operand is the location in the stack furthest
2471 from the current stack pointer that you need to validate.  Normally,
2472 on machines where this pattern is needed, you would obtain the stack
2473 limit from a global or thread-specific variable or register.
2475 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
2476 @item @samp{nonlocal_goto}
2477 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
2478 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
2479 each representing a value to be used in the jump.  The first
2480 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
2481 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
2482 the third is the address of a location where the stack is saved,
2483 and the last is the address of the label, to be placed in the
2484 location for the incoming static chain.
2486 On most machines you need not define this pattern, since GNU CC will
2487 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
2488 and static chain, restore the stack (using the
2489 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
2490 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
2491 not work on your machine.
2493 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
2494 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
2495 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
2496 nonlocal goto after the code already generated by GNU CC.  You will not
2497 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
2498 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
2499 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
2500 goto only ocurrs within a unit-of-translation, so a global table pointer
2501 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
2502 There are no arguments.
2504 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
2505 @item @samp{exception_receiver}
2506 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
2507 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
2508 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
2509 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
2510 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
2511 an exception.  There are no arguments.
2513 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
2514 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
2515 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
2516 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
2517 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
2518 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
2519 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
2520 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
2521 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
2522 the first three are normally used by the generic mechanism.
2524 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
2525 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
2526 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
2527 builtin setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
2528 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
2529 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
2530 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
2531 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
2532 at a small offset from that label.
2534 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
2535 @item @samp{builtin_longjmp}
2536 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
2537 You will not normally need to define this pattern unless you also define
2538 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
2539 @code{jmp_buf}.
2541 @cindex @code{eh_epilogue} instruction pattern
2542 @item @samp{eh_epilogue}
2543 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
2544 and thence @code{__throw} are built.  It is intended to allow communication
2545 between the exception handling machinery and the normal epilogue code
2546 for the target.
2548 The pattern takes three arguments.  The first is the exception context
2549 pointer.  This will have already been copied to the function return
2550 register appropriate for a pointer; normally this can be ignored.  The
2551 second argument is an offset to be added to the stack pointer.  It will 
2552 have been copied to some arbitrary call-clobbered hard reg so that it
2553 will survive until after reload to when the normal epilogue is generated. 
2554 The final argument is the address of the exception handler to which
2555 the function should return.  This will normally need to copied by the
2556 pattern to some special register.
2558 This pattern must be defined if @code{RETURN_ADDR_RTX} does not yield
2559 something that can be reliably and permanently modified, i.e. a fixed
2560 hard register or a stack memory reference.
2561 @end table
2563 @node Pattern Ordering
2564 @section When the Order of Patterns Matters
2565 @cindex Pattern Ordering
2566 @cindex Ordering of Patterns
2568 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
2569 pattern that appears first in the machine description is the one used.
2570 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
2571 and faster instructions (those that will produce better code when they
2572 do match) should usually go first in the description.
2574 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
2575 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
2576 instruction for converting a fullword to floating point and another
2577 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
2578 an integer to floating point could match either one.  We put the
2579 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
2580 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
2581 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
2582 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
2583 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
2584 constant value.
2586 @node Dependent Patterns
2587 @section Interdependence of Patterns
2588 @cindex Dependent Patterns
2589 @cindex Interdependence of Patterns
2591 Every machine description must have a named pattern for each of the
2592 conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
2593 must always have the form
2595 @example
2596 (set (pc)
2597      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
2598                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
2599                    (pc)))
2600 @end example
2602 @noindent
2603 In addition, every machine description must have an anonymous pattern
2604 for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
2605 look like
2607 @example
2608 (set (pc)
2609      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
2610                    (pc)
2611                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
2612 @end example
2614 @noindent
2615 They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
2616 branches into reverse-conditional branches.
2618 It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
2619 reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
2620 example,
2622 @example
2623 (define_insn ""
2624   [(set (pc)
2625         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
2626                                       [(cc0) (const_int 0)])
2627                       (pc)
2628                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
2629   "@var{condition}"
2630   "@dots{}")
2631 @end example
2633 In some cases machines support instructions identical except for the
2634 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
2635 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
2636 patterns are
2638 @example
2639 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
2640      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
2642 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
2643      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
2644 @end example
2646 @noindent
2647 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
2648 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
2649 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
2650 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
2651 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
2652 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
2654 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
2655 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
2656 compilations.
2658 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
2659 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
2660 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
2661 you should not provide separate patterns for increment and decrement
2662 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
2663 that supports register-register add insns by examining the operands and
2664 generating the appropriate machine instruction.
2666 @node Jump Patterns
2667 @section Defining Jump Instruction Patterns
2668 @cindex jump instruction patterns
2669 @cindex defining jump instruction patterns
2671 For most machines, GNU CC assumes that the machine has a condition code.
2672 A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
2673 signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
2674 insn tests the condition code and branches or not according its value.
2675 The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
2676 common machines, such as the Vax, the 68000 and the 32000, work this
2677 way.
2679 Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
2680 only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
2681 these machines is to treat them just like the others until the final stage
2682 where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
2683 compare instruction, peek ahead at the following branch using
2684 @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
2685 being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
2686 the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
2687 otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
2688 can treat signed and unsigned branches identically.
2690 The reason you can do this is that GNU CC always generates a pair of
2691 consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
2692 set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
2693 until the end.
2695 To go with this technique, you must define the machine-description macro
2696 @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
2697 compare instruction is superfluous.
2699 Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
2700 A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
2701 compare instruction, record its operands in two static variables.  When
2702 outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
2703 output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
2705 It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
2706 In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
2707 will be combined according to these patterns.  But this does not happen
2708 if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
2709 above in addition to any special patterns you define.
2711 In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
2712 code and there may not even be a separate condition code register.  On
2713 these machines, the restriction that the definition and use of the
2714 condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
2715 important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
2716 delay for taken branches unless the condition code register is set three
2717 instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
2718 scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
2719 separate the definition and use of the condition code register.
2721 On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
2722 to represent the condition code.  If there is a specific condition code
2723 register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
2724 comparison result can be placed in any general register, or if there are
2725 multiple condition registers, use a pseudo register.
2727 @findex prev_cc0_setter
2728 @findex next_cc0_user
2729 On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
2730 the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
2731 Sparc, setting the condition code directly from an add or subtract
2732 instruction does not clear the overflow bit the way that a test
2733 instruction does, so a different branch instruction must be used for
2734 some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
2735 and use of the condition code must be adjacent (separated only by
2736 @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
2737 (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
2738 located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
2739 and @code{next_cc0_user}.
2741 However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
2742 those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
2743 compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
2744 we use the machine mode of the condition code register to record
2745 different formats of the condition code register.
2747 Registers used to store the condition code value should have a mode that
2748 is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
2749 additional modes are required (as for the add example mentioned above in
2750 the Sparc), define the macro @code{EXTRA_CC_MODES} to list the
2751 additional modes required (@pxref{Condition Code}).  Also define
2752 @code{EXTRA_CC_NAMES} to list the names of those modes and
2753 @code{SELECT_CC_MODE} to choose a mode given an operand of a compare.
2755 If it is known during RTL generation that a different mode will be
2756 required (for example, if the machine has separate compare instructions
2757 for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
2758 be specified at that time.
2760 If the cases that require different modes would be made by instruction
2761 combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
2762 mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
2763 written using that mode.  To support the case of the add on the Sparc
2764 discussed above, we have the pattern
2766 @smallexample
2767 (define_insn ""
2768   [(set (reg:CC_NOOV 0)
2769         (compare:CC_NOOV
2770           (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
2771                    (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
2772           (const_int 0)))]
2773   ""
2774   "@dots{}")
2775 @end smallexample
2777 The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the Sparc returns @code{CC_NOOVmode}
2778 for comparisons whose argument is a @code{plus}.
2780 @node Insn Canonicalizations
2781 @section Canonicalization of Instructions
2782 @cindex canonicalization of instructions
2783 @cindex insn canonicalization
2785 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
2786 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
2787 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
2788 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
2789 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
2790 number of insn patterns required.
2792 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
2793 are performed:
2795 @itemize @bullet
2796 @item
2797 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
2798 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
2799 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
2800 be supplied.
2802 @cindex @code{neg}, canonicalization of
2803 @cindex @code{not}, canonicalization of
2804 @cindex @code{mult}, canonicalization of
2805 @cindex @code{plus}, canonicalization of
2806 @cindex @code{minus}, canonicalization of
2807 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
2808 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
2809 first operand.
2811 @cindex @code{compare}, canonicalization of
2812 @item
2813 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
2814 on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
2815 machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
2816 a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
2817 cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
2818 matching a constant as the first operand unless the machine actually has
2819 such an instruction.
2821 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
2822 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
2823 above.
2825 @item
2826 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
2827 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
2829 @item
2830 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
2831 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
2833 @cindex @code{ior}, canonicalization of
2834 @cindex @code{and}, canonicalization of
2835 @cindex De Morgan's law
2836 @item
2837 De`Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
2838 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
2839 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
2841 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
2842 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
2843 for that instruction as
2845 @example
2846 (define_insn ""
2847   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
2848         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
2849                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
2850   "@dots{}"
2851   "@dots{}")
2852 @end example
2854 @noindent
2855 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
2857 @example
2858 (define_insn ""
2859   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
2860         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
2861                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
2862   "@dots{}"
2863   "@dots{}")
2864 @end example
2866 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
2867 logically equivalent RTL expressions.
2869 @cindex @code{xor}, canonicalization of
2870 @item
2871 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
2872 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
2873 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.@refill
2875 @item
2876 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
2877 the form
2879 @example
2880 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
2881 @end example
2883 @item
2884 On machines that do not use @code{cc0},
2885 @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
2886 @var{x}.@refill
2888 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
2889 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
2890 @item
2891 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
2892 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
2893 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
2895 @end itemize
2897 @node Peephole Definitions
2898 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
2899 @cindex peephole optimizer definitions
2900 @cindex defining peephole optimizers
2902 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
2903 definitions of machine-specific peephole optimizations.
2905 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
2906 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
2907 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
2908 though the second one does not appear to use a register computed in the
2909 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
2910 opportunities.
2912 @need 1000
2913 A definition looks like this:
2915 @smallexample
2916 (define_peephole
2917   [@var{insn-pattern-1}
2918    @var{insn-pattern-2}
2919    @dots{}]
2920   "@var{condition}"
2921   "@var{template}"
2922   "@var{optional insn-attributes}")
2923 @end smallexample
2925 @noindent
2926 The last string operand may be omitted if you are not using any
2927 machine-specific information in this machine description.  If present,
2928 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
2930 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
2931 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
2932 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
2933 the next, and so on.@refill
2935 Each of the insns matched by a peephole must also match a
2936 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
2937 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
2938 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
2939 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
2940 stages.
2942 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
2943 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
2944 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
2945 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
2946 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
2947 other.
2949 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
2950 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
2951 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
2952 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
2953 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
2955 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
2956 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
2957 previously tested.
2959 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
2960 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
2961 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
2962 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
2963 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
2964 patterns.
2966 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
2967 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
2968 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
2969 the operands.
2971 @findex prev_active_insn
2972 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
2973 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
2974 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
2975 to refer to the last of the insns being matched; use
2976 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
2978 @findex dead_or_set_p
2979 When optimizing computations with intermediate results, you can use
2980 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
2981 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
2982 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
2983 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
2984 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
2985 value (from @code{operands[@var{i}]}).@refill
2987 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
2988 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
2989 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
2990 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
2991 used in matching the original sequence of insns.
2993 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
2994 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
2995 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
2996 as the insn pattern to control how the insn is output.
2998 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
2999 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
3001 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
3003 @smallexample
3004 (define_peephole
3005   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
3006    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
3007         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
3008   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
3009   "*
3011   rtx xoperands[2];
3012   xoperands[1] = gen_rtx (REG, SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
3013 #ifdef MOTOROLA
3014   output_asm_insn (\"move.l %1,(sp)\", xoperands);
3015   output_asm_insn (\"move.l %1,-(sp)\", operands);
3016   return \"fmove.d (sp)+,%0\";
3017 #else
3018   output_asm_insn (\"movel %1,sp@@\", xoperands);
3019   output_asm_insn (\"movel %1,sp@@-\", operands);
3020   return \"fmoved sp@@+,%0\";
3021 #endif
3024 @end smallexample
3026 @need 1000
3027 The effect of this optimization is to change
3029 @smallexample
3030 @group
3031 jbsr _foobar
3032 addql #4,sp
3033 movel d1,sp@@-
3034 movel d0,sp@@-
3035 fmoved sp@@+,fp0
3036 @end group
3037 @end smallexample
3039 @noindent
3040 into
3042 @smallexample
3043 @group
3044 jbsr _foobar
3045 movel d1,sp@@
3046 movel d0,sp@@-
3047 fmoved sp@@+,fp0
3048 @end group
3049 @end smallexample
3051 @ignore
3052 @findex CC_REVERSED
3053 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
3054 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
3055 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
3056 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
3057 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
3058 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
3059 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
3060 and in this C code check the condition code status flags and change the
3061 assembler code as appropriate.
3062 @end ignore
3064 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
3065 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
3066 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
3067 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
3068 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
3069 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
3070 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
3071 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
3072 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
3074 @smallexample
3075 (define_insn "divmodsi4"
3076   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
3077         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
3078                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
3079    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
3080         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
3081   "TARGET_68020"
3082   "divsl%.l %2,%3:%0")
3083 @end smallexample
3085 @noindent
3086 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
3088 @smallexample
3089 (define_peephole
3090   [@dots{}
3091    (parallel
3092     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
3093           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
3094                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
3095      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
3096           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
3097    @dots{}]
3098   @dots{})
3099 @end smallexample
3101 @node Expander Definitions
3102 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
3103 @cindex expander definitions
3104 @cindex code generation RTL sequences
3105 @cindex defining RTL sequences for code generation
3107 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
3108 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
3109 represent them.  For these target machines, you can write a
3110 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL.
3112 @findex define_expand
3113 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
3114 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
3115 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
3117 A @code{define_expand} RTX has four operands:
3119 @itemize @bullet
3120 @item
3121 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
3122 use for it is to refer to it by name.
3124 @findex define_peephole
3125 @item
3126 The RTL template.  This is just like the RTL template for a
3127 @code{define_peephole} in that it is a vector of RTL expressions
3128 each being one insn.
3130 @item
3131 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
3132 used to express how the availability of this pattern depends on
3133 subclasses of target machine, selected by command-line options when GNU
3134 CC is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
3135 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
3136 depend on the data in the insn being matched, but only the
3137 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
3138 during initialization in order to learn exactly which named instructions
3139 are available in a particular run.
3141 @item
3142 The preparation statements, a string containing zero or more C
3143 statements which are to be executed before RTL code is generated from
3144 the RTL template.
3146 Usually these statements prepare temporary registers for use as
3147 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
3148 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
3149 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
3150 @end itemize
3152 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
3153 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
3154 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
3157 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
3158 also describes the operands that need to be specified when this pattern
3159 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
3161 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
3162 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
3163 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
3164 predicate into the tables that record such things.  GNU CC uses the
3165 information to preload the operand into a register if that is required for
3166 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
3167 references should use @code{match_dup}.
3169 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
3170 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
3171 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
3172 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
3173 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
3174 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
3175 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
3176 compute the values and store them into the appropriate elements of
3177 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
3179 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
3180 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
3181 as a statement.
3183 @table @code
3185 @findex DONE
3186 @item DONE
3187 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
3188 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
3189 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
3190 preparation statements; the RTL template will not be generated.
3192 @findex FAIL
3193 @item FAIL
3194 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
3195 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
3196 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
3198 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
3199 shifting, etc.) and bitfield (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
3200 operations.
3201 @end table
3203 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
3205 @smallexample
3206 @group
3207 (define_expand "ashlsi3"
3208   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3209         (ashift:SI
3210 @end group
3211 @group
3212           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
3213           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
3214   ""
3215   "
3216 @end group
3217 @end smallexample
3219 @smallexample
3220 @group
3222   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
3223       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
3224     FAIL;
3225 @}")
3226 @end group
3227 @end smallexample
3229 @noindent
3230 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
3231 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
3232 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
3233 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
3234 library call).
3236 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
3237 patterns with names, then it would be possible to use a
3238 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
3239 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
3241 @smallexample
3242 (define_expand "zero_extendhisi2"
3243   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
3244         (const_int 0))
3245    (set (strict_low_part
3246           (subreg:HI
3247             (match_dup 0)
3248             0))
3249         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
3250   ""
3251   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
3252 @end smallexample
3254 @noindent
3255 @findex make_safe_from
3256 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
3257 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
3258 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
3259 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
3260 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
3261 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
3262 by emitting another RTL insn.
3264 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
3265 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
3266 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
3267 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
3268 on this machine.  So it must be copied into a register with
3269 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
3271 @smallexample
3272 (define_expand "zero_extendhisi2"
3273   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3274         (and:SI (subreg:SI
3275                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
3276                   0)
3277                 (match_dup 2)))]
3278   ""
3279   "operands[2]
3280      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
3281 @end smallexample
3283 @strong{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
3284 standard binary or unary arithmetic operation or a bitfield operation,
3285 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
3286 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
3287 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
3288 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
3289 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
3290 in the compiler.@refill
3292 @node Insn Splitting
3293 @section Defining How to Split Instructions
3294 @cindex insn splitting
3295 @cindex instruction splitting
3296 @cindex splitting instructions
3298 There are two cases where you should specify how to split a pattern into
3299 multiple insns.  On machines that have instructions requiring delay
3300 slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose output is
3301 not available for multiple cycles (@pxref{Function Units}), the compiler
3302 phases that optimize these cases need to be able to move insns into
3303 one-instruction delay slots.  However, some insns may generate more than one
3304 machine instruction.  These insns cannot be placed into a delay slot.
3306 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
3307 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
3308 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
3309 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
3310 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
3311 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
3312 scheduling.
3314 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
3315 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
3316 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
3317 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
3318 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
3319 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
3320 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
3321 split the addition into two insns is machine-dependent.
3323 @cindex define_split
3324 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
3325 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
3327 @smallexample
3328 (define_split
3329   [@var{insn-pattern}]
3330   "@var{condition}"
3331   [@var{new-insn-pattern-1}
3332    @var{new-insn-pattern-2}
3333    @dots{}]
3334   "@var{preparation statements}")
3335 @end smallexample
3337 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
3338 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
3339 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
3340 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
3341 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
3342 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
3344 The @var{preparation statements} are similar to those statements that
3345 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3346 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
3347 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
3348 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
3349 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
3350 must not allocate any space in the stack frame.
3352 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
3353 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
3354 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
3355 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
3356 @code{reload_completed} is non-zero, is known to satisfy the constraints
3357 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
3358 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
3359 @code{reload_completed} is non-zero, must also satisfy the constraints
3360 of those definitions.
3362 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
3363 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
3364 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
3366 @smallexample
3367 (define_split
3368   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
3369         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
3370   ""
3371   [(set (match_dup 0)
3372         (ashift:SI (match_dup 1)
3373                    (const_int 16)))
3374    (set (match_dup 0)
3375         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
3376                      (const_int 16)))]
3377   "
3378 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
3379 @end smallexample
3381 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
3382 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
3383 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
3384 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
3385 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
3386 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
3387 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
3388 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
3389 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
3390 @code{define_split} that will never produce insns that match).
3392 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
3393 @file{rs6000.md}:
3395 @smallexample
3396 (define_split
3397   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
3398         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
3399                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
3400   ""
3401   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
3402    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
3405   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
3406   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
3408   if (low & 0x8000)
3409     high++, low |= 0xffff0000;
3411   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
3412   operands[4] = GEN_INT (low);
3413 @}")
3414 @end smallexample
3416 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
3417 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
3418 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
3419 can be substituted into the address of a subsequent operation.
3421 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
3422 an equality comparison of a register and a large constant:
3424 @smallexample
3425 (define_split
3426   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
3427         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
3428                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
3429    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
3430   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
3431    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
3432        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
3433   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
3434    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
3435   "
3437   /* Get the constant we are comparing against, C, and see what it
3438      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
3439      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.  */
3441   int c = INTVAL (operands[2]);
3442   int sextc = (c << 16) >> 16;
3443   int xorv = c ^ sextc;
3445   operands[4] = GEN_INT (xorv);
3446   operands[5] = GEN_INT (sextc);
3447 @}")
3448 @end smallexample
3450 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
3451 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
3452 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
3453 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
3454 are not valid.
3456 @node Insn Attributes
3457 @section Instruction Attributes
3458 @cindex insn attributes
3459 @cindex instruction attributes
3461 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
3462 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
3463 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
3464 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
3465 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
3466 to track the condition codes.
3468 @menu
3469 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
3470 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
3471 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
3472 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
3473 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
3474 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
3475 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
3476 * Function Units::      Specifying information for insn scheduling.
3477 @end menu
3479 @node Defining Attributes
3480 @subsection Defining Attributes and their Values
3481 @cindex defining attributes and their values
3482 @cindex attributes, defining
3484 @findex define_attr
3485 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
3486 by the target machine.  It looks like:
3488 @smallexample
3489 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
3490 @end smallexample
3492 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
3494 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
3495 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
3496 indicate that the attribute takes numeric values.
3498 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
3499 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
3500 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
3501 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
3502 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
3504 @findex insn-attr.h
3505 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
3506 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
3507 specified for an attribute, the following are defined:
3509 @itemize @bullet
3510 @item
3511 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
3513 @item
3514 An enumeral class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
3515 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
3516 the attribute name and value are first converted to upper case.
3518 @item
3519 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
3520 returns the attribute value for that insn.
3521 @end itemize
3523 For example, if the following is present in the @file{md} file:
3525 @smallexample
3526 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
3527 @end smallexample
3529 @noindent
3530 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
3532 @smallexample
3533 #define HAVE_ATTR_type
3534 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
3535                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
3536 extern enum attr_type get_attr_type ();
3537 @end smallexample
3539 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
3540 defined and the function to obtain the attribute's value will return
3541 @code{int}.
3543 @node Expressions
3544 @subsection Attribute Expressions
3545 @cindex attribute expressions
3547 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
3548 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
3549 Attribute value expressions must have one of the following forms:
3551 @table @code
3552 @cindex @code{const_int} and attributes
3553 @item (const_int @var{i})
3554 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
3555 must be non-negative.
3557 The value of a numeric attribute can be specified either with a
3558 @code{const_int} or as an integer represented as a string in
3559 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), and @code{set_attr}
3560 (@pxref{Tagging Insns}) expressions.
3562 @cindex @code{const_string} and attributes
3563 @item (const_string @var{value})
3564 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
3565 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
3566 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
3567 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
3568 of a @code{define_attr}.@refill
3570 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
3571 must be a string containing a non-negative integer (normally
3572 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
3573 contain one of the valid values for the attribute.
3575 @cindex @code{if_then_else} and attributes
3576 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
3577 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
3578 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
3579 otherwise it is @var{false-value}.
3581 @cindex @code{cond} and attributes
3582 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
3583 The first operand of this expression is a vector containing an even
3584 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
3585 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
3586 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
3587 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
3588 expression is that of the @var{default} expression.
3589 @end table
3591 @var{test} expressions can have one of the following forms:
3593 @table @code
3594 @cindex @code{const_int} and attribute tests
3595 @item (const_int @var{i})
3596 This test is true if @var{i} is non-zero and false otherwise.
3598 @cindex @code{not} and attributes
3599 @cindex @code{ior} and attributes
3600 @cindex @code{and} and attributes
3601 @item (not @var{test})
3602 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
3603 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
3604 These tests are true if the indicated logical function is true.
3606 @cindex @code{match_operand} and attributes
3607 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
3608 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
3609 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
3610 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
3611 @var{pred} returns a non-zero value when passed operand @var{n} and mode
3612 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
3613 string).
3615 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
3617 @cindex @code{le} and attributes
3618 @cindex @code{leu} and attributes
3619 @cindex @code{lt} and attributes
3620 @cindex @code{gt} and attributes
3621 @cindex @code{gtu} and attributes
3622 @cindex @code{ge} and attributes
3623 @cindex @code{geu} and attributes
3624 @cindex @code{ne} and attributes
3625 @cindex @code{eq} and attributes
3626 @cindex @code{plus} and attributes
3627 @cindex @code{minus} and attributes
3628 @cindex @code{mult} and attributes
3629 @cindex @code{div} and attributes
3630 @cindex @code{mod} and attributes
3631 @cindex @code{abs} and attributes
3632 @cindex @code{neg} and attributes
3633 @cindex @code{ashift} and attributes
3634 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
3635 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
3636 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
3637 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
3638 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
3639 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
3640 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
3641 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
3642 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
3643 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
3644 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
3645 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
3646 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
3647 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
3648 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
3649 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
3650 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.@refill
3652 @findex get_attr
3653 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
3654 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
3655 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
3656 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
3657 variable.@refill
3659 @findex eq_attr
3660 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
3661 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
3663 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
3664 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
3665 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
3666 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
3667 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
3668 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
3669 @emph{not} in the specified list.
3671 For example,
3673 @smallexample
3674 (eq_attr "type" "load,store")
3675 @end smallexample
3677 @noindent
3678 is equivalent to
3680 @smallexample
3681 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
3682 @end smallexample
3684 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
3685 value of the compiler variable @code{which_alternative}
3686 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
3687 example,@refill
3689 @smallexample
3690 (eq_attr "alternative" "2,3")
3691 @end smallexample
3693 @noindent
3694 is equivalent to
3696 @smallexample
3697 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
3698      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
3699 @end smallexample
3701 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
3702 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
3703 a particular pattern.  This is by far the most common case.@refill
3705 @findex attr_flag
3706 @item (attr_flag @var{name})
3707 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
3708 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
3709 scheduled.
3711 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
3712 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
3713 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
3714 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
3715 if a conditional branch is expected to be taken.
3717 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
3718 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
3720 This example describes a conditional branch delay slot which
3721 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
3722 for backward branches which are not taken (annul-false).
3724 @smallexample
3725 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
3726   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
3727    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
3728         (attr_flag "forward"))
3729    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
3730         (attr_flag "backward"))])
3731 @end smallexample
3733 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
3734 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
3736 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
3737 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
3738 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
3739 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
3741 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
3742 meaning to other passes of the compiler.
3743 @end table
3745 @node Tagging Insns
3746 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
3747 @cindex tagging insns
3748 @cindex assigning attribute values to insns
3750 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
3751 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
3752 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
3753 have an optional last argument to specify the values of attributes for
3754 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
3755 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
3756 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
3757 permits the specification of the values for only one or two attributes
3758 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
3759 next section.@refill
3761 The optional last argument of @code{define_insn} and
3762 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
3763 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
3764 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
3765 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
3766 second operand of the @code{set} is an attribute expression
3767 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.@refill
3769 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
3770 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
3771 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
3772 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
3773 each alternative.
3775 @findex set_attr
3776 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
3777 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
3778 specifying a string giving either a single attribute value or a list
3779 of attribute values, one for each alternative.
3781 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
3782 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
3784 @table @code
3785 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
3786 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
3787 or a string containing a comma-separated list giving the values for
3788 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
3789 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
3791 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
3792 which case the attribute will assume its default value for insns matching
3793 that alternative.
3795 @findex set_attr_alternative
3796 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
3797 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
3798 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
3799 tests on the @samp{alternative} attribute.
3801 @findex attr
3802 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
3803 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
3804 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
3805 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
3806 @end table
3808 The following shows three different ways of representing the same
3809 attribute value specification:
3811 @smallexample
3812 (set_attr "type" "load,store,arith")
3814 (set_attr_alternative "type"
3815                       [(const_string "load") (const_string "store")
3816                        (const_string "arith")])
3818 (set (attr "type")
3819      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
3820             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
3821            (const_string "arith")))
3822 @end smallexample
3824 @need 1000
3825 @findex define_asm_attributes
3826 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
3827 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
3828 statement.  It has the form:
3830 @smallexample
3831 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
3832 @end smallexample
3834 @noindent
3835 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
3836 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
3838 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
3839 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
3841 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
3842 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
3843 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
3844 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
3845 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
3846 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
3847 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
3848 of a single machine instruction.
3850 @node Attr Example
3851 @subsection Example of Attribute Specifications
3852 @cindex attribute specifications example
3853 @cindex attribute specifications
3855 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
3856 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
3857 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
3858 value.  This attribute is normally used only to define the default value
3859 for other attributes.  An example will clarify this usage.
3861 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
3862 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
3863 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
3864 operations, floating point operations, and branches.
3866 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
3867 the condition code and will limit ourselves to the following possible
3868 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
3869 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
3870 changed if the item previously set into the condition code has been
3871 modified.
3873 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
3875 @smallexample
3876 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
3878 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
3879              (cond [(eq_attr "type" "load")
3880                         (const_string "change0")
3881                     (eq_attr "type" "store,branch")
3882                         (const_string "unchanged")
3883                     (eq_attr "type" "arith")
3884                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
3885                                       (const_string "set")
3886                                       (const_string "clobber"))]
3887                    (const_string "clobber")))
3889 (define_insn ""
3890   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
3891         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
3892   ""
3893   "@@
3894    move %0,%1
3895    load %0,%1
3896    store %0,%1"
3897   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
3898 @end smallexample
3900 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
3901 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
3902 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
3903 full-word result.
3905 @node Insn Lengths
3906 @subsection Computing the Length of an Insn
3907 @cindex insn lengths, computing
3908 @cindex computing the length of an insn
3910 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
3911 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
3912 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
3913 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @samp{length}
3914 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
3915 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
3917 In the case of the @samp{length} attribute, two additional forms of
3918 arithmetic terms are allowed in test expressions:
3920 @table @code
3921 @cindex @code{match_dup} and attributes
3922 @item (match_dup @var{n})
3923 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
3924 must be a @code{label_ref}.
3926 @cindex @code{pc} and attributes
3927 @item (pc)
3928 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
3929 been more consistent with other usage to make this the address of the
3930 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
3931 current insn is to be computed.
3932 @end table
3934 @cindex @code{addr_vec}, length of
3935 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
3936 For normal insns, the length will be determined by value of the
3937 @samp{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
3938 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
3939 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
3941 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
3943 The following macros can be used to refine the length computation:
3945 @table @code
3946 @findex FIRST_INSN_ADDRESS
3947 @item FIRST_INSN_ADDRESS
3948 When the @code{length} insn attribute is used, this macro specifies the
3949 value to be assigned to the address of the first insn in a function.  If
3950 not specified, 0 is used.
3952 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
3953 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
3954 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
3955 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
3956 that contains the initially computed length of the insn and should be
3957 updated with the correct length of the insn.
3959 This macro will normally not be required.  A case in which it is
3960 required is the ROMP.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
3961 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
3962 may be required.
3963 @end table
3965 @findex get_attr_length
3966 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
3967 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
3968 determine the form of the branch instruction to be written, as the
3969 example below illustrates.
3971 As an example of the specification of variable-length branches, consider
3972 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
3973 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
3974 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
3975 sequence to load the address from memory and then branch to it.
3977 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
3978 as follows:
3980 @smallexample
3981 (define_insn "jump"
3982   [(set (pc)
3983         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
3984   ""
3985   "*
3987    return (get_attr_length (insn) == 4
3988            ? \"b %l0\" : \"l r15,=a(%l0); br r15\");
3990   [(set (attr "length") (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
3991                                       (const_int 4)
3992                                       (const_int 6)))])
3993 @end smallexample
3995 @node Constant Attributes
3996 @subsection Constant Attributes
3997 @cindex constant attributes
3999 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
4000 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
4001 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
4002 used to specify which variety of processor is used.  For example,
4004 @smallexample
4005 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
4006  (const
4007   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
4008          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
4009         (const_string "m88000"))))
4011 (define_attr "memory" "fast,slow"
4012  (const
4013   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
4014                 (const_string "fast")
4015                 (const_string "slow"))))
4016 @end smallexample
4018 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
4019 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
4020 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
4021 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
4022 forms involving insn attributes.
4024 @node Delay Slots
4025 @subsection Delay Slot Scheduling
4026 @cindex delay slots, defining
4028 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
4029 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
4030 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
4031 after the instruction are executed as if they were located before it.
4032 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
4033 the following instruction before the branch or call is performed.
4035 On some machines, conditional branch instructions can optionally
4036 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
4037 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
4038 instructions that annul if the branch is true and instructions that
4039 annul if the branch is false are supported.
4041 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
4042 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
4043 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
4044 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
4045 instruction scheduling.
4047 @findex define_delay
4048 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
4049 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
4051 @smallexample
4052 (define_delay @var{test}
4053               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
4054                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
4055                @dots{}])
4056 @end smallexample
4058 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
4059 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
4060 required delay slots is determined by the length of the vector specified
4061 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
4062 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
4063 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
4064 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
4065 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
4066 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.@refill
4068 For example, in the common case where branch and call insns require
4069 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
4070 call, the following would be placed in the @file{md} file:
4072 @smallexample
4073 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
4074               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
4075 @end smallexample
4077 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
4078 case, each such expression specifies different delay slot requirements
4079 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
4080 expressions are both true.
4082 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
4083 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
4084 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
4085 branch is true, we might represent this as follows:
4087 @smallexample
4088 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
4089    [(eq_attr "type" "!branch,call")
4090     (eq_attr "type" "!branch,call")
4091     (nil)])
4093 (define_delay (eq_attr "type" "call")
4094               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
4095                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
4096 @end smallexample
4097 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
4099 @node Function Units
4100 @subsection Specifying Function Units
4101 @cindex function units, for scheduling
4103 On most RISC machines, there are instructions whose results are not
4104 available for a specific number of cycles.  Common cases are instructions
4105 that load data from memory.  On many machines, a pipeline stall will result
4106 if the data is referenced too soon after the load instruction.
4108 In addition, many newer microprocessors have multiple function units, usually
4109 one for integer and one for floating point, and often will incur pipeline
4110 stalls when a result that is needed is not yet ready.
4112 The descriptions in this section allow the specification of how much
4113 time must elapse between the execution of an instruction and the time
4114 when its result is used.  It also allows specification of when the
4115 execution of an instruction will delay execution of similar instructions
4116 due to function unit conflicts.
4118 For the purposes of the specifications in this section, a machine is
4119 divided into @dfn{function units}, each of which execute a specific
4120 class of instructions in first-in-first-out order.  Function units that
4121 accept one instruction each cycle and allow a result to be used in the
4122 succeeding instruction (usually via forwarding) need not be specified.
4123 Classic RISC microprocessors will normally have a single function unit,
4124 which we can call @samp{memory}.  The newer ``superscalar'' processors
4125 will often have function units for floating point operations, usually at
4126 least a floating point adder and multiplier.
4128 @findex define_function_unit
4129 Each usage of a function units by a class of insns is specified with a
4130 @code{define_function_unit} expression, which looks like this:
4132 @smallexample
4133 (define_function_unit @var{name} @var{multiplicity} @var{simultaneity}
4134                       @var{test} @var{ready-delay} @var{issue-delay}
4135                      [@var{conflict-list}])
4136 @end smallexample
4138 @var{name} is a string giving the name of the function unit.
4140 @var{multiplicity} is an integer specifying the number of identical
4141 units in the processor.  If more than one unit is specified, they will
4142 be scheduled independently.  Only truly independent units should be
4143 counted; a pipelined unit should be specified as a single unit.  (The
4144 only common example of a machine that has multiple function units for a
4145 single instruction class that are truly independent and not pipelined
4146 are the two multiply and two increment units of the CDC 6600.)
4148 @var{simultaneity} specifies the maximum number of insns that can be
4149 executing in each instance of the function unit simultaneously or zero
4150 if the unit is pipelined and has no limit.
4152 All @code{define_function_unit} definitions referring to function unit
4153 @var{name} must have the same name and values for @var{multiplicity} and
4154 @var{simultaneity}.
4156 @var{test} is an attribute test that selects the insns we are describing
4157 in this definition.  Note that an insn may use more than one function
4158 unit and a function unit may be specified in more than one
4159 @code{define_function_unit}.
4161 @var{ready-delay} is an integer that specifies the number of cycles
4162 after which the result of the instruction can be used without
4163 introducing any stalls.
4165 @var{issue-delay} is an integer that specifies the number of cycles
4166 after the instruction matching the @var{test} expression begins using
4167 this unit until a subsequent instruction can begin.  A cost of @var{N}
4168 indicates an @var{N-1} cycle delay.  A subsequent instruction may also
4169 be delayed if an earlier instruction has a longer @var{ready-delay}
4170 value.  This blocking effect is computed using the @var{simultaneity},
4171 @var{ready-delay}, @var{issue-delay}, and @var{conflict-list} terms.
4172 For a normal non-pipelined function unit, @var{simultaneity} is one, the
4173 unit is taken to block for the @var{ready-delay} cycles of the executing
4174 insn, and smaller values of @var{issue-delay} are ignored.
4176 @var{conflict-list} is an optional list giving detailed conflict costs
4177 for this unit.  If specified, it is a list of condition test expressions
4178 to be applied to insns chosen to execute in @var{name} following the
4179 particular insn matching @var{test} that is already executing in
4180 @var{name}.  For each insn in the list, @var{issue-delay} specifies the
4181 conflict cost; for insns not in the list, the cost is zero.  If not
4182 specified, @var{conflict-list} defaults to all instructions that use the
4183 function unit.
4185 Typical uses of this vector are where a floating point function unit can
4186 pipeline either single- or double-precision operations, but not both, or
4187 where a memory unit can pipeline loads, but not stores, etc.
4189 As an example, consider a classic RISC machine where the result of a
4190 load instruction is not available for two cycles (a single ``delay''
4191 instruction is required) and where only one load instruction can be executed
4192 simultaneously.  This would be specified as:
4194 @smallexample
4195 (define_function_unit "memory" 1 1 (eq_attr "type" "load") 2 0)
4196 @end smallexample
4198 For the case of a floating point function unit that can pipeline either
4199 single or double precision, but not both, the following could be specified:
4201 @smallexample
4202 (define_function_unit
4203    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "sp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "dp_fp")])
4204 (define_function_unit
4205    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "dp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "sp_fp")])
4206 @end smallexample
4208 @strong{Note:} The scheduler attempts to avoid function unit conflicts
4209 and uses all the specifications in the @code{define_function_unit}
4210 expression.  It has recently come to our attention that these
4211 specifications may not allow modeling of some of the newer
4212 ``superscalar'' processors that have insns using multiple pipelined
4213 units.  These insns will cause a potential conflict for the second unit
4214 used during their execution and there is no way of representing that
4215 conflict.  We welcome any examples of how function unit conflicts work
4216 in such processors and suggestions for their representation.
4217 @end ifset